CN106964773B - 允许移除残余原料粉末的拆离装置 - Google Patents

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Abstract

用在通过用电磁或粒子辐射对原料粉末层辐照来制造三维工件的设备(10)中的拆离装置(28)，该拆离装置包括构造成保持构建室结构体(26)的保持装置(32)。构建室结构体包括容纳承载件(16)的构建室(20)，承载件构造成接收通过增材分层工艺从原料粉末制造的三维工件(18)。拆离装置的接合单元(38)构造成与构建室结构体的承载件接合。移动机构(48)构造成引起构建室和接合单元连同与之接合的承载件之间的相对移动，以允许其上接收有三维工件的承载件与构建室分离。最后，拆离装置包括原料粉末移除机构(50)，构造成引起接合单元连同所接合的承载件的振动和旋转中至少之一，以从接收在承载件上的三维工件移除残余原料粉末(24)。

Description

允许移除残余原料粉末的拆离装置
技术领域
本发明涉及一种在用于通过用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末层进行辐照来制造三维工件的设备中使用的拆离装置。本发明还涉及一种操作这种拆离装置的方法，以及一种用于通过用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末层进行辐照来制造三维工件的、配备有这种拆离装置的设备。
背景技术
粉末床熔合是一种增材分层工艺(additive layering process)，通过该工艺，可以将粉状特别是金属和/或陶瓷原料加工成复杂形状的三维工件。为此，将原料粉末层施加到承载件上，并且根据要制造的工件的期望几何形状以位置选择方式使其经受激光辐射。穿透到粉末层中的激光辐射引起原料粉末颗粒的加热，并因此使原料粉末颗粒熔化或烧结。然后，将另外的原料粉末层依次施加至承载件上的已经经受激光处理的层，直到工件具有期望的形状和尺寸为止。基于CAD数据，粉末床熔合可以用于制造原型、工具、替换零件、高价值部件或医疗假体，例如口腔修复物或矫形假体。
在DE 20 2013 009 787 U1中描述了一种适合于通过粉末床熔合工艺从粉状原料制造大量成型体的设备。该现有技术的设备设置有包括辐照装置和处理室的工件生成部分。处理室可以相对于环境气氛密封，并且可以容纳用于接收原料粉末的承载件以及承载件上的通过增材分层工艺从原料粉末生成的工件。承载件能相对于处理室位移到构建室中，以便在生成工件时补偿工件的增加高度。构建室可以通过盖子相对于环境气氛密封，然后可以从邻近处理室的操作位置转移到位于工件生成部分外部的更换位置。构建室可以从更换位置进一步转移到后处理和拆离部分。在后处理和拆离部分中，容纳在构建室内的工件被冷却，并且通过使承载件相对于构建室提升直到承载件被布置成与构建室的上缘基本齐平并且可以从承载件移除工件为止，将工件最终拆离。该设备的粉末收回系统用于从构建室和处理室排出多余的原料粉末，对所排出的粉末进行处理和加工，并最终使粉末返回到处理室。
发明内容
本发明旨在以下目的：提供一种在利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备中使用的拆离装置(unpacking device)，该装置适于拆离三维工件同时可靠地移除附着在三维工件上的残余原料粉末。本发明还旨在以下目的：提供一种操作这种拆离装置的方法。最后，本发明旨在以下目的：提供一种利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备，该设备配备有这种类型的拆离装置。
这些目的通过本发明限定的拆离装置、操作拆离装置的方法、以及利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备而得到解决。
一种在利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备中使用的拆离装置，所述拆离装置包括：保持装置，该保持装置被构造成保持构建室结构体(building chamber arrangement)。具体地，保持装置可以被配置成接收构建室结构体并且将构建室结构体保持在期望的位置，其中，所述构建室可以通过在竖直方向、水平方向或任何其他合适的方向上的平移移动而转移到拆离装置。保持装置可以连接至拆离装置的支撑结构并且可以适于将构建室结构体附接到支撑结构。然而，还可以想到，保持装置形成可移动装置(诸如，例如升降架(crane)，其也可以将构建室结构体转移到拆离装置)的一部分。
构建室结构体包括容纳承载件(carrier)的构建室。构建室可以例如具有柱形(特别是圆柱形)的形状。承载件被配置成接收通过增材分层工艺由原料粉末生产的三维工件，并且可以例如大体上为板状。
在利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备的工件生产操作期间，可以将原料粉末层施加到构建室结构体的承载件上，并且此后利用电磁辐射或粒子辐射选择性地辐照所述原料粉末层，以便引起原料粉末颗粒的加热并且因此熔化或烧结原料粉末颗粒，以及从而生成待生成的三维工件的第一层。此后，承载件可以相对于构建室降低，即承载件可以降低到构建室中，从而允许另外的原料粉末层的施加且辐照。这些步骤可以重复，直到工件具有期望的形状和尺寸。在工件生成过程完成之后，所生成的三维工件在构建室内被支撑在承载件上，所述三维工件通常嵌入残余(residual)原料粉末中。然而，还可以想到，在工件生成过程期间已经移除了施加到承载件上但未用于生成三维工件的残余原料粉末。
