CN108349161B - 用于制造三维物体的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通过逐层施加和利用辐射作用选择性固化构造材料(15)来制造三维物体(2)的一种方法和一种设备。在处理腔(3)中在构造区(8)的上方设置空心体(30)，所述空心体(30)基本上从构造区(8)朝处理腔(3)的壁部(4)的上侧的方向延伸。给处理腔(3)供应气体并将气体从处理腔(3)中导出，使得在处理腔(3)的位于空心体(30)内部的区域中存在小于在处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域中的压力。

Description

用于制造三维物体的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于制造通过逐层施加和选择性固化构造材料来制造三维物体的方法和设备。
背景技术
这种类型的设备和方法例如用在快速原型法、快速制模法或增材制造法中。这种方法一个例子以名称“选择性激光烧结或激光熔融”已知。这里重复地施加一薄层粉末状构造材料并在每个层中通过用激光束进行选择性照射而使构造材料选择性固化，就是说，在这些位置处使材料部分或完全熔融并凝固，从而形成材料复合体。在这种情况下，固化位置是指经受这个过程的、就是说(实际)发生部分或完全熔融的部位。
文献DE 195 14 740 C1记载了一种用于通过选择性的激光烧结或激光熔融来制造三维物体的方法以及用于实施所述方法的设备。
文献DE 190 53 947 C1记载了一种用于选择性激光烧结或激光熔融的处理腔，在所述处理腔的侧壁中设置用于保护气体的入口和出口，所述保护气体流动通过处理腔。
在固化粉末状构造材料时根据所使用的材料种类、特别是在烧结或熔化金属粉末时会出现所谓的飞溅物。在形成飞溅物时，会将材料从部分或完全熔融的位置带出。还会从固化位置释放出其他杂质，如烟尘、冷凝物和/或其他气态或固态的物质。所形成的飞溅物、烟尘和冷凝物以及所释放的气态或固态的物质可能会导致设备发生污染。所形成的飞溅物、烟尘和冷凝物以及所释放的气态或固态物质此外还可能导致辐射部分被吸收和/或部分散射，并且由此导致为了选择性固化构造材料而对准构造材料的辐射发生部分损失。
本发明的目的在于，提供一种用于通过选择性的激光烧结或激光熔融来制造三维物体的改进的方法或改进的设备。这里特别优选的目的是，基本上避免在设备的关键区域、特别是辐射的光路中出现干扰性的杂质，或者快速地将杂质从关键区域除去。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于通过选择性的激光烧结或激光熔融来制造三维物体的改进的方法或改进的设备。这里特别优选的目的是，基本上避免在设备的关键区域、特别是辐射的光路中出现干扰性的杂质，或者快速地将杂质从关键区域除去。
所述目的通过根据本发明的方法、根据本发明的计算机程序、根据本发明的控制装置、根据本发明的扩充和/或改装套件或根据本发明的设备来实现。
根据本发明的方法涉及一种用于通过逐层施加和选择性固化构造材料来制造三维物体的方法，具有以下步骤：向处理腔中的构造区上施加构造材料的一个层和通过辐射的作用使所施加的层在对应于要制造的物体在该层中的横截面的位置选择性固化。重复所述施加和选择性固化的步骤，直至所述三维物体制造完成。在所述处理腔中在构造区的上方设置空心体，所述空心体基本上从构造区朝处理腔的壁部的上侧的方向延伸(优选基本上一直延伸到所述上侧)。这里所述空心体是指一种具有基本上固定的造型的物体，所述物体至少部分地包围一个空腔作为空心体的内部。空心体的结构本身可以构造成中空或实心的。这样给所述处理腔供应气体并将气体从所述处理腔中导出，使得在处理腔的位于空心体内部的区域中存在小于在处理腔的位于空心体外部的区域中的压力。换而言之，在空心体(较低的压力)与处理腔的位于空心体之外的内部区域(较高的压力)之间产生压力差。这种压力差的优点例如可以根据以下三种情况来说明：
