CN107530958A - 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借助至少一个能量束(5)通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料(3)构成的建造材料层生成式地制造三维物体(2)的设备(1)，包括抽吸装置(12)和用于产生用于逐层地选择性地固化由可固化的建造材料(3)构成的各个建造材料层的至少一个能量束(5)的至少一个装置(4)，所述装置(4)被设置用于产生直接指向建造平面(9)的能量束(5)，该抽吸装置被设置用于抽出基于过程从建造平面(9)中分离出来的未固化的建造材料(3)和/或基于过程产生的过程气体，抽吸装置(12)包括可供或供抽吸流流过的至少一个抽吸元件(16)和至少一个通孔(18)，所述通孔用于供由装置(4)产生的直接指向建造平面(9)的能量束(5)通过。

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借助至少一个能量束通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料构成的建造材料层来生成式地制造三维物体的设备，包括用于产生用于逐层地选择性地固化由可固化的建造材料构成的各个建造材料层的至少一个能量束的至少一个装置，其中，所述装置被设置用于产生直接指向建造平面的能量束。
背景技术
这种添加式地制造或生成式地制造三维物体的设备本身是已知的。合适的设备用于通过在与待被制造的特定物体的相应横截面区域对应的区域中借助能量束、依次逐层地选择性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，来添加式地或生成式地建造待被制造的三维物体。
在相应的生成式建造过程中，未固化的建造材料颗粒(“焊接或烧结飞溅物”)可以从建造平面中分离出来，或者可以产生过程气体，尤其是烟气或闷烧物(“焊接烟尘/气体或烧结气体”)。为了不影响生成式建造过程或待制造的三维物体，可以通过抽吸装置抽出这种建造材料颗粒或过程气体。
在待抽出的建造材料颗粒或待抽出的过程气体的有针对性的或局部的抽出可能性(概率)方面存在对相应的抽吸装置进一步改进的需要。
发明内容
本发明的目的是提出一种尤其是在待抽吸的建造材料颗粒或待抽吸的过程气体的有针对性的或局部的抽吸可能性方面改进的用于生成式地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。所属的从属权利要求涉及该设备的特殊实施例。该目的此外通过一种按照权利要求16的抽吸装置和通过一种按照权利要求17的方法实现。
本文所描述的设备一般地用于借助由至少一个装置产生的至少一个能量束通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料构成的各个建造材料层来添加式地制造或生成式地制造至少一个三维物体，也就是说例如工业部件或工业部件组件。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。
依次逐层地选择性地固化待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描述待生成式地制造的相应三维物体(在以下简称为“物体”)的几何上的或几何结构上的形状。相应的建造数据例如可以是或包含待制造的物体的CAD数据。
设备通常包括用于实施生成式建造过程所需的功能部件，即尤其是能量束产生装置和覆层装置，所述能量束产生装置简称为“装置”，用于产生用于依次逐层地选择性地固化由建造材料——也就是说尤其是颗粒状的或粉末形的金属、塑料和/或陶瓷材料——构成的各个建造材料层的能量束；所述覆层装置用于在建造平面中形成待固化的建造材料层。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表面或是已经被固化的建造材料层。一般地，在建造平面中构造待被选择性地固化的或已被选择性地固化的至少一个建造材料层。
装置可以包括可布置在或布置在建造平面的直接上方的至少一个——也就是说通常为多个——激光二极管元件，所述激光二极管元件被设置用于产生直接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附属于设备的建造室或过程室内，在该建造室或过程室实施生成式建造过程。
备选地或补充地，装置可以包括与所述至少一个激光二极管元件(光学地)耦联的、可布置在或布置在建造平面的直接上方的至少一个——也就是说通常为多个——光学元件，所述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附属于设备的建造室或过程室外部，在所述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是包括将激光束聚焦到建造平面上的一个或多个光学透镜元件的聚焦光学系统，或至少包括所述聚焦光学系统。光学元件和激光二极管元件之间的(光)耦合通过例如形式为一个或多个玻璃纤维光缆的光导元件实施。当然可能的是，将所述至少一个光学元件与多个激光二极管元件耦合或将所述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耦合。
