CN108068317A - 用于添加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在设备侧的过程室(10)中依次逐层地选择地照射和因此依次逐层地选择地固化由能借助于激光辐射固化的建造材料(3)构成的建造材料层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，包括照射装置(5)，其被设置用于产生用于选择地照射和因此选择地固化各个建造材料层的激光辐射，以及探测装置(11)，其被设置用于探测激光辐射向至少局部地限定过程室(10)的过程室限定元件中的侵入和/或用于探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室(10)的过程室限定元件的穿透。

Description

用于添加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在设备侧的过程室中依次逐层地选择地照射和因此依次逐层地选择地固化由能借助于激光辐射固化的建造材料构成的建造材料层来添加式地制造三维物体的设备，包括照射装置，其被设置用于产生用于选择地照射和因此选择地固化各个建造材料层的激光辐射。
背景技术
这种用于添加式地制造三维物体的设备本身是已知的。相应的设备的示例是用于实施选择性激光烧结方法(SLS方法)的设备和用于实施选择性激光熔化方法(SLM方法)的设备。
已知的是，在运行相应的设备的范围中激光辐射、尤其是被建造平面反射的二次辐射可以投射到过程室限定元件、也就是说尤其是过程室壁元件上，这可以是一个潜在的安全风险。
迄今为止这种潜在的安全风险通常通过专门地强化相应的过程室限定元件、也就是说尤其是专门地增大相应的过程室壁元件的壁厚来解决。没有设置对投射到过程室限定元件上的激光辐射的主动的探测。
发明内容
本发明基于的任务是，提出一种相对于此改进的用于添加式地制造三维物体的设备。
这个任务通过一种根据权利要求1所述的用于添加式地制造三维物体的设备解决。所属的从属权利要求涉及设备的可能的实施方式。
在这里描述的设备(“设备”)被设置用于通过依次逐层地选择性照射和因此依次逐层地选择性固化在对应于要制造的物体的与层相关的横截面的区域中的、由能借助于激光辐射固化的建造材料构成的建造材料层来添加式地制造三维物体，也就是说例如技术结构件或技术结构件组。建造材料可以是颗粒状的或粉末状的金属-，塑料-和/或陶瓷材料。选择性固化各个要选择性固化的建造材料层基于与物体相关的建造数据实施。相应的建造数据描述分别要添加式制造的物体的几何结构上的设计并且可以包含例如要添加式制造的物体的“被切片的”CAD数据。该设备可以是SLM设备，也就是说用于实施选择性激光熔化方法(SLM方法)的设备，或是SLS设备，也就是说用于实施选择性激光烧结方法(SLS方法)的设备。
设备包括用于实施添加式建造过程通常需要的功能部件。属于该功能部件的尤其是覆层装置和照射装置。覆层装置被设置用于在设备的建造平面中形成要选择地照射或要选择地固化的建造材料层，在设备的建造平面中实施依次逐层地选择地照射和因此依次逐层地选择地固化由能借助于激光辐射固化的建造材料构成的建造材料层。照射装置被设置用于借助于激光辐射选择地照射在设备的建造平面中的要选择地固化的建造材料层。
照射装置通常包括被设置用于产生激光辐射、也就是说激光束的射束产生装置，必要时被设置用于将由射束产生装置产生的能量束或激光束偏转到要选择地固化的建造材料层的要照射的区域上的射束偏转装置(扫描器装置)，以及各种不同的光学元件，例如滤波器元件、物镜元件、透镜元件，等等。
设备的所述的功能部件通常被布置或构造在设备的可惰性化的过程室处或该过程室中。过程室在空间上-实体上通过过程室限定元件——简称过程室界限——界定或限定。相应的过程室限定元件尤其可以是过程室壁元件，简称过程室壁。过程室通常包括对接接口，对接接口被设置用于对接粉末模块，也就是说例如建造模块、计量模块或溢流模块。
