CN108568971B - 用于添加式地制造三维物体的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过依次逐层选择性地照射和随之依次逐层选择性地固化由能借助于能量束固化的建造材料组成的建造材料层来添加式地制造三维物体的设备，包括：多个照射装置，分别用于产生至少一个能量束；控制装置，用于产生控制照射装置的运行的控制信息和基于产生的控制信息来控制照射装置的运行；产生用于控制至少一个第一照射装置的运行的第一控制信息，基于该信息第一照射装置产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的第一能量束；和产生用于控制至少一个第二照射装置的运行的第二控制信息，基于该信息第二照射装置产生：用于预热处理待选择性地固化的建造材料层的第二能量束；用于后热处理被选择性地固化的建造材料层的第二能量束。

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依次逐层选择性地照射和随之依次逐层选择性地固化建造材料层来添加式地制造三维物体的设备，建造材料层由能借助于能量束固化的建造材料组成，该设备包括：多个照射装置，该照射装置分别被设置用于产生至少一个能量束；控制装置，该控制装置被设置用于产生控制照射装置的运行的控制信息和基于产生的控制信息来控制照射装置的运行。
背景技术
用于添加式地制造三维物体的设备基本上是已知的。借助于相应的设备，通过依次逐层选择性地照射和随之依次逐层选择性地固化在相应于待制造的物体的与层相关的横截面的区域中由能借助于能量束固化的建造材料组成的建造材料层，待制造的三维物体被添加式地建造。
此外已知，为了实现各自的待添加式地制造的物体的尽可能最佳的特性，对待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层的温控是有利的。相应的温控可以例如在通常预干燥的、吸湿的建造材料的情况下，也就是说例如在铝的情况下，有助于降低气孔率、也就是说尤其是氢气气孔率。
迄今为止，对待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层的温控通常通过被集成到一个规定建造室的建造模块中的加热元件、也就是说例如电阻加热元件来实施。加热元件例如可以被集成到建造模块的一个在底部侧界定建造室的底板中。通过加热元件被以面的方式引入建造室中的热能负责对位于建造室中的、必要时被预干燥的建造材料进行一定程度的温控。
这种温控原理在多个方面上需要进一步改进；这尤其是因为不能够预干燥建造材料和不能够局部地温控建造材料。此外借助于相应的加热元件来温控建造材料被限制在一个温度限值上，该温度限值对于处理新型的、尤其是高熔点的材料来说可能是过低的。
发明内容
因此本发明的目的是，给出一种相应改进的用于添加式地制造三维物体的设备。
在这里描述的设备(简称为“设备”)被设置用于通过依次逐层选择性地照射和因此依次逐层选择性地固化在对应于分别待制造的物体的与层相关的横截面的建造材料层区域中由能固化的建造材料组成的建造材料层来添加式地制造三维物体、也就是说例如技术构件或技术构件组。建造材料可以是颗粒状的或粉末状的金属材料、塑料材料和/或陶瓷材料。选择性地固化各自的待选择性地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分别待添加式地制造的物体的几何结构上的设计和例如可以包含待添加式地制造的物体的“切片的”数据。
设备例如可以被设计成用于实施选择性激光熔化方法(简称为SLM方法)的设备，或者被设计成用于实施选择性激光烧结方法(简称为SLS方法)的设备。也可以设想，设备被设计成用于实施选择性电子束熔化方法(简称为SEBS方法)的设备。
设备包括对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有至少一个覆层装置和至少一个照射装置。相应的覆层装置被设置用于在设备的建造平面中形成待选择性地固化的建造材料层，在该建造平面中实施依次逐层选择性地照射以及因此依次逐层选择性地固化建造材料层，和为此通常包括相对于建造平面被可运动地支承的、尤其是刀片状的或刀片形的覆层元件。相应的照射装置被设置用于选择性地照射在设备的建造平面中的待选择性地固化的建造材料层和为此通常包括：能量束产生装置，它被设置用于产生能量束；和必要时也可被称为或看作为扫描器装置的能量束偏转装置，它被设置用于将能量束偏转到各自的建造材料层上。