与激光二极管元件的布置和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以关于建造平面大约成90°的角度投射到建造平面上。
这种装置可以被称为或看作为“二极管激光器”，因为它包括用于产生能量束或激光束或者能量辐射或激光辐射的激光二极管元件。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)——尤其取决于所使用的(一种或多种)半导体材料。相应的激光二极管元件例如可以产生在0.1瓦和10瓦之间的范围内的发射激光功率；当然在特殊情况下可以设想更高和/或更低的输出。
如提到的那样，附属于装置的激光二极管元件或光学元件可以直接布置在附属于设备的建造室或过程室中，在该建造室或过程室中实施生成式建造过程。激光二极管元件或光学元件可以相应地布置在建造平面的直接上方；在激光二极管元件或光学元件和建造平面之间通常没有设置光学掩模部件。相应地，可通过或通过激光二极管元件产生的或通过光学元件可偏转的或被偏转的激光束直接指向建造平面和直接投射到建造平面上。不需要通过射束偏转装置偏转激光束。
激光二极管元件或光学元件可以被布置在为此设置的、尤其是框架状的保持装置上或保持装置中。这种通常框架状的保持装置包括数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以布置在该布置位置处或该布置位置中。激光二极管元件或光学元件可以按照需要在这种保持装置中尤其是(无损伤地或无破坏地)可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。激光二极管元件或光学元件与保持装置的可拆开的连接例如在激光二极管元件或光学元件有故障的情况下可以是有利的，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被更换。通常这样地设计保持装置的尺寸：即，使它可以容易地布置在设备的建造室或过程室中。
设备还包括抽吸装置，该抽吸装置被设置用于抽出基于过程的建造材料——也就是在实施生成式建造过程期间从建造平面中或从建造平面的熔融或熔化的区域中被分离的未固化的建造材料(“焊接或烧结飞溅物”)，和/或基于过程的过程气体——也就是在实施生成式建造过程期间产生的过程气体(“焊接或烧结气体”)，例如烟气或闷烧物。当然，抽吸装置包括用于将抽吸装置连接到产生抽吸流的抽吸流源——也就是说例如泵装置——的至少一个连接元件。相应的抽吸流源可以形成抽吸装置的一个组成部分。
抽吸流中含有的建造材料可以借助分离装置——尤其是过滤装置——从抽吸流中分离出来，并且优选在针对建造材料特定的再处理之后重新在生成式建造的过程中被再次使用。相应的分离装置可以形成设备的一个组成部分。
抽吸装置包括在设备处于运行中时可供或供抽吸流——也就是说例如可选为惰性的抽吸流体流——流过的至少一个抽吸元件。为了确保供抽吸流流过，相应的抽吸元件包括至少一个内部空间或流动空间。这种内部空间或流动空间可以被称为或看作为流动通道。
在所述至少一个抽吸元件中构造有用于供由装置产生的直接指向建造平面的能量束通过的、例如为钻孔形式的至少一个通孔。为了使相应的能量束能够通过相应的通孔，通孔因此在能量束的延伸方向上——也就是说尤其相对于建造平面垂直地——延伸通过抽吸元件。
相应通孔的形成确保了有针对性地或局部地抽出基于过程从建造平面中分离的未固化的建造材料颗粒，或在其产生的区域中——也就是说尤其是在借助投射到建造平面上的能量束实施的能量输入的地方——基于过程产生(由于过程导致的)的过程气体。从建造平面中上升(产生)的建造材料或过程气体通过相应的通孔被抽吸到被抽吸元件包围的、供抽吸流流过的内部空间或流动空间中，并且立刻被从设备中——至少从设备的建造室或过程室中——清除。就此而言，抽吸元件中的各个通孔通向在抽吸元件中所限定的流动空间或内部空间中或与该流动空间或内部空间连通。抽出“焊接或烧结飞溅物”导致待制造的物体的改进的质量。
当然可能的是，抽吸元件具有多个通孔。每个通孔可以分配给或被分配给一个可由或由装置产生的直接指向建造平面的能量束。也可以设想，在抽吸装置包括多个抽吸元件的情况下，每个抽吸元件只具有一个(唯一的)通孔，该通孔被分配给由装置产生的、直接指向建造平面的特定能量束。因此，在装置被构造成“二极管激光器”的情况下，每个通孔可以被分配或被分配一个激光二极管元件，从而被分配给特定的通孔、由激光二极管元件产生的激光束穿过被分配给该激光束的通孔。
相应的抽吸元件可以具有长形的、尤其是管状的或管形的、一般中空(圆柱体形)的几何设计。对此也可以理解为相应的抽吸元件的漏斗形的几何设计，它的横截面(面积)在流动方向上被扩大或减小。在任何情况下，抽吸元件的所述至少一个通孔被构造成横向于抽吸元件的纵向延伸而贯穿/延伸穿过所述抽吸元件。抽吸流因此纵向地——也就是说平行于抽吸元件的纵向延伸——流过抽吸元件。抽吸元件原则上可以具有任意的横截面几何形状。抽吸流的流动特性(尤其是流速)可以通过有针对性地影响横截面几何形状——也就是说尤其是有针对性地增大或减小横截面积——而被有针对性地影响(文丘里原理)。抽吸元件的上述漏斗形的几何设计可有助于这一点。
