CN107206680B - 通过相继地固化层来制造三维物体的设备和相关的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造三维物体的设备，该设备通过在与该物体的相应横截面对应的位置处相继地固化建造材料的层来制造三维物体，该建造材料能借助于辐射来固化，该设备具有：包围过程室的壳体；安置在该壳体中的建造容器；照射装置，用于在与该物体的相应的横截面对应的位置处照射建造材料的层；施加装置，用于将建造材料的层施加在建造容器中的承载装置上或之前形成的层上；计量装置，用于输送建造材料，其中，施加装置包括覆层元件，使得由计量装置输送的建造材料作为薄层沿着直线的施加运动分布在施加区域中，其特征在于，在对于一个层的覆层过程结束时，对于回到覆层初始位置的覆层元件(11)返回,覆层元件执行避让‑返回运动(A、R、Z)，在避让‑返回运动中覆层元件(11)与位于照射装置(17)和被施加的层之间的扫描器射束空间区域(30)不交错。

Description

通过相继地固化层来制造三维物体的设备和相关的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造三维物体的设备，该设备通过在与该物体的相应横截面对应的位置处相继地固化建造材料的层来制造三维物体，该建造材料能借助于辐射来固化，本发明还涉及一种相关的方法。
背景技术
上述类型的设备首先具有壳体，在该壳体中安置有过程室。在过程室底部的平面下方安置有建造容器，在制造过程中建造材料和部分物体或物体位于该平面上。此外设置有施加装置，利用该施加装置将建造材料的层施加在建造容器的承载装置上或之前形成的层上。计量装置用于，将建造材料输送给施加装置的覆层元件。该覆层元件尤其直线地在由建造容器限定的建造区的表面上移动并将建造材料作为非常薄的层分配，随后利用聚焦的激光束通过照射使该层熔化或熔融，并在冷却后固化以形成物体。这种设备例如从文献DE10 2006 056 422.7中已知。
就此这种已知的设备不利的是，该设备由于覆层过程所需的照射停顿占据相当长的时间段。
发明内容
本发明的目的是，如此设计设备和相关的方法，使得可以缩短总的建造过程。这由此实现，即在对于一个层的覆层过程结束时，对于回到覆层初始位置的覆层元件返回,覆层元件执行避让-返回运动，在避让-返回运动中覆层元件与位于照射装置和被施加的层之间的扫描器射束空间区域不交错。
本发明提供了一种用于制造三维物体的设备，该设备通过在与该物体的相应横截面对应的位置处相继地固化建造材料的层来制造三维物体，该建造材料能借助于辐射来固化，该设备具有：包围过程室的壳体；安置在该壳体中的建造容器；照射装置，用于在与该物体的相应的横截面对应的位置处照射建造材料的层；施加装置，用于将建造材料的层施加在建造容器中的承载装置上或之前形成的层上；计量装置，用于输送建造材料，其中，施加装置包括覆层元件，使得由计量装置输送的建造材料作为薄层沿着直线的施加运动分布在施加区域中。该设备的特征在于，在对于一个层的覆层过程结束时，对于回到覆层初始位置的覆层元件返回,覆层元件执行避让-返回运动，在避让-返回运动中覆层元件与位于照射装置和被施加的层之间的扫描器射束空间区域不交错。可视为本发明的核心内容的是，采取如下措施，即直接在覆层过程结束之后进行或开始在优选整个照射区域上的立即的照射吸收。据此，可以直接在覆层元件——该覆层元件在覆层过程期间沿施加方向运行——的后方开始照射过程，这是因为照射过程通常在建造面或建造面的大部分上分布地通过所谓的“岛式覆层”的方式实现，也就是说照射小的部段，这些小的部段部分地彼此远离，以便在构件层中避免热应力，适宜的是，如此使得覆层器返回，使得优选提供整个空闲的建造区以用于照射。换句话说是，本发明的原则包括所有的返回方式，其中如此引导覆层元件或施加装置的其它元件，使得激光束无阻碍地通过与射束交错的覆层元件或施加装置的其余元件自由地到达建造面上。
避让运动以有利的方式包括覆层器的空间位置关于覆层器在覆层过程中的空间位置的变化。例如如果覆层器或覆层元件水平地位于待覆层的面的上方，则空间位置变化与向上翻转、摆动离开、从建造区中转动出来以及类似情况相联系，该空间位置变化对整个建造过程的加速产生有利影响。在覆层元件返回时，可以通过一个或多个扫描器开始对整个建造区的有针对性的和全面的照射。