优选地，构建室结构体被配置成可拆卸地安装在利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备中，使得构建室结构体能够在设备的不同部分之间转移，如DE 20 2013 009 787 U1中所描述的。在一个优选的实施例中，拆离装置用于形成利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备的后期-处理及拆离部分的一部分，其中，在完成三维工件的生成工艺之后，所述构建室结构体转移到拆离装置以便拆离所生成的三维工件。
拆离装置还包括接合单元(engagement unit)，该接合单元被配置成与构建室结构体的承载件接合。例如，接合单元可以包括支撑部分，该支撑部分被配置成与构建室结构体的承载件相互作用并且最终支撑位于其上的承载件。此外，如下面将更详细地描述的，接合单元可以包括连接部分，该连接部分用于将接合单元连接至拆离装置的另外的部件。连接部分可以大体上垂直于支撑部分延伸。接合单元可以包括第一闩锁(latch)元件，所述第一闩锁元件可以布置在支撑部分的支撑表面上，该支撑表面被配置成在承载件与接合单元接合时接触构建室结构体的承载件。第一闩锁元件可以被配置成与互补的第二闩锁元件相互作用，所述第二闩锁元件可以设置在承载件的表面(特别是下表面)上，所述表面被配置成在承载件与接合单元接合时接触支撑表面。
拆离装置还包括移动机构，该移动机构被配置成引起构建室与接合单元连同与接合单元接合的承载件之间的相对移动，从而允许承载件以及其上接收的三维工件与构建室的分离。因此，移动机构用于将构建室与承载件分离，并且从而露出承载件上接收的三维工件。移动机构可以被配置成使构建室相对于接合单元连同与接合单元接合的承载件移动，或者使接合单元连同与接合单元接合的承载件相对于构建室移动。此外，还可以想到，移动机构被配置成使构建室和接合单元连同与接合单元接合的承载件二者移动，以便将承载件与构建室分离。
在移动机构被配置成使构建室相对于承载件移动的情况下，移动机构可以例如包括可以引起保持构建室的保持装置相对于承载件移动的液压系统或另一合适系统。然而，还可以想到，移动机构集成到可移动装置(诸如，例如，升降架，其也可将构建室结构体转移到拆离装置)中。
最后，拆离装置包括原料粉末移除机构，该原料粉末移除机构被配置成引起接合单元连同与接合单元接合的承载件的振动和/或旋转，以便从承载件上接收的三维工件移除残余的原料粉末。基本上，当在拆离装置中将承载件与构建室分离时，在工件生成工艺完成之后存在于构建室内的大部分残余原料粉末由重力驱动而从构建室释放。然而，原料粉末移除机构还允许移除附着在三维工件的表面上或接收在三维工件所设置的凹部或孔(bore)中的原料粉末颗粒。
因此，拆离装置适于从构建室结构体自动地拆离三维工件，同时以可靠的方式移除附着到三维工件的残余原料粉末颗粒。因此，可以简化或甚至省去用于对工件清洁残余原料粉末颗粒的三维工件后期-处理。在附着到三维工件的残余原料粉末包含不应以不受控制的方式释放到环境中的材料(例如氧敏金属颗粒)的情况下，这是特别有利的。最后，可以将在拆离装置中从三维工件清除的残余原料粉末供应到用于接收和处理残余原料粉末的粉末再循环系统，以便制备残余原料粉末，用于再次投入工件生产工艺中。
在拆离装置的一个优选的实施例中，保持装置被配置成与构建室的外表面相互作用。例如，保持装置可以包括一对夹臂(gripping arm)，所述夹臂适合于与从构建室的外表面突伸的相应的突出部相互作用，以便将构建室结构体保持在拆离装置中的期望位置。与构建室的外表面相互作用的保持装置不会干扰承载件以及其上接收的三维工件与构建室的分离。
移动机构可以被配置成提升构建室，以使承载件与构建室分离，同时将承载件连同与接合单元接合的接合单元保持在适当位置。然而，还可以想到，移动机构被配置成使接合单元连同与接合单元接合的承载件下降以使承载件与构建室分离，同时将构建室保持在适当位置。最后，还可以想到，使构建室以及接合单元连同与接合单元接合的承载器进行组合移动，即构建室上升以及接合单元和承载器下降，以便实现承载件与构建室分离。
拆离装置的移动机构还可被配置成引起构建室结构体与接合单元之间的相对移动，以使接合单元与承载件接合。因而移动机构实现以下双重功能：不仅使构建室与承载件分离以露出三维工件，而且还使得构建室结构体与接合单元接近以便使接合单元与承载件接触并且最终接合。移动机构可以被配置成使构建室结构体相对于接合单元移动或者使接合单元相对于构建室结构体移动。此外，还可以想到，移动机构被配置成使构建室结构体和接合单元二者移动，以便使接合单元与承载件接合。
移动机构可以被配置成降低构建室结构体，以使接合单元与承载件接合，同时将接合单元保持在适当位置。然而，还可以想到，移动机构被配置成提升接合单元，以使接合单元与承载件接合，同时将构建室结构体保持在适当位置。最后，还可以想到，构建室结构体和接合单元的组合移动，即降低构建室结构体和提升接合单元，以使接合单元与承载件接合。
原料粉末移除机构可以包括可旋转轴。可旋转轴可以附接到接合单元。具体地，可旋转轴可以附接到接合单元的连接部分。此外，可旋转轴可以连接到驱动电机(例如电动机)，该驱动电机可以被配置成引起旋转轴的旋转移动，以便使接合单元连同与接合单元接合的承载件旋转。原料粉末移除机构可以被配置成使接合单元连同与接合单元接合的承载件仅在某一限定的角度范围(例如大约180°的角度范围)内旋转。接合单元和承载件的这种限定的旋转将足以使承载件以及其上接收的三维工件上下颠倒，并且因而允许从工件额外的重力驱动移除残余原料粉末。然而，还可以想到，原料粉末移除机构被配置成使得接合单元连同与接合单元接合的承载件旋转超过360°的全角度范围。