根据第一种情况，空心体相对于处理腔的其余内部区域基本上是气密封闭的。空心体中的相对负压此时例如具有这样的优点，即可以局部地、即仅在空心体本身之内实现针对相应制造过程优化的压力条件，而在处理腔的其余体积中可以不必实现这种压力条件，因为实际的制造过程根本也不在这里发生。
根据在下面概括解释其具体设计方案的第二种情况，在空心体的内部和处理腔的其余内部区域之间设有通道(例如设置在空心体的壁部中或设置在空心体的外边界上)。空心体中的相对负压此时实现了有意地朝空心体内部的方向的气流。
根据第三种情况，所述空心体本身相对于处理腔其余的内部区域是封闭的，但不是(持久地)充分气密的。此时，可以通过空心体中的相对负压还确保，如果气体应在处理腔其余的内部区域和空心体的内部之间流动，则气体的流动方向总是基本上朝向空心体内部的方向。
优选气体从处理腔位于空心体外部的区域通过构造区和空心体下侧之间的间隙、即通过一个通道流入处理腔的位于空心体内部的区域。附加地或备选地，空心体朝向设置在处理腔壁部中的入射窗的上侧设计成至少部分是敞开的，从而气体从处理腔位于空心体外部的区域通过处理腔壁部的上侧与空心体上侧之间的间隙流入处理腔的位于空心体内部的区域。
就是说，这个实施形式是上面简述的第二种情况的一个具体的优选方案。
由此例如能减轻或避免由于飞溅物、烟尘、冷凝物和/或其他气态或固态物质对安装在处理腔中的构件的污染。这例如降低了清洁这些构件的工作量。
此外，由此例如能够快速地从处理腔的辐射为了到达构造区必须通过的区域中导出飞溅物、烟尘、冷凝物和/或其他气态或固态的物质。
可能地(但不是必然地)可以放弃使用构造区上的强气流，由此避免了，所施加的层的颗粒被气流带走。将所施加的层的颗粒带走有时可能对要制造的物体的特性产生不利的作用。
所述空心体例如构造成，使得所述空心体具有基本上封闭的侧壁，并且在朝向构造区的下侧以及在朝向处理腔壁部的上侧、即处理腔盖的上侧上都构造成至少部分敞开的。所述空心体可以基本上从构造区一直延伸到处理腔壁部的上侧，从而在空心体的下侧和构造区之间或者在空心体上侧和处理腔壁部的上侧之间存在间隙。这里所述间隙特别是构造成，使得当在空心体的外部存在比内部高的压力时，气体以符合目的定向的气流的形式通过所述间隙流入空心体的内部。所述气流这里特别是具有这样的特性，即，使得存在于空心体内部的飞溅物、烟尘、冷凝物以及所释放的气态或固态物质不能逆着所述气流运动通过所述间隙。
原则上本发明包括所有实现了上面所述压力关系的实施形式。优选(特别是在上面所述第一种情况的范围内)这样向空心体供应气体或从空心体导出气体，使得在空心体的内部存在低于地球的平均大气压力的气压。这样使用负压或真空有有实现较高过程稳定性的潜力。通过在空心体中在地点上限定地使用负压或真空可以明显降低产生和保持负压或真空的耗费，并且尽管如此仍能完整地恰好在设定的作用位置(即构造区的区域中)实现所述效果。
关于处理腔位于空心体外部的区域中的气压，通常优选的是，这样施加所述气压，使得其大于或等于处理腔外部的压力。在处理腔外部通常存在大气环境压力。这适用于所有三个上面所述的情况并且也适用于在空心体中没有施加负压或真空的实施形式。
原则上在本发明的范围内辐射源的空间布置可以自由选择。优选的是，通过设置在处理腔之外的照射装置产生辐射并通过设置在处理腔的壁部的上侧上的入射窗使辐射入射到处理腔中(并进一步入射到空心体中)。由此可以实现相应的光学器件与产生可能造成干扰的颗粒的处理腔有效的空间分离。
优选根据本发明的方法设计成，通过经由气体流出口与空心体的内部连接的气体流出管道将气体从处理腔中导出。由此例如能持续地将污染的气体从处理腔中导出，并且是直接从空心体中导出。可以对所述气体进行处理或供应给气体净化设备(例如过滤器)。
优选根据本发明的方法设计成，通过经由气体流入口与处理腔的位于空心体外部的区域连接的气体流入管道向处理腔供应气体。由此例如可以持续地给处理腔供应新鲜气体。
