CN107428078A - 用于生成式地制造三维物体的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过依次逐层选择地固化由可借助于至少一个激光束(5)固化的建造材料(3)构成的建造材料层而生成式地制造三维物体(2)的设备(1)，其包括至少一个用于产生至少一个用于逐层选择地固化各个由可固化的建造材料(3)构成的建造材料层的激光束(5)的装置(4)，其中，装置(4)包括至少一个被或可被直接布置在建造平面(9)——在该建造平面中构造有要选择地固化的或被固化的建造材料层——上方的激光二极管元件(10)，其被设置用于产生直接指向建造平面的激光束(5)和/或装置(4)包括至少一个布置在设备(1)的建造室(8)外部的激光二极管元件(10)和至少一个被或可被直接布置在建造平面(9)——在该建造平面中构造有要选择地固化的或被固化的建造材料层——上方的、与布置在设备(1)的建造室(8)外部的激光二极管元件(10)光学耦合的光学元件(27)，其被设置用于将由激光二极管元件(10)产生的激光束(5)直接偏转到建造平面(9)上。

Description

用于生成式地制造三维物体的设备
技术领域
本发明涉及一种用于通过依次逐层选择地固化由可借助于至少一个激光束固化的建造材料构成的建造材料层而生成式地制造三维物体的设备，其包括用于产生至少一个激光束的至少一个装置，激光束用于逐层选择地固化由可固化的建造材料构成的各个建造材料层。
背景技术
为了生成式地制造三维物体，这种设备本身是已知的。借助于相应的设备，通过在与分别要制造的物体的各自的横截面区域对应的区域中借助于能量束或激光束依次逐层选择地固化在建造平面中施加的、由可固化的建造材料构成的建造材料层，生成式地建造要制造的三维物体。要固化的建造材料层的依次选择性的逐层固化基于对分别要制造的三维物体的几何上的设计、也就是说尤其是与层相关的横截面几何形状进行描述的建造数据来实施。
为了产生相应的激光束，使用激光束产生装置，激光束产生装置通常被布置在从属于设备的建造室或过程室外部。通过相应的激光束产生装置产生的激光束通过也称为“扫描器”的射束偏转装置被偏转到要选择地固化的建造材料层上。
相应的设备的这种配置，尤其是关于它的系统技术上的结构，是比较复杂的并且就此而言在设计上需要改进。
发明内容
本发明的目的是，提出一种尤其是关于在系统技术上比较简单地设计的用于产生激光束的装置方面改进的、用于生成式制造三维物体的设备。
该目的通过一种按照权利要求1的设备实现。从属权利要求涉及该设备的特别的实施形式。该目的此外通过一种按照权利要求22的方法实现。
在此处描述的设备一般地用于通过依次逐层选择地固化各个由建造材料构成的建造材料层来添加式地或生成式制造至少一个三维物体、也就是说例如技术构件或技术构件组，建造材料可借助于至少一个由至少一个装置产生的激光束来固化。设备可以是用于实施选择性激光熔化方法或选择性激光烧结方法的设备。
依次逐层选择地固化要固化的建造材料层基于与物体相关的建造数据实施。相应的建造数据一般地描述分别要生成式制造的三维物体(以下简称为“物体”)的几何上的或几何结构上的设计。相应的建造数据例如可以是要制造的物体的CAD数据或包含这样的数据。
设备包括通常用于实施生成式建造过程需要的功能部件，也就是说尤其是简称为“装置”的、用于产生用于依次逐层选择地固化各个由建造材料即尤其是粉末形的金属材料、塑料材料和/或陶瓷材料构成的建造材料层的激光束的激光束产生装置，和用于在建造平面中形成要固化的建造材料层的覆层器装置。建造平面可以是承载装置的通常(在竖直方向上)被可运动地支承的承载元件的一个表面，或者可以是一个已经被固化的建造材料层。一般地，在建造平面中形成有要选择地固化的或被选择地固化的建造材料层。
装置可以包括至少一个，也就是说通常多个，被或可被直接地在建造平面上方布置的激光二极管元件，该激光二极管元件被设置用于产生直接地指向建造平面的激光束。这个或这些激光二极管元件在此处通常被布置在从属于设备的建造室或过程室内，在该建造室或过程室中实施生成式建造过程。
备选地或补充地，装置可以包括至少一个，也就是说通常多个，与至少一个激光二极管元件(光学)耦联的、被或可被直接地在建造平面上方布置的光学元件，该光学元件被设置用于将由激光二极管元件产生的激光束直接地偏转到建造平面上。这个或这些激光二极管元件在此处通常被布置在从属于设备的建造室或过程室外部，在建造室或过程室中实施生成式建造过程。光学元件可以被构造成将激光束聚焦到建造平面上的、包括一个或多个光学透镜元件的聚焦光学系统或包括至少一个这样的聚焦光学系统。在光学元件和激光二极管元件之间的(光学)耦联通过例如形式为一个或多个玻璃纤维光缆的光导元件来实施。当然可能的是，将至少一个光学元件与多个激光二极管元件相耦联或将至少一个激光二极管元件通过合适的分束元件与多个光学元件相耦联。
与激光二极管元件的布置和所耦联的光学元件的相应设置无关地，通过装置产生的激光束通常在关于建造平面大约成90°的角度下投射到建造平面上。装置就此而言可以被称为或看作为“二极管激光器”，因为它为了产生激光束或激光辐射而包括激光二极管元件。激光二极管元件可以理解为被设置用于产生激光辐射的半导体元件。可通过激光二极管元件产生的激光束的特性，也就是说尤其是光学特性，也就是说例如波长，除了其它方面以外取决于这个或这些所使用的半导体材料。从属于装置的激光二极管元件例如可以产生在0.1瓦和10瓦之间的范围中的被发射的激光功率；当然在此处也可以设想向上和/或向下的例外。
从属于装置的激光二极管元件或光学元件直接地被布置在建造平面上方；在激光二极管元件和光学元件与建造平面之间通常没有另外的部件，尤其是没有光学的掩模部件/遮蔽部件。相应地，激光束被直接地指向建造平面和直接地投射到建造平面上。不需要通过射束偏转装置偏转激光束。
总体上，在此处描述的用于生成式制造三维物体的设备提供了一种在系统技术上简化的结构；由此提供了一种改进的用于生成式制造三维物体的设备。
如提到的那样，装置可以包括多个，也就是说大量，激光二极管元件或光学元件。激光二极管元件或光学元件可以在面积上覆盖建造平面的至少一部分，必要时也覆盖整个建造平面的面积。建造平面通常可以通过一个确定的、例如四边形的面来限定。激光二极管元件或光学元件因此直接地与建造平面的至少一部分、也就是说总面积(或总表面)的部分面积(或部分表面)相对置。当然也可能的是，激光二极管元件或光学元件与建造平面的多个在面积上连续的或不连续的部分或部分面积相对置。建造平面的通过相应的激光二极管元件或光学元件按面积覆盖的部分可以在不强制需要激光二极管元件或光学元件相对于建造平面机械运动的条件下被选择地照射。该选择的照射通过有针对性地控制单个、多个或全部激光二极管元件以用于分别产生具有特定的射束特性的激光束来实施。
就此而言可能适宜的是，激光二极管元件或光学元件在整个面积上覆盖建造平面，由此在原理上，建造平面的每个部分或整个面可以按照需要地、在没有装置相对于建造平面的运动的情况下被选择地照射。这相对于常规设备显现出特别的优点，常规设备为了选择地照射建造平面通常包括用于偏转所产生的激光束的射束偏转装置和/或用于使激光束产生装置运动的运动机构。常规设备的这些装置或从属于这些装置的机构在结构设计上是复杂的并且有时关于实现高精度的照射过程是有问题的。相对于常规设备此外有利的是，可以减少或避免由激光束产生装置的运动引起的设备“空闲时间”。
装置的激光二极管元件或光学元件原则上被或可被相对于彼此以任意的空间布置结构进行布置。这些激光二极管元件或在与设备相关的总共存在的激光二极管元件数量的部分数量的意义上的多个激光二极管元件或者这些光学元件或在与设备相关的总共存在的光学元件数量的部分数量的意义上的多个光学元件可以成排状地和/或成列状地被布置在至少一个公共的(通常平行于建造平面的)平面中。激光二极管元件或光学元件的呈连续的行和列的布置可以称为“矩阵式布置”，简称“矩阵”。因此矩阵包括由(分别)至少两个激光二极管元件或光学元件构成的至少一个行、通常多个平行布置的行，和由(分别)至少两个激光二极管元件或光学元件构成的至少一个列、通常多个平行布置的列。一个相应的激光二极管元件列或光学元件列相对于一个相应的激光二极管元件行或光学元件行成角度地、尤其是垂直地延伸，并且反之亦然。激光二极管元件或光学元件的矩阵式的布置可以相当于一种像素网栅，如例如在液晶显示器装置(“LCD显示器”)中设置的那样；各个激光二极管元件或光学元件在此情况下相当于相应的液晶显示器装置的像素。