替代地或附加地，粉末移除机构可以包括振动电机，该振动电机连接到接合单元并且被配置成引起接合单元连同与接合单元接合的承载件的振动。振动电机可以连接到接合单元的连接部分和/或支撑部分。由振动电机引起的振动应当具有适于释放附着到承载件上所接收的三维工件的残余原料粉末颗粒的幅度和频率。然而，振动的幅度和频率应该被选择成确保三维工件不会意外地从承载件释放。
拆离装置还可以包括粉末收集装置，该粉末收集装置被配置成收集通过原料粉末移除机构从三维工件移除的残余原料粉末。例如，粉末收集装置可以包括容器(vessel)或另一接收器(receptacle)，至少当原料粉末移除机构运行以从三维空间释放残余原料粉末颗粒时，该容器或另一接收器可以置于接合单元下方。
在拆离装置的一个优选的实施例中，接合单元布置在接收箱中。接收箱可以相对于环境气氛密封并且可以连接到适合于在接收箱内建立期望的气氛(例如惰性气体气氛))的合适的气氛控制系统。此外，接收箱经由锁定装置(lock)是可进入(accessible)的，该锁定装置被配置成：在接合单元与构建室结构体的承载件接合期间，即，在沿接合单元的方向降低构建室结构体期间和/或在沿构建室结构体的方向提升接合单元期间；在承载件连同其上接收的三维工件与构建室分离期间，即，在沿背离承载件与接合单元接合的方向提升构建室期间和/或在沿背离构建室的方向降低接合单元连同与接合单元接合的承载件期间；以及在从承载件上所接收的三维工件移除残余原料粉末期间，即，在原料粉末移除机构运行期间，保持接收箱内的受控气氛。提供密封的接收箱对于处理包含不应以不受控制的方式释放到环境中的材料(例如氧敏金属颗粒)的残余原料粉末是特别有利的。
在一个优选的实施例中，接收箱被设计成设置有至少一个抓握手套(grippingglove)的手套箱的形式。经由所述至少一个抓握手套，使用者可以处理三维工件和/或仍附着在三维工件上或已经被接收在接收箱(特别是粉末收集装置)中的残余原料粉末。
最后，拆离装置可以包括抽吸(suction)系统，该抽吸系统被配置成从承载件上所接收的三维工件、从接收箱和/或从粉末收集装置收回(withdraw)残余原料粉末。抽吸系统可以包括柔性抽吸管，该柔性抽吸管被密封地引导至接收箱中，使得其可以根据使用者的需要例如经由至少一个抓握手套来定位和处理。抽吸管可以连接到用于接收和处理残余原料粉末的粉末再循环系统，以便制备残余原料粉末，用于再次投入到工件生成工艺中。
在将构建室结构体与接合单元接合之前，特别是在将构建室结构体布置在如前所述的接收箱中之前，构建室结构体还可以布置在受控气氛中和/或可连接到或可暴露于受控气氛。为此，保持装置可以布置和/或能够布置在相对于环境气氛密封的空间中。此外，所述空间可以连接到适于在所述空间中建立期望的气氛(例如惰性气体气氛)的合适的气氛控制系统。优选地，受控气氛对应于拆离装置的接收箱内的气氛。
此外，保持装置(或布置该保持装置的空间)可以以密封地，并且特别是气密地方式连接或能够连接到接收箱。这优选地在打开接收箱的锁定装置之前进行，所述锁定装置提供进入接合单元，同时在接收箱内保持受控气氛。而且，打开用于进入接收箱的所述锁定装置可以仅在构建室结构体已经暴露于受控气氛(并且优选地暴露于与接收箱内的气氛对应的气氛)之后进行。注意，表述“打开锁定装置”通常是指呈现接收箱的内部，并且特别是可以从外部进入容纳在其中的接合单元。
总之，可以在构建室结构体和/或保持装置周围提供空间，以在其中建立受控气氛。所述空间可以至少部分地围绕构建室结构体和/或保持装置，特别是在构建室结构体与接合单元接合之前。而且，所述空间可以容纳移动机构的至少一部分。
此外，所述空间可以包括连接部分，该连接部分例如包括用于以流体-传导的方式连接到接收箱的开口或孔(aperture)。在连接状态下，锁定装置可以布置在接收箱与空间之间，使得可以在所述箱与空间之间建立流体连接，优选地同时保持接收箱的内部相对于环境气氛密封。
该空间可以部分地或完全地由拆离装置的支撑结构限定，保持装置附接到该支撑结构。所述支撑结构可以以非活动的方式连接到接收箱。而且，空间可以由盖(cover)构件(诸如圆顶形或钟形构件，其中布置有或者能布置构建室结构体和/或保持装置)限定。所述盖构件可以独立于接收箱而配置。而且，所述盖构件相对于接收箱是可移动的，例如，以便可以选择性地相对于接收箱布置在预定连接位置。
具体地，盖构件可以被配置成：例如通过将构建室结构体连接到保持装置而从拆离装置外部的一位置拾取构建室结构体。接下来，盖构件可以将构建室结构体相对于接收箱转移到预定连接位置。这可以通过将盖构件连接到移动装置(诸如升降架(特别是桥式升降架)、工业机器人、台架系统等)来实现。
拆离装置还可以包括用于将构建室结构体和/或保持装置周围的空间密封地连接到接收箱(并且特别是布置在其中的接合单元)的密封单元。这可以气密的方式进行。密封单元可以例如在打开接收箱的锁定装置之前和/或在空间中建立受控气氛之前选择性地启动。而且，密封单元可以包括用于密封地连接接收箱和空间的致动部分，诸如可选择性地延伸的部分(例如可延伸的波纹管(bellow)或可膨胀的密封唇)。密封单元可以至少在缩回状态下布置在或固定到接收箱或空间中的至少一个。如果包括可延伸部分，则所述可延伸部分可朝向接收箱或空间中的相应另一个延伸以实现期望的密封效果。
在一个示例中，该空间由罩住保持装置的盖构件限定。盖构件相对于接收箱是可移动的，同时保持装置例如通过桥式升降架保持构建室结构体。在相对于接收箱被布置在预定位置之后，可以例如通过使布置在接收箱的外侧处的波纹管朝向盖构件延伸来激活密封单元，以在盖构件与接收箱之间建立密封连接。接下来，可以在由盖构件限定的空间内建立受控气氛，例如惰性气体气氛。受控气氛优选地对应于接收箱内的气氛。然后可以打开接收箱的锁定装置，以致使可进入容纳在其中的接合单元。所述锁定装置通常可以布置在盖构件与接收箱之间的由密封单元包围的密封空间内。接下来，接合单元和构建室结构体可以彼此接合而不将这些构件中的任一个暴露于环境气氛。这可以通过上述的移动机构来实现。