抽吸元件——也就是说尤其是具有相应的长形的、可选为漏斗形的几何设计的抽吸元件——有利地以平行于建造平面延伸的方式布置或构造在建造平面上方。抽吸元件和建造平面之间的间距可以是较小的。借助抽吸元件和建造平面之间的较小间距可以提高抽出建造材料或过程气体的效率。具体地，抽吸元件和建造平面之间的间距例如可以介于1cm到10cm之间，尤其是在5cm以下。如下面将更详细描述的那样，抽吸元件可以相对于建造平面以至少一个运动自由度被可运动地支承，由此抽吸元件和建造平面之间的间距可以可变地修改。同样，抽吸元件可以在需要时这样地从覆层装置的运动轨迹中运动出来：即，使得抽吸元件在覆层操作期间不妨碍覆层装置。
如提到的那样，抽吸装置可以包括多个抽吸元件。通过有针对性地设置——也就是说尤其是布置和/或互相连接——多个抽吸元件，可以提高抽出建造材料或过程气体的效率。通过合适地的选择多个抽吸元件的数量和布置，抽吸装置可以容易地匹配于任意数量的辐射源——也就是说尤其是激光二极管元件，或任意形状的建造室或过程室或任意形状的建造平面。
关于抽吸元件的布置，可能的是，至少一个第一抽吸元件相对于建造平面沿第一定向布置或构造，而至少一个另外的或第二抽吸元件相对于第一抽吸元件平行地或成角度地——尤其是垂直地——布置或构造。尤其可能的是，形成相同地定向的平行的第一抽吸元件组和相同地定向的平行的另外的或第二抽吸元件组。因此可以形成抽吸元件的在交叉点处交叉的例如网格(网)状的布置，其中，第一组包括数个相互平行地布置的第一抽吸元件，它们相对于建造平面分别沿第一定向布置或构造；而所述至少一个第二或另外的组包括数个相互平行地布置的第二或另外的抽吸元件，它们分别沿相对于第一定向成角度地——尤其是垂直地——延伸的另外的或第二定向布置或构造。
长形的、尤其是管状的或管形的抽吸元件可以具有可供抽吸流流过的、尤其是管状的或管形的至少一个流动部段和配有至少一个通孔的至少一个抽吸部段或通过部段，其中，所述至少一个流动部段和所述至少一个抽吸部段经由至少一个连接部段相互连通，由此经由通孔抽出的、基于过程从建造平面中分离的未固化的建造材料和/或基于过程产生的过程气体经由连接部段进入流动部段中。相应地设置分开的流动部段和抽吸部段对于抽吸元件的偶尔形成的沉积物或杂质可以是有利的。在相应的流动部段和抽吸部段之间的连接部段可以曲状地或弯曲地延伸。
在连接部段中可以连接例如阀装置形式的或包括阀装置的调节装置，所述调节装置按照需要封锁或接通相应的流动部段和抽吸部段之间的连接。一个有利的实施例规定，一个抽吸部段与多个流动部段连通。这样例如使得能够封锁第一流动部段和抽吸部段之间的连接，以便例如通过用清洁流体冲洗来清除第一流动部段中的沉积物、杂质等，其中，还可以通过另外的流动部段抽出建造材料和/或过程气体。
除了长形的——尤其是管状的或管形的，可选为漏斗形的——几何设计以外，抽吸元件也可以具有板状的或板形的几何设计。具体地，抽吸元件因此也可以被构造成是具有至少一个通孔且被一个流动通道结构穿过的抽吸板。相应的抽吸板或相应的流动通道结构包括数个可选地相互连通的流动通道，所述流动通道延伸穿过抽吸板。通常至少一个通孔通向相应的流动通道中。相应的抽吸板通常被布置或被构造在建造平面上方且平行于建造平面延伸。
相应的抽吸板的面积在其几何尺寸上如此地设计：即，使得其覆盖建造平面的面积的至少一部分，尤其是覆盖建造平面的整个面积。覆盖建造平面的整个面积对于最佳地抽出相应的建造材料颗粒或过程气体可以是有利的。
与其具体的几何设计无关地，抽吸元件通常在平行于建造平面延伸的平面中延伸。不过也可以设想，多个抽吸元件尤其是相互错开地、上下叠置地布置在通常分别平行于建造平面延伸的多个平面中。在多个平面中上下叠置地尤其是错开地布置抽吸元件可以产生结构上特别紧凑的且因此关于每单位面积或单元空间上的抽吸功率特别高效的抽吸装置。
还与其具体的几何设计无关地，至少两个抽吸元件可以直接相互连通或相互连接，或者通过在中间插入至少一个连接元件而间接地相互连通或相互连接，所述至少一个连接元件连接抽吸元件并且也可供或供抽吸流在设备运行期间流过。可以由借助相应的连接元件或内部空间(所述内部空间由所述抽吸元件分别限定并且可供或供抽吸流流过)相互连接的抽吸元件形成支状的流动通道结构。在这样的配置情况下可以简化抽吸装置的结构，因为可以减少用于将抽吸装置连接到产生抽吸流的抽吸流源上的连接元件的数量。
在上文已经提到，抽吸元件可以相对于建造平面以至少一个运动自由度被可运动地支承。抽吸元件的运动借助与抽吸元件可耦联的或耦联的合适的——也就是说尤其是(电)机动的——驱动装置和/或引导(导向)装置实施。抽吸元件的运动可以包含沿着至少一个平移轴线的平移运动自由度和/或围绕至少一个旋转轴线的旋转运动自由度。抽吸元件的运动因此例如可以是线性、旋转、翻转或枢转运动。当然在多个不同的运动自由度上的组合运动也是可能的。
尤其是与激光二极管元件的同样的可运动支承联合起来，抽吸元件的可运动支承是有利的。可运动地支承激光二极管元件又可以这样实现：即，使激光二极管元件被布置在为其设置的、也在至少一个运动自由度上相对于建造平面被可运动地支承的保持装置上或保持装置中。