也可以实现的是，覆层元件以避让运动的方式在侧面直线地从建造区中运动出来，并在侧面从建造区中返回。然后可以保持覆层元件的平面的位置，对于返回来说仅要求在建造区的侧面的相对大的空间。该直线移动可以以有利的方式垂直于施加方向延长，但是也可以布置为倾斜的。
除了避让运动之外，对于建造过程的加速还有利的是，覆层元件在避让运动中以相对于层施加速度增高的速度运动。由此缩短了覆层元件的返回过程。如果为此照射装置例如利用多个扫描器在建造区上方工作，则缩短了照射阶段和覆层阶段。该覆层元件可以在一侧以能围绕至少一个轴摆动的方式支承。该摆动可以水平地进行或包括向上摆动运动。也可以实现的是，在施加过程结束时覆层元件——可以说是沿着施加运动的方向以越过建造面转动出来的方式摆动——以围绕建造区转动的方式摆动回到初始位置中，从而在施加过程连同返回过程期间，覆层元件如同在钟表盘上的指针那样摆动360°。
原则上也可以实现的是，为了使覆层元件返回到覆层初始位置中，在覆层过程结束时将覆层元件从建造平面的层处抬起，并在照射装置的扫描器装置的上方引导该覆层元件回到初始位置中。返回首先可以包括竖直运动，然后是越过扫描器装置在覆层初始位置的方向上的水平运动，之后是向下方指向的下降运动。可以同样有利地实现的是，使得覆层器在保持相对于其覆层纵向方向的平行位置的情况下或在后面施加覆层元件在曲线上的摆动运动的情况下越过扫描器装置被带回到初始位置。
尤其有利的是，在处于避让运动中的覆层器从覆层器更换器旁边经过，并在那里将旧的覆层器刀片拔出并插上新的覆层器刀片。这可以全自动地进行。根据建造过程要求的情况可以装置不同类型的覆层器刀片和刷子。在本发明的范围中，替代覆层器或除了覆层元件之外还在施加装置的承载件上联接传感器元件，并且例如在建造区上进行测量，如温度测量、射束焦散测量/焦散线法测量、层表面质量测量和类似测量。
附图说明
根据实施例详细说明本发明。其中：
图1示出用于制造三维物体的设备的示意图，在该示意图中示出位于扫描器和建造区之间的扫描器射束空间区域；
图2示出具有建造区、计量室开口和溢流开口的过程室底部的俯视图；(现有技术)
图3示出在施加层时包括根据本发明的避让运动的覆层元件运动的示意图；
图4示出类似于图3的图，其中示出在没有建造区开口情况下的覆层元件运动；
图5示出覆层元件布置结构的示意图，该覆层元件布置结构可以围绕侧面的摆动轴向上摆动；
图6示出覆层元件在层施加时和在避让运动时的图，其中覆层元件在建造平面之外水平地或通过附加的向上翻转部件摆动360°；
图7示出在扫描器布置结构上直角地或曲线形地引导覆层元件的示意图。
具体实施方式
首先参照图1用于整体介绍根据本发明的设备。
在那里示意性示出用于制造三维物体14的设备1，该设备通过在与该物体的相应的横截面对应的位置处相继地固化建造材料9的层来制造三维物体，该建造材料能借助于辐射来固化。该设备1具有壳体2，该壳体包围具有过程室底部4的过程室3。在过程室底部4的平面下方布置有用于供送建造材料9的计量装置5和具有可调节高度的承载装置7的建造容器6。溢流容器8与建造容器6相邻地布置在过程室底部4的平面下方。计量装置5、建造容器6和溢流容器8在上方敞开，也就是说，过程室底部4具有在计量装置5、建造容器6和溢流容器8上方的开口。
建造容器6的开口设有附图标记13，溢流容器8的溢流开口具有附图标记15。施加装置12的覆层元件11将建造材料9逐层分配在建造面上。
为了固化建造材料9——该建造材料被施加在承载装置7上或物体14的已经固化的层上，设置有包括激光器16和扫描器17的照射装置。在示出的实施例中，该照射装置布置在过程室3的上方，来自于扫描器17的激光束19穿透过程室盖中的窗口18。
在建造容器6的、可以说是限定了建造面的开口13的上方示出位于扫描器17和开口13之间的扫描器射束空间区域30，该扫描器射束空间区域是激光束19在直至开口13的边缘的最大偏转的情况下所占据的空间区域。在示出的根据图1的实施例中仅设置扫描器17，也就是说，扫描器射束空间区域30具有尖顶角锥体的形状。如果设置多个扫描器17，则扫描器射束空间区域30也可以具有其它形状、例如截顶锥体的形状。