在此处要指出，激光二极管元件——也相应于液晶显示器装置的原理——原则上可以单个地或成组地被控制、也就是说尤其是激活和/或去激活，以分别产生具有确定的射束特性的激光束。激光二极管元件的激活或去激活可以理解为对激光二极管元件的通电流；激光二极管元件在激活的状态下被通电流和产生激光束，而在去激活的状态下不被通电流和不产生激光束。激光二极管元件的激活或去激活也可以理解为，通过激光二极管元件产生的或可产生的激光束例如通过激光二极管元件的运动、尤其是转动，在激光二极管元件的激活的状态下指向建造平面而在激光二极管元件去激活的状态下从建造平面指离。以类似方式，光学元件也可以指向建造平面和从建造平面指离。
除了所描述的相应的激光二极管元件或光学元件在一个公共的平面中的布置以外，这些激光二极管元件或在与设备相关的总共存在的激光二极管元件数量的部分数量的意义上的多个激光二极管元件或者这些光学元件或在与设备相关的总共存在的光学元件数量的部分数量的意义上的多个光学元件上下叠置地布置在多个(通常平行于建造平面的)平面中。激光二极管元件或光学元件在多个平面中的上下叠置的布置产生了相应的激光二极管元件或光学元件的特别紧凑的、必要时相互嵌套的布置。当然激光二极管元件或光学元件在多个平面中上下叠置的布置被如此地选择，使得激光束可以分别直接地指向建造平面。布置在各个上下叠置的平面中的激光二极管元件或光学元件通常相互间以一定的空间错位来布置。因此由在上部的平面中布置的激光二极管元件产生的激光束不投射到在下部的平面中布置的元件上，而是穿过在直接相邻地布置在下部的平面中的激光二极管元件和/或光学元件之间的自由空间(例如其形式为缝隙、孔或其它开口)投射到建造平面上。以类似方式，被在上部的平面中布置的光学元件偏转的激光束不投射到在下部的平面中布置的元件上，而是穿过在直接相邻地布置在下部的平面中的激光二极管元件和/或光学元件之间的例如缝隙、孔或其它开口形式的自由空间投射到建造平面上。
与激光二极管元件或光学元件在一个平面或多个上下叠置的平面中的布置无关地，这些激光二极管元件或在与设备相关的总共存在的激光二极管元件数量的部分数量的意义上的多个激光二极管元件或者这些光学元件或在与设备相关的总共存在的光学元件数量的部分数量的意义上的多个光学元件被或可被鉴于要制造的物体的必要时与横截面相关的外轮廓和/或内轮廓进行布置。所提到的、激光二极管元件或光学元件相互间原则上任意的空间布置的方面允许考虑要制造的物体的确定的外轮廓和/或内轮廓来布置激光二极管元件或光学元件，由此激光二极管元件或光学元件的所述布置实现对要制造的物体的外轮廓和/或内轮廓的照射。这是与要制造的物体的几何上的设计无关地适用的，因为激光二极管元件或光学元件可以鉴于要制造的物体的几何上的设计被布置成，使得激光二极管元件或光学元件覆盖要制造的物体的尤其是与横截面相关的最大或最小的空间尺寸。
如在下面与适宜的保持装置——激光二极管元件或光学元件可布置在该保持装置上或中——相关联地描述的那样，可能的是，激光二极管元件或光学元件可布置在或被布置在鉴于要制造的物体的确定的外轮廓和/或内轮廓而相互间以一定的空间布置结构预先配置的组中。当然，被预先配置的组也可以包括激光二极管元件和光学元件。如果要制造的物体例如具有三角形的横截面，那么被预先配置的激光二极管元件组具有呈相应的三角形布置的激光二极管元件。以类似方式，被预先配置的光学元件组具有呈相应的三角形布置的光学元件。由于在一个生成式建造过程中可以制造多个在几何上不同设计的物体，当然也可以存在多个被不同地预先配置的激光二极管元件组或光学元件组。
单个、多个或全部激光二极管元件可以在至少一个与可通过激光二极管元件产生的激光束的射束特性有关的参数上、尤其是在其输入功率和/或输出功率上是可改变的。单个、多个或全部激光二极管元件因此可以类似于可调光的LED是“可调光的”。相应地，通过在至少一个与射束特性有关的参数上可改变的激光二极管元件，例如通过改变输入功率和/或输出功率，可以产生具有不同的射束特性也就是说例如不同的能量密度、强度等等的激光束。对于多个相应地在至少一个与射束特性有关的参数上可改变的激光二极管元件的情况，因此可以在同时产生多个激光束的情况下形成确定的总射束能量轮廓。例如可以设想多个激光二极管元件或光学元件的成排状的布置，其中，激光二极管元件被这样地控制或在其输出功率上被改变，使得产生具有一定的几何形状的总射束能量轮廓；对于高斯形的总射束能量轮廓，与在边缘侧布置的激光二极管元件或光学元件相比，在中心布置的激光二极管元件或光学元件被供给较高的功率。当然，高斯形的总射束能量轮廓应该理解为仅仅是示例性的，原则上，通过相应地控制激光二极管元件可以产生任意二维或三维几何形状的总射束能量轮廓。
在与可通过激光二极管元件产生的激光束的至少一个射束特性有关的参数上可改变的多个激光二极管元件或与激光二极管元件耦联的光学元件的成行状或成列状的布置此外实现，激光二极管元件可以被这样地控制或在其输出功率上被改变，使得产生一个相应于沿着激光二极管元件或光学元件的成行状或成列状的布置结构的波前沿着建造平面必要时往返地可运动的或被运动的、因此动态的总射束能量轮廓。为此，激光二极管元件被类似于包括多个LED的、用于移动地显示文字数字符号的LED显示器地控制。激光二极管元件或光学元件相当于LED显示器的LED。总射束能量轮廓可以通过对激光二极管元件的如描述的控制而具有确定的几何形状，也就是说例如被设计成高斯形。
该原理当然也可以转用到多个激光二极管元件或光学元件的矩阵式的布置上。由此可以实现具有至少部分相同的、类似的或不同的横截面轮廓的不运动的或运动的总射束能量轮廓、一般来说任意的三维几何形状的总射束能量轮廓。
一般地，单个、多个或全部激光二极管元件可以在至少一个与可通过激光二极管元件分别产生的激光束的射束特性有关的参数上有差别。因此也可以通过在至少一个与可通过激光二极管元件分别产生的激光束的射束特性有关的参数上、也就是说例如在其输入功率和/或输出功率上有差别的激光二极管元件实现形成具有至少部分相同的、类似的或不同的横截面轮廓的、确定的、二维或三维总射束能量轮廓。例如又可以设想多个激光二极管元件的成行状的或成列状的布置，这些激光二极管元件在至少一个与可通过激光二极管元件分别产生的激光束的射束特性有关的参数上有差别，其中，激光二极管元件被这样地布置，使得产生具有一定的几何形状的确定的总射束能量轮廓；在高斯形的总射束能量轮廓的情况下，在中心布置的激光二极管元件与在边缘侧布置的激光二极管元件相比例如具有更高的输出功率。当然高斯形的总射束能量轮廓在此处也应该理解为仅仅是示例性的，原则上，通过在至少一个与可通过激光二极管元件分别产生的激光束的射束特性有关的参数上有差别的激光二极管元件的相应布置，可以产生任意的二维几何形状的总射束能量轮廓。类似情况当然适用于多个光学元件的成行状的或成列状的布置。
可通过相应不同的激光二极管元件产生的激光束也可以实现不同的功能，也就是说尤其是(还)要固化的建造材料层的预调温和/或已经被固化的建造材料层的再调温。例如至少一个第一激光二极管元件，必要时一组第一激光二极管元件，可以被设置用于产生用于固化要固化的建造材料层的激光束，而至少一个另外的激光二极管元件，必要时一组另外的激光二极管元件，被设置用于产生用于对要固化的建造材料层进行预调温的激光束和/或被设置用于产生用于对已经被固化的建造材料层进行再调温的激光束。被产生用于固化建造材料层的激光束通常具有比被产生用于预调温要固化的建造材料层或再调温已经被固化的建造材料层的激光束高的能量(密度)。
已经提到，激光二极管元件或光学元件可以有利地可布置在或被布置在保持装置上。这种通常框架状的保持装置包括多个可预先确定的或被预先确定的布置位置，至少一个激光二极管元件或至少一个光学元件可布置在该布置位置处或该布置位置上。这种保持装置可以具有任意的基本形状。保持装置的基本形状通常被这样地设计尺寸，使得保持装置可以毫无困难地布置在设备的建造室或过程室中。
激光二极管元件或光学元件可以在这种保持装置中按照需要地、尤其是可(无损伤地或无破坏地)拆开地可布置在或被布置在可预先确定的或被预先确定的布置位置处。可拆开的连接可以例如在激光二极管元件或光学元件有故障的情况下是有利的，因为有故障的激光二极管元件或光学元件可以容易地从保持装置中取出和更换。
在这一点上，用于检测有故障的激光二极管元件或有故障的光学元件的检测装置可以是有利的，该检测装置在检测到有故障的激光二极管元件或光学元件时例如声学地和/或光学地输出与有故障的激光二极管元件或光学元件有关的信息。该信息可以包含关于有故障的激光二极管元件或光学元件的技术规格例如型号的资料、故障的确切类型、有故障的激光二极管元件或光学元件在保持装置处或中的布置或位置，等等。此外，可以设想与检测装置共同作用的、用于部分自动化地或全自动化地更换有故障的激光二极管元件或有故障的光学元件的更换装置，由此设备可以部分自动化地或全自动化地始终配备有全部数量的激光二极管元件或光学元件。相应的更换装置包括多个用于在更换的范围中抓取激光二极管元件或光学元件的抓持元件。更换装置例如可以被构造成单轴或多轴的机器人装置或包括至少一个这种机器人装置。
