CN108463329A - 用于制造三维物体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种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)的装置(1)，所述装置包括：能沿涂布方向(R)在构造区(8)上运动的涂布机(16)，所述涂布机具有至少一个第一涂布单元(16a)，用于将构造材料(15)的层(31)施加到构造区(8)上；以及能沿涂布方向(R)在构造区(8)上运动的固化装置(20)，所述固化装置具有至少一个第一固化单元(20a)，用于在对应于要制造的物体(2)的横截面的位置处选择性固化构造材料(15)的已施加的层(31)。这样构成和/或控制所述装置(1)，即重复施加和选择性固化的步骤，直至所述物体(2)制造完成。所述涂布机(16)包含至少一个第二涂布单元(16b)，所述第二涂布单元沿涂布方向(R)设置在第一固化单元(20a)的与第一涂布单元(16a)不同的侧面。附加地或备选地，所述固化装置(20)包含至少一个第二固化单元(20b)，所述第二固化单元设置在第一涂布单元(16a)的与第一固化单元(20a)不同的侧面。

Description

用于制造三维物体的装置和方法
技术领域
本发明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装置和方法。
背景技术
这种类型的装置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。
WO 2015/091485 A1记载了一种用于选择性激光熔融的装置，在所述装置中，由VCSEL(垂直空腔表面发射激光器)排或VECSEL(垂直外腔面发射激光器)排形成的行式照射机在所施加的粉末层上移动并选择性固化所述粉末层。
在本发明的申请日尚未公开的专利申请DE 10 2015 213 140中记载了一种用于制造三维物体的装置，在所述装置中，涂布机和照射机共同或彼此分开地在确定为用于构造物体的构造区上移动。
发明内容
本发明的目的在于，提供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备选或改进的装置或者备选或改进的方法。
所述目的通过根据权利要求1的装置或根据权利要求11的方法来实现。本发明的改进方案分别在从属权利要求中给出。这里所述方法也可以通过所述装置的下面给出的或在从属权利要求中列举的特征来改进，相应地反之亦然。
根据本发明的装置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。所述装置包括：能沿涂布方向在构造区上运动的涂布机，所述涂布机具有至少一个第一涂布单元，用于将构造材料的层施加到构造区上；以及能沿涂布方向在构造区上运动的固化装置，所述固化装置具有至少一个第一固化单元，用于在对应于要制造的物体的横截面的位置处选择性固化构造材料的已施加的层。这样来构成和/或控制所述装置，即，重复施加和选择性固化的步骤，直至所述物体制造完成。所述涂布机包含至少一个第二涂布单元，所述第二涂布单元沿涂布方向设置在第一固化单元的与第一涂布单元不同的侧面。附加地或备选地，所述固化装置包含至少一个第二固化单元，所述第二固化单元设置在第一涂布单元的与第一固化单元不同的侧面。利用这种装置，例如与仅将一个涂布单元设置在固化装置的一侧的情况相比，可以明显缩短制造时间并由此提高生产率。就是说，涂布单元和固化单元在本发明的范围内可以在其运动上相互协调，使得能尽量避免空转时间。
所述装置优选包含两个或更多涂布单元和两个或更多固化单元，所述涂布单元和固化单元沿涂布方向交替设置，优选沿涂布方向设置在最前面和最后面的两个单元都是涂布单元或者都是固化单元。由此例如可以进一步缩短物体的制造时间并由此进一步提高生产率。特别优选的是(也参见相比于固化单元对于涂布单元的优选数量的说明)，沿涂布方向设置在最前面和最后面的两个单元分别都是涂布单元。