具体地，过程室限定元件可以是局部地限定过程室的过程室壁元件，或能够向过程室中观察的过程室窗口元件，或实现进入过程室中的通道可能性的、尤其是在打开位置和关闭位置之间被可运动地——尤其是可摆动运动地——支承的过程室门元件。相应的过程室窗口元件可以是相应的过程室壁元件或相应的过程室门元件的组成部分。
设备包括探测装置，它被设置用于探测激光辐射向至少局部地限定过程室的过程室限定元件中的侵入/进入和/或用于探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室的过程室限定元件的穿透。由照射装置发出的一次辐射可以在实施添加式建造过程的范围中被这样地反射，即一次辐射至少局部地侵入到至少局部地限定过程室的过程室限定元件中或至少局部地穿透过程室限定元件。可经由探测装置探测的激光辐射因此通常例如是被已经制造的物体部段反射的二次辐射。探测装置能够主动地探测激光辐射向相应的过程室限定元件中的至少局部的侵入和/或激光辐射穿过相应的过程室限定元件的至少局部的穿透，因此能够主动地探测投射到单个、多个或全部过程室限定元件上的激光辐射。探测装置因此是一种用于提高设备的安全性的措施。
探测装置包括至少一个探测元件，也就是说必要时多个探测元件。相应的探测元件的具体的示例在下面给出：
相应的探测元件可以被设置用于(直接地或间接地)探测侵入过程室限定元件中的和/或穿透过程室限定元件的激光辐射，尤其是具有特定的辐射特性——优选特定的波长——的激光辐射。相应的探测元件例如可以构造成包括必要时导光的结构元件的、用于探测激光辐射、尤其是具有特定的辐射特性——优选特定的波长——的激光辐射的传感器设备。
相应的探测元件也可以被设置用于探测过程室限定元件的由激光辐射引起地可部分地改变的物理特性，尤其是由激光辐射引起地可部分地改变的电的或热的特性。相应的探测元件例如可以构造成用于探测过程室限定元件的电的特性(尤其是电导)的改变，或热的特性(尤其是温度)的改变的传感器设备。过程室限定元件的特定的物理特性的改变——也就是说例如电的或热的特性的改变——预示激光辐射在过程室限定元件中的(潜在的)侵入或激光辐射穿过过程室限定元件的(潜在的)穿透或显示这种侵入或穿透。
相应的探测元件也可以被设置用于探测在过程室内部的由于过程室限定元件的由激光辐射引起的材料去除而可改变的气氛。相应的探测元件例如可以作为传感器设备被设置用于探测在过程室内部的由于过程室限定元件的由激光辐射引起的材料去除而可改变的气氛或可改变的气氛的组成。气氛的改变——例如由于过程室限定元件的相应材料去除而导致的一定元素的浓度升高——预示激光辐射向过程室限定元件中的(潜在的)侵入或激光辐射穿过过程室限定元件的(潜在的)穿透或显示这种侵入或穿透。
相应的探测元件也可以被设置用于探测由于由激光辐射引起的过程室限定元件的材料去除而产生的颗粒，尤其是过程室限定元件颗粒。相应的探测元件例如可以作为传感器设备被设置用于探测由于由激光辐射引起的过程室限定元件的材料去除而产生的颗粒，尤其是过程室限定元件颗粒(与在过程室内部的气氛的由此可能伴随的改变相独立地)。被探测的、由于过程室限定元件的由激光辐射引起的材料去除而产生的颗粒也预示激光辐射向过程室限定元件中的(潜在的)侵入或激光辐射穿过过程室限定元件的(潜在的)穿透或显示这种侵入或穿透。
相应的探测元件可以被直接地布置或构造在过程室限定元件处或过程室限定元件中。
在此情况下例如可以设想，探测元件被布置或构造在过程室限定元件的面对由过程室限定的内腔的内表面上或被布置或构造在过程室限定元件的背离由过程室限定的内腔的、尤其是暴露的外表面上。探测元件因此可以被布置或构造在过程室限定元件的相应的内表面或外表面上，这显示探测元件的一种比较简单的安装可能性(与它的在几何结构上的设计无关)，这个安装可能性必要时也允许对原始未装备探测装置的设备进行加装。
如果探测元件被布置或构造在过程室限定元件中，可以设想，探测元件被布置或构造在至少在部分区段上/局部地具有多层结构的过程室限定元件中，其中，探测元件——尤其是作为中间层——在过程室限定元件中被布置或构造在过程室限定元件的两个外层之间。探测元件因此可以被直接地集成到过程室限定元件中，由此被保护免受外部的影响。探测元件为此尤其具有扁平的或平面的几何结构上的设计。