在这里描述的设备包括多个照射装置。每个照射装置包括被设置用于产生具有可规定的能量束特性的能量束、也就是说尤其是激光束的能量束产生装置。每个照射装置此外可以包括被设置用于将通过它自己的能量束产生装置产生的能量束偏转到各自的建造材料层的各自的待选择性地照射的或待选择性地固化的区域上的能量束偏转装置。也可以设想，一个(唯一的)能量束偏转装置被分配给不同的照射装置的各自的能量束产生装置，其中，能量束偏转装置被设置用于，将由被分配给能量束偏转装置的能量束产生装置产生的能量束偏转到各自的建造材料层的各自的待选择性地照射的或待选择性地固化的区域上。
设备包括按照硬件和/或软件方式实施的控制装置。控制装置以控制技术方式能分配给或被分配给照射装置和被设置用于产生控制照射装置的运行的控制信息和基于相应地产生的控制信息来控制照射装置的运行。控制各自的照射装置的运行尤其包含控制产生的能量束的能量束特性、也就是说例如能量束强度和/或能量束射束焦点直径，以及控制产生的能量束的运动特性，也就是说例如运动轨道，沿着该运动轨道能量束在待选择性地固化的建造材料层上方运动，或确定的、与能量束的运动相关联的运动参数、例如运动速度，能量束以该运动速度在待选择性地固化的建造材料层上方运动。
如在下面得出的那样，控制装置被设置用于产生用于不同的照射装置的不同的控制信息，因此由不同的照射装置产生的能量束例如在单个或多个能量束特性上和/或在单个或多个运动特性上有差异。
具体地，控制装置被设置用于，产生用于控制至少一个第一照射装置的运行的第一控制信息，基于第一控制信息，第一照射装置产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的第一能量束。基于以第一控制信息为基础的控制通过控制装置控制或运行在控制装置方面被规定为第一照射装置的照射装置，以产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的能量束。当然在控制装置方面作为第一照射装置可以规定或运行多个照射装置，它们因此分别基于以第一控制信息为基础的控制通过控制装置被控制或运行，以产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的能量束。
控制装置此外被设置用于，产生用于控制至少一个第二照射装置的运行的第二控制信息，基于第二控制信息，第二照射装置产生：用于——尤其是在建造材料层的待选择性地固化的区域中——预热处理待选择性地固化的建造材料层的第二能量束；和/或用于——尤其是在建造材料层的被选择性地固化的区域中——后热处理被选择性地固化的建造材料层的第二能量束。基于以第二控制信息为基础的控制通过控制装置控制或运行在控制装置方面被规定为第二照射装置的照射装置，以产生用于——尤其是在建造材料层的待选择性地固化的区域中——预热处理待选择性地固化的建造材料层的能量束和/或用于尤其是在建造材料层的被选择性地固化的区域中后热处理被选择性地固化的建造材料层的能量束。当然在控制装置方面作为第二照射装置可以规定或运行多个照射装置，该照射装置因此分别基于以第二控制信息为基础的控制通过控制装置进行控制，以产生用于预热处理待选择性地固化的建造材料层的能量束和/或用于后热处理被选择性地固化的建造材料层的能量束。
因此，设备能够基于相应的由控制装置产生的控制信息，有针对性地为不同的照射装置“分配”不同的功能。至少一个照射装置在此可以作为第一照射装置被规定或运行，因此该第一照射装置产生用于选择性地固化建造材料层的能量束，至少一个另外的照射装置在此可以作为第二照射装置被规定或运行，因此该第二照射装置产生用于建造材料层的预热处理或后热处理的能量束。建造材料层的预热处理或后热处理在以下也称为建造材料层的温控。
这样开启的、使用所述设备的照射装置来温控建造材料层的可能性允许有针对性地和局部地温控建造材料层以及有针对性地控制建造材料的加热和冷却条件或有针对性地控制建造材料的熔化和固化条件，这通过迄今为止常用的加热元件是不可能实现的。通过有针对性地控制加热和冷却条件或熔化和固化条件可以积极地影响待制造的物体的结构特性，因为这样例如可以调节出确定的(微观)结构。同样地，建造材料的预干燥是可能实现的。