通过在保持装置的可预先确定的或被预先确定的布置位置处按照需要地布置激光二极管元件或光学元件，可能的是，激光二极管元件或光学元件以如下组的形式按照需要地可布置在或被布置在保持装置的可预先确定的或被预先确定的布置位置处，该组鉴于要制造的物体的必要时与横截面相关的外轮廓和/或内轮廓而相互间以一定的空间布置结构被预先配置。因此与具有一定的外轮廓和/或内轮廓的物体的生成式制造相关联地，可以实现，准备至少一个由相互间以一定的空间布置结构布置的激光二极管元件或光学元件形成的、被预先配置的激光二极管元件组或光学元件组，将激光二极管元件组或光学元件组为了实施物体的生成式制造而与保持装置连接，也就是说例如插入保持装置中，以及在制造物体之后从保持装置中取出激光二极管元件组或光学元件组，或为了以后制造具有不同的外轮廓和/或内轮廓的另一个物体用鉴于该另一个物体的外轮廓和/或内轮廓而相互间以一定的空间布置结构预先配置的、另外的激光二极管元件组或光学元件组来替换激光二极管元件组或光学元件组。
相应的被预先配置的激光二极管元件组或光学元件组因此原则上可配设给或被配设给具有确定的几何上的设计、也就是说尤其是具有确定的外轮廓和/或内轮廓的物体。各个被预先配置的激光二极管元件组或光学元件组可以在保持激光二极管元件或光学元件的布置结构的情况下被(中间)仓储在仓库中并且被随时用于生成式制造与这些激光二极管元件组或光学元件组相配设的物体。当然也可能的是，鉴于另一个物体的几何上的设计，通过重新布置单个、多个或全部激光二极管元件或光学元件，类似于铅字盘地重新配置被预先配置的激光二极管元件组或光学元件组(“铅字盘原理”)。
为了将激光二极管元件布置在保持装置处或中，保持装置可以包括多个用于容纳至少一个激光二极管元件或光学元件的容纳件。容纳件的数量通常至少等于装置的激光二极管元件或光学元件的数量。容纳件可以包括确定的连接元件，这些连接元件与在激光二极管元件或光学元件上布置或构造的对应的配对连接元件共同作用，形成激光二极管元件或光学元件与保持装置的(位置)稳定的、可(无损伤地或无破坏地)拆开的或不可拆开的连接。通过相应的连接元件和相应的配对连接元件的共同作用，例如可以建立形状配合连接和/或力锁合连接；连接元件例如可以被构造成形状配合连接元件和/或力锁合元件，也就是说例如插接元件、如插接销或与插接销对应的插接接纳部，和/或锁止/卡扣元件、如锁止/卡扣凸起或与锁止/卡扣凸起对应的凹槽，和/或螺旋/螺纹元件，如螺旋销或螺柱或与螺旋销或螺柱对应的螺旋接纳部或螺纹接纳部，等等。配对连接元件可以被构造成与其对应的形状配合元件和/或力锁合元件。当然激光二极管元件或光学元件也可以材料结合地、也就是说例如粘接地与保持装置连接。
保持装置可以在至少一个运动自由度上相对于建造平面可运动地被支承。保持装置的运动通过合适的、也就是说尤其是(电)马达驱动的、与保持装置耦联的或可耦联的驱动装置和/或导向装置实施。通过保持装置的运动，可以使保持装置连同布置在其上或其中的激光二极管元件或光学元件一起鉴于具体的照射状况相对于要照射的建造平面运动。保持装置的运动可以包含沿着至少一个平动轴的平移的运动自由度和/或围绕至少一个转动轴的转动的运动自由度。因此保持装置的运动例如可以是线性运动、旋转运动、翻转运动或摆动运动。当然在多个不同的运动自由度上的组合运动也是可能的。
保持装置的运动可以与建造平面的照射同时地实施。与建造平面的照射相联系地，保持装置也可以在不同的运动自由度上或沿不同的运动轨迹相对于建造平面运动。这样可以在要固化的建造材料层中形成不同的固化结构，也就是说例如焊缝。因此可以减少在要制造的物体中的由过程决定地产生的内应力，这对要制造的物体的质量产生积极影响。对于具有以成行状的或成列状的布置结构布置在其上或其中的激光二极管元件或光学元件的保持装置的示例，保持装置可以首先例如沿着通过例如线性的第一运动轴限定的第一运动轨迹在建造平面上方运动和随后沿着通过另一个例如线性的运动轴限定的另外的运动轨迹在建造平面上方运动。该另外的运动轨迹例如可以与第一运动轨迹成角度地、尤其是正交地延伸。相应的情况当然也可以转用于不同地、也就是说例如矩阵状地布置的激光二极管元件或光学元件上。
对于保持装置相对于建造平面被不可运动地支承的情况，装置有利地包括多个激光二极管元件或光学元件，它们按面积算覆盖建造平面的至少一部分或部分面积、尤其是全部建造平面。尤其在通过相应地在面积上对应地布置激光二极管元件或光学元件而在面积上完全覆盖建造平面的情况下，不必使保持装置连同布置在其上或其中的激光二极管元件或光学元件一起鉴于具体的照射状况而相对于要照射的建造平面运动。在此处可以不设置与保持装置耦联的或可耦联的驱动装置和/或导向装置，它们可能增大设备的在系统技术或控制技术上的结构。
与保持装置相对于建造平面可运动的或不可运动的支承无关地，至少一个激光二极管元件或至少一个光学元件(也)可以在至少一个运动自由度上相对于保持装置和因此也相对于建造平面可运动地被布置在或可布置在保持装置上或中。通过单个、多个或全部激光二极管元件或光学元件相对于保持装置的运动，例如可以使激光二极管元件或光学元件鉴于具体的照射状况而相对于建造平面运动。同样可能的是，使单个、多个或全部激光二极管元件或光学元件在去激活的状态下运动、也就是说尤其是翻转或转动，在去激活的状态下，各可产生的或被产生的激光束是从建造平面指离的。激光二极管元件或光学元件的运动可以包含沿着至少一个平动轴的平移运动自由度和/或围绕至少一个转动轴的转动运动自由度。激光二极管元件或光学元件的运动因此例如可以是线性运动、旋转运动、翻转运动或摆动运动。当然在此处在多个不同的运动自由度上的组合运动也是可能的。
激光二极管元件或光学元件的运动也可以与建造平面的照射同时进行。与确定的建造平面的照射相联系地，单个、多个或全部激光二极管元件或光学元件也可以在不同的运动自由度上或在不同的运动轨迹上相对于建造平面运动。这样也可以在要固化的建造材料层中形成不同的固化结构、也就是说例如焊缝。因此可以减少在要制造的物体中的由过程决定地产生的内应力，这对要制造的物体的质量产生积极影响。单个、多个或全部激光二极管元件或光学元件可以首先例如沿着通过例如线性的第一运动轴限定的第一运动轨迹在建造平面上方运动和随后沿着通过另外的、例如线性的运动轴限定的另外的运动轨迹在建造平面上方运动。该另外的运动轨迹例如可以与第一运动轨迹成角度地、尤其是正交地延伸。
在保持装置上可以布置或构造有通常属于设备的用于形成要固化的建造材料层的覆层器装置。在此处涉及覆层器装置被集成到设备中的一种特别紧凑的可能性。为了形成建造材料层，被布置或构造在保持装置上的覆层器装置例如可以与被可运动地支承的保持装置一起相对于建造平面运动。
有利地，覆层器装置也可以在至少一个运动自由度上相对于保持装置可运动地布置或构造在保持装置上。为了使覆层器装置相对于保持装置和因此也相对于建造平面运动，可以设置与覆层器装置耦联的或可耦联的、尤其是(电)马达驱动的驱动装置和/或导向装置。尤其是在这种情况下可能的是，同时地实施覆层过程和照射过程；有利地，在此仅仅照射建造平面的如下部分，在这些部分中通过覆层器装置已经构造了建造材料层。
设备可以包括用于检测要固化的、正在固化的或已经完成了固化的建造材料层的温度和/或熔化(池)特性的检测装置。该检测装置可以被构造成高温计或包括至少一个高温计。检测装置也可以被布置或构造在保持装置上。在此处涉及到相应的检测装置被集成到设备中的特别紧凑的可能性。通过检测装置检测的温度值或熔化(池)特性可以被用作预调温要固化的建造材料层或再调温已经被固化的建造材料层的基础。
有利地，检测装置也可以在至少一个运动自由度上相对于保持装置可运动地被布置或构造在保持装置上。为了使检测装置相对于保持装置运动和因此也相对于建造平面运动，可以设置与检测装置耦联的或可耦联的、尤其是(电)马达驱动的驱动装置和/或导向装置。尤其是在这种情况下可能的是，同时地实施检测过程和照射过程；在此可以照射建造平面的还要被固化或已经固化的部分。照射参数可以依赖于被检测的温度或熔化(池)特性进行调整。
设备此外可以包括至少一个用于尤其是光学的评价要固化的、正在固化的和/或(已经)被固化的建造材料层的表面质量和/或熔化(池)特性的评价装置。评价装置可以被构造成摄像机或包括至少一个摄像机。评价装置也可以尤其是在至少一个运动自由度上相对于保持装置可运动地可布置在或被布置在保持装置上或中。尤其是在这种情况下可能的是，同时地实施覆层过程、照射过程和评价过程；有利地，有利地在此仅仅评价建造平面的如下部分，在这些部分中建造材料层已经被构造和照射。