总体上，例如，因为仅在建立上述的密封连接之后才打开锁定装置，因此可以避免将接收箱的内部暴露于环境气氛。而且，如果在保持装置和/或构建室结构体周围的空间中建立与接收箱中相同的受控气氛，则需要较少的努力来保持接收箱内的受控气氛。注意，保持装置和/或构建室结构体周围的所述空间可以小于接收箱内的空间(例如，为由接收箱包围的容积的至多大约50％或至多大约25％)。因此，与建立或维持接收箱内的气氛相比，在所述空间内建立相应的气氛可以相当快地进行。
此外，可以至少维持接收箱与构建室结构体和/或保持装置(或这些构件设置于其中的空间)之间的密封连接，直到完成接收箱内的粉末移除。然后，可以例如通过再次将接收箱连接到保持装置来从接收箱移除未拆离的工件。只有在接收箱的锁定装置已经再次关闭并且从接合单元移除工件之后，才可以例如通过缩回密封单元的可延伸部分而再次移除密封连接。
一种用于操作在通过利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的装置中使用的拆离装置的方法包括：通过保持装置保持构建室结构体的步骤。构建室结构体包括容纳承载件的构建室，其中承载件被配置成接收通过增材分层工艺由原料粉末生产的三维工件。接合单元与构建室结构体的承载件接合。通过移动机构引起构建室与接合单元连同与接合单元接合的承载件之间的相对移动，以便允许承载件连同其上接收的三维工件与构建室分离。最后，通过原料粉末移除机构引起接合单元连同与接合单元接合的承载件的振动和/或旋转，以便从接收在承载件上的三维工件移除残余原料粉末。
保持装置可以与构建室的外表面相互作用。构建室可以被提升以便将承载件与构建室分离。替代地或附加地，接合单元连同与接合单元接合的承载件可以被降低，以将承载件与构建室分离。
用于操作拆离装置的方法还可以包括以下步骤：通过移动机构引起构建室结构体与接合单元之间的相对移动，以使接合单元与承载件接合。移动机构可以降低构建室结构体，以使接合单元与承载件接合。替代地或附加地，可以通过移动机构提升接合单元，以使接合单元与承载件接合。
原料粉末移除机构可以包括附接到接合单元并且连接到驱动电机的可旋转轴。驱动电机可以引起可旋转轴的旋转移动，以使接合单元连同与接合单元接合的承载件旋转。替代地或附加地，粉末移除机构可以包括振动电机，该振动电机连接到接合单元并且引起接合单元连同与接合单元接合的承载件的振动。
用于操作拆离装置的方法还可以包括以下步骤：收集通过原料粉末移除机构从三维工件移除的残余原料粉末。此外，在接合单元与构建室结构体的承载件接合期间，在将承载件连同其上接收的三维工件与构建室分离期间，以及在从承载件上所接收的三维工件移除残余原料粉末期间，通过提供进入接收箱的锁定装置，在容纳接合单元的密封接收箱内维持受控气氛。优选地，接收箱被设计成手套箱的形式，该手套箱设置有至少一个抓握手套。可以通过抽吸系统从承载件上所接收的三维工件、从接收箱和/或从粉末收集装置中收回残余原料粉末。
该方法还可以包括将构建室结构体和/或保持装置暴露于相对于周边密封的气氛的步骤。具体地，构建室结构体和/或保持装置可以暴露于受控气氛(例如惰性气体气氛)，所述气氛优选地对应于接收箱内的气氛。为此，构建室结构体和/或保持装置可以布置在包含其中可以建立这种气氛的相应气氛的空间中。如上所述，所述空间可以由拆离装置的支撑结构或由盖构件限定。
这些步骤中的任一个都可以在使构建室结构体与接合单元接合之前进行。具体地，该方法还可以包括以下步骤：以流体-传导方式例如通过打开接收箱的锁定装置而将构建室结构体和/或保持装置连接到接收箱。这优选地在已经以上述方式控制了构建室结构体和/或保持装置暴露于其中的气氛之后进行。
此外，在形成所述连接之前或与形成所述连接并行地，容纳构建室结构体和/或保持装置的空间可以例如经由如上所述的密封单元密封地连接到接收箱。这可以包括将构建室结构体和/或保持装置(或容纳这些元件的空间)相对于接收箱移动到预定位置。接下来，可以例如通过延伸密封单元的可延伸部分来致动密封单元以提供密封效果。
此外，该方法还可以包括以下步骤：仅在将构建室结构体和/或保持装置暴露于上述受控气氛之后和/或在接收箱与容纳构建室结构体和/或保持装置的空间之间提供密封连接之后才打开接收箱的锁定装置。
最后，该方法还可以包括以下初始步骤：从远程位置例如通过如上所述的包括保持装置的盖构件拾取构建室结构体以随后将其相对于接收箱移动到预定位置。
通过利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备包括上述的拆离装置。
附图说明
下面参照附图更详细地说明本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了用于通过用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末层进行辐照来制造三维工件的、配备有拆离装置的设备；
图2至图5示出了图1所描绘的设备的拆离装置的操作；以及
图6示出了根据另一实施方案的拆离装置的操作。
具体实施方式
图1示出了通过加层构造方法来制作三维工件18的设备10。设备10包括配备有处理室12的工件生成部分W。设置在处理室12中的粉末施加装置14用于将原料粉末施加到承载件16上。室12可相对于环境气氛(即，相对于处理室12周围的环境)密封。承载件16被设计成可在竖直方向上位移，使得随着该工件18的结构高度增加(因为工件是在承载件16上由原料粉末逐层地建立的)，承载件16可以沿竖直方向向下移动到构建室20中。
