CN107839233B - 用于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制造三维物体的设备，其主要包括：布置在设备壳体中的建造室，在建造室中设有用于承载正在形成的物体的支撑板；用于将建造材料层施加到支撑板或先前形成的层上的装置；用于选择地照射所施加的建造材料以使其固化的照射装置；和用于光学地探测和/或记录建造材料的熔化或固化过程和/或用于光学地探测和/或监控和/或记录建造材料在承载装置上的覆层过程的摄像机装置，其中，摄像机装置的或照射装置的光学系统通过防护玻璃与进行中的建造过程分开，其中，在进行中的建造过程和/或摄像机观察过程期间防护玻璃的各部分被通过玻璃清洁装置，且在该清洁期间防护玻璃有至少一个区段布置在摄像机光学系统和/或照射光学系统的前方。

Description

用于制造三维物体的设备
技术领域
本发明涉及一种用于制造三维物体的设备、尤其是SLM设备(选择性激光熔化设备)或SLS设备(选择性激光烧结设备)。此外本发明也涉及一种方法。
背景技术
当谈及一种用于制造三维物体的设备时，那么由此针对的是全部也以“3D打印机”为人所熟知的设备，它们被设计并适用于，通过将粉末状的、液态的或膏状的建造材料逐层地施加到底座或已经形成的层上来建造三维物体，其中，所述层选择地通过辐射、尤其是激光辐射被转变到固化的状态，由此，所希望的构件/建造部件(Bauteil)可以由储存的建造数据被逐层地建造。尤其是涉及塑料激光烧结设备或塑料激光熔化设备、金属粉末激光烧结设备或金属粉末激光熔化设备或光固化立体成型设备，其中液态的树脂状的材料被逐层地施加和然后选择地相应于提供的建造数据被固化。
在所提到的设备中，在壳体中布置有建造室，在建造室中设置有用于承载正在形成的物体的支撑板。此外存在用于将建造材料逐层地施加到承载装置或已经形成的层上的装置。在所述层上方存在用于选择地照射所施加的建造材料以使其固化的照射装置，其中，照射装置的至少一个射束依据建造数据被引导到建造材料上。对照射装置的至少一个射束的引导大多数依据建造数据经由扫描器装置来实施，但是本发明的主题范围中也包括这样的设备，其中可通过多个位置固定地或可动地布置的辐射源来实施对建造材料的选择性照射。也可能的是，只有一个辐射源、例如一个激光器被有针对性地和选择地依据所储存的建造数据在建造材料的表面上方被引导。
为了改善建造材料的进行中的建造过程和/或覆层过程，合乎希望的是，设置摄像机装置，它适合用于光学地探测和/或也记录形成在照射装置的射束的焦点上的、建造材料的熔化或固化过程。但是这种摄像机也可以用于光学地探测和/或监控或记录建造材料在承载装置上的覆层过程，换言之，或者建造过程本身可以在建造材料的选择性的固化期间被观察、监控和记录，以便例如实施建造材料的质量控制，并且/或者在照射之前就已经对覆层过程进行监控，以便对建造材料的覆层进行质量检查，因为无差错地施加的建造材料层对所产生的构件的质量极其重要。
众所周知，摄像机装置、扫描器或其它的照射元件(Belichtungselemente)的光学前透镜对例如通过在这样的SLM设备或SLS设备或其它的3D打印设备的建造室中可能产生的烟或建造材料飞溅物或类似物造成的脏污是敏感的。由于这个原因，为此已经转移到在建造过程的区域和摄像机光学系统之间布置防护玻璃(例如见DE102010052206)。
也已经讨论，在摄像机光学系统和建造过程的区域之间设置辐射反射玻璃，这是因为在特定的材料例如贵重金属情况下激光射束“在本身中”的反射可以导致对激光器的放电的干扰，这对建造过程产生负面影响(见DE102014005915A1)。
这样的“防护玻璃”必须尽可能地保持不被脏污。为此已经讨论，将气体流引导到建造室中，以使得烟和蒸汽尽可能远离防护玻璃装置或反射玻璃装置。
发明内容