作为对探测元件被直接地布置或构造在过程室限定元件处或过程室限定元件中的替代方案或补充，探测元件可以被布置或构造在作为单独的部件组布置在或能布置在过程室限定元件处或过程室限定元件中的、尤其是壳体状的或壳体形的承载结构处或承载结构中。在最简单的情况下，承载结构可以形成一种壳体，至少一个探测元件被布置或构造在该壳体处或壳体中。探测装置的另外的组成部分——也就是说例如(例如用于连接能量供给源的)连接接口、(例如用于传输、也就是说用于发送和/或接收数据的)数据传输接口，等等——可以被集成到承载结构中。
相应的承载结构例如可以被布置或构造在过程室限定元件的面对通过过程室限定的内腔的、尤其是暴露的内表面处，或被布置或构造在过程室限定元件的背离通过过程室限定的内腔的、尤其是暴露的外表面处。承载结构因此可以被布置或构造在过程室限定元件的相应的内表面或外表面处，这显示承载结构的一种比较简单的安装可能性(与它的在几何结构上的设计无关)，这个安装可能性必要时也允许对原始未装备探测装置的设备进行加装。
相应的承载结构可以至少局部地具有多层的结构，其中，这个或至少一个探测元件——尤其是作为中间层——在承载结构中被布置或构造在承载结构的两个外层之间。探测元件因此可以被布置或构造在至少局部地具有多层结构的承载结构中，其中，探测元件——尤其是作为中间层——在承载结构的两个外层之间被布置或构造在承载结构中，由此被保护免受外部的影响。探测元件为此也具有尤其是扁平的或平面的几何结构上的设计。
探测装置可以(按照数据传输方式)与控制照射装置和/或(整个)设备的运行的控制装置通信，其中，探测装置被设置用于在探测激光辐射向至少局部地限定过程室的过程室限定元件中的侵入期间和/或在探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室的过程室限定元件的至少局部的穿透期间产生探测信息和将探测信息传递到控制装置。不仅在探测装置方面而且在控制装置方面都存在合适的通信接口，它们使探测信息能够从探测装置传输到控制装置。
控制装置可以被设置用于在获得相应的探测信息时(立刻)实施至少一个用于阻止激光辐射侵入到至少局部地限定过程室的过程室限定元件中和/或用于阻止激光辐射至少局部地穿透至少局部地限定过程室的过程室限定元件的措施。相应的措施可以是减小由照射装置产生的激光辐射的功率或断开照射装置或断开整个设备。
探测装置可以与用于输出信息、尤其输出给用户的输出装置通信，其中，探测装置被设置用于在探测激光辐射向至少局部地限定过程室的过程室限定元件中的侵入期间和/或在探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室的过程室限定元件的至少局部的穿透期间产生探测信息和将探测信息传递到输出装置。探测装置和/或输出装置可以被设置用于产生涉及探测信息的报警信息并且输出给用户。
输出相应的信息可以理解为将涉及各自的信息的、尤其是声学的和/或光学的信号直接地输出给用户，为此设备具有合适的信号输出装置，也就是说例如显示装置、扬声器装置、等等。输出相应的信息也可以理解为将相应的信息——尤其是基于无线电地——传输给至少一个用户侧的(移动式)终端设备，也就是说例如计算机、手机、智能手机、平板电脑，等等，为此设备具有合适的数据传输接口，也就是说例如发送装置。
附图说明
本发明借助于在附图图示中的实施例进行详细解释。在此示出:
图1是按照一个实施例的设备的原理图；
图2，3各是在图1中示出的设备的一个局部。
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用于通过依次逐层地选择地照射和因此依次逐层地选择地固化由能借助于激光辐射(参见激光束4)固化的建造材料3、也就是说例如金属粉末构成的建造材料层，来添加式地制造三维物体2，也就是说尤其是技术结构件或技术结构件组。选择地固化各个要固化的建造材料层基于与物体相关的建造数据来实施。相应的建造数据描述各要添加式地制造的物体2的几何或几何结构上的设计，并且可以包含例如要制造的物体2的“被切片的”CAD数据。设备1可以被构造成激光-设备，也就是说用于实施选择性激光熔化方法的设备。