设备10还包括用于将电磁辐射或粒子辐射(特别是激光辐射)选择性地辐照到施加于承载件16上的原料粉末上的辐照装置22。辐照装置22的激光源(特别是二极管泵浦镱光纤激光器)发射波长为约1070至1080的激光。辐照装置22还包括用于引导和处理辐射束的光学单元。该光学单元可以包括用于扩展辐射束的射束扩展器、扫描器和物镜。可替代地，光学单元可以包括具有聚焦光学器件的射束扩展器和扫描器单元。借助于扫描器单元，辐射束的焦点在射束路径的方向上的位置和在与射束路径垂直的平面中的位置可以进行改变和调整。扫描器单元可以被设计为检流计扫描器的形式，并且物镜可以是f-θ物镜。
在装置10的工件生成操作期间，通过用辐射束选择性地辐照施加到承载件16上的原料粉末层，在承载件16上生成要制造的三维工件18的第一层。具体地，根据要制造的工件18的CAD数据将辐射束引导到施加于承载件16上的原料粉末层上。在要制造的工件18的第一层完成之后，承载件16在竖直方向上降低，从而允许借助于粉末施加装置14施加后续的粉末层。其后，借助于辐照装置22辐照该后续的粉末层。因此，在承载件16上逐层地建立部件，同时承载件16降低到构建室20中。在构建室20中，生成在承载件16上的工件18嵌入到工件生成过程期间被施加到承载件16上但未被辐照的残余原料粉末24中。
当在设备10的工件生成部分W中完成工件生成过程之后，通过盖子使具有所生成的三维工件18的构建室20密封。其后，包括其上接收有工件18的承载件16和构建室20的构建室结构体26从工件生成部分W中邻近处理室12的操作位置转移到设备10的构建室更换部分B中的更换位置。一旦构建室结构体26已经转移至构建室更换部分B，可以在工件生成部分W中安置更换承载件和更换构建室(未示出)，并且可以开始另外的工件生成过程。
构建室结构体26从构建室更换部分B中的更换位置进一步转移至后处理和拆离部分P。在后处理和拆离部分P中，容纳在构建室20内的工件18最终从构建室结构体26拆离，如下面将更详细地描述的。
设备10的后处理和拆离部分P配备有拆离装置28。从图2可以看出，构建室结构体26可以通过在水平方向上的平移移动从构建室更换部分B转移至拆离部分P的拆离装置28。然而，也可以想到通过在竖直方向上的平移移动将构建室结构体26转移至拆离装置28。拆离装置28包括与保持装置32附接的支撑结构30。保持装置32被构造成保持构建室结构体26，并且特别地被构造成与构建室20的外表面相互作用。在图中所示的拆离装置28的实施方案中，保持装置32包括两个夹臂34，这两个夹臂适于与从构建室20的外表面突伸的相应突出部36相互作用，以便将构建室结构体26保持在拆离装置28中的期望位置。
拆离装置28还包括接合单元38，该接合单元被构造成与构建室结构体26的承载件16接合，参见图4。接合单元38包括支撑部分40和基本上垂直于支撑部分40延伸的连接部分42。连接部分42连接至支撑结构30，以将接合单元38附接至支撑结构30。第一闭锁(latching)元件44布置在支撑部分40的支撑表面46上，该支撑表面被构造成在使构建室结构体26的承载件16与接合单元38接合时接触承载件16。第一闭锁元件44被构造成与设置在承载件16的下表面上的互补的第二闭锁元件(未示出)相互作用，该第二闭锁元件被构造成在使承载件16与接合单元38接合时接触支撑表面46，如将在下面进一步详细描述的。
拆离装置28还包括移动机构48，该移动机构被构造为引起构建室20和接合单元38连同与接合单元接合的承载件16之间的相对移动，以便允许其上接收有三维工件18的承载件16与构建室20分离。此外，移动机构48被构造成引起构建室结构体26和接合单元38之间的相对移动，以使接合单元38与承载件16接合。
在图中所示的拆离装置28的实施方案中，移动机构48包括液压系统(未示出)，该液压系统允许保持装置32的夹臂34相对于支撑结构30执行引导移动，以便使构建室结构体26相对于支撑结构30和接合单元38移动。特别地，如图2和图3所示，构建室结构体26借助于移动机构48相对于接合单元38降低，而接合单元38保持在原地，直到承载件16的下表面与形成在接合单元38的支撑部分40上的支撑表面46接触并且第一闭锁元件44与设置在承载件16的下表面上的互补的第二闭锁元件接合为止。因此，构建室结构体26的承载件16固定至接合单元38，即固定至接合单元38的支撑部分40。
然而，作为替代方案，也可以想到为拆离装置28配备包括例如液压系统的移动机构48，该液压系统使接合单元38相对于构建室结构体26提升，而构建室结构体26保持在原地，直到设置在支撑表面46上的第一闭锁元件44与设置在承载件16的下表面上的第二闭锁元件接合并且因此将构建室结构体26的承载件16固定至接合单元38为止。最后，移动机构48可以被构造为引起构建室结构体26的降低移动和接合单元38的提升移动，直到如上所述的那样，构建室结构体26的承载件16与接合单元38的支撑部分40接合为止。
此外，还可想到的是为拆离装置28配备集成到可移动装置中的移动机构48，该可移动装置例如为升降架，也可以将构建室结构体26转移至拆离装置28。
在构建室结构体26的承载件16与接合单元38之间的连接已经建立之后，移动机构48引起构建室26和接合单元38连同与接合单元接合的承载件16之间的相对移动，以便于允许其上接收有三维工件18的承载件16与构建室20分离。在图中所示的拆离装置28的实施方案中，移动机构48(即其液压系统)提升构建室20，而其上固定有承载件16的接合单元38保持在原地，直到使接收在承载件16上的三维工件18露出为止，参见图5。
然而，作为替代方案，也可想到的是为拆离装置28配备移动机构48，该移动机构使接合单元38连同与接合单元接合的承载件16相对于构建室20降低，而构建室20保持在原地，直到使接收在承载件16上的三维工件18露出为止。最后，移动机构48可以被构造为引起构建室20的提升移动以及接合单元38和承载件16的降低移动两者，直到使接收在承载件16上的三维工件18露出为止。在将承载件16与构建室20分离时，容纳在构建室20中的大部分残余原料粉末通过重力驱动从构建室20释放。