所述装置优选包含两个或更多涂布单元和两个或更多固化单元，沿涂布方向在两个固化单元之间设置至少一个涂布单元，优选沿涂布方向设置在最前面和最后面的两个单元分别都是涂布单元。由此例如即使在双涂层(Doppelbeschichtung)的情况下也可以缩短物体的制造时间并由此提高生产率。
此外优选的是，涂布单元的数量大于固化单元的数量，优选比固化单元的数量大1。因此，就是说，涂布单元的数量超过固化单元的数量，这特别是带来的经济上的节省效果：目前固化单元的购置通常较为昂贵，因为固化单元在功能上比涂布单元更为复杂。此外还有，通过这个措施还可以简化总体运行：通常必须主动地使每个固化单元运行，就是说特别是必须能够对每个固化单元进行操控/致动。这意味着，要给每个固化单元配设信号连接结构。相反，在涂布单元的运行中不是必须对涂布单元进行主动控制，因此，由于涂布单元的数量大于固化单元，在过程技术上也能实现简化。
涂布机和/或固化装置优选构造成，在沿涂布方向运动时以及在沿反向于涂布方向的方向运动时都向构造区上施加构造材料的层或使构造材料的所施加的层固化。由此所述装置的运行例如可以在两个方向上进行，即涂布方向和与涂布方向相反的方向。
第一涂布单元和/或可能的其他涂布单元以及第一固化单元和/或可能的其他固化单元高度可调地、特别是在其高度上可控地安装在所述装置。由此例如可以在运行期间将所有前面所述的单元分别调整或控制到对于装置的当前运行适当的高度。
所述固化装置优选是照射机，第一固化单元和可能的其他固化单元是照射单元，所述照射单元适于发出适合于使构造材料固化的辐射。由此例如可以通过辐射是实施构造材料的固化。
第一照射单元和可能的其他照射单元优选构造成行式照射机(Zeilenbelichter)，特别是构造成基于VCSEL的或基于VECSEL的行式照射机。由此例如可以通过辐射实施对构造材料特别高效的固化。在这种情况下，可以参考前面引用的WO2015/091485 A1的公开内容，该文献的内容全部都视为本发明公开内容的一部分。
所述装置优选还包含高度可调的支座，所述支座确定为用于保持所施加的粉末层。由此例如可以通过降低支座来调整所施加的粉末层的层厚。
所述装置优选还包含辐射加热装置，用于在所施加的粉末层固化之前对其进行加热。由此例如可以在固化粉末层之前对所施加的粉末层进行预热。
根据本发明的方法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。所述方法具有以下步骤：通过能沿涂布方向在构造区上移动的涂布机向构造区上施加构造材料的一个层，所述涂布机具有至少一个第一涂布单元；通过能沿涂布方向在构造区上移动的固化装置使构造材料的所施加的层在对应于要制造的物体的横截面的位置处选择性固化，所述固化装置具有至少一个第一固化单元；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。这里所述涂布机包含至少一个第二涂布单元，所述第二涂布单元沿涂布方向设置在第一固化单元的与第一涂布单元不同的侧面。附加地或备选地，所述固化装置包含至少一个第二固化单元所述第二固化单元设置在第一涂布单元的与第一固化单元不同的侧面。利用这种方法，例如与仅将一个涂布单元设置在固化装置的一侧的情况相比，可以明显缩短物体的制造时间并由此提高生产率。
优选使每个涂布单元和每个固化单元都沿第一方向在构造区上运动一次，接着使每个涂布单元和每个固化单元按相反的顺序沿与第一方向相反的第二方向在构造区上运动一次。由此例如可以使得所述装置的运行在两个方向上(即在涂布方向和与涂布方向相反的方向上)进行。
优选与沿相应运动方向在前的涂布单元相比，将每个涂布单元和/或每个固化单元调高一个预先确定的高度，优选调高与所述构造材料的一个层厚相对应的高度。在这种情况下特别优选的是，至少一部分(优选全部)(特别是)涂布单元或固化单元如上所述高度可调地安装在所述装置中。由此例如可以在一次通行中、即在所有涂布单元和固化单元的沿一个运动方向或者沿所述运动方向和与该运动方向相反的运动方向的一次运动过程中施加和固化多个层。