根据本发明的方法优选设计成，(必要时附加于前面一段所述的气体导向)通过经由(可能是另外的)气体流入口与空心体的内部连接的气体流入管道向处理腔供应气体。由此，例如可以在空心体内部产生气流，所述气流在这里有目的地并且局部地减少或防止飞溅物、烟尘、冷凝物和/或其他所释放的气态或固态物质从空心体中流出，由此减轻或防止对设置在处理腔内部(但在空心体外部)的构件的污染。
根据本发明的方法优选设计成，通过经由气体流入口与空心体内部连接的气体流入管道供应给处理腔的气体以基本上为层状流的形式被引导通过空心体内部的与入射窗朝向空心体的表面相邻的区域。由此例如减轻或防止了对入射窗的污染。
在上面两段中描述的实施形式的范围内优选的是，气体的第一部分通过与空心体的内部连接的气体流入口供应，所述气体的第二部分通过另一个气体流入口导入处理腔在空心体外部的区域中。这例如可以有利地这样来实现，气体的第一部分和第二部分从共同的气流中通过优选在空心体的前置腔中的气体分支结构相互分开。
根据本发明的方法优选设计成，通过沿水平方向运动的涂布机来执行向构造区上施加构造材料的层，并且空心体和涂布机在其运动上相耦合。由此例如实现了，空心体不会妨碍涂布机的运动。
根据本发明的计算机程序能装载到可编程的控制装置中并且包含程序代码结构，用于当在所述控制装置上执行所述计算机程序时实施根据本发明的方法的所有步骤。由此例如可以在程序辅助下执行根据本发明的方法。
根据本发明的控制装置是一种用于通过逐层施加和选择性固化构造材料来制造三维物体的设备的控制装置。所述设备在运行中实施以下步骤：向处理腔中的构造区上施加构造材料的一个层；通过辐射的作用使所施加的层在对应于要制造的物体在该层中的横截面的位置选择性固化；以及重复所述施加和选择性固化的步骤，直至物体制造完成。这里，在处理腔中在构造区的上方设置空心体，所述空心体基本上从构造区朝处理腔的壁部的上侧的方向延伸。根据本发明的控制装置为此构造成，给处理腔供应气体并将气体从处理腔中导出，使得在处理腔的位于空心体内部的区域中存在小于在处理腔的位于空心体外部的区域中的压力。为此，所述控制装置这样构成，使得该控制装置在运行中生成相应的控制指令。由此，例如提供了这样的控制装置，所述控制装置能够这样控制用于制造三维物体的设备，使得所述设备执行根据本发明的方法。
根据本发明的装备和/或改装套件包括空心体和根据本发明的控制装置，所述空心体适于在根据本发明的方法中使用。由此例如可以这样来改装用于通过逐层施加和选择性固化构造材料来制造三维物体的、不能用以执行根据本发明的方法的设备，使得所述设备能够执行所述方法。
根据本发明的设备是一种用于通过逐层施加和选择性固化构造材料来制造三维物体的设备，所述设备具有：用于在处理腔中向构造区上施加构造材料的层的施加装置；用于通过辐射的作用使所施加的层在对应于要制造的物体在该层中的横截面的位置选择性固化的照射装置；以及根据本发明的装备和/或改装套件。由此例如可以提供一种能够用以执行根据本发明的方法的设备。
附图说明
本发明的其他特征和优点由参考附图对根据本发明的设备的实施例的说明得出。
图1示出根据本发明的一个实施例的用于逐层制造三维物体的设备的示意性剖视图；
图2示出图1所示设备的示意性简化的剖视图；
图3示出作为本发明的另一个实施例的组成部分的空心体的示意性透视图。
具体实施方式
在图1中示出的设备是用于制造物体2的激光烧结或激光熔融设备1。
在图1中示出的设备是激光烧结或激光熔融设备1。所述激光烧结或激光熔融设备包含带有腔壁4的处理腔3。在处理腔3中设置向上敞开的具有壁部6的容器5。在容器5中设置能沿竖直方向V运动的支座10，在所述支座上安装有底板11，所述底板向下封闭容器5并由此构成容器的底部。所述底板11可以是与支座10分开地构成的板件，所述板件固定在支座10上，或者所述底板可以与支座10一体地构成。根据所使用的粉末和工艺，还可以在底板上安装构造平台12，在所述构造平台上构造所述物体2。但物体2也可以在底板11本身上构造，所述底板此时用作构造平台。