保持装置可以包括多个保持装置部段，其中，至少两个保持装置部段在至少一个运动自由度上相对于建造平面和/或在至少一个运动自由度上相对于彼此可运动地被布置。保持装置部段的运动可以包含沿着至少一个平动轴的平移运动自由度和/或围绕至少一个转动轴的转动运动自由度。保持装置部段的运动因此例如可以是相对于建造平面和/或相对于至少一个另外的保持装置部段的线性运动、旋转运动、翻转运动或摆动运动。作为对整个保持装置相对于建造平面的运动的代替或补充，可以实施保持装置部段在至少一个运动自由度上相对于建造平面的和/或在至少一个运动自由度上相对于彼此的运动。
通常多个例如成行和/或成列布置的、用于照射要固化的建造材料层的激光二极管元件或光学元件被布置在至少一个第一保持装置部段上。用于预调温要固化的建造材料层和/或用于再调温已经被固化的建造材料层的另外的多个激光二极管元件或光学元件可以被布置在至少一个另外的保持装置部段上。备选地或补充地，设备的至少一个另外的功能部件可以被布置在至少一个另外的保持装置部段上。这种另外的功能部件例如可以是用于将一定量的建造材料施加到建造平面上的施加装置或计量装置、用于形成要固化的建造材料层的覆层器装置、用于尤其是光学地评价要固化的、(正在)固化的和/或被固化的建造材料层的表面质量或熔化(池)特性的评价装置、用于检测要固化的、(正在)固化的或已经被固化的建造材料层的温度和/或熔化(池)特性的检测装置，等等。
包括多个保持装置部段的保持装置的具体的示例的包括四个例如十字状地布置的保持装置部段，这些保持装置部段可以单个地、成组地或整体地相对于建造平面和/或单个地或成组地相对于彼此运动。在第一保持装置部段上可以布置施加装置或计量装置，在第二保持装置部段上可以布置覆层器装置，在第三保持装置部段上可以布置多个用于照射要固化的建造材料层的激光二极管元件或光学元件，在第四保持装置部段上可以布置用于检测温度和/或熔化(池)特性的检测装置。
包括多个保持装置部段的保持装置的另一个具体的示例包括六个例如交叉式地/十字状地布置的保持装置部段，这些保持装置部段可以单个地、成组地或整体地相对于建造平面和/或单个地或成组地相对于彼此运动。在第一保持装置部段上可以布置施加装置或计量装置，在第二保持装置部段上可以布置覆层器装置，在第三保持装置部段上可以布置用于检测温度和/或熔化(池)特性的检测装置，在第四保持装置部段上可以布置多个用于照射要固化的建造材料层的激光二极管元件或光学元件，在第五保持装置部段上可以布置用于检测温度和/或熔化(池)特性的检测装置，和在第六保持装置部段上可以布置用于尤其是光学地评价表面质量和/或熔化(池)特性的评价装置。
当然，设备的被在至少一个运动自由度上可运动地支承的全部功能部件，也就是说例如保持装置或相应的保持装置部段、覆层器装置、检测装置、评价装置，可以通过一个或多个公共的、尤其是(电)马达驱动的驱动装置和/或导向装置被运动。
设备可以包括模拟装置，该模拟装置被设置用于对至少一个要生成式制造的或被制造的物体的在实施生成式建造过程的范围中可改变的、与物体相关的物体参数进行模拟。模拟装置可以基于或在考虑各种对于分别要模拟的物体参数重要的信息、如例如关于在实施生成式建造过程的范围中被使用的建造材料的信息、关于要生成式制造的或被制造的物体的各种不同的特性例如密度、几何形状等等的信息，等等的情况下，模拟至少一个在借助于设备实施生成式建造过程的范围中可改变的、与物体相关的物体参数。为此例如按照硬件和/或软件方式实现的模拟装置可以配置合适的模拟算法。
相应的在实施生成式建造过程的范围中可改变的与物体相关的物体参数例如可以是在实施生成式建造过程的范围中产生的、通过要生成式制造的或被制造的物体的热流和/或可以是要生成式制造的或被制造的物体的温度或温度分布，一般而言是要生成式制造的或被制造的物体的确定的热特性。备选地或补充地，也可以设想，与物体相关的物体参数是在实施生成式建造过程的范围中在要生成式制造的或被制造的三维物体中可能产生的机械负荷、尤其是应力。
设备有利地包括控制装置，该控制装置被设置用于有针对性地控制所述装置，也就是说尤其是用于有针对性地控制单个、多个或全部激光二极管元件用以分别产生具有确定的射束特性的激光束。按照硬件和/或软件方式实现的控制装置因此可以产生相应的控制信息，基于该控制信息对用于分别产生具有确定的射束特性的激光束的单个、多个或全部激光二极管元件实施有针对性的控制。如提到的那样，单个、多个或全部激光二极管元件可以在至少一个与可通过激光二极管元件产生的激光束的射束特性有关的参数上、尤其是在其输入功率和/或输出功率上是可改变的。尤其可能的是，单个、多个或全部激光二极管元件类似于可调光的LED是“可调光的”。相应地，通过在至少一个涉及射束特性的参数上可改变的激光二极管元件，例如通过改变输入功率和/或输出功率，可以产生具有不同的射束特性也就是说例如不同的能量密度、强度等等的激光束。
控制装置有利地被设置用于基于这个或至少一个通过模拟装置模拟的与物体相关的物体参数有针对性地控制用于相应产生具有确定的射束特性的激光束的单个、多个或全部激光二极管元件。因此装置可以在通过控制装置相应地进行控制的情况下被设置用于，通过相应地控制用于分别产生具有确定的射束特性的激光束的单个、多个或全部激光二极管元件，将至少一个相应的与物体相关的物体参数调整到确定的值上或保持在确定的值上。例如，装置可以在通过控制装置相应地进行控制的情况下被设置用于，通过(在实施生成式建造过程的范围中)相应地控制用于分别产生具有确定的射束特性的激光束的单个、多个或全部激光二极管元件，产生和/或维持通过要生成式制造的或被制造的物体的确定的热流或产生和/或维持在要生成式制造的或被制造的物体中的确定的温度(分布)。换言之，可能的是，预先模拟物体并且例如相应于单个二极管按照在功率上个别地控制热流。这样可以有针对性地有利地影响要制造的或被制造的物体的结构特性。
本发明此外涉及一种用于通过依次逐层选择地固化各个由可借助于至少一个激光束固化的建造材料构成的建造材料层而生成式制造至少一个三维物体的方法。该方法可以是选择性激光熔化方法(SLM方法)或是选择性激光烧结方法(SLS方法)。该方法的突出之处在于，使用一种如描述的用于生成式制造至少一个三维物体的设备。因此与设备相关联的全部描述类似地适用于该方法。
附图说明
本发明借助于附图中的实施例进行详细解释。在此示出：
图1-12各是按照一个实施例的用于生成式制造三维物体的设备的原理图。
具体实施方式
图1示出按照一个实施例的设备1的原理图。设备1用于通过依次逐层选择地固化由可借助于至少一个由装置4(激光束产生装置)产生的激光束5固化的建造材料3构成的建造材料层来生成式地制造三维物体2，也就是说例如技术构件或技术构件组。
可固化的建造材料3可以是金属粉末(混合物)，也就是说例如铝粉，和/或是塑料粉末(混合物)，也就是说例如聚醚醚酮粉末，和/或是陶瓷粉末(混合物)，也就是说例如氧化铝粉末。
借助于可如通过水平取向的双箭头6指示的那样运动地被支承的覆层器装置7在设备1的建造室8中形成要各个固化的建造材料层。在建造室8中通常存在保护气体气氛，也就是说例如氩气或氮气气氛。这样地实施依次逐层选择地固化各个要固化的建造材料层，使得由装置4产生的激光束5被选择地指向各个建造材料层的确定的、要固化的、与要制造的物体2的各个与层相关的横截面几何形状相对应的区域。
装置4为了产生激光束5包括多个激光二极管元件10，激光二极管元件被设置用于分别产生直接地指向建造平面9的激光束5。通过装置4产生的激光束5通常在相对于建造平面成90°角度的情况下投射到建造平面9上。就此而言装置4可以被称为或看作为“二极管激光器”，因为该装置包括用于产生激光束5或激光辐射的激光二极管元件10。从属于装置4的激光二极管元件10例如可以产生在0.1瓦和10瓦之间范围中的发射的激光功率。
装置4被直接地布置在建造室8中。激光二极管元件10被直接地布置在建造平面9上方；在激光二极管元件10和建造平面9之间没有另外的部件，尤其是没有光学的掩模部件。相应地，通过激光二极管元件10产生的或可产生的激光束5被直接地指向建造平面9和直接地投射到建造平面9上。不需要通过射束偏转装置偏转通过激光二极管元件10产生的或可产生的激光束5。
在图1中示出的实施例中，激光二极管元件10被以矩阵状的排布(“矩阵”)来布置。对此可以理解为激光二极管元件10排布成多个平行的行和列。矩阵因此包括多个平行布置的、由多个激光二极管元件10构成的行和多个平行布置的、由多个激光二极管元件10构成的列。行和列位于一个平行于建造平面9的平面中。列相对于行成角度地、尤其是垂直地延伸，反之亦然。激光二极管元件10的矩阵式的布置相当于一种像素网栅，例如在液晶显示器装置(“LCD显示器”)中设置的那样；各个激光二极管元件10在此相当于相应的液晶显示器装置的像素。