优选使至少一个涂布单元和至少一个固化单元这样在构造区上运动，使得在构造区的不同位置处同时进行涂布过程和固化过程。由此例如可以进一步缩短物体的制造时间并由此提高生产率。
优选每个固化单元都是照射单元，所述照射单元发出适于使构造材料固化的辐射，与沿相应运动方向在前的照射单元相比，对于每个照射单元，将所发出的辐射的焦平面调高一个预先确定的高度，优选调高与所述构造材料的一个层厚相对应的高度。由此例如可以通过辐射来实施构造材料的固化，并且焦平面的调整可以使得不必高度可调地安装照射单元或者构成高度可调地安装的照射单元的补充。
附图说明
本发明其他的特征和优点由参考附图对实施例的说明得出。
图1是根据本发明的第一实施形式的用于逐层制造三维物体的装置的部分用剖视图示出的示意图。
图2a至2f是根据本发明的用于利用图1所示装置逐层制造三维物体的方法的一个实施例的流程的示意图。
图3a和3b是根据本发明的用于利用图1所示装置逐层制造三维物体的方法的另一个实施例的流程的示意图。
图4a至4d是涂布单元和照射单元的布置形式的不同变型的示意性俯视图。
具体实施方式
下面参考图1来说明根据本发明的第一实施形式的装置1。在图1中示出的装置是激光烧结装置或激光熔融装置1。所述装置为了构造物体2而包含带有腔壁4的处理腔3。
在处理腔3中设置向上敞开的具有容器壁6的容器5。通过容器5的上部开口限定工作平面7，工作平面7位于所述开口内部的、可以用于构造物体2的区域被称为构造区8。
在容器5中设置沿竖直方向V能运动的支座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。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2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。
激光烧结装置1还包含用于能通过电磁辐射固化的粉末状的构造材料15的两个存储容器14a、14b和涂布机16，所述涂布机具有两个能沿水平方向H在构造区上运动的涂布单元16a、16b，用于向构造区8上施加构造材料15。在处理腔3中还设置辐射加热装置17，所述辐射加热装置用于加热已施加到构造区8上的构造材料15。辐射加热装置17例如可以构造成红外辐射器。
激光烧结装置1还包括同样能沿水平方向H在构造区上运动的照射机20，所述照射机产生激光辐射21，所述激光辐射聚焦到工作平面7上。根据当前的实施形式，所述照射机20包含唯一的照射单元。该照射单元20优选构造成行式照射机，所述行式照射机能够选择性地照射横向于运动方向延伸的线，所述线在整个要照射的区域上延伸。
激光烧结装置1此外还包含控制单元29，通过所述控制单元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。控制单元29可以包含CPU，所述CPU的运行通过计算机程序(软件)控制。所述计算机程序可以与所述装置分开地存储在存储介质上，所述计算机程序能由存储介质装载到所述装置、特别是所述控制单元29中。
图2a至2f示出用于利用装置1制造三维物体的方法的步骤。
在通过在先的处理步骤构成的粉末床30中由保持未固化的粉末13包围要制造的物体2的已固化部分。在图2a中所示步骤之前，涂布单元16a和16b以及照射机20设置在构造区8的左边。
为了继续逐层地构造物体2，首先使支座10降低一个对应于希望的层厚的高度。然后，如图2a中所示，通过第一涂布单元16a沿第一涂布方向R1的运动，以另一个粉末层31的形式向之前施加的并且已选择性固化的粉末层30上施加粉末状的构造材料15。这种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，即在工作平面7的范围内进行，这个范围能通过支座的竖直运动降低。在施加第一个另外的粉末层31期间和之后，通过辐射加热装置17对已施加的粉末进行预热。