在图1中，以中间状态示出在工作平面7下方的要在容器5中在构造平台12上形成的物体2。所述物体具有多个已固化的层，这些层由保持未固化的构造材料13包围。
激光烧结或激光熔融设备1还包含用于能通过电磁辐射固化的粉末状构造材料15的存放容器14和能沿水平方向H运动的涂布机16，所述涂布机用于在工作平面7中向构造区8上施加构造材料15的层。处理腔3的壁部在其上侧上包括用于使构造材料15固化的辐射入射到处理腔3中的入射窗25。
所述激光烧结或激光熔融设备1还包含具有激光器21的照射装置20，所述激光器产生激光射束22，所述激光射束通过转向装置23转向并通过聚焦装置24经由入射窗25聚焦到工作平面7中的构造区8上。
此外，激光烧结或激光熔融设备1还包括控制装置29，通过所述控制装置能以协调的方式控制装置1的各个组成部分，以便执行构造过程。所述控制装置可以包含CPU，其运行通过计算机程序(软件)控制。
所述激光烧结或激光熔融设备1还装备有带有壁部31的空心体，所述空心体在处理腔3的内部设置在构造区8的上方，所述空心体基本上从构造区8一直延伸到处理腔3的上侧并且所述空心体设计成至少在其朝向构造区8的下侧上是部分敞开的。
所述处理腔与气体流入管道37和气体流出管道38连接。
在图1所示的实施例中，气体流入管道37通过气体流入口33与处理腔的位于空心体30外部的区域连接。气体流入口33设置在处理腔3的壁部4上。气体流出管道38经由气体流出口34与处理腔3的位于空心体30内部的区域连接。
空心体30例如基本上具有柱形的形状，这里术语“柱形”以一般性数学含义来理解。对于柱形的空心体而言，柱底面可以设计成基本上是圆形的、椭圆形的或多边形的，例如是矩形的，但原则上对柱底面的形状没有任何限制。空心体30可以具有任意的形状。空心体30的侧壁这里基本上从构造区8一直延伸到处理腔3的壁部4的上侧。
空心体30至少在其下侧上设计成敞开的。如在图1所示的实施例中那样，这是指，空心体30在其下侧上没有壁，就是说，空心体向下以其一个侧面的下棱边或以其各侧面的下棱边结束。这里优选的是，空心体30设计成敞开的下侧和构造区基本上是全等的。但在本发明的范围内也可以考虑的是，空心体30在其下侧上设计成这样敞开的，使得所述空心体在其下侧上设有壁，所述壁具有开口。这里优选的是，所述开口和构造区8基本上是全等的。
空心体30的下侧朝向构造区8并且与构造区隔开间距。在构造区8和空心体30的下侧之间形成例如环绕的或局部存在的间隙35，所述间隙构成处理腔3的位于空心体30内部的区域和处理腔3的位于空心体30外部的区域之间的连接结构，气体可以流动通过该连接结构。
在图1中示出的实施例中，空心体30还在其上侧上设计成敞开的，并且是以这样的形式敞开，即，空心体30在其上侧上没有壁，就是说空心体向上以其一个侧面的上棱边或以其各侧面的上棱边向上结束。因此在空心体30的上侧与处理腔3的壁部4的上侧之间也设有例如环绕的或局部存在的间隙36。该间隙构成处理腔3的位于空心体30内部的区域与处理腔3的位于空心体30外部的区域之间的另一个连接结构，气体能够流动通过这个连接结构。
在另一个实施形式中，空心体30在其上侧上没有设计成敞开的，就是说是基本上气密地封闭的。此时，空心体30的上侧至少部分地构造成是辐射可透过的。
在一个实施例中，空心体30在朝向构造区8的下侧上以及在其朝向处理腔3的壁部4的上侧的上侧上都设计成至少部分敞开的。在这种情况下，空心体30基本上从构造区8一直延伸到处理区3的壁部4的上侧。这里，空心体30的下侧与构造区8之间或空心体30的上侧与处理腔3的壁部4的上侧之间的间距选择成，使得在空心体30的下侧与构造区8之间或在空心体30的上侧与处理腔3的壁部4的上侧存在间隙35、36。所述间隙35、36特别是环绕地，就是说沿着空心体30的上侧或下侧的整个周边存在。间隙35、36构成空心体30的内部与处理腔3的位于空心体30外部的区域之间的空间连接结构，气体能够流动通过这个连接结构。