然而，为了使粘附在三维工件18的表面上或者接收在三维工件18中所设置的凹部或孔中的原料粉末颗粒也被移除，拆离装置28还包括原料粉末移除机构50，该原料粉末移除机构被构造为引起接合单元38连同与接合单元接合的承载件16的振动和/或旋转。在图中所示的拆离装置28的实施方案中，原料移除机构50包括可旋转轴52，该可旋转轴的第一端附接至接合单元38，即附接至接合单元38的连接部分2。可旋转轴52的第二端连接至驱动电机54，该驱动电机被设计为电动机的形式并且在图2和图3中以虚线示出。
驱动电机54被构造为引起可旋转轴52的旋转移动，以便使接合单元连同38与至接合的承载件16旋转，从而使其上接收有三维工件18的承载件16倒置，参见图5。因此，粘附至三维工件18的残余原料粉末颗粒在重力驱动下从工件18释放。此外，原料粉末移除机构50包括振动电机56，该振动电机连接至接合单元38并且被构造为引起接合单元38连同与接合单元接合的承载件16振动。由振动电机56引起的振动具有的振幅和频率适于使得尽管工件18被倒置但仍粘附于三维工件18的残余原料粉末颗粒释放，但是该振幅和频率也被选择成确保三维工件18不会意外地从承载件16释放。
从构建室20和三维工件18释放的残余原料粉末被收集在粉末收集装置58中。粉末收集装置58置于接合单元38的下方。因此，在原料粉末移除机构50的操作期间从工件18释放的原料粉末颗粒可以容易地被收集在粉末收集装置58中。
在图中所示的拆离装置28的实施方案中，接合单元38布置在接收箱60中。接收箱60相对于环境气氛密封并且连接至适当的气氛控制系统62，该气氛控制系统适于在接收箱60内建立期望的气氛(例如惰性气体气氛)。此外，经由锁定装置64可进入接收箱60，该锁定装置被构造成在下述期间保持接收箱60内的受控气氛，所述期间为：在接合单元38与构建室结构体26的承载件16接合期间，即，在构建室结构体26沿着接合单元38的方向降低期间；在其上接收有三维工件18的承载件16与构建室20分离期间，即，在构建室20沿着与接合单元38接合的承载件16背离的方向提升期间；以及在残余原料粉末从接收在承载件16上的三维工件18移除期间，即，在原料粉末移除机构50的操作期间。
接收箱60被设计为手套箱的形式，该手套箱设置有一对抓握手套66。通过抓握手套66，用户可以处理三维工件18和/或仍然粘附于三维工件18或者已经接收在接收箱60中(特别是粉末收集装置58中)的残余原料粉末。最后，提供抽吸系统68，其被构造为从接收在承载件16上的三维工件18、接收箱60和/或收集装置58收回残余原料粉末。抽吸系统68包括柔性抽吸管70，该抽吸管被密封地引导到接收箱60中，使得其可以根据用户需要(例如通过抓握手套66)进行定位和处理。抽吸管70可以连接到用于接收和处理残余原料粉末的粉末再循环系统(未示出)，以便制备残余原料粉末用于再投入到工件生产过程中。
根据可替代的未示出的实施方案，图2的拆离装置28的支撑结构30的布置在锁定装置64外部的部分可以限定一空间，在该空间中可以建立受控气氛。这样，在打开锁定装置64之前，构建室结构体26以及保持装置32可以暴露于受控气氛。该气氛对应于接收箱60内的气氛。这可能需要借助于单独移动单元(诸如桥式升降架或工业机器人)将构建室结构体26移动至保持装置32。为了将构建室结构体26布置在保持装置32处，支撑结构30的相应部分可以包括通道门或大门。除此之外，所述部分除了在面向接收箱的锁定装置的敞开下侧之外的五个侧面上围绕保持装置32和构建室结构体26。
此外，根据所述未示出的实施方案，由支撑结构30的相应部分限定的空间以与环境气氛密封的方式连接到接收箱60。这可以通过用隧道状密封单元(也参见下面关于图6所论述的密封单元)将敞开下侧与接收箱的锁定装置连接来实现。因此，在控制所述空间内的气氛以与接收箱60内的气氛相匹配之后，可以打开锁定装置64以使接合单元38可使用，而不会使接收箱60的内部暴露于环境气氛。
图6示出了包括单独盖构件80的拆离装置28的另一实施方案。所述盖构件80封闭一空间82，该空间近似类似于由图2的拆离装置28的支撑结构30的布置在锁定装置64外部的部分封闭的空间。具体地，所述盖构件80形成为中空的(形象地说)钟形构件，该钟形构件具有面向接收箱60的敞开下侧84。所述敞开下侧84形成与接收箱60的连接部分。
在所描绘的状态下，构建室结构体26布置于在被降低到接收箱60中以用于与接合单元38连接之前的初始位置中。可以看到，构建室结构体26通过延伸穿过盖构件80的敞开下侧84而略微突伸到该盖构件外。
由盖构件80封闭的空间82(即，所述盖构件80的内部中空空间)因此至少部分地容纳构建室结构体26、保持装置32以及移动机构48。在所示的实例中，移动机构48限定线性轴线86，该轴线被定向成使得构建室结构体26能够朝向静止的接合单元38移动。在本文中，术语“静止”涉及构建室结构体26与接合单元38之间用于实现它们的接合的相对移动。然而，其不排除接合单元38能够在接收箱60内旋转，如上所述。
移动机构48和构建室结构体26借助于布置在这些元件之间的接触区域中的保持装置32彼此连接。移动机构48和保持装置32永久地布置在盖构件80内，而构建室结构体26选择性地容纳在盖构件中。更精确地，构建室结构体26可以通过与保持装置32连接而从例如临时存储位置被拾取。
为此，盖构件80还能够沿着至少一个另外的轴线88相对于接收箱60移动，该另外的轴线基本上平行于接收箱60延伸或者换言之基本上水平地延伸。由此，盖构件80可以作为整体相对于接收箱60移动，并且还可以布置在远离接收箱的位置，例如以便拾取构建室结构体26。所述水平移动可以通过将盖构件80连接到桥式升降架(未示出)来实现。所述升降架还可以使盖构件80能够朝向接收箱60移动和/或远离接收箱移动，例如在基本上垂直于轴线88延伸的竖直方向上移动。