激光二极管元件10的矩阵式的布置在面积上完全地在建造平面9上方延伸。激光二极管元件10因此直接地与建造平面9的整个面积(或整个表面)相对而置并且在面积上完全覆盖建造平面9。由于激光二极管元件10完全在面积上覆盖建造平面9，原理上，建造平面9的整个面积(或整个表面)的每个部分都可以按照需要地在不需要装置4相对于建造平面9运动的情况下被选择地照射。建造平面9的选择的照射通过有针对性地驱控单个、多个或全部激光二极管元件10以分别产生具有确定的射束特性的激光束5来实施。为此设置与装置4耦联的控制装置11，该控制装置可以布置在建造室8内部或如虚线示出的那样布置在建造室外部。
相应于液晶显示器装置的原理，激光二极管元件10原则上可以单个地、成组地或整体地被控制，也就是说尤其是激活和/或去激活，以分别产生具有确定的射束特性的激光束5。激光二极管元件10的激活或去激活可以理解为激光二极管元件10的通电流；激光二极管元件10在激活的状态下被通电流和产生激光束5，而在去激活的状态下不被通电流和不产生激光束5。激光二极管元件10的激活或去激活也可以理解为，通过激光二极管元件10产生的或可产生的激光束5，例如通过激光二极管元件10的运动、尤其是转动，在激光二极管元件10的激活的状态下指向建造平面9而在激光二极管元件10的去激活的状态下从建造平面9指离。
如在下面得出的那样，激光二极管元件10在保持装置12中按照需要地可布置在或被布置在可预先确定的或被预先确定的布置位置处。保持装置12被布置在建造室8内。在图1中示出的实施例中，保持装置12被固定在建造室8的壁上和不可以相对于建造平面9运动。布置在保持装置12中的激光二极管元件10相对于建造平面9被布置在规定的位置上，也就是说尤其是具有规定的间距。
图2示出按照另一个实施例的设备1的原理图。
与在图1中示出的实施例的第一区别在于，激光二极管元件10在此处被上下叠置地布置在多个平行于建造平面9的平面中。在多个平面中上下叠置地布置激光二极管元件10产生激光二极管元件10的特别紧凑的布置。如此地选择激光二极管元件10在多个平面中的上下叠置的布置，使得可通过各个激光二极管元件10产生的激光束5可以分别直接地指向建造平面9。在各个上下叠置的平面中布置的激光二极管元件10被相对于彼此在一定的空间错位下布置。因此，由在上部的平面中布置的激光二极管元件10产生的激光束不投射到在下部的平面中布置的激光二极管元件10上，而是穿过在下部的平面中直接地相邻地布置的激光二极管元件10之间的自由空间14(例如形式为缝隙、孔或其它的开口)投射到建造平面9上。
与在图1中示出的实施例的另一个区别在于，覆层器装置7被布置在保持装置12上。覆层器装置7在此在相对于保持装置12的一个运动自由度上(参见双箭头6)被布置在保持装置12上。为了使覆层器装置7相对于保持装置12运动，设置与覆层器装置7耦联的、尤其是(电)马达驱动的驱动装置或导向装置13。这实现了，同时地实施覆层过程和照射过程；当然在此仅仅照射建造平面9的在其中已经通过覆层器装置7构造了建造材料层的部分。
与在图1中示出的实施例的另一个区别在于，设备1包括用于尤其光学地评价要固化的和/或被固化的建造材料层的表面质量的评价装置16。评价装置16可以被构造成摄像机或包括摄像机。评价装置16同样被布置在保持装置12上。评价装置16也可以在相对于保持装置12的至少一个运动自由度上被布置在保持装置12上。为了使评价装置16相对于保持装置12运动，可以设置与评价装置16耦联的、尤其是(电)马达驱动的驱动装置和/或导向装置(没有示出)。这实现了，同时地实施覆层过程、照射过程和评价过程；当然在此仅仅评价建造平面9的在其中已经通过覆层器装置7构造和照射了建造材料层的部分。
与在图1中示出的实施例的另一个区别在于，设备1包括用于检测要固化的或已经被固化的建造材料层的温度的检测装置15。检测装置15可以被构造成高温计或包括至少一个高温计。通过检测装置15检测到的温度值可以被用作对要固化的建造材料层预调温或对已经被固化的建造材料层再调温的基础。检测装置15同样被布置在保持装置12上。检测装置15也能以可相对于保持装置12在至少一个运动自由度上运动的方式布置在保持装置12上。为了使检测装置15相对于保持装置12运动，可以设置与检测装置15耦联的、尤其是(电)马达驱动的驱动装置和/或导向装置(没有示出)。这实现了，同时地实施温度检测过程和照射过程。照射参数可以通过控制装置11根据被检测到的温度进行调整。
激光二极管元件10以可拆开的方式与保持装置12连接。激光二极管元件10与保持装置10的可拆开的连接在激光二极管元件10有故障的情况下是有利的，这是因为有故障的激光二极管元件10可以容易地从保持装置12中取出和更换。设备1可以包括用于检测有故障的激光二极管元件10的检测装置17，该检测装置在检测到有故障的激光二极管元件10时，例如声学地和/或光学地输出与有故障的激光二极管元件10有关的信息。该信息可以包含关于有故障的激光二极管元件10的技术规格例如型号的数据、确切的故障类型、有故障的激光二极管元件10在保持装置12上或中的布置或位置，等等。
此外，设备1可以包括与检测装置17共同作用的、用于部分自动化地或全自动化地更换有故障的激光二极管元件10的更换装置18。更换装置18包括多个用于在更换的范围中抓取激光二极管元件10的抓持元件19。更换装置18例如可以被构造成单轴或多轴机器人装置或包括至少一个这样的机器人装置。
图3、4分别示出一个按照另一个实施例的设备1的原理图。图3示出整个设备1，图4示出建造平面9的俯视图作为设备1的局部。
在图3、4中示出的实施例中，激光二极管元件10成排状或成列状地被布置在一个平面中和在面积上仅仅覆盖建造平面9的一部分。激光二极管元件10因此直接地与建造平面9的一部分、也就是说整个面积(或整个表面)的部分面积(或部分表面)相对而置。建造平面9的通过相应的激光二极管元件10按面积覆盖的部分可以在不强制需要激光二极管元件10相对于建造平面9机械运动的情况下被选择地照射。
与在图1、2中示出的实施例不同，保持装置12以相对于建造平面9在至少一个运动自由度上可运动的方式被支承。保持装置12的运动通过与保持装置耦联的(电)马达驱动的驱动装置或导向装置(没有示出)实施。保持装置12的运动可以包含沿着至少一个平动轴的平移运动自由度和/或围绕至少一个转动轴的转动运动自由度(参见在图3、4中示出的箭头)。保持装置的运动12因此例如可以是线性运动、旋转运动、翻转运动或摆动运动。保持装置12的翻转的或摆动的位置在图3中以点划线示出。在多个不同的运动自由度上的组合运动是可能的。各个运动自由度(保持装置12可以被支承成可在所述运动自由度上运动)通过示出的坐标轴表示；保持装置12尤其可以被支承成可沿通过x、y和z轴定义的平动轴和/或转动轴运动。
保持装置的运动12可以与通过激光二极管元件10照射建造平面9同时地实施。保持装置12可以与建造平面9的照射相关联地也在不同的运动自由度上或在不同的运动轨迹上相对于建造平面9运动(参见图4)。这样可以在要固化的建造材料层中构造不同的固化结构，也就是说例如焊缝，和减少在要制造的物体2中的由过程决定地产生的内应力，这对要制造的物体2的质量产生积极影响。
在图3、4中示出的、保持装置12具有在其上或在其中以成排状的或成列状的布置结构布置的激光二极管元件10的实施例中，该保持装置12可以首先例如沿着通过例如线性的第一运动轴限定的第一运动轨迹在建造平面9上方运动和随后沿着通过另外的、例如线性的运动轴限定的另外的运动轨迹在建造平面9上方运动(参见在图4中以点划线示出的保持装置12)。另外的运动轨迹例如可以相对于第一运动轨迹成角度地、尤其是正交地延伸(参见图4)。
图5、6示出按照另一个实施例的设备1的原理图。图5作为设备1的局部示出建造平面9的俯视图，图6作为设备1的局部示出保持装置12的侧视图。
保持装置12在此处包括多个保持装置部段12a，其中，至少两个保持装置部段12a被布置成在至少一个运动自由度上相对于建造平面9和在至少一个运动自由度上相对于彼此可运动。保持装置部段12a的运动可以包含沿着至少一个平动轴的平移运动自由度和/或围绕至少一个转动轴的转动运动自由度。在图5中以点划线示出可在逆时针方向上相对于另一个保持装置部段12a摆动的保持装置部段12a。通过箭头24表示的摆动运动在平行于建造平面9的平面中实施。在可摆动的保持装置部段12a上例如可以布置覆层器装置7。在图6中以点划线示出保持装置部段12a相对于建造平面9的摆动运动。在可摆动的保持装置部段12a上又可以布置例如覆层器装置7。