这里，所述间隙35、36特别小，就是说空心体30的下侧与构造区8之间或空心体30的上侧与处理腔3的壁部4的上侧之间的间距选择成，使得当在空心体30的外部存在比内部高的压力时，气体以有目的地定向的气流的形式通过间隙35、36流入空心体30的内部。这里所述气流特别是具有这样的特性，即，在空心体30的内部存在的飞溅物、烟尘和冷凝物以及所释放的气态或固态物质不会逆着气流运动通过间隙35、36。空心体30的下侧与构造区8之间的间距≤50mm，更为优选地≤10mm，特别优选地≤1mm。空心体30的上侧与处理腔3的壁部4的上侧之间的间距优选≤10mm，更为优选地≤2mm，特别优选地≤0.5mm。
此外空心体30优选在整个构造区8上延伸，从而由空心体30包围的空腔具有内部宽度/尺寸，所述内部宽度至少在下部区域中至少相当于构造区8的总面积，所述空腔还具有净高度，所述净高度基本上相当于构造区8和处理腔3的壁部的上侧之间的间距。这里的优点是，例如从在中央设置在构造区8上方的照射装置20发出的激光射束22能够通过空心体30上侧上和下侧上的开口扫过整个构造区8，而不必根据激光射束22的定向使空心体30运动。这里空腔或空心体30总体上不必具有方体形的外形，相反其横截面可以向上、即朝处理腔3的壁部4的上侧渐缩。空腔或空心体30例如也可以具有棱锥形或帐篷状或穹顶状的外形。
在另一个实施例中，所述空心体30是活动的。所述空心体30特别是能在构造区8上沿与构造区8平行的方向往复运动地支承。这优选可以这样来实现，即，所述空心体30和涂布机16在其运动上是耦合的。空心体30这里例如设置在涂布机16的旁边，就是说，空心体沿涂布机16的运动方向位于涂布机16的前面或后面。空心体30特别是设置成，使得所述空心体在涂布过程期间位于涂布机16的后面。为了使空心体30和涂布机16在其运动上耦合，空心体30和涂布机16优选可以机械地相互连接。
特别优选的是，将最后提及的两个实施例相互组合，此时，空心体30设计成，使得所述空心体在涂布过程期间与涂布机16共同在构造区8上运动并且在空心体30的下侧与构造区8之间或空心体30的上侧与处理腔3的壁部4的上侧、即与处理腔盖之间存在间隙35、36。
空心体30也可以构造成，使得空心体能沿竖直方向运动，即能够抬高或降低。由此得到这样的优点，即，涂布机16可以在构造区8上运动，而空心体30不必同时沿水平方向在构造区8上往复运动。
在运行中，首先为了施加粉末层而使支座10下降一个优选相当于希望的层厚的高度。现在使用涂布机16施加粉末状构造材料15的一个层。所述施加至少在要制造的物体2的整个横截面上进行，优选在整个构造区8上进行。接着，用激光射束22扫描要制造的物体2的横截面，使得粉末状的构造材料15在这些位置处固化。一直重复上述步骤，直到所述物体2制造完成并能够将其从容器5中取出。
空心体30可以沿基本上平行于构造区8的方向在构造区8上往复运动。此时空心体30和涂布机16特别是在其运动上耦合，从而当涂布机16例如在涂布过程的进程中在构造区8上运动时，空心体30在构造区8上运动，而当涂布机16静止时，空心体30也静止。空心体30此时例如沿涂布机16的运动方向在涂布机16的前面或后面运动。这里空心体30在涂布过程期间尤其是在涂布机16的后面运动。
空心体30能够升高和降低地支承。空心体30的下侧与构造区8之间的间距在升高时增大，而在降低时减小。当涂布机16例如在涂布过程期间在构造区8上运动时，空心体30升高，从而涂布机16能在空心体30下方运动。接着，空心体30可以重新降低。由此，涂布机16能在构造区8上运动，而不必使空心体30在构造区8上往复运动。
在制造物体2期间，向处理腔3供应气体并且将气体从处理腔3中导出。这样来实现气体的供应和导出，即，在处理腔3的位于空心体30内部的区域中存在比处理腔3的位于空心体30外部的区域中小的压力。这在激光烧结或激光熔融设备1的在图1中示出的实施例中这样来实现，通过经由气体流入口33与处理腔3的位于空心体30外部的区域连接气体流入管道37供应气体，而通过经由气体流出口34与处理腔3的位于空心体30内部的区域连接的气体流出管道38将气体从处理腔3中导出。气体通过间隙35和间隙36从处理腔3的位于空心体30外部的区域流入处理腔3的位于空心体30内部的区域。