设备1包括用于实施添加式建造过程需要的功能部件；在图1中例如示出覆层装置5和照射装置6。
覆层装置5被设置用于形成在设备1的建造平面E中的要选择地照射的或要选择地固化的建造材料层。覆层装置5包括一包括多个覆层元件的覆层元件组件(没有详细标示)，覆层元件组件经由导向装置(没有示出)——如通过双箭头P1指示的那样——在水平方向上以可运动的方式被支承。
照射装置6被设置用于选择地照射在设备1的建造平面E中的要选择地固化的建造材料层，并且为此包括被设置用于产生激光束4的射束产生装置(没有示出)、必要时射束偏转装置(没有示出)——其被设置用于将由射束产生装置产生的激光束5偏转到要选择地固化的建造材料层的要照射的区域上，以及各种不同的光学元件，例如滤波器元件、物镜元件、透镜元件，等等。
在图1中此外示出计量模块7、建造模块8和溢流模块9，它们被对接到设备1的可惰性化的过程室10的下部区域上。所述的模块也可以形成过程室10的下部区域。
过程室10通过各个过程室限定元件或过程室壁元件(没有详细标示)限定。
设备1包括仅仅在图2，3中示出的、尽管在图1示出的设备1中也存在的探测装置11，它被设置用于探测激光辐射向至少局部地限定过程室10的过程室限定元件中的侵入和/或用于探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室10的过程室限定元件的穿透。由照射装置5发出的一次辐射(参见激光束4)可以在实施添加式建造过程的范围中被这样地反射，即该一次辐射至少部分地侵入到至少局部地限定过程室10的过程室限定元件中或至少部分地穿透过程室限定元件。可经由探测装置11探测的激光辐射因此通常例如是由已经制造的物体部段反射的二次辐射，参见激光束4’。
探测装置11包括一个或多个探测元件12，探测元件被设置用于探测激光辐射向至少局部地限定过程室10的过程室限定元件中的侵入和/或用于探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室10的过程室限定元件的穿透。
在图2中示出的实施例中，探测元件12被布置在壳体状的承载结构13中，该承载结构作为单独的部件组被布置在或能被布置在过程室限定元件处或限定元件中。承载结构13可以至少在部分区段上具有多层的结构，其中，探测元件12——尤其是作为中间层——在承载结构13中被布置在承载结构13的两个外层(没有详细标示)之间。承载结构13可以形成壳体，探测元件12被布置在该壳体中。探测装置11的另外的组成部分(没有示出)——也就是说例如(例如用于连接能量供给源的)连接接口、(例如用于传输、也就是说用于发送和/或接收数据的)数据传输接口，等等——可以被集成到承载结构13中。
在图2中示出的实施例中，承载结构13示例性地被布置在能够向过程室10中观察的过程室窗口元件14处或过程室窗口元件14中。过程室窗口元件14可以是实现进入过程室10中的通道可能性的、尤其是在打开位置和关闭位置之间被可(摆动)运动地支承的过程室门元件的组成部分。
以点划线的方式(因为是可选的)示出另一个承载结构13，它被布置在过程室限定元件的面对通过过程室10限定的内腔的内表面处。也可以设想在过程室限定元件的背离通过过程室10限定的内腔的外表面处布置另一个承载结构13。
在图3中示出的实施例中，探测元件12被直接地布置在过程室限定元件处或过程室限定元件中。
探测元件12被布置在过程室限定元件的背离通过过程室10限定的内腔的外表面处。
以点划线的方式(因为是可选的)示出另一个探测元件12，它被直接地集成到过程室限定元件中。探测元件12可以被布置或构造在一至少局部地具有多层的结构的过程室限定元件中，其中，探测元件——尤其是作为中间层——可以在过程室限定元件中被布置在过程室限定元件的两个外层之间。也可以设想将另一个探测元件12布置在过程室限定元件的面对通过过程室10限定的内腔的内表面处。
对全部实施例适用的是，相应的探测元件12可以被设置用于(直接地或间接地)探测侵入到过程室限定元件中的和/或穿透过程室限定元件的激光辐射，尤其是具有特定的辐射特性、优选特定的波长的激光辐射。相应的探测元件12例如可以构造成包括必要时导光的结构元件的、用于探测激光辐射——尤其是具有特定的辐射特性、优选特定的波长的激光辐射——的传感器设备。