接着，照射机20如图2b所示沿优选与第一涂布方向R1相同的第一照射方向在构造区上移动并选择性地照射所述第一个另外的粉末层31。此时，通过激光辐射21引入的能量的数量设置成，使得在对应于要制造的物体2的横截面的位置处实现粉末状构造材料15的完全固化。
接着，第二涂布单元16b如图2b中所示那样沿涂布方向R1执行空行程，就是说第二涂布单元在构造区8上移动，而不施加构造材料15。
此后，沿相反的方向重复上面所述的各步骤。
首先使支座10降低一个对应于希望的层厚的高度。然后如图2d中所示，通过第二涂布单元16b沿与第一涂布方向R1相反的第二涂布方向R2运动，以第二个另外的粉末层32的形式向之前已施加并已选择性固化的粉末层31施加粉末状的构造材料15。
这里，相反不一定意味着在工作平面的俯视图中成180°的角度，而是仅意味着，第二涂布方向R2具有指向第一涂布方向R1的反方向的分量。优选第一和第二涂布方向之间的角度在15至210度之间，更为优选地为180°。
第二个另外的粉末层32的施加也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。在施加所述第二个另外的粉末层32期间或之后，通过辐射加热装置17对所施加的粉末进行预热。
接着，照射机20如图2e所示沿优选与第二涂布方向R2相同的第二照射方向在构造区上移动并选择性照射第二个另外的粉末层32。通过激光辐射21引入的能量的数量也设置成，使得在对应于要制造的物体2的横截面的位置处实现粉末状构造材料15的完全固化。
接着如图2f所示，第一涂布单元沿第一涂布方向R1在构造区8上执行空行程。由此，重新达到初始状态，并且重复在图2a至2f中示出的步骤，直至物体2制造完成，并可以将物体从处理腔3中取出以及从物体上清除保持未固化的构造材料13。在制造过程中，涂布单元16a和16b重复地从存储容器14a、14b中接收粉末状的构造材料15。
由于涂布单元16a、16b对于施加粉末层或空行程分别需要不同的高度设置，所述涂布单元是高度可调地，特别是在其高度上可控地安装在所述装置1中。
相对于已知的现有技术，该实施形式的装置1的特征在于，在照射机20的两侧分别设置一个涂布单元16a、16b。由此，可以实现所述装置的如上面参考图2a至2f所述的运行。通过这种运行，与仅在照射机的一侧设置一个涂布单元的情况相比，明显缩短的物体的制造时间并由此提高了所述装置的生产率。
在上面所述方法的一个变型中，涂布行程和空行程的功能也可以互换。根据上面所述的流程，涂布单元16a首先根据图2f(在前的循环)沿方向R2执行空行程，然后转向并根据图2a(在后的循环)沿方向R1执行涂布行程。同样，涂布单元16b首先根据图2c执行空行程，然后转向并根据图2d沿方向R2执行涂布行程。替代于此，涂布单元之一或两个涂布单元可以在其转向之前执行涂布行程并在其转向之后执行空行程。作为附加的效果，由此可以延长能够用于加热过程的加热时间。
在另一个变型中，一个所述涂布单元或两个涂布单元在其转向之前以及在其转向之后都执行涂布行程，在所述涂布行程中，分别以减小的厚度施加一个粉末分层，此时，由两个粉末分层的厚度和得到粉末层希望的总厚度。在这种双涂层(以两个前后相继施加的粉末分层的形式施加一个要固化的粉末层)中，如下面还将参考图4d说明的那样，主要是在使用旧粉末时会得到一些优点，如例如改进所制造的产品的质量。
图3a和3b示出用于利用装置1制造三维物体的备选方法的步骤。这个备选方法与在图2a至2f中示出的方法的区别在于，照射机20和涂布单元16a、16b不是相互分开地而是共同地在构造区上移动。上面所述方法的所有其他的特征也可以转用到这个备选方法上。