这种保持装置的运动也通过与保持装置可耦联的或耦联的合适的——也就是说尤其是(电)机动的——驱动装置和/或引导装置实施。当然这也可以是使得抽吸元件相对于建造平面运动的同一驱动装置和/或引导装置。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针对具体的照射状况相对于待照射的建造平面运动。类似于抽吸元件的运动，保持装置的运动也可以包含沿着至少一个平移轴线的平移运动自由度和/或围绕至少一个旋转轴线的旋转运动自由度。保持装置的运动因此例如也可以是线性、旋转、翻转或枢转运动。当然，在多个不同的运动自由度上的组合运动也是可能的。
抽吸元件和保持装置的运动可以通过合适的控制装置这样地相互协调：即，确保布置在保持装置上或保持装置中的相应激光二极管元件和抽吸元件中的相应通孔相互间的相对位置能够使可由或由激光二极管元件产生的激光束穿过抽吸元件中的相应通孔。尤其是可以这样实施抽吸元件和保持装置的运动的协调：即，使被分配给的通孔和激光二极管元件的相互间的相对位置保持不变。
抽吸元件或保持装置的运动可以与建造平面的照射同时实施。抽吸元件和/或保持装置也可以与建造平面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运动。这样可以在待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，并且可以减少待制造的物体中的内应力，这对待制造的物体的质量产生积极影响。抽吸元件或保持装置可以首先例如沿着由例如线性的第一运动轴线限定的第一运动轨迹在建造平面上方运动，并且随后沿着由例如线性的另一个运动轴线限定的另外的运动轨迹在建造平面上方运动。所述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。
对于保持装置不相对于建造平面被可运动地支承的情况，装置可以包括数个激光二极管元件或光学元件，它们覆盖建造平面的至少一部分或子区域，尤其是覆盖整个建造平面。尤其在建造平面的整个面积被相应的按面积对应地布置的激光二极管元件或光学元件覆盖的情况下，无需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针对具体的照射状况相对于待照射的建造平面运动。在这种情况下可以不设置与保持装置可耦联的或耦联的驱动装置和/或引导装置，这可选地简化了设备的在系统技术或控制技术方面的结构。
与相应的保持装置相对于建造平面可运动地支承还是不可运动地支承无关，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且因此也相对于建造平面可运动地可布置在或被布置在保持装置上或保持装置中。通过使各个、多个或全部激光二极管元件或光学元件相对于保持装置运动，例如可以使激光二极管元件或光学元件针对具体的照射状况相对于建造平面运动。同样可能的是，使各个、多个或全部激光二极管元件或光学元件运动——也就是说尤其是翻转或枢转——至无效状态，在该无效状态下相应的可产生的或产生的激光束是背离建造平面指向的。激光二极管元件或光学元件的运动也可以包含沿着至少一个平移轴线的平移运动自由度和/或围绕至少一个旋转轴线的旋转运动自由度。激光二极管元件或光学元件的运动因此例如也可以是线性、旋转、翻转或枢转运动。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实施。各个、多个或全部激光二极管元件或光学元件可以与建造平面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运动。这样也可以在待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，并且减少在待制造的物体中的基于过程所产生的内应力，这对待制造的物体的质量产生积极影响。各个、多个或全部激光二极管元件或光学元件首先例如可以沿着由例如线性的第一运动轴线限定的第一运动轨迹在建造平面上方运动，并且随后沿着由例如线性的另一个运动轴线限定的另一个运动轨迹在建造平面上方运动。所述另一个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。
本发明还涉及一种用于如下(如描述的)设备的抽吸装置，所述设备用于借助至少一个能量束通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料构成的建造材料层来生成式地制造三维物体，包括用于产生至少一个能量束的至少一个装置，所述至少一个能量束用于逐层地选择性地固化由可固化的建造材料构成的各个建造材料层，其中，所述装置被设置用于产生直接指向建造平面的能量束。抽吸装置被设置用于抽出基于过程从建造平面中分离出来的未固化的建造材料和/或基于过程产生的过程气体，并且其中，所述抽吸装置包括可供或供抽吸流流过的至少一个抽吸元件，其中，在所述至少一个抽吸元件中构造有用于供由设备中的装置产生且直接指向建造平面的能量束穿过的至少一个通孔。与设备相关联的全部描述类似地适用于该抽吸装置。