保持装置部段12a可以被不同地功能化。在至少一个第一保持装置部段12a上通常布置有多个例如成排和/或成列布置的、用于照射要固化的建造材料层的激光二极管元件10。在另外的保持装置部段12a上可以布置有另外的多个用于预调温要固化的建造材料层和/或用于再调温已经被固化的建造材料层的激光二极管元件10。备选地或补充地，在另外的保持装置部段12a上可以布置设备1的另外的功能部件。这些另外的功能部件例如可以是将一定数量的建造材料3施加到建造平面9上的施加装置或计量装置25、用于形成要固化的建造材料层的覆层器装置7、用于尤其是光学地评价要固化的和/或被固化的建造材料层的表面质量的评价装置16、用于检测要固化的建造材料层或已经被固化的建造材料层的温度的检测装置15，等等。
在图5、6中示出的保持装置12包括四个十字状地布置的保持装置部段12a，它们可以单个地、成组地或整体地相对于建造平面9和/或单个地或成组地相对于彼此运动。在第一保持装置部段12a上布置施加装置或计量装置25，在第二保持装置部段12a上布置覆层器装置7，在第三保持装置部段12a上布置多个用于照射要固化的建造材料层的激光二极管元件10，和在第四保持装置部段12a上布置用于检测被固化的建造材料层的温度的检测装置15。
图7示出按照另一个实施例的设备1的原理图。图7作为设备1的局部示出建造平面9的俯视图。
在图7中示出的保持装置12包括六个交叉状地布置的保持装置部段12a，它们可以单个地、成组地或整体地相对于建造平面9和/或单个地或成组地相对于彼此运动。在第一保持装置部段12a上布置施加装置或计量装置25，在第二保持装置部段12a上布置覆层器装置7，在第三保持装置部段12a上布置用于检测要固化的建造材料层的温度的检测装置15，在第四保持装置部段12a上布置多个用于照射要固化的建造材料层的激光二极管元件10，在第五保持装置部段12a上布置用于检测被固化的建造材料层的温度的检测装置15，和在第六保持装置部段12a上布置用于尤其是光学地评价被固化的建造材料层的表面质量的评价装置16。
原则上适用的是，作为对整个保持装置12相对于建造平面9的运动的替代或补充，可以实施保持装置部段12a在至少一个运动自由度上相对于建造平面9的和/或在至少一个运动自由度上相对于彼此的运动。整个保持装置12相对于建造平面9的必要时附加的运动在图5、7中通过箭头26表示。
图8示出按照另一个实施例的设备1的原理图。图8作为设备1的局部示出装置4和建造平面9的透视图。
借助于图8可以看见激光二极管元件10在保持装置12上或中的可预先确定的或被预先确定的布置位置。激光二极管元件10的布置位置在图8中示例性地网栅/网格状地分布，由此能实现激光二极管元件10的矩阵式的布置。
布置位置通常通过保持装置侧的、用于容纳至少一个激光二极管元件10的容纳件20来限定。容纳件20的数目至少相当于激光二极管元件10的数目。容纳件20可以包括连接元件(没有示出)，连接元件与被布置在或被构造在激光二极管元件10上的对应的配对连接元件(没有示出)共同作用，形成激光二极管元件10与保持装置12的(位置)稳定的连接。通过相应的连接元件和相应的配对连接元件的共同作用，例如可以建立形状配合的连接和/或力锁合的连接；连接元件例如可以被构造成形状配合元件和/或力锁合元件，也就是说例如插接元件，如插接销或与其对应的插接接纳部；和/或锁止/卡扣元件，如锁止/卡扣凸起或与其对应的凹槽；和/或螺旋/螺纹元件，如螺旋销或螺柱或与其对应的螺旋接纳部或螺纹接纳部，等等。配对连接元件可以被构造成与之对应的形状配合元件和/或力锁合元件。当然激光二极管元件10也可以材料结合地、也就是说例如粘接地与保持装置12连接。
此外借助于图8可以看见，激光二极管元件10也在至少一个运动自由度上相对于保持装置12和因此也相对于建造平面9可运动地可布置在或被布置在保持装置12上或中。通过单个、多个或全部激光二极管元件10相对于保持装置12的运动，例如能够，使激光二极管元件10关于具体的照射状况相对于建造平面9运动。同样可能的是，使激光二极管元件10运动、也就是说尤其是翻转或摆动到去激活的状态，在该去激活的状态下相应的可产生的或被产生的激光束5从建造平面9指离。激光二极管元件10的运动通过与其耦联的(电)马达驱动的驱动装置或导向装置(没有示出)实施。激光二极管元件10的运动可以包含沿着至少一个平动轴的平移运动自由度和/或围绕至少一个转动轴的转动运动自由度。激光二极管元件10的运动因此例如可以线性运动、旋转运动、翻转运动或摆动运动。在多个不同的运动自由度上的组合运动是可能的。各个运动自由度(激光二极管元件10可以被支承成可在所述运动自由度上运动)也在图8中通过示出的坐标轴指示；激光二极管元件10尤其可以被支承成在通过x、y和z轴限定的平动轴和转动轴上可运动。
激光二极管元件10的运动也可以与通过激光二极管元件10对建造平面9的照射同时地实施。单个、多个或全部激光二极管元件10可以与建造平面9的照射相关联地也在不同的运动自由度上或在不同的运动轨迹上相对于建造平面9运动。这样也可以在要固化的建造材料层中构造不同的固化结构、如所提到的例如焊缝，和减少在要制造的物体2中的由过程决定地产生的内应力，这对要制造的物体2的质量产生积极影响。单个、多个或全部激光二极管元件10可以首先例如沿着通过例如线性的第一运动轴限定的第一运动轨迹在建造平面9上方运动和随后沿着通过例如线性的另外的运动轴限定的另外的运动轨迹在建造平面9上方运动。另外的运动轨迹在此例如也可以相对于第一运动轨迹成角度地、尤其是正交地延伸。
图9、10各示出按照另一个实施例的设备1的原理图。图9、10分别作为设备1的局部示出装置4和建造平面9的透视图。
要与在图9、10中示出的实施例相联系地解释的是，单个、多个或全部激光二极管元件10可以在至少一个与通过激光二极管元件可产生的激光束5的射束特性有关的参数方面、尤其是在其输入功率和/或输出功率方面是可改变的。单个、多个或全部激光二极管元件10可以类似于可调光的LED是“可调光的”。相应地，通过在至少一个与射束特性有关的参数方面可变的激光二极管元件10，例如通过改变输入功率和/或输出功率，可以产生具有不同的射束特性、也就是说例如不同的能量密度、强度等等的激光束5。相应地，在同时产生多个激光束5的情况下可以形成确定的总射束能量轮廓21。激光二极管元件10可以这样地被驱控或在其输出功率上被改变，使得产生具有一定的二维或三维几何形状的总射束能量轮廓21；对于在图9、10中示例性地示出的高斯形的/正态分布的总射束能量轮廓21，与关于总射束能量轮廓21在边缘侧布置的激光二极管元件10相比较，关于总射束能量轮廓21在中心布置的激光二极管元件10以较高的功率运行。借助于图9、10可以看见，可以产生相对于建造平面9在不同的取向上的总射束能量轮廓21。
如通过箭头22表示的那样，激光二极管元件10此外可以这样地被控制或在其输出功率上被改变，使得产生一个相应于波前沿着建造平面9必要时往返地可运动的或被运动的、因此动态的总射束能量轮廓21。为此类似于一个包括多个LED的、用于移动地显示文字数字符号的LED显示器地控制激光二极管元件10。激光二极管元件10相应于属于LED显示器的LED。
与在图9、10中示出的实施例相关联地、但是不局限于该实施例地要指出的是，单个、多个或全部激光二极管元件10一般地在至少一个与通过激光二极管元件分别可产生的激光束5的射束特性有关的参数上可以有差别。因此也可以通过在至少一个与通过激光二极管元件分别可产生的激光束5的射束特性有关的参数上、也就是说例如在其输入功率和/或输出功率上有差别的激光二极管元件10，实现形成确定的二维或三维的、具有至少局部相同的、类似的或不同的横截面轮廓的总射束能量轮廓。
借助于在图9、10中示出的实施例可以看见，具有至少局部相同的、类似的或不同的横截面轮廓的、不运动的或运动的总射束能量轮廓21一般地可以实现具有任意的二维或三维几何形状的总射束能量轮廓21。
图11示出按照另一个实施例的设备1的原理图。图11作为设备1的局部示出装置4和建造平面9的透视图。