图3a示出一个方法步骤，在该方法步骤中相互组合了图2a至2c所示的方法步骤。第一涂布单元16a沿第一涂布方向R1在构造区8上移动并施加第一个另外的粉末层31，然后通过辐射加热装置17预热所述第一个另外的粉末层。在第一涂布单元16a还在构造区上移动期间，照射机21就已经同样沿第一涂布方向R1在所述第一涂布单元后面隔开间距地在第一个另外的粉末层31的已经完成施加的区域上移动并选择性地使所述区域固化。第二涂布单元16b在照射机后面隔开间距地沿第一涂布方向实施空行程。
图3b示出沿相反的方向重复在图3a中示出的方法步骤并且构成在图2d至2f中示出的方法步骤的组合。第二涂布单元16b沿第二涂布方向R2施加第二个另外的粉末层32，然后通过辐射加热装置17预热所述第二个另外的粉末层。照射机21在第二涂布单元后面隔开间距地同样沿第二涂布方向R2在所述第二个另外的粉末层32的已经完成施加的区域上移动并使所述区域固化。第一涂布单元16a在照射机后面隔开间距地沿第二涂布方向R2实施空行程。
由此重新达到初始状态，并且一直重复在图3a和3b中示出的步骤，直至物体2制造完成并且能够将物体从处理腔3中取出并从物体上除去保持未固化的构造材料13。
因为在这个备选方法中，在下一个单元开始其行程之前，不需要一直等待到(前)一个单元移动经过所述构造区，在构造区的不同位置处同时进行涂布过程和固化过程。由此，可以进一步缩短物体的制造时间并进一步提高生产率。
这里也可以如在参考图2说明的方法的变型中那样，一个所述涂布单元或两个涂布单元在其转向之前实施涂布行程，而在其转向之后实施空行程，或者在其转向之前和之后都实施用于具有较小厚度的粉末分层的涂布行程。
图4a至4d示出在图1中示出的装置的不同的变型。这些变型相互间的区别在于涂布单元和照射单元的数量和布置形式。
图4a用俯视图示意性示出在图1中示出的布置形式。照射机20包含唯一的照射单元，而涂布机16包含两个涂布单元16a、16b，这两个涂布单元沿涂布方向R设置在照射机的两侧，就是说设置在照射机的前面和后面。涂布单元在其布置上可以说关于照射机是“镜像式的”。
图4b示出相反的布置形式。不是像图4a中那样设置两个涂布单元并将使其关于照射机成镜像式布置，这里照射单元是双重的并且在涂布机上成镜像设置。就是说，涂布机16在这种情况下包括唯一的涂布单元，而照射机20包含两个照射单元20a、20b，这两个照射单元沿涂布方向R设置在涂布机的两侧，即设置在涂布机的前面和后面。
具有这种布置形式的装置的运行类似于图1中所示装置的在图2和3中所示的运行来进行。这里例如相应在前面行进的照射单元执行空行程，而涂布单元施加新的粉末层，相应在后面行进的照射单元对新施加的粉末层实施固化。
类似于参考图2和3说明的方法的变型，一个所述照射单元或两个照射单元可以在其转向之前实施照射行程，而在其转向之后实施空行程，或者在其转向之前和之后都以较小的能量实施照射行程，这里在所述两个分照射过程中引入的总能量足以使构造材料固化。
就是说，利用这种布置形式也能缩短物体的制造时间并提高生产率。但由于照射单元相对于涂布单元成本较高，优选的是如图4a所示双重和镜像地设置涂布单元。
图4c示出一个布置形式，其中，涂布机16包含多于一个涂布单元，而照射机20也包含多于一个照射单元。涂布单元16a-16e和照射单元20a-20d沿涂布方向交替地设置，从而每个涂布单元(除了设置在最前面或最后面的涂布单元)由两个照射单元包围，而每个照射单元由两个涂布单元(除了设置在最前面或最后的照射单元)包围。优选这些单元的总数是奇数，从而沿涂布方向B设置在最前面和最后面的两个单元或者都是涂布单元或者都是照射单元。在图4c中示出这样的情况，其中，(最前面和最后面的)这两个单元都是涂布单元16a、16e，这由于照射单元的成本较高而是优选的布置形式。
具有这种布置形式的装置的运行类似于图1中所示装置的在图2和3中所示的运行来进行。在开始时，所有涂布单元和照射单元都在图中设置在构造区8的左边。首先，第一涂布单元16a沿涂布方向R在构造区8上移动并施加一个粉末层，然后通过辐射加热装置17对所述粉末层进行预热，并通过第一涂布单元20a使其固化。第二涂布单元16b和第二照射单元20b跟随移动，以此类推直至最后一个涂布单元16b在构造区8上结束其空行程。接着沿相反的方向以相反的顺序重复运行。这里，现在最前面的涂布单元16e施加粉末层，通过照射单元20d固化该粉末层，以此类推，直至现在位于后面的涂布单元16a在构造区8上结束其空行程。