此外，本发明涉及一种用于借助由辐射产生装置产生的能量束通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料构成的各个建造材料层来生成式地制造至少一个三维物体的方法。该方法的特殊之处在于，为了抽出基于过程/在过程期间从建造平面中分离出来的未固化的建造材料和/或基于过程产生的过程气体，使用所描述的抽吸装置。与设备相关联的全部的描述类似地也适用于该方法。
附图说明
本发明借助在附图图示中的实施例进行详细阐述。在此示出:
图1-7分别是按照实施例的用于生成式地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用于借助由装置4(激光束产生装置)产生的至少一个能量束或激光束5通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料3构成的建造材料层来生成式地制造三维物体2，也就是说例如工业部件或工业部件组件。
这样实施依次逐层地选择性地固化各个待固化的建造材料层：即，使由装置4产生的一个或多个激光束5被选择性地指向相应的建造材料层的待固化的特定区域，所述特定区域与待制造的物体2的与层相关的相应横截面几何形状相对应。
如通过水平定向的箭头6指示的那样，借助被可运动地支承的覆层装置7在设备1的建造室8中形成相应的待固化的建造材料层。在建造室8中通常存在保护性气氛，也就是说例如氩气或氮气气氛。
可固化的建造材料3可以是金属粉末(混合物)——也就是说例如是铝粉末，和/或是塑料粉末(混合物)——也就是说例如是聚醚醚酮粉末，和/或是陶瓷粉末(混合物)——也就是说例如是氧化铝粉末。
装置4被直接布置在建造室8中，并且包括用于产生激光束5的多个激光二极管元件10，所述多个激光二极管元件10例如呈矩阵状地——也就是说成行和成列地——布置，并且分别被设置用于产生直接指向建造平面9的激光束5。由激光二极管元件10产生的激光束5因此以相对于建造平面成90°的角度投射到建造平面9上。装置4可以被称为或看作为“二极管激光器”。
激光二极管元件10被布置在一个为此设置的、尤其是框架状的保持装置11上或保持装置11中。保持装置11包括数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10可布置在所述布置位置处或所述布置位置中。激光二极管元件10可以按照需要在保持装置11中尤其是(无损伤地或无破坏地)可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。
设备1还包括抽吸装置12，该抽吸装置被设置用于抽出基于过程的建造材料——也就是在实施生成式建造过程期间从建造平面9中或从建造平面9的熔融或熔化的区域中分离出来的未固化的建造材料3(“焊接或烧结飞溅物”)，和/或基于过程产生的过程气体——也就是在实施生成式建造过程期间所产生的过程气体，也就是说例如烟气或闷烧物。抽吸装置12通过没有详细示出的连接元件连接至产生由箭头14指示的抽吸流的抽吸流源13，也就是说例如泵装置。抽吸流是可选为惰性的抽吸流体流，也就是说例如为氩气或氮气流。
抽吸流中所含有的建造材料3可以借助可选用的分离装置15——尤其是过滤装置——从抽吸流中分离出去，并且优选在建造材料的特定再处理之后重新在实施生成式建造的过程中被再次使用。
抽吸装置12包括供抽吸流流过的至少一个抽吸元件16。对应的抽吸元件16的不同实施例在图2-4中示出。
借助在图2中示出的实施例可以看见，抽吸元件16限定一内部空间或流动空间17。这种内部空间或流动空间17可以被称为或看作为流动通道。借助图2还可以看见，在抽吸元件16中构造有例如钻孔形式的多个通孔18，用于供由装置4产生的直接指向建造平面9的激光束5分别通过。各个通孔18通向在抽吸元件中所限定的内部空间或流动空间17中。为了使相应的激光束5能够穿过相应的通孔18，通孔18在激光束5的延伸方向上——也就是说尤其是相对于建造平面9垂直地——延伸穿过抽吸元件16。
构造相应的通孔18确保了有针对性地或局部地抽出由于过程导致的从建造平面9中分离出来的未固化的建造材料颗粒，或在其产生的区域中——也就是说尤其是在借助投射到建造平面9上的激光束5实施的能量输入的地方——在过程期间产生的过程气体。从建造平面9上升的建造材料或过程气体通过相应的通孔18被抽吸到由抽吸元件16限定的、供抽吸流流过的内部空间或流动空间17中，并且立刻从设备1中——至少从建造室8中——清除掉。“焊接或烧结飞溅物”的抽出导致待制造的物体2的改进的质量。
每个通孔18可以被分配给或被分配给一个可由或由装置4产生的直接指向建造平面9的激光束5。每个通孔18因此可以被分配或被分配一个激光二极管元件10，由此，由被分配给一个特定的通孔18的激光二极管元件10产生的激光束5穿过被分配给该激光束的通孔18。
在图2中示出的实施例中，抽吸元件16具有长形的、尤其是管状的或管形的、一般为中空(圆柱体形)的几何设计，所述几何设计具有例如圆形的或略圆的横截面几何形状。抽吸元件中的各个通孔18被构造成横向于相应的抽吸元件16的纵向延伸而贯穿相应的抽吸元件16。抽吸流在纵向上——也就是说在平行于抽吸元件的纵向延伸的方向上——流过抽吸元件16。