本发明基于的任务是，改进设备和方法，以使得即使在非常长时间的、强烈产烟的建造过程情况下也可以不中断地监控覆层过程或建造过程。尤其是应该能够取消对所述设备、尤其是防护玻璃的手动清洁。尤其是也应该避免，用于防护玻璃的清洁元件暂时地或局部地穿过光路，这同样会导致对建造过程的干扰。
这个任务被以如下方式解决，即：摄像机防护玻璃和/或辐射反射玻璃被构造成和可驱动地被支承成，使得摄像机防护玻璃和/或辐射反射玻璃的各部分在进行中的建造过程和摄像机运行期间被连续地引导通过玻璃清洁装置，其中，在该清洁期间摄像机防护玻璃或反射玻璃有至少一个区段布置在摄像机光学系统的前方。
本发明的核心由此是至少一个玻璃清洁装置，该玻璃清洁装置在侧面如此地布置在摄像机的光路或固化辐射源旁边，使得防护玻璃或反射玻璃的各一部分可以连续地或振动地或转动地被引导通过该清洁装置。在此重要的是，清洁过程不会负面地影响或甚至中断建造过程和/或观察过程。防护玻璃或反射玻璃可以水平地布置在摄像机的透镜的前方或照射装置的前方并围绕竖直的轴线被转动驱动。但是也位于本发明的范围中的是，倾斜地布置防护玻璃并且相应地倾斜地设置转动轴线。但是原则上也可能的是，防护玻璃或反射玻璃振动地在摄像机装置前方往复运动并且在此情况下在一侧或在两侧上设置清洁元件，所述清洁元件在防护玻璃或反射玻璃往复运动期间清洁其底面。清洁元件应能够相对于要清洁的玻璃表面、尤其是玻璃底面运动。该相对运动例如可以由下述方式引起，即，使玻璃运动，但是也使例如刷子或唇状物形式的清洁元件往复运动或被旋转地或振动地驱动。超声波清洁元件或超声波清洁池也位于本发明的范围中。玻璃清洁装置应该相对于建造室被包封，其必须保证，从玻璃底面上剥脱的脏物不会落到建造表面上。为此设置收集容器，它可以接收烟残留物和类似物。
防护玻璃也可以具有防污的覆层，该覆层支持清洁过程。
为了将防护玻璃或反射玻璃的运动限制在最小程度上，在本发明的范围中有利的是，持续地或以时间间隔探测脏污度并且仅当确实出现玻璃底面的影响建造或监控过程的脏污时才启动清洁。这可以通过光学传感器来进行。但是也可能的是，光学传感器由摄像机本身形成，它在清晰度和对比度方面评价例如在防护玻璃或反射玻璃下面的参考图案。要清洁的玻璃板的或清洁元件的机动的(或者说用发动机或电动机驱动的)驱动装置的速度可以依据玻璃的脏污度来控制。脏污度可以用不同的方式确定，例如也通过对附着的颗粒做出反应的表面波传感器，该表面波传感器被用于颗粒和/或液体粘附性。也合乎目的的是，尤其是在长时间的建造过程情况下，清洁容器在建造过程期间可以被排空，以使清洁容器尽可能保持紧凑。
附图说明
下面借助于实施例详细解释本发明。在附图中：
图1是按照本发明的具有旋转的防护玻璃板的设备。
图2是一个类似地建造的设备，其中防护玻璃板可往复移动地布置并且其中设置有两个清洁装置。
附图标记列表：
1 设备
2 物体
3 壳体
4 建造室
5 支撑板
6 建造材料
7 计量室
8 过程室底部
9 装置
10 溢流容器
11 过程室
12 照射装置
13 激光器
14 射束
15 扫描器
16 反射镜
17 焦点
20 摄像机装置
30 摄像机防护玻璃
31 玻璃清洁装置
32 竖直的轴线
33 电机
35 清洁元件
36 底面
37 收集容器
40 传感器
41 抽吸装置
50 辊子组
具体实施方式
首先参见图1。
图1仅仅示意性示出一种用于制造三维物体2的设备1，其中，在设备1的壳体3中布置有建造室4，在建造室中设有用于承载正在形成的物体2或建造材料6的支撑板5。建造材料已经保持在计量室7中，计量室如建造室4一样被嵌入到过程室底部8中。用于涂覆建造材料6的装置9例如被构造成可以在计量室7和建造室4上方移动的刮刀装置，它在计量室中提取建造材料，在建造室4的区域中施加一个薄层并且将多余的建造材料6甩到溢出容器10中。
在过程室11上方或过程室11的上部区域内设置有照射装置12，它用于选择性地照射所施加的建造材料6以使其固化，其中，在本实施例中激光器13的射束14被引导通过扫描器15，扫描器的反射镜16通过建造数据来控制，由此使激光射束14打到建造材料上的焦点17可以熔化或熔合和由此固化建造材料。