这里各个单元也可以如图2中示出的那样分开地或如图3示出的那样共同地在构造区上移动。在分开移动时，在施加每个新的粉末层之前，支座10都降低希望的层厚。但这在各单元共同在构造区上移动时是无法实现的。对于这种情况涂布单元16a-16e和照射单元20a-20d高度可调地、特别是在其高度上可控地安装在装置1中。此时，当在构造区8上移动时，与沿相应移动方向前面的涂布单元相比，将每个涂布单元调高预先确定的高度，优选调高一个相当于构造材料层厚的高度。
以类似的方式，与沿相应移动方向前面的照射单元相比，将每个照射单元也调高预先确定的高度，优选调高一个相当于构造材料层厚的高度。备选于或补充于照射单元的高度调节，其中，与沿相应移动方向前面的照射单元的焦平面相比，也可以将每个照射单元中所发出的辐射的焦平面调高预先确定的高度，优选调高一个相当于构造材料层厚的高度。
在前后相继的层沿不同的方向施加的装置中，必须在两个层的施加操作之间使涂布机以及照射机都减速到静止状态，使驱动装置的方向反转，然后重新加速到必要的工作速度。这构成了不能用于所述装置的生产运行的非生产时间。
通过前后相继地交替设置多个涂布单元和照射单元可以在必须进行这种转向过程之前施加并固化多个层。由此，与在每次施加和固化一个层之后都需要转向的情况相比，转向所需的时间的比例降低。由此可以进一步缩短物体的制造时间并进一步提高生产率。
这里也可以如参考图2说明的方法那样，一个所述涂布单元或两个涂布单元在其转向之前实施涂布行程，而在其转向之后实施空行程，或者在其转向之前和之后都实施用于具有较小厚度的粉末分层的涂布行程
图4d示出与图4c类似的布置形式，至少这里在每(两)个照射单元20a-20c之间设置两个涂布单元16b-16e。这里也示出了优选布置形式，其中，沿涂布方向B最前面和最后面的两个单元都是涂布单元16a、16f。
具有这种布置形式的装置的运行类似于图4c中所示装置的运行。但这里每个要固化的粉末层都由两个前后依次施加的粉末分层构成，此时共同地照射这两个粉末分层并由此使其共同固化。这里在施加相应的第二粉末分层之前，通过辐射加热装置来加热相应的第一粉末分层。在共同照射并选择性固化所述第一和第二粉末分层之前，又通过辐射加热装置来加热所述第二粉末分层。
以两个前后依次施加的粉末分层(双涂层)的形式来施加要固化的粉末层是这样进行的，在下一个照射单元在构造区上移动之前，分别使两个涂布单元在构造区上移动。在这种布置结构中，相应位于后面的涂布单元不执行空行程，而是在其第一次在构造区上移动时就施加第一粉末分层，而在其沿相反方向第二次移动时施加第二粉末分层。由此，利用在图4a中示出的布置形式也已经能够实现双涂层。
这个各个单元也可以如图2中所示那样分开地或如图3中所示那样共同地在构造区上移动，涂布单元16a-16f以及照射单元20a-20c是高度可调地，特别是在其高度上是可控地安装在所述装置1中，或者照射单元20a-20c发出的辐射的焦平面是可调的。在这种情况下，与沿相应移动方向前面的涂布单元相比，每个涂布单元在移动经过构造区8时优选调高对应于一个粉末分层的层厚的高度，而与沿相应移动方向前面的照射单元相比，每个照射单元(或其焦平面)优选调高对应于由两个粉末分层组成的总粉末层的层厚的高度。
主要是在使用已经在更早的物体制造过程中使用并且作为未固化的构造材料剩下的旧粉末时，这种双涂层是有利的。构造材料中的旧粉末超出确定的比例就会使所制造的物体的质量下降。通过在双涂层中分开地加热各个粉末分层可以实现均匀的温度分布，这实现了改善所制造的产品的质量或在保持产品质量相同的同时允许使用更高比例的旧粉末并由此可以得到更为经济的产品。
通过在图4d中示出的布置形式，在采用双涂层时也可以缩短物体的制造时间并提高生产率。