借助于图11可以看见，通过在保持装置12的可预先确定的或被预先确定的布置位置上按照需要地布置激光二极管元件10，能够实现，激光二极管元件10以鉴于要制造的物体2的必要时与横截面相关的外轮廓和/或内轮廓以相互间一定的空间布置结构被预先配置的组22的形式按照需要地可布置在或被布置在保持装置12的可预先确定的或被预先确定的布置位置上。因此，与具有一定的外轮廓和/或内轮廓的物体2的生成式制造相关联地，可能的是，准备至少一个由相互间以一定的空间布置结构布置的激光二极管元件10形成的、被预先配置的激光二极管元件10组22，将激光二极管元件组，如通过箭头23指示的那样，为了实施物体2的生成式制造而与保持装置12连接、也就是说例如插入保持装置12中，并在制造物体12之后从保持装置12中取出激光二极管元件组，或为了随后制造具有不同的外轮廓和/或内轮廓的另一个物体2用一个鉴于另一个物体2的外轮廓和/或内轮廓而相互间以一定的空间布置结构预先配置的另外的激光二极管元件10组22来替换该激光二极管元件组。
相应的被预先配置的激光二极管元件10组22因此原则上可分配给或被分配给具有一定的几何形状的、也就是说尤其是具有一定的外轮廓和/或内轮廓的物体2。被预先配置的激光二极管元件10组22可以在保持激光二极管元件10的布置的情况下被(中间)仓储在仓库中和随时用于生成式制造这些相应分配的物体2。当然也可能的是，鉴于另一个物体2的几何上的设计通过重新布置单个、多个或全部激光二极管元件10类似于铅字盘地重新配置被预先配置的激光二极管元件10组22(“铅字盘原理”)。
由于在一个生成建造过程中可以制造多个在几何上不同设计的物体2，当然也可以存在多个被不同地预先配置的激光二极管元件10组22。在图11中示出的实施例中，相应地示例性地示出被不同地预先配置的激光二极管元件10组22。示例性的第一组22镰刀形地布置的激光二极管元件10用于制造镰刀形的物体2，示例性的另一L形地布置的激光二极管元件10的组22用于制造L形的物体2。
图12示出按照另一个实施例的设备1的原理图。
与在图1-11中示出的实施例不同，属于装置4的激光二极管元件10被布置在建造室8外部。装置4包括多个在建造室8内直接地在建造平面9上方布置的光学元件27。光学元件27被设置用于将由至少一个激光二极管元件10产生的激光束5直接地偏转到建造平面9上。为此每个光学元件27通过例如玻璃纤维光缆形式的光导元件28与至少一个激光二极管元件10光学地耦联。光学元件27可以被构造成包括一个或多个光学透镜元件的、用于将激光束5聚焦到建造平面9上的聚焦光学系统29或包括至少一个聚焦光学系统。
在图12中示出的实施例中，每个光学元件27与(正好)一个激光二极管元件10光学地耦联。对此备选地，当然可以设想，至少一个光学元件27与多个激光二极管元件10光学地耦合或至少一个激光二极管元件10通过合适的分束元件(没有示出)与多个光学元件27耦合。
类似于在在图1-11中示出的实施例中示出的、激光二极管元件10在保持装置12中的布置，光学元件27同样被布置在相应的保持装置12上或中。
由于在如图1-11示出的实施例和如图12示出的实施例之间的主要区别在于，按照图12，替代激光二极管元件10，光学元件27被布置在建造室8内，该光学元件与布置在建造室8外部的激光二极管元件10光学地耦联，因此与在图1-11中示出的实施例相关联的全部设计类似地适用；可以设想仅仅将按照在图1-11中示出的实施例布置在建造室8内部的激光二极管元件10用按照在图12中示出的实施例与布置在建造室8外部的激光二极管元件10光学地耦联的光学元件27来替换。
对于全部实施例适用的是，通过可由不同的激光二极管元件10产生的激光束5可以实现不同的功能，也就是说尤其是预调温要固化的建造材料层和/或再调温已经被固化的建造材料层。例如至少一个第一激光二极管元件10或第一激光二极管元件10组可以被设置用于产生用于固化要固化的建造材料层的激光束5，而至少一个另外的激光二极管元件10或另外的激光二极管元件10组可以被设置用于产生用于预调温要固化的建造材料层的激光束5和/或用于产生用于再调温已经被固化的建造材料层的激光束5。被产生用于固化建造材料层的激光束5通常比被产生用于预调温要固化的建造材料层或再调温已经被固化的建造材料层的激光束5具有更高的能量(密度)。
尽管在图中没有示出，但是设备1可以包括按照硬件和/或软件方式实现的模拟装置，该模拟装置被设置用于模拟要制造的或被制造的物体2的至少一个在实施生成式建造过程的范围中可改变的、与物体相关的物体参数。模拟装置可以基于或在考虑不同的与分别要模拟的物体参数相关的信息、例如关于在实施生成式建造过程的范围中被使用的建造材料3的信息、关于要制造的或被制造的物体2等等的不同的特性例如密度、几何形状等等的信息的条件下，模拟至少一个在借助于设备1实施生成式建造过程的范围中可改变的与物体相关的物体参数。为此，模拟装置被配备合适的模拟算法。该模拟可以在实施借助于设备实施的生成式建造过程之前和/或期间进行。
相应的在实施生成式建造过程的范围中可改变的与物体相关的物体参数例如可以是在实施生成式建造过程的范围中产生的、通过要制造的或被制造的物体2的热流量和/或是要制造的或被制造的物体2的温度或温度分布。备选地或补充地，可以设想，与物体相关的物体参数是在实施生成式建造过程的范围中在要制造的或被制造的三维物体2中的可能产生的机械负荷、尤其是应力。
如提到的那样，设备1包括控制装置11，该控制装置被设置用于有针对性地控制所述装置，也就是说尤其是有针对性地控制单个、多个或全部激光二极管元件以相应产生具有确定的射束特性的激光束。控制装置11产生相应的控制信息，基于该控制信息实施对单个、多个或全部激光二极管元件9的有针对性的控制用以相应产生具有确定的射束特性的激光束。如提到的那样，单个、多个或全部激光二极管元件可以在至少一个与通过激光二极管元件分别可产生的激光束的射束特性有关的参数上、尤其是在其输入功率和/或输出功率上是可改变的。尤其可能的是，单个、多个或全部激光二极管元件类似于可调光的LED是“可调光的”。相应地，通过在至少一个与射束特性有关的参数上可改变的激光二极管元件，例如通过改变输入功率和/或输出功率，可以产生具有不同的射束特性、也就是说例如不同的能量密度、强度等等的激光束。
控制装置11可以被设置用于基于该个或至少一个通过模拟装置模拟出的与物体相关的物体参数来有针对性地控制单个、多个或全部激光二极管元件10以相应产生具有确定的射束特性的激光束5。装置4因此在通过控制装置11相应地控制时被设置用于，通过相应地控制单个、多个或全部激光二极管元件10以相应产生具有确定的射束特性的激光束5，将至少一个相应的与物体相关的物体参数调整到确定的值上或保持在确定的值上。例如装置4可以在通过控制装置11相应地控制时被设置用于，通过相应地控制单个、多个或全部激光二极管元件10用以(在实施生成建造过程的范围中)分别产生具有确定的射束特性的激光束5，产生和/或维持通过要制造的或被制造的物体2的确定的热流量。
通过在图中示出的设备1可以分别实现一种用于通过依次逐层选择地固化由借助于至少一个激光束5可固化的建造材料2构成的各个建造材料层而生成式制造三维物体2的方法。该方法可以是选择性激光熔化方法(SLM方法)或选择性激光烧结方法(SLS方法)。
附图标记列表：
1 设备
2 物体
3 建造材料
4 装置
5 激光束
6 双箭头
7 覆层器装置
8 建造室
9 建造平面
10 激光二极管元件
11 控制装置
12 保持装置
13 驱动装置和/或导向装置
14 自由空间
15 检测装置
16 评价装置
17 检测装置
18 更换装置
19 抓持元件
20 容纳件
21 总射束能量轮廓
22 组
23 箭头
24 箭头
25 施加装置或计量装置
26 箭头
27 光学元件
28 光导元件
29 聚焦光学系统

Claims (22)

1.一种用于通过依次逐层选择地固化由能借助于至少一个激光束(5)固化的建造材料(3)构成的建造材料层而生成式地制造三维物体(2)的设备(1)，该设备包括至少一个用于产生至少一个激光束(5)的装置(4)，所述激光束用于逐层选择地固化各个由能固化的建造材料(3)构成的建造材料层，其特征在于，所述装置(4)包括能直接地布置在或被直接地布置在建造平面(9)上方的至少一个激光二极管元件(10)，在该建造平面中形成有要选择地固化的或被选择地固化的建造材料层，该至少一个激光二极管元件被设置用于产生直接地指向建造平面的激光束(5)，和/或