相应的探测元件12也可以被设置用于探测过程室限定元件的由激光辐射引起地可部分地改变的物理特性，尤其是由激光辐射引起地可部分地改变的电的或热的特性。各个探测元件12例如可以构造成用于探测过程室限定元件的电的特性(尤其是电导)的改变或热的特性(尤其是温度)的改变的传感器设备。
相应的探测元件12也可以被设置用于探测在过程室10内部的由于过程室限定元件的由激光辐射引起的材料去除而可改变的气氛。相应的探测元件12例如可以作为传感器设备被设置用于探测在过程室10内部的由于过程室限定元件的由激光辐射引起的材料去除而可改变的气氛或可改变的气氛的组成。
相应的探测元件12也可以被设置用于探测由于由激光辐射引起的过程室限定元件的材料去除产生的颗粒，尤其是过程室限定元件颗粒。相应的探测元件12例如可以作为传感器设备被设置用于探测由于由激光辐射引起的过程室限定元件的材料去除产生的颗粒，尤其是过程室限定元件颗粒(与在过程室10内部的气氛的由此可能伴随的改变相独立地)。
对于全部的实施例此外适用的是，探测装置11可以(按照数据传输方式)与控制照射装置5和/或整个设备1的运行的控制装置15通信。探测装置11被设置用于在探测激光辐射向至少局部地限定过程室10的过程室限定元件中的侵入期间和/或在探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室10的过程室限定元件的至少局部的穿透期间产生探测信息和将探测信息传递到控制装置15。不仅在探测装置11方面而且在控制装置15方面都存在合适的通信接口(没有示出)，它们使探测信息能够从探测装置11传输到控制装置15。
控制装置15被设置用于在获得相应的探测信息时(立刻)实施至少一个用于阻止激光辐射侵入到至少局部地限定过程室10的过程室限定元件中和/或用于阻止激光辐射至少局部地穿透至少局部地限定过程室10的过程室限定元件的措施。相应的措施可以是减小由照射装置5产生的激光辐射的功率或断开照射装置5或断开整个设备1。
最后，对于全部实施例适用的是，探测装置11可以与用于将信息输出给用户的输出装置16通信，其中，探测装置11被设置用于在探测激光辐射向至少局部地限定过程室10的过程室限定元件中的侵入期间和/或在探测激光辐射通过至少局部地限定过程室10的过程室限定元件至少局部的穿透期间产生探测信息和将探测信息传递到输出装置16。探测装置11和/或输出装置16可以被设置用于产生涉及探测信息的报警信息并且输出给用户。
输出相应的信息可以理解为将涉及各自的信息的、尤其是声学的和/或光学的信号直接地输出给用户，为此设备1具有合适的信号输出装置17，也就是说例如显示装置、扬声器装置、等等。输出相应的信息也可以理解为将相应的信息尤其是基于无线电地传输给至少一个用户侧的(移动式)终端设备19，也就是说例如计算机、手机、智能手机、平板电脑，等等，为此设备1具有合适的数据传输接口18，也就是说例如发送装置。

Claims (11)

1.一种用于通过在设备侧的过程室(10)中依次逐层地选择地照射和因此依次逐层地选择地固化由能借助于激光辐射固化的建造材料(3)构成的建造材料层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，包括照射装置(5)，其被设置用于产生用于选择地照射和因此选择地固化各个建造材料层的激光辐射，其特征在于
探测装置(11)，其被设置用于探测激光辐射向至少局部地限定过程室(10)的过程室限定元件中的侵入和/或用于探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室(10)的过程室限定元件的穿透。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，探测装置(11)包括至少一个探测元件(12)，该探测元件
被设置用于探测侵入过程室限定元件中的和/或穿透过程室限定元件的激光辐射、尤其是具有特定的辐射特性——优选特定的波长——的激光辐射，和/或