因此，盖构件80被构造成用于拾取构建室结构体26，并且通过相应地移动未示出的升降架，盖构件以图6所示的预定连接位置相对于接收箱60进行布置。在所述预定位置，盖构件80的敞开下侧84面向接收箱60。具体地，在所述预定位置，敞开下侧84面向接收箱的锁定装置64。
随后，使附接到接收箱60的外侧并面向盖构件80的敞开下侧84的密封单元90致动。更详细地，波纹管形式的可延伸部分92从接收箱60朝向盖构件80移动，以便抵靠盖构件的外侧。在图6的状态下，该移动已经完成。密封单元90因此限定隧道状结构，该隧道状结构在盖构件80和接收箱60之间封闭出连接空间94。
结果，由盖构件80封闭成的空间82密封于环境气氛。此外，锁定装置64布置在盖构件80和接收箱60之间的连接空间94中。因此，当打开锁定装置64时，盖构件80和接收箱60(并且特别是由此封闭出的相应空间)彼此流体连接且同时密封于环境气氛。
然而，在打开锁定装置64之前，对空间82内(以及密封单元90封闭的空间94内)的气氛进行控制，以便与接收箱60内的气氛相匹配。具体地，在空间82内建立与接收箱60内相同的惰性气体气氛。为此，盖构件80包括气体入口96和气体出口98，该气体入口和气体出口连接至未示出的气氛控制系统。注意，为了完整起见，图6还示出了在接收箱60处的类似的气体入口96和气体出口98。
在盖构件80内建立气氛后，打开锁定装置64。因此，使接收箱60内的接合单元38可进入，而不会使接收箱60的内部暴露于环境气氛。相反，接收箱60的内部仅暴露于盖构件80内的气氛，而盖构件80内的气氛已经被控制为与接收箱60内的气氛相匹配。因此，需要较少的努力来控制和维持接收箱60内的气氛。
作为另一优点，在接收箱60内不需要设置用于使接合单元38和构建室结构体26接合的移动机构。相反，这些移动通过盖构件80的上述移动轴线86、88和/或附加的桥式升降架(未示出)来实现。因此，关于接合单元38的设计努力可为有限的，并且接合单元38可以替代地被优化用于承受在粉末移除期间由上述旋转和/或振动产生的力。
在打开锁定装置64之后，构建室结构体26借助于移动机构48降低到接收箱60中并且与接合单元38接合。
构建室结构体26与接合单元38之间的接合根据例如图4和图5的上述描述产生。简单地说，接合单元38被构造成借助于闭锁元件与构建室结构体26的承载件16接合。然后，借助于移动机构48引起构建室20和与承载件16接合的接合单元38之间的相对移动，以便允许其上接收有三维工件的承载件16与构建室20分离。换言之，移动机构48提升构建室20，而其上固定有承载件16的接合单元38保持在原地，直到接收在承载件16上的三维工件露出为止(参见图5)。在将承载件16与构建室20分离时，容纳在构建室20中的大部分残余原料粉末通过重力驱动从构建室20释放。
然后从接收箱60移除移动机构48和保持构建室20的保持装置32。随后，关闭锁定装置64，并且根据上述第一实施方案借助于旋转和振动进行粉末移除。在完成所述粉末移除之后，移动机构48再次降低到接收箱62中，用于将拆离的工件连接至保持装置32。然后，将所述工件提升到盖构件80中，于是关闭锁定装置64。
只有在这些步骤完成之后，才使密封单元90致动为呈现非活动状态。为此，可延伸波纹管92朝向接收箱60降低，使得不再接触盖构件80。最后，可以借助于未示出的桥式升降架将包括拆离的工件的盖构件80提升离开接收箱60。因此，可以在预定位置卸载拆离的工件。
注意，除了上面论述的差别之外，拆离装置28(且特别是其接收箱60)通常根据第一实施方案进行配置。这还包括拆离装置28的操作期间的上述另外的步骤中的任一步骤以及关于移动机构48的多个替代方案。

Claims (15)

1.一种在用于通过利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备(10)中使用的拆离装置(28)，所述拆离装置(28)包括：
-保持装置(32)，所述保持装置被配置成用于保持构建室结构体(26)，其中所述构建室结构体(26)包括容纳承载件(16)的构建室(20)，并且其中所述承载件(16)被配置成用于接收通过增材分层工艺由原料粉末生产的三维工件(18)，
-接合单元(38)，所述接合单元被配置成与所述构建室结构体(26)的所述承载件(16)接合，
-移动机构(48)，所述移动机构被配置成引起所述构建室(20)与所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)之间的相对移动，以允许所述承载件(16)连同其上接收的三维工件(18)与所述构建室(20)分离，以及
-原料粉末移除机构(50)，所述原料粉末移除机构被配置成用于引起所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)的振动和旋转中的至少一种，以从所述承载件(16)上所接收的所述三维工件(18)移除残余原料粉末(24)。
2.根据权利要求1所述的拆离装置，其中，所述保持装置(32)被配置成与所述构建室(20)的外表面相互作用。
3.根据权利要求1所述的拆离装置，其中，所述移动机构(48)被配置成用于提升所述构建室(20)和/或用于降低所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)，以将所述承载件(16)与所述构建室(20)分离。
4.根据权利要求1所述的拆离装置，其中，所述移动机构(48)还被配置成用于引起所述构建室结构体(26)与所述接合单元(38)之间的相对移动，以使所述接合单元(38)与所述承载件(16)接合。
5.根据权利要求4所述的拆离装置，其中，所述移动机构(48)被配置成用于降低所述构建室结构体(26)和/或用于提升所述接合单元(38)，以使所述接合单元(38)与所述承载件(16)接合。