下面参照附图2。图中示出过程室底部4的俯视图，其中在两侧的移动轨道10上引导传统的施加装置12的移动小车(Laufwagen)，也就是说，在覆层过程中以及返回过程中总是在相同的直线上进行前进运动和返回运动。当覆层元件11返回到覆层初始位置中时，该覆层元件11和移动小车因此必然与位于建造容器6上方的扫描器射束空间区域30交错。
在图3中类似于图2再次示出具有计量装置5、建造容器6和溢流容器8的开口的过程室底部4。在过程室底部4上方沿箭头方向引导施加装置12与布置于其下方的覆层元件11。如此进行该引导，由于整个的覆层器装置12的避让运动使得位于建造室6上方的扫描器射束空间区域30保持空置。在图3中示出，施加装置12在结束覆层过程B之后进行避让运动A，紧接着进行返回运动R，然后进行用于使施加装置12和覆层元件11返回到初始位置中的进一步运动Z。在图4中再次示出覆层运动＝B、避让运动＝A、返回运动＝R以及返回到初始位置中＝Z。
在图5中类似于图4仅示出建造室6的俯视图。施加装置12或至少覆层元件11在施加运动A的意义上向上方摆动并在向上摆动的位置中执行返回运动R，然后可以在供送运动Z的意义上再次向下翻转到水平位置中。利用这种避让运动布置使扫描器射束空间区域30的空间区域保持不受影响。
在图6中示出另一可能性，在不影响扫描器射束空间区域30的情况下使覆层元件11返回。该覆层元件11在施加装置12的移动小车上、例如在一侧的轨道上被引导。在结束覆层过程B之后，在组合的避让-返回运动A、R和归位运动Z的情况下覆层元件11类似于指针以360°水平地或利用叠加的向上摆动运动返回到初始位置B1中。
在图7中示出覆层元件11的侧面。在覆层过程B中将该覆层元件从初始位置B1引导到覆层终点位置B2，然后或者首先将其直角地向上引导回到覆层元件11的初始位置中(A、R、Z)。
如此选择该运动A、R和Z，使得该运动在扫描器17的上方延伸并由此使整个扫描器射束空间区域30不受影响。
在图3中还纯示意性地示出净化设备50，其中可以在覆层元件返回到初始位置B1中时对该覆层元件11进行净化，例如冲洗、吹刷或类似方式。因为这远离于建造室6实现，所以不会通过净化过程使建造过程受到不利影响。
还在图3中示出了覆层元件更换器51，该覆层元件更换器可以如同工具库那样构造并可以保存多个相同或不同的覆层元件11。可以在返回或避让运动的过程中使覆层元件支架在覆层元件更换器51的区域中安装有新的或不同的覆层元件11。
同样可以实现的是，代替新的覆层元件11可以在覆层元件支架上联接传感器元件52用于焦散测量，同样可以在覆层元件更换器51中提供该传感器元件。
附图标记列表：
1 设备
2 壳体
3 过程室
4 过程室底部
5 计量装置
6 建造容器
7 承载装置
8 溢流容器
9 建造材料
10 轨道
11 覆层元件
12 施加装置
13 建造容器6的开口
15 溢流容器8的开口
16 激光
17 扫描器
18 窗口
19 激光束
30 扫描器射束空间区域
50 净化设备
51 覆层元件更换器
52 传感器元件

Claims (17)

1.一种用于制造三维物体的设备，该设备通过在与该物体的相应横截面对应的位置处相继地固化建造材料的层来制造三维物体，该建造材料能借助于辐射来固化，该设备具有：
-包围过程室的壳体，
-安置在该壳体中的建造容器，
-照射装置，用于在与该物体的相应的横截面对应的位置处照射建造材料的层，
-施加装置，用于将建造材料的层施加在建造容器中的承载装置上或之前形成的层上，
-计量装置，用于输送建造材料，其中，施加装置包括覆层元件，使得由计量装置输送的建造材料作为薄层沿着直线的施加运动分布在施加区域中，
其特征在于，在对于一个层的覆层过程结束时，对于回到覆层初始位置的覆层元件(11)返回,覆层元件执行避让-返回运动(A、R、Z)，在避让-返回运动中覆层元件(11)与位于照射装置(17)和被施加的层之间的扫描器射束空间区域(30)不交错。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，覆层元件(11)在避让-返回运动(A、R、Z)的过程中的空间位置与覆层元件(11)在覆层过程(B)中的空间位置偏离。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，避让运动(A、R、Z)包括覆层元件(11)的附加的直线移动，该直线移动沿着与施加方向不同的方向进行。