被设置用于探测过程室限定元件的在激光辐射下可部分地改变的物理特性、尤其是在激光辐射下可部分地改变的电的或热的特性，和/或
被设置用于探测由于过程室限定元件的由激光辐射引起的材料去除而可改变的过程室(10)内部的气氛，和/或
被设置用于探测由于过程室限定元件的由激光辐射引起的材料去除而产生的颗粒、尤其是过程室限定元件颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述或至少一个探测元件(12)被布置或构造在过程室限定元件处或过程室限定元件中。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述或至少一个探测元件(12)被布置或构造在过程室限定元件的面对过程室(10)的、尤其是暴露的内表面上或者被布置或构造在过程室限定元件的背离过程室(10)的、尤其是暴露的外表面上。
5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于，所述或至少一个探测元件(12)被布置或构造在过程室限定元件中，其中，所述或至少一个探测元件被布置或构造在至少局部地具有多层结构的过程室限定元件中，其中，所述或至少一个探测元件——尤其是作为中间层——在过程室限定元件中被布置或构造在过程室限定元件的两个外层之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述或至少一个探测元件(12)被布置或构造在——尤其是壳体状的——承载结构(13)处或承载结构中，该承载结构作为单独的部件组被布置在或能被布置在过程室限定元件处或过程室限定元件中。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述或至少一个承载结构(13)被布置或构造在过程室限定元件的面对过程室(10)的——尤其是暴露的——内表面上或者被布置或构造在过程室限定元件的背离过程室(10)的——尤其是暴露的——外表面上。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述或至少一个探测元件(12)被布置或构造在至少局部地具有多层结构的承载结构(13)中，其中，所述或至少一个探测元件——尤其是作为中间层——在承载结构(13)中被布置或构造在承载结构(13)的两个外层之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，探测装置(11)与对照射装置(6)和/或设备(1)的运行进行控制的控制装置(15)通信，其中，探测装置(11)在探测激光辐射向至少局部地限定过程室(10)的过程室限定元件中的侵入期间和/或在探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室(10)的过程室限定元件的至少局部的穿透期间被设置用于产生探测信息和将该探测信息传送给控制装置(15)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，探测装置(11)与用于输出信息——尤其是输出给用户——的输出装置(16)通信，其中，探测装置在探测激光辐射向至少局部地限定过程室(10)的过程室限定元件中的侵入期间和/或在探测激光辐射穿过至少局部地限定过程室(10)的过程室限定元件的至少局部的穿透期间被设置用于产生探测信息和将探测信息传送给输出装置(16)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，过程室限定元件是局部地限定过程室(10)的过程室壁元件，或
过程室限定元件是能够向过程室(10)中观察的过程室窗口元件，或
过程室限定元件是实现进入过程室(10)中的通道可能性的、尤其是在打开位置和关闭位置之间以可运动的方式——尤其是以可摆动运动的方式——被支承的过程室门元件。
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