替代两个涂布单元，也可以在照射单元之间设置更多涂布单元，此时，要固化的粉末层的施加以多于两个前后相继施加的粉末分层的形式进行。
上述各布置形式的特征在可能的情况下可以任意相互组合。例如可以实现这样的布置形式，其中，在两个照射单元之间部分地仅设置一个涂布单元并且部分地设置两个或更多涂布单元。
虽然参考激光烧结或激光熔融装置来说明本发明，但本发明并不仅限于激光烧结或激光熔融。本发明可以采用任意用于通过逐层施加和通过选择性引入能量来选择性固化构造材料来制造三维物体的方法。
照射机例如可以包括一个或多个气体或固体激光器或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(垂直外腔面发射激光器)。一般而言，所有能够作为波辐射或粒子辐射将能量选择性地施加到构造材料的层上的装置都可以用作照射机。替代激光器，例如也可以使用其他光源、电子射束或任意其他适于固化构造材料的能量或辐射源。
替代引入能量，所施加的构造材料的选择性固化也可以通过3D打印来进行，例如通过施加粘合剂来进行。一般而言，本发明涉及通过逐层施加和选择性固化构造材料来制造物体，而与构造材料固化的方式和形式无关。
可以采用不同类型的构造材料、特别是粉末，如例如金属粉末、塑料粉末、陶瓷粉末、砂、填充或混合的粉末。

Claims (15)

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)的装置(1)，所述装置包括：能沿涂布方向(R)在构造区(8)上运动的涂布机(16)，所述涂布机具有至少一个第一涂布单元(16a)，用于将构造材料(15)的层(31)施加到构造区(8)上；以及能沿涂布方向(R)在构造区(8)上运动的固化装置(20)，所述固化装置具有至少一个第一固化单元(20a)，用于在对应于要制造的物体(2)的横截面的位置处选择性固化构造材料(15)的已施加的层(31)，这样构成和/或控制所述装置(1)，即重复施加和选择性固化的步骤，直至所述物体(2)制造完成，其中，所述涂布机(16)包含至少一个第二涂布单元(16b)，所述第二涂布单元沿涂布方向(R)设置在第一固化单元(20a)的与第一涂布单元(16a)不同的侧面，和/或，所述固化装置(20)包含至少一个第二固化单元(20b)，所述第二固化单元设置在第一涂布单元(16a)的与第一固化单元(20a)不同的侧面。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，所述装置包含两个或更多涂布单元(16a-16e)和两个或更多固化单元(20a-20d)，所述涂布单元(16a-16e)和固化单元(20a-20d)沿涂布方向(R)交替设置，优选沿涂布方向(R)设置在最前面和最后面的两个单元都是涂布单元或者都是固化单元。
3.根据权利要求1所述的装置(1)，所述装置包含两个或更多涂布单元(16a-16f)和两个或更多固化单元(20a-20c)，沿涂布方向(R)在两个固化单元(20a-20c)之间设置至少一个涂布单元(16a-16e)，优选沿涂布方向(R)设置在最前面和最后面的两个单元分别都是涂布单元(16a、16f)。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置(1)，其中，涂布单元(16a-16e)的数量大于固化单元(20a-20d)的数量，优选比固化单元的数量大1。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置(1)，其中，所述涂布机(16)构造成，在沿涂布方向(R1)运动时以及在沿反向于涂布方向(R1)的方向(R2)运动时都向构造区(8)上施加构造材料(15)的层(31、32)。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置(1)，其中，所述固化装置(20)构造成，在沿涂布方向(R1)运动时以及在沿反向于涂布方向(R1)的方向(R2)运动时都使构造材料(15)的已施加的层(31、32)固化，