6.根据权利要求1所述的拆离装置，其中，所述原料粉末移除机构(50)包括可旋转轴(52)，所述可旋转轴附接至所述接合单元(38)且连接至驱动电机(54)，所述驱动电机(54)被配置成用于引起所述可旋转轴(52)的旋转移动，以使所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)旋转；和/或其中所述原料粉末移除机构(50)包括振动电机(56)，所述振动电机连接至所述接合单元(38)并且被配置成用于引起所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)的振动。
7.根据权利要求1所述的拆离装置，还包括粉末收集装置(58)，所述粉末收集装置被配置成用于收集通过所述原料粉末移除机构(50)从所述三维工件(18)移除的残余原料粉末(24)。
8.根据权利要求1所述的拆离装置，其中，所述接合单元(38)布置在密封的接收箱(60)中，其中所述接收箱(60)可经由锁定装置(64)进入，所述锁定装置被配置成在以下期间在所述接收箱(60)内保持受控气氛，所述期间为：所述接合单元(38)与所述构建室结构体(26)的承载件(16)的接合期间、所述承载件(16)连同其上接收的所述三维工件(18)与所述构建室(20)的分离期间以及残余原料粉末(24)从所述承载件(16)上所接收的所述三维工件(18)的移除期间；和/或其中所述接收箱(60)被设计成手套箱的形式，所述手套箱设置有至少一个抓握手套(66)。
9.根据权利要求1所述的拆离装置，还包括抽吸系统(68)，所述抽吸系统被配置成从所述承载件(16)上所接收的所述三维工件(18)、从接收箱(60)和/或从粉末收集装置(58)收回残余原料粉末(24)。
10.一种操作在用于通过利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备(10)中使用的拆离装置(28)的方法，所述方法包括：
-通过保持装置(32)保持构建室结构体(26)，其中，所述构建室结构体(26)包括容纳承载件(16)的构建室(20)，并且其中所述承载件(16)被配置成用于接收通过增材分层工艺由原料粉末生产的三维工件(18)，
-将接合单元(38)与所述构建室结构体(26)的所述承载件(16)接合，
-通过移动机构(48)引起所述构建室(20)与所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)之间的相对移动，以允许所述承载件(16)连同其上接收的三维工件(18)与所述构建室(20)分离，以及
-通过原料粉末移除机构(50)引起所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)的振动和/或旋转，以从所述承载件(16)上所接收的所述三维工件(18)移除残余原料粉末(24)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述保持装置(32)与所述构建室(20)的外表面相互作用，和/或其中提升所述构建室(20)和/或降低所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)，以将所述承载件(16)与所述构建室(20)分离。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：通过所述移动机构(48)引起所述构建室结构体(26)与所述接合单元(38)之间的相对移动，以使所述接合单元(38)与所述承载件(16)接合，其中所述移动机构(48)具体地降低所述构建室结构体(26)和/或提升所述接合单元(38)，以使所述接合单元(38)与所述承载件(16)接合。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述原料粉末移除机构(50)包括可旋转轴(52)，所述可旋转轴附接至所述接合单元(38)且连接至驱动电机(54)，所述驱动电机(54)引起所述可旋转轴(52)的旋转移动，以使所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)旋转；和/或其中所述原料粉末移除机构(50)包括振动电机(56)，所述振动电机连接至所述接合单元(38)并且引起所述接合单元(38)连同与所述接合单元接合的所述承载件(16)的振动。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤中的至少一个：
-收集通过所述原料粉末移除机构(50)从所述三维工件(18)移除的残余原料粉末(24)，
-在所述接合单元(38)与所述构建室结构体(26)的所述承载件(16)的接合期间，在所述承载件(16)连同其上接收的所述三维工件(18)与所述构建室(20)的分离期间，以及在残余原料粉末(24)从所述承载件(16)上所接收的所述三维工件(18)的移除期间，通过提供进入容纳所述接合单元(38)的密封的接收箱(60)的入口的锁定装置(64)而在所述接收箱(60)内保持受控气氛，所述接收箱(60)具体地被设计成手套箱的形式，所述手套箱设置有至少一个抓握手套(66)，以及
-通过抽吸系统(68)从所述承载件(16)上所接收的所述三维工件(18)、从所述接收箱(60)和/或从粉末收集装置(58)收回残余原料粉末(24)。
15.一种用于通过利用电磁辐射或粒子辐射辐照原料粉末层来生产三维工件的设备(10)，所述设备(10)包括：
-根据权利要求1所述的拆离装置(28)。
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