由此例如可以减少或避免由于飞溅物、烟尘、冷凝物和/或其他气态或固态的物质对安装在处理腔中的构件的污染，这是因为通过定向的气流基本上确保了，所述杂质不能从空心体30中流出。这例如降低了清洁构件的复杂程度。
此外，由此例如还将飞溅物、烟尘、冷凝物和/或其他气态或固态的物质从处理腔的辐射为了到达构造区必须通过的区域中导出。
这里，可以不必在构造区上使用过强的气流，由此避免了气流带走所施加的层的颗粒。带走已施加的层的颗粒会对要制造的物体的特性/质量产生不利影响。
在图2中示出图1所示激光烧结或激光熔融设备1的简化图，其中，为了更为清楚起见，没有示出气体流入管道37、气体流出管道38和设备1的其他组成部分。箭头40象征性地表示从处理腔3的位于空心体30外部的区域通过间隙35进入处理腔3的位于空心体30内部的区域的气流。
这里可以产生定向的气流，所述气流通过间隙35、36引导并有意识地防止存在于空心体30内部的飞溅物、烟尘、冷凝物以及所释放的气态或固态的物质逆着气流运动并且由此可能从空心体30内部到达处理腔3的位于空心体30外部的区域。
如果在激光烧结或激光熔融设备1的另一个实施例中设有构造成在其上侧封闭的空心体30并且因此不存在间隙36，气体从处理腔3的位于空心体30外部的区域仅通过间隙35流入处理腔3的位于空心体30内部的区域。类似地适用的是，如果在激光烧结或激光熔融设备1的另一个实施例中设有构造成在其下侧封闭的空心体30并且因此不存在间隙35，气体从处理腔3的位于空心体30外部的区域仅通过间隙36流入处理腔3的位于空心体30内部的区域。
在图3中示出根据另一个实施例的空心体30。空心体30在其内部具有缝隙状的气体流入口32，所述气体流入口与气体流入管道37连接。空心体30通过气体流出口34(这里未示出)与气体流出管道38连接。空心体30还在壁部31的外侧上具有气体流入口39。
在运行中，通过气体流入口32给处理腔3的位于空心体30内部的区域供应气体。气体流入口32构造成，使得流动离开该气体流入口的气体在空心体30上方的上部区域中形成基本上层状的水平气流。通过气体流出管道38每单位时间从空心体中导出比通过气体流入口32每单位时间供应给空心体的气体更多的气体。此外，还通过气体流入口39将气体供应给处理腔3的位于空心体30外部的区域。接着，气体通过间隙35流入处理腔3的位于空心体30内部的区域。如果空心体30在上侧上构造成敞开的并且因此在空心体30的上侧与处理腔3的壁部4的上侧之间存在间隙36，则气体还通过间隙36流入处理腔3的位于空心体30内部的区域。
就是说，通过气体流入管道37供应的气体的第一部分经由气体流入口32供应给空心体的内部，而所述气体的第二部分经由气体流入口39被导入处理腔3的位于空心体30外部的区域。这里气体(在图中不可见的)第一部分和第二部分从共同的气流中通过气体分支结构在空心体30的前置腔(这里位于向后的区域中)中相互分开。就是说，实现自动的气体分支并且在这种情况下不是一定需要程序控制地引导气流。
就是说，优选的是，相同的气体流入管道37既通过气体流入口39与处理腔3的位于空心体30外部的区域连接也通过气体流入口32与处理腔3的位于空心体30内部的区域连接。
在本发明的范围内可以设想，一个或多个气体流入管道37经由多个气体流入口39与处理腔3的位于空心体30外部的区域连接。
在本发明的范围内可以设想，一个或多个气体流出管道38经由多个气体流出口34与处理腔3的位于空心体30内部的区域连接。
在合理的情况下，这两个实施形式的特征也可以相互组合或者彼此交换。例如可以附加或备选于在图3所示实施形式中设置在空心体30的壁部31上的气体流入口39，在处理腔3的壁部4上设置一个气体流入口33。