和/或
第一涂布单元(16a)和/或可能的其他涂布单元(16b-16f)高度可调地、特别是在其高度上可控地安装在所述装置(1)中，
和/或
第一固化单元(20a)和/或可能的其他固化单元(20b-20d)高度可调地、特别是在其高度上可控地安装在所述装置(1)中。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置(1)，其中，所述固化装置(20)是照射机，第一固化单元(20a)和可能的其他固化单元(20b-20d)是照射单元，所述照射单元适合于发出适于使构造材料固化的辐射(21)。
8.根据权利要求7所述的装置(1)，其中，第一照射单元(20a)和可能的其他照射单元(20b-20d)构造成行式照射机，特别是构造成基于VCSEL的或基于VECSEL的行式照射机。
9.根据权利要求1至8之一所述的装置(1)，其中，所述装置还包含高度可调的支座(10、11)，所述支座确定为用于保持所施加的粉末层。
10.根据权利要求1至9之一所述的装置(1)，所述装置还包含辐射加热装置(17)，用于在所施加的粉末层(31、32)固化之前对其进行加热。
11.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，所述方法具有以下步骤：
通过沿涂布方向(R)在构造区(8)上移动的涂布机(16)向构造区(8)上施加构造材料(15)的一个层(31)，所述涂布机具有至少一个第一涂布单元(16a)，
通过能沿涂布方向(R)在构造区(8)上移动的固化装置(20)使构造材料(15)的所施加的层(31)在对应于要制造的物体(2)的横截面的位置处选择性固化，所述固化装置具有至少一个第一固化单元(20a)，以及
重复所述施加和选择性固化的步骤，直至物体(2)制造完成，
其中，所述涂布机(16)包含至少一个第二涂布单元(16b)，所述第二涂布单元沿涂布方向(R)设置在第一固化单元(20a)的与第一涂布单元(16a)不同的侧面，和/或，
所述固化装置(20)包含至少一个第二固化单元(20b)，所述第二固化单元设置在第一涂布单元(16a)的与第一固化单元(20a)不同的侧面。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，使每个涂布单元(16a-16f)和每个固化单元(20a-20d)都沿第一方向(R1)在构造区(8)上运动一次，接着使每个涂布单元(16a-16f)和每个固化单元(20a-20d)按相反的顺序沿与第一方向(R1)相反的第二方向(R2)在构造区(8)上运动一次。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，与沿相应运动方向(R1、R2)在前的涂布单元相比，将每个涂布单元(16a-16f)调高一个预先确定的高度，优选调高与所述构造材料的一个层厚相对应的高度，和/或，
与沿相应运动方向(R1、R2)在前的固化单元相比，将每个固化单元(20a-20d)调高一个预先确定的高度，优选调高与所述构造材料的一个层厚相对应的高度。
14.根据权利要求11至13之一所述的方法，其中，使至少一个涂布单元(16a-16f)和至少一个固化单元(20a-20d)这样在构造区(8)上运动，使得在构造区(8)的不同位置处同时进行涂布过程和固化过程。
15.根据权利要求11至14之一所述的方法，其中，每个固化单元(20a-20d)都是照射单元，所述照射单元发出适于使构造材料(15)固化的辐射(21)，与沿相应运动方向(R1、R2)在前的照射单元相比，对于每个照射单元(20a-20d)都将所发出的辐射的焦平面调高一个预先确定的高度，优选调高与所述构造材料的一个层厚相对应的高度。
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