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，附加的避让运动(A)的方向垂直于在层施加(B)时的移动方向。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，覆层元件(11)在避让-返回运动(A、R、Z)中以相对于层施加速度(B)增高的速度运动。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在避让运动中，覆层元件(11)能转移到不与所施加的粉末层的层平面平行的位置中。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，覆层元件(11)在一侧以能围绕至少一个轴摆动的方式支承。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，避让-返回运动(A、R、Z)包括覆层元件(11)的向上摆动运动。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，避让-返回运动(A、R、Z)包括其中在待照射的建造面的外部以围绕摆动轴转动的方式引导该覆层元件(11)的摆动运动。
10.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，为了使覆层元件返回到覆层初始位置中，在对于一个层的覆层过程结束时将覆层元件(11)从建造平面处抬起，并在照射装置的扫描器装置(17)的上方引导该覆层元件回到覆层初始位置中。
11.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在避让-返回运动(A、R、Z)的过程中由净化设备(50)对该覆层元件施加作用。
12.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在避让-返回运动(A、R、Z)的过程中能通过覆层元件更换器(51)更换该覆层元件(11)。
13.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在覆层元件(11)的支承装置或引导装置上布置有至少一个传感器元件，该至少一个传感器元件用于激光束质量的焦散测量，该至少一个传感器元件能在覆层过程(B)中或代替覆层过程在建造区的待覆层的区域上方引导。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，覆层元件更换设备包括更换库，在该更换库中提供有多个相同的或不同的覆层元件和/或用于焦散测量的传感器元件(52)。
15.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，覆层元件(11)在避让运动(A)中从建造区的待覆层的面中摆动出来，并在这个摆动出来的位置中返回到覆层初始位置中以及能在覆层初始位置中摆动到覆层位置中。
16.一种用于制造三维物体的方法，该方法通过在与该物体的相应横截面对应的位置处相继地固化建造材料(9)的层来实现，该建造材料能借助于辐射来固化，该方法具有如下特征：
-设置壳体(2)，该壳体具有在壳体中布置的建造容器(6)，
-设置照射装置(16、17)，用于在与该物体的相应的横截面对应的位置处照射建造材料(9)的层，
-设置施加装置(12)，用于将建造材料(9)的层施加在建造容器(6)中的承载装置(7)上或之前形成的层上，
-设置计量装置(5)，用于输送建造材料(9)，其中，施加装置(12)包括覆层元件(11)，使得由计量装置(5)输送的建造材料(9)作为薄层沿着直线的施加运动(B)分布在施加区域中，
其特征在于，如此使覆层元件处于避让运动(A)中，即覆层元件在其返回(A、R、Z)到覆层初始位置(B1)中时与位于照射装置(17)和被施加的层之间的扫描器射束空间区域(30)不交错。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，为了返回到覆层初始位置(B1)中，覆层元件(11)要么向上翻转、要么向侧向翻转离开、要么从扫描器射束空间区域(30)向侧向移出或者摆动出来。
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