此外在设备的上部区域中，也就是说在过程室上方或在过程室顶部中，设置有摄像机装置20，该摄像机装置用于对在照射装置12的射束的焦点17上形成的、建造材料6的熔化或固化过程进行光学地探测和/或还有记录和/或用于对建造材料6的覆层过程进行光学地探测和/或监控和/或记录，其中，摄像机装置20的光学系统通过摄像机防护玻璃30与进行中的建造过程分开，或者扫描器的光学系统通过辐射反射玻璃与进行中的建造过程分开。
应该指出，辐射反射玻璃也可以作为摄像机防护玻璃30使用并且摄像机防护玻璃在相应的设计下也可以作为辐射反射玻璃使用，因此在本实施例中在摄像机和扫描器这两个光学器件的前面仅仅布置或示出一个防护玻璃。
但是也位于本发明的范围中的是，一方面为摄像机和另一方面为扫描器分别设置分开的防护玻璃，而这些防护玻璃也可以以相应的、以下描述的方式进行清洁。
防护玻璃30被这样地构造和可驱动地支承，使得防护玻璃30的各部分在进行中的建造过程和/或摄像机观察过程期间被连续地引导通过玻璃清洁装置31，其中，在清洁期间防护玻璃的至少另一个区段保留在摄像机光学系统和/或照射光学系统的前面。
在图1中示出的实施例中，防护玻璃30水平地布置并且通过电机33围绕竖直的轴线32被转动驱动。
玻璃清洁装置31在侧面布置在摄像机装置20的和/或照射光学系统即扫描器15的光轴的旁边。
玻璃清洁装置31包括至少一个构造成刷子的清洁元件35，该清洁元件对防护玻璃30的底面36加载并且将附着在其上的烟颗粒和类似物剥离到收集容器37中。
玻璃清洁装置31整体上相对于过程室11被包封，也就是说保证，在玻璃清洁装置31或在收集容器37中存在的颗粒不能够到达建造表面上。
本发明此外包括布置在玻璃清洁装置中或玻璃清洁装置处的传感器40，它可以探测防护玻璃30的脏污。传感器40优选是光学传感器，它通过透射防护玻璃确定，颗粒是否附着在防护玻璃的底面上和必要时确定颗粒如何附着在防护玻璃的底面上。但是传感器也可以通过摄像机20形成。
玻璃板或清洁元件35的机动的驱动装置33的速度可以依据通过传感器40探测到的玻璃30的脏污度的结果来控制。
收集容器37可以经由抽吸装置41在建造过程期间抽吸并且由此被排空。
在图2中示出一种在大部分区段上与图1相同的设备，然而电机33不是被构造成用于围绕轴线32转动地驱动防护玻璃30，而是防护玻璃30以可经由未示出的引导元件向左和向右移动的方式被支承，电机33具有辊子组50，通过该辊子组防护玻璃30通过摩擦接触被向左和向右移动。
在摄像机和/或照射装置12的光学元件的左边和右边布置有两个玻璃清洁装置31，防护玻璃30可以被如此地向左和向右移动，使得防护玻璃30的所有区域能在时间间隔下被清洁并且始终有防护玻璃30的一个区段或者保留在摄像机光学系统的前面或者保留在照射光学系统的前面。

Claims (13)

1.一种用于制造三维物体(2)的设备(1)包括：
-布置在所述设备(1)的壳体(3)中的建造室(4)，在该建造室中设置有用于承载正在形成的物体(2)的支撑板(5)，
-用于将建造材料(6)层施加到支撑板(5)或先前形成的层上的装置(9)，
-用于选择地照射所施加的建造材料(6)以使其固化的照射装置(12)，其中，照射装置(12)的至少一个射束(14)依据所储存的建造数据被引导到建造材料(6)上，以及
-用于对在照射装置(12)的射束的焦点(17)上形成的、建造材料(6)的熔化或固化过程进行光学地探测和/或记录、并且/或者用于对建造材料(6)在承载装置上的覆层过程进行光学地探测和/或监控和/或记录的摄像机装置(20)，其中，摄像机装置(20)的光学系统或照射装置(12)的光学系统通过防护玻璃(30)与进行中的建造过程分开，
其特征在于，