抽吸元件16被布置在建造平面9上方且平行于建造平面9延伸。抽吸元件16和建造平面9之间的间距d可以较小。通过抽吸元件16和建造平面9之间的较小间距d可以提高抽出建造材料3或过程气体的效率。具体地，抽吸元件16和建造平面9之间的间距d例如可以介于1cm到10cm之间，尤其是在5cm以下。
抽吸元件16可以在至少一个运动自由度上相对于建造平面9被可运动地支承，由此抽吸元件16和建造平面9之间的间距d是可以可变地修改的(参见具有相关描述的图5)。同样，抽吸元件16可以在需要时这样地从覆层装置7的运动轨迹中运动出来：即，使得在覆层操作期间抽吸元件不妨碍覆层装置。
图3示出多个相邻地布置——也就是说典型平行地布置——布置的抽吸元件16的实施例，与在图2中示出的实施例不同，这些抽吸元件分别只设有一个(唯一的)通孔18。抽吸元件中的相应通孔18被分配给由装置4产生的、直接指向建造平面9的特定能量束5，并且由此被分配给特定的激光二极管元件10。
借助示出建造平面9的俯视图的图4可以看见，抽吸装置12可以包括多个抽吸元件16。通过合适地选择多个抽吸元件16的数量和布置，可以使抽吸装置12容易地匹配于任意数量的辐射源——也就是说尤其是激光二极管元件10，或任意地形状(任意地成形的)的建造室8或任意形状的建造平面9。
在图4中示出的实施例中，示出相对于建造平面9沿第一定向(水平定向)延伸地布置的第一抽吸元件16a，和相对于第一抽吸元件16a成角度地——尤其是垂直地——延伸布置的第二抽吸元件16b。
因此可以形成相同地或平行地定向的第一抽吸元件16a组和相同地或平行地定向的第二抽吸元件16b组。由此可以产生在图3中示出的抽吸元件16a，16b的在交叉点处交叉的网格(网)状布置。在这种情况下，第一组包括彼此平行地布置或定向的多个第一抽吸元件16a，所述多个第一抽吸元件16a分别相对于建造平面9沿第一定向布置或构造，并且第二组包括彼此平行地布置或定向的多个第二抽吸元件16b，所述多个第二抽吸元件16b分别沿相对于第一定向成角度地——尤其是垂直地——延伸的第二定向布置或构造。
借助图4可以看见，至少两个抽吸元件16，16a，16b可以直接相互连通或相互连接。图中的虚线还示出，至少两个抽吸元件16，16a，16b也可以通过在中间连接连接抽吸元件的、也供抽吸流流过的至少一个连接元件19而间接地相互连通或相互连接。可以由抽吸元件16，16a，16b形成支状的流动通道结构，所述抽吸元件16，16a，16b借助相应的连接元件19或由所述抽吸元件分别限定且可供或供抽吸流流过的内部空间或流动空间17相互连接。
在图5所示的实施例中，在设备1的建造室8的一部分的透视图中可以看见，抽吸元件16也可以具有板状的或板形的几何设计。图5中所示出的抽吸元件16被构造成是如下抽吸板，流动通道结构的多个矩阵状地布置——也就是说成行和成列地布置——的通孔18穿过所述抽吸板。该抽吸板包括由虚线示出的数个相互连通的通道状的内部空间或流动空间17，所述内部空间或流动空间17形成流动通道结构并且延伸通过抽吸板。可以看见，至少一个通孔18通向相应的内部空间或流动空间17中。内部空间或流动空间17可以被称为或看作为流动通道。
抽吸板的面积在其几何尺寸上被如此地设计：即，使其覆盖建造平面9的整个面积。覆盖建造平面9的整个面积在最佳地抽出相应的建造材料颗粒或过程气体方面是有利的。
在图中分别示出抽吸元件16的平行于建造平面9延伸的布置。但是也可以设想，多个抽吸元件16，尤其是相互错开地，在通常分别平行于建造平面9延伸的多个平面中上下叠置地布置。
应当借助在图6中示出的实施例阐述的是，抽吸元件16，如提到的那样，可以在至少一个运动自由度上相对于建造平面9被可运动地支承。抽吸元件16的可运动的支承原则上与它的几何设计无关。抽吸元件16的运动通过与抽吸元件可耦联的或耦联的合适的——也就是说尤其是(电)机动的——驱动装置和/或引导装置(未示出)实施。在图6中示出的实施例中，抽吸元件16的运动包含沿着由双箭头20指示的平移轴线的平移运动。抽吸元件16以虚线示出处于第二位置，抽吸元件从第一位置出发运动到该第二位置上。原则上，抽吸元件16的运动可以包含沿着平移轴线的平移运动自由度和/或围绕旋转轴线的旋转运动自由度。当然在多个不同的运动自由度上的组合运动也是可能的。
尤其是与激光二极管元件10的同样可运动的支承联合起来，抽吸元件16的可运动的支承是有利的。激光二极管元件10的可运动的支承在图6中示出的实施例中由此实现：即，使激光二极管元件10被布置在同样在至少一个运动自由度上相对于建造平面9被可运动地支承的保持装置11上或保持装置中。
保持装置11的运动同样经由与保持装置可耦联的或耦联的合适的——也就是说尤其是(电)机动的——驱动装置和/或引导装置(未示出)实施。当然在此可以涉及相同的驱动装置和/或引导装置，借此也使抽吸元件16相对于建造平面9运动。在图6中示出的实施例中，保持装置的运动11包含沿着由双箭头21指示的平移轴线的平移运动。保持装置11以虚线示出出于第二位置上，保持装置11从第一位置出发运动到该第二位置上。类似于抽吸元件16的运动，保持装置的运动11也可以包含沿着平移轴线的平移的运动自由度和/或围绕旋转轴线的旋转运动自由度。当然在多个不同的运动自由度上的组合运动也是可能的。