虽然尽管是参考激光烧结或激光熔融设备1来说明本发明，但本发明并不仅限于激光烧结或激光熔融。本发明可以采用用于通过逐层施加和选择性固化构造材料15来制造三维物体的任何方法。构造材料15这里可以是粉末状的，如例如在激光烧结或激光熔融中那样。可以使用不同类型的粉末作为粉末状的构造材料15，尤其是金属粉末、塑料粉末、陶瓷粉末、沙、填充或混合的粉末。但构造材料15也可以是液态的，如例如在以名称“立体光刻(Stereolithographie)”已知的方法中就是这样。
照射装置20例如可以包括一个或多个气体或固体激光器，或者包括任意其他形式的激光器，如例如激光二极管、特别是VCSEL(垂直空腔表面发射激光器)或VECSEL(垂直外腔表面发射激光器)，或者包括一排所述激光器。一般而言，可采用任意能够作为电磁辐射或粒子辐射选择性地向构造材料的层中施加能量的装置作为照射装置20。替代激光器例如也可以使用适于使构造材料固化的其他光源、电子射束或任意其他的能量或辐射源。替代使射束偏转，也可以采用利用能移动的行式照射机完成的照射。本发明也可以应用于选择性的掩模烧结，在所述掩模烧结中使用延展的光源和掩模，或者本发明可以应用于高速烧结(HSS)，在高速烧结中，选择性地向构造材料上施加一种材料，这种材料在于物体横截面相对应的位置处使辐射吸收提高(吸收式烧结)或降低(抑制性烧结)，此时非选择性地进行大面积照射或利用能移动的行式照射机进行照射。
例如可以使用稀有气体，特别是氩气、氮气或其他保护气体、特别是惰性气体作为供应给处理腔的气体。也可以采用氢气或其他还原性气体或者采用(净化和/或干燥的)空气或其他氧化性气体。也可以使用各种不同气体的混合物。

Claims (13)

1.用于通过逐层施加和选择性固化构造材料(15)来制造三维物体(2)的方法，具有以下步骤：
向处理腔(3)中的构造区(8)上施加构造材料(15)的一个层，
通过辐射的作用使所施加的层在对应于所述物体(2)在该层中的横截面的位置处选择性固化，以及
重复所述施加和选择性固化的步骤，直至三维物体(2)制造完成，
其中，在处理腔(3)中在构造区(8)的上方设置空心体(30)，所述空心体(30)基本上从构造区(8)朝处理腔(3)的壁部(4)的上侧的方向延伸，
给处理腔(3)供应气体并将气体从处理腔(3)中导出，使得在处理腔(3)的位于空心体(30)内部的区域中存在的压力小于在处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域中的压力，
在处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域中施加大于或等于处理腔外部的压力的气压，并且，
由于空心体(30)内部较低的压力，气体从处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域通过构造区(8)与空心体(30)下侧之间的间隙(35)流入处理腔(3)的位于空心体(30)内部的区域，和/或
由于空心体(30)内部较低的压力，气体从处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域通过处理腔(3)的壁部(4)的上侧与空心体(30)上侧之间的间隙(36)流入处理腔(3)的位于空心体(30)内部的区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，供应气体或从空心体(30)导出气体，使得在空心体(30)的内部存在低于处理腔之外的压力的气压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过设置在处理腔(3)之外的照射装置(20)产生辐射并通过设置在处理腔(3)的壁部(4)的上侧上的入射窗(25)使辐射入射到处理腔(3)中。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过经由气体流出口(34)与空心体(30)的内部连接的气体流出管道(38)将气体从处理腔(3)中导出。