-防护玻璃(30)被构造和以能驱动的方式支承成，使得防护玻璃(30)的各部分在进行中的建造过程和/或摄像机观察过程期间被引导通过玻璃清洁装置(31)，其中，在该清洁期间防护玻璃(30)有至少一个区段布置在摄像机光学系统和/或照射光学系统的前方。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，防护玻璃(30)围绕竖直的轴线(32)被转动驱动。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，至少一个玻璃清洁装置(31)在侧面布置在摄像机装置的光轴和/或照射装置(12)的光轴旁边。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，玻璃清洁装置(31)包括至少一个清洁元件(35)，该清洁元件对防护玻璃(30)的底面(36)加载。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，清洁元件(35)是刷子、唇状物或其它的刮除元件，或者清洁元件(35)被构造成布置在超声波浴中的清洁单元。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，刷子或刮除元件能机械地相对于防护玻璃(30)运动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，玻璃清洁装置(31)相对于过程室被包封。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，玻璃清洁装置(31)包括用于从防护玻璃(30)上除去的烟残留物的收集容器(37)。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，在玻璃清洁装置(31)中或在玻璃清洁装置上布置有传感器(40)，该传感器探测防护玻璃(30)的脏污。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，传感器(40)由摄像机装置 (20)或表面波传感器形成。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，玻璃板和/或清洁元件(35)的机动的驱动装置(33)的速度能依据防护玻璃(30)的脏污度的结果来控制。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，收集容器(37)能在建造过程期间被排空。
13.一种用于对在用于制造三维物体(2)的设备(1)中的光学防护玻璃(30)进行清洁的方法，具有以下特征：
-设置在设备(1)的壳体(3)中布置的建造室(4)，在建造室中以高度可调的方式支承用于承载正在形成的物体(2)的支撑板(5)；
-设置用于将建造材料(6)层施加到支撑板(5)或先前形成的层上的装置(9)；
-设置用于选择地照射所施加的建造材料(6)以使其固化的照射装置(12)，其中，照射装置(12)的至少一个射束依据所储存的建造数据被引导到建造材料(6)上，以及
-设置用于光学地探测和/或记录形成在照射装置(12)的至少一个射束(14)的焦点(17)上的、建造材料(6)的熔化或固化过程和/或用于光学地探测和/或监控和/或记录建造材料在承载装置上的覆层过程的摄像机装置(20)，其中，防护玻璃(30)布置在摄像机装置(20)的光学系统前方和/或布置在照射装置(12)的光学系统前方，其特征在于，
可动地支承防护玻璃(30)，以使得防护玻璃(30)的区段在进行中的建造过程和/或摄像机观察过程和/或覆层过程期间被连续地引导通过玻璃清洁装置(31)，而在防护玻璃(30)的至少一个区段的如此实施的清洁期间防护玻璃(30)的另一个区段保留在摄像机装置的或照射装置(12)的光学系统的前方。
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