抽吸元件16和保持装置11的运动可以经由合适的控制装置(未示出)被这样地相互协调：即，确保布置在保持装置11上或保持装置中的相应激光二极管元件10和相应抽吸元件侧的通孔18相互间的相对位置能够使可由或由激光二极管元件10产生的激光束5穿过抽吸元件中的相应通孔18。尤其是可以这样实施运动抽吸元件16和保持装置11的协调：即，使被分配的通孔18和激光二极管元件10相互间的相对位置保持不变。
抽吸元件16或保持装置11的运动可以与建造平面9的照射同时实施。抽吸元件16或保持装置11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。这样可以在待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，并且减少待制造的物体2中的内应力，这对待制造的物体2的质量能产生积极影响。抽吸元件16或保持装置11可以首先例如沿着由例如线性的第一运动轴线限定的第一运动轨迹在建造平面9上方运动，并且随后沿着由例如线性的另一个运动轴线限定的另一个运动轨迹在建造平面9上方运动。所述另一个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。
图7示出抽吸元件16的另一个实施例。在图7中在横剖视图中示出的抽吸元件16也具有长形的几何设计。抽吸元件16具有可供抽吸流流过的管状或管形的流动部段22和配有至少一个通孔18的抽吸部段23。当然也可以存在多个对应的抽吸部段23。流动部段22限制内部空间或流动空间17。流动部段22和抽吸部段23经由连接部段24连接在一起，由此使经由通孔18抽出的建造材料3和/或过程气体经由连接部段24进入流动部段22中。如在图7中示例性地示出的那样，连接部段24可以以“弯管”的形式弯曲地或曲状地延伸。
图8示出抽吸元件16的另一个实施例，与在图7中示出的实施例不同，它具有两个流动部段22。阀装置形式的两个调节装置25连接到连接部段24中，所述两个调节装置按照需要封锁或接通相应的流动部段22和抽吸部段23之间的连接。这样使得能够封锁第一流动部段22和抽吸部段23之间的连接，以便例如通过用清洁流体冲洗来清除第一流动部段22中的沉积物、脏污等，其中，还可以通过另一个流动部段23抽出建造材料3和/或过程气体。
借助在图中示出的实施例中示出的设备1，可以实施一种用于借助激光束5通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料3构成的各个建造材料层来生成式地制造物体2的方法。该方法原则上可以是选择性激光焊接方法或选择性激光烧结方法。该方法的特别之处在于，为了抽出基于过程从建造平面9中分离出来的未固化的建造材料3和/或基于过程产生的过程气体，使用对应的抽吸装置12。
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 覆层装置
8 建造室
9 建造平面
10 激光二极管元件
11 保持装置
12 抽吸装置
13 抽吸流源
14 箭头
15 分离装置
16 抽吸元件
16a 抽吸元件
16b 抽吸元件
17 内部空间或流动空间
18 通孔
19 连接元件
20 双箭头
21 双箭头
21 流动部段
23 抽吸部段
24 连接部段
d 间距

Claims (17)

1.一种用于借助至少一个能量束(5)通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料(3)构成的建造材料层来生成式地制造三维物体(2)的设备(1)，包括用于产生用于逐层地选择性地固化由可固化的建造材料(3)构成的各个建造材料层的至少一个能量束(5)的至少一个装置(4)，其中，所述装置(4)被设置用于产生直接指向建造平面(9)的能量束(5)，其特征在于一抽吸装置(12)，该抽吸装置被设置用于抽出基于过程从建造平面(9)中分离出来的未固化的建造材料(3)和/或基于过程产生的过程气体，其中，抽吸装置(12)包括能够供抽吸流流过或供抽吸流流过的至少一个抽吸元件(16)，其中，在所述至少一个抽吸元件(16)中构造有用于供由所述装置(4)产生的直接指向建造平面(9)的能量束(5)通过的至少一个通孔(18)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装置被设置用于产生直接指向建造平面(9)的激光束，其中，所述装置(4)包括能够布置在或布置在建造平面(9)上方的至少一个激光二极管元件(10)，在所述建造平面中构造待选择性地固化的或已固化的建造材料层，或者装置(4)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)和与布置在设备(1)的建造室(8)外部的所述激光二极管元件(10)光学地耦联的至少一个光学元件(27)，所述至少一个光学元件(27)能够布置在或布置在建造平面(9)的直接上方，在所述建造平面中构造待选择性地固化的或已固化的建造材料层，所述至少一个光学元件被设置用于将由所述激光二极管元件(10)产生的激光束(5)直接偏转到所述建造平面(9)上。