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过经由气体流入口(33、39)与处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域连接的气体流入管道(37)向处理腔(3)供应气体。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过经由气体流入口(32)与空心体(30)的内部连接的气体流入管道(37)向处理腔(3)供应气体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过气体流入口(32)供应给处理腔(3)的气体以基本上为层状流的形式被引导通过空心体(30)内部的与处理腔(3)的壁部(4)的上侧相邻的区域。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，通过气体流入管道(37)供应的气体的第一部分通过与空心体(30)的内部连接的气体流入口(32)供应，所述气体的第二部分通过设置在空心体(30)的壁部(31)的外侧上的气体流入口(39)导入处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域中。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过涂布机(16)来执行向构造区(8)上施加构造材料(15)的层，所述涂布机沿水平方向(H)运动，并且空心体(30)和涂布机(16 )在其运动上相耦合。
10.用于通过逐层施加和选择性固化构造材料(15)来制造三维物体(2)的设备的控制装置(29)，所述设备构造成，在运行中实施以下步骤：
向处理腔(3)中的构造区(8)上施加构造材料(15)的一个层，
通过辐射的作用使所施加的层在对应于要制造的物体(2)在该层中的横截面的位置选择性固化，以及
重复所述施加和选择性固化的步骤，直至三维物体(2)制造完成，
其中，在处理腔(3)中在构造区(8)的上方设置空心体(30)，所述空心体基本上从构造区(8)朝处理腔(3)的壁部(4)的上侧的方向延伸，
所述控制装置(29)构造成，给处理腔(3)供应气体并将气体从处理腔(3)中导出，使得在处理腔(3)的位于空心体(30)内部的区域中存在小于在处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域中的压力，
在处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域中施加大于或等于处理腔外部的压力的气压，并且，
由于空心体(30)内部较低的压力，气体从处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域通过构造区(8)与空心体(30)下侧之间的间隙(35)流入处理腔(3)的位于空心体(30)内部的区域，和/或
由于空心体(30)内部较低的压力，气体从处理腔(3)的位于空心体(30)外部的区域通过处理腔(3)的壁部(4)的上侧与空心体(30)上侧之间的间隙(36)流入处理腔(3)的位于空心体(30)内部的区域。
11.装备套件，包括空心体(30)和根据权利要求10所述的控制装置(29)，所述空心体适于在根据权利要求1至9之一所述的方法中使用。
12.根据权利要求11所述的装备套件，其特征在于，所述装备套件是改装套件。
13.用于通过逐层施加和选择性固化构造材料(15)来制造三维物体(2)的设备(1)，所述设备具有：
用于向处理腔(3)中的构造区(8)上施加构造材料(15)的层的施加装置(16)；
用于通过辐射的作用使所施加的层在对应于所述物体(2)在该层中的横截面的位置选择性固化的照射装置(20)；以及
根据权利要求11或12所述的装备套件。
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