所述装置(4)包括布置在设备(1)的建造室(8)外部的至少一个激光二极管元件(10)和能直接地布置在或被直接地布置在建造平面(9)上方的、与布置在设备(1)的建造室(8)外部的激光二极管元件(10)光学地耦合的至少一个光学元件(27)，在该建造平面中形成有要选择地固化的或被选择地固化的建造材料层，该至少一个光学元件被设置用于将由激光二极管元件(10)产生的激光束(5)直接地偏转到建造平面(9)上。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置(4)包括多个激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)，其中，激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)在面积上覆盖建造平面(9)的至少一部分，必要时覆盖全部建造平面(9)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述装置(4)包括多个激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)，其中，多个、必要时全部激光二极管元件(10)和/或多个、必要时全部光学元件(27)成排状地和/或成列状地被布置在一个共同的平面中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述装置(4)包括多个激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)，其中，多个激光二极管元件(10)和/或多个光学元件(27)——尤其是相互错开地——上下叠置地被布置在多个平面中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述装置(4)包括多个激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)，其中，鉴于要制造的三维物体(2)的外轮廓和/或内轮廓，对或能对多个、必要时全部激光二极管元件(10)和/或多个、必要时全部光学元件(27)进行布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个激光二极管元件(10)在至少一个与能通过激光二极管元件产生的激光束(5)的射束特性有关的参数方面、尤其是在激光二极管元件的输出功率方面是可改变的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述装置(4)包括多个激光二极管元件(10)，其中，激光二极管元件(10)能单个地、成组地或共同地被驱控、尤其是激活和/或去激活，以相应产生具有确定的射束特性的激光束(5)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述装置(4)包括多个激光二极管元件(10)，其中，单个、多个或全部激光二极管元件(10)在至少一个能通过激光二极管元件产生的激光束(5)的射束特性方面有差别。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，至少一个第一激光二极管元件(10)被设置用于产生用于固化要固化的建造材料层的激光束(5)，而至少一个另外的激光二极管元件(10)被设置用于产生用于对要固化的建造材料层进行预调温的激光束(5)和/或被设置用于产生用于对已经被固化的建造材料层进行再调温的激光束。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个激光二极管元件(10)和/或所述至少一个光学元件(27)能布置在或被布置在——尤其是框架状的——保持装置(12)上。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述装置(4)包括多个激光二极管元件(10)和/或多个光学元件(27)，其中，激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)按照需要地能布置在或被布置在保持装置(12)的能预先确定的或被预先确定的布置位置上。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述装置(4)包括多个激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)，其中，激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)以鉴于要制造的三维物体(2)的外轮廓和/或内轮廓、相互间以一定的空间布置结构预先配置的组(22)的形式能按照需要地布置在或被按照需要地布置在保持装置(12)的能预先确定的或被预先确定的布置位置上。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的设备，其特征在于，保持装置(12)以能在至少一个运动自由度上相对于建造平面(9)运动的方式被支承。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的设备，其特征在于，保持装置(12)以不能相对于建造平面(9)运动的方式被支承，其中，所述装置(4)包括多个激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)，激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)在面积上覆盖建造平面(9)的至少一部分，必要时覆盖全部建造平面(9)。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个激光二极管元件(10)和/或至少一个光学元件(27)以能在至少一个运动自由度上相对于保持装置(12)运动的方式被布置在或能布置在保持装置(12)上或保持装置中。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的设备，其特征在于用于在建造平面(9)中形成要固化的建造材料层的覆层器装置(7)，其中，覆层器装置(7)——尤其是以被支承成能在至少一个运动自由度上相对于保持装置运动的方式——被布置或构造在保持装置(12)上。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的设备，其特征在于用于检测要固化的或已经被固化的建造材料层(3)的温度和/或用于检测要固化的或被固化的建造材料层(3)的熔化特性的检测装置(15)，其中，该检测装置(15)——尤其是以被支承成能在至少一个运动自由度上相对于保持装置运动的方式——被布置或构造在保持装置(12)上。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的设备，其特征在于至少一个用于——尤其是光学地——评价要固化的和/或被固化的建造材料层的表面质量和/或用于评价要固化的和/或被固化的建造材料层的熔化特性的评价装置(16)，其中，该评价装置(16)——尤其是以能在至少一个运动自由度上相对于保持装置(12)运动的方式——能布置在或被布置在保持装置(12)上或保持装置中。
19.根据权利要求10至18中任一项所述的设备，其特征在于，保持装置(12)包括多个保持装置部段(12a)，其中，至少两个保持装置部段(12a)被布置成能在至少一个运动自由度上相对于建造平面(9)运动和/或能在至少一个运动自由度上相对于彼此运动。
20.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，设有模拟装置和控制装置(11)，该模拟装置被设置用于模拟要生成式制造的或被生成式制造的三维物体(2)的至少一个在实施生成式建造过程的范围中可改变的、与物体相关的物体参数，
该控制装置被设置用于基于通过模拟装置模拟出的与物体相关的物体参数来有针对性地控制单个、多个或全部激光二极管元件，以相应产生具有确定的射束特性的激光束(5)。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，与物体相关的物体参数是在实施生成式建造过程的范围中产生的、通过要生成式制造的或被生成式制造的三维物体(2)的热流量和/或
与物体相关的物体参数是要生成式制造的或被生成式制造的物体(2)的在实施生成式建造过程的范围中产生的温度或温度分布，和/或
与物体相关的物体参数是在实施生成式建造过程的范围中产生的、在要生成式制造的或被生成式制造的三维物体(2)中的机械负荷、尤其是应力。
22.一种用于通过依次逐层选择地固化各个由能借助于由辐射产生装置(5)产生的能量束(6)固化的建造材料(4)构成的建造材料层(3)来生成式地制造至少一个三维物体(2)的方法，其特征在于，为了生成式地制造所述至少一个三维物体(2)，使用根据前述权利要求中任一项所述的用于生成式地制造至少一个三维物体(2)的设备(1)。
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