3.根据权利要求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，所述激光二极管元件(10)和/或光学元件(27)覆盖所述建造平面(9)的面积的至少一部分，可选地覆盖所述建造平面(9)的整个面积。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个抽吸元件(16)具有长形的、尤其是管状的、可选为漏斗形的几何设计，其中，所述至少一个通孔(18)被构造成横向于所述至少一个抽吸元件的纵向延伸而贯穿所述至少一个抽吸元件(16)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个抽吸元件(16)具有长形的、尤其是管状的、可选为漏斗形的几何设计，其中，所述至少一个抽吸元件布置或构造在建造平面(9)上方并且平行于所述建造平面(9)延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述抽吸装置(12)包括多个长形的、尤其是管状的抽吸元件(16)。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，每个抽吸元件(16)具有一个被分配给由所述装置(4)产生的直接指向所述建造平面(9)的特定能量束(5)的通孔。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，至少一个第一抽吸元件(16a)相对于建造平面(9)沿第一定向布置或构造，而至少一个第二抽吸元件(16b)相对于所述第一抽吸元件(16a)平行地或成角度地，尤其是垂直地，布置或构造。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的设备，其特征在于，至少两个抽吸元件(16，16a，16b)直接连接在一起，或者借助连接所述抽吸元件的至少一个连接元件(19)而间接地连接在一起。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个抽吸元件(16)具有供抽吸流流过的至少一个流动部段(22)和配有至少一个对应的通孔(18)的至少一个抽吸部段(23)，其中，所述至少一个流动部段(22)和所述至少一个抽吸部段(23)相互连通，使得经由所述通孔(18)抽出的、基于过程从建造平面(9)分离出来的未固化的建造材料(3)和/或基于过程产生的过程气体经由连接部段(24)进入所述流动部段(22)中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个抽吸元件(16)被构造成是具有至少一个通孔(18)、被一流动通道结构穿过的抽吸板，所述抽吸板布置或构造在建造平面(9)上方并且平行于所述建造平面(9)延伸。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述抽吸板覆盖所述建造平面(9)的面积的至少一部分，尤其是覆盖所述建造平面(9)的整个面积。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，至少两个抽吸元件(16)尤其是相互错开地以上下叠置的方式布置在多个平面中。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个抽吸元件(16)在至少一个运动自由度上相对于建造平面(9)被可运动地支承。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所示抽吸元件中的每个通孔(18)能够被分配给或被分配给一个由所述装置(4)产生的直接指向建造平面(9)的能量束(5)。
16.一种抽吸装置(12)，所述的抽吸装置(12)用于借助至少一个能量束(5)通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料(3)构成的建造材料层来生成式地制造三维物体(2)的设备(1)，尤其是用于根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，所述设备包括用于产生用于逐层地选择性地固化由可固化的建造材料(3)构成的各个建造材料层的至少一个能量束(5)的至少一个装置(4)，其中，所述装置(4)被设置用于产生直接指向建造平面(9)的能量束(5)，其中，所述抽吸装置(12)被设置用于抽出基于过程从建造平面(9)中分离出来的未固化的建造材料(3)和/或基于过程产生的过程气体，其特征在于，
所述抽吸装置(12)包括能够供抽吸流流过或供抽吸流流过的至少一个抽吸元件(16)，其中，在所述至少一个抽吸元件(16)中构造有用于供由所述设备中的装置(4)产生的直接指向建造平面(9)的能量束(5)穿过的至少一个通孔(18)。
17.一种用于借助由辐射产生装置(5)产生的能量束(6)通过依次逐层地选择性地固化由可固化的建造材料(4)构成的各个建造材料层(3)来生成式地制造三维物体(2)的方法，其特征在于，利用根据权利要求16所述的抽吸装置(12)来抽出基于过程从建造平面(9)中分离出来的未固化的建造材料(3)和/或基于过程产生的过程气体。
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