使用照射装置来温控建造材料层的可能性此外允许，为了温控建造材料层必须消耗显著较少的能量，因为不需要持久地和费时地温控位于建造室中的全部的建造材料。
此外，通过有针对性地局部地温控建造材料层，建造室、设备的与建造室热耦合的功能部件以及位于建造室内的已经被添加式地建造的物体部段的至今为止常见的热负荷被减小到最小程度，因为用于温控建造材料的热能的输入可以被限制到待温控的建造材料区域上。必要时待再使用的或待再利用的、未被固化的建造材料的热负荷也被减小到最小程度。建造材料因此不承受持久的温控，这种持久的温控可以导致在建造材料中的氧气含量的不希望的升高，如可以借助于检查表明的那样。此外在设备的不同的功能部件内或之间的温度梯度的形成被减小到最小程度，因此，由于功能部件的不同的热膨胀而导致的各单个功能部件的“漂移”是不可能的或者几乎是不可能的。
总之由此提供一种相对于开头描述的现有技术改进的设备。
在介绍设备或通过该设备可实施的方法的其它实施形式之前，要指出的是，照射装置各自作为第一或第二照射装置的规定通常是可以改变的，也就是说绝不是固定地预先确定的。控制装置因此可以被设置用于，将至少一个确定的照射装置在选择性地固化第一建造材料层的范围内规定为第一照射装置并且相应地进行运行和将相同的照射装置在选择性地固化另一个与第一建造材料层不同的建造材料层的范围内规定为第二照射装置并且相应地进行运行。控制装置也可以被设置用于，将至少一个确定的照射装置在选择性地固化建造材料层的第一区域的范围内规定为第一照射装置并且相应地进行运行和将相同的照射装置在选择性地固化另一个与建造材料层的第一区域不同的建造材料层区域的范围内规定为第二照射装置并且相应地进行运行。照射装置因此可以在处理相同的建造过程的范围内一次或多次地被作为第一照射装置使用，也就是说用于选择性地固化建造材料层，和一次或多次地被作为第二照射装置使用，也就是说用于温控建造材料层。
如果在下面谈及“第一照射装置”，对此可以理解为所述设备的、在控制装置方面至少暂时被作为第一照射装置控制或运行的照射装置。以类似的方式，如果在下面谈及“第二照射装置”，对此可以理解为所述设备的、在控制装置方面至少暂时被作为第二照射装置控制或运行的照射装置。
如在下面得出的那样，控制装置可以被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过第二照射装置产生的第二能量束沿着与通过第一照射装置产生的第一能量束相同的或不相同的运动轨道能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导。第二照射装置因此可以被设置用于产生第二能量束，它沿着与通过第一照射装置产生的第一能量束相同的或不相同的运动轨道能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导。
控制装置尤其可以被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过第二照射装置产生的第二能量束以规定的或能规定的、尤其是同步的在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量超前或跟随通过第一照射装置产生的第一能量束地沿着与通过第一照射装置产生的第一能量束相同的运动轨道能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导。第二照射装置因此可以被设置用于产生第二能量束，第二能量束超前或跟随通过第一照射装置产生的第一能量束地沿着与通过第一照射装置产生的第一能量束相同的运动轨道被在待选择性地固化的或被待选择性地固化的建造材料层上方引导。
因此至少一个第二能量束能以确定的、在地点上的和/或在时间上的超前量超前第一能量束地沿着相同的运动轨道被在建造材料层上方引导，由此，例如为了受控地影响或控制建造材料的加热或熔化特性，产生对要借助于第一能量束固化的建造材料的尤其通过第二能量束的具体的在地点上的和/或在时间上的超前量能有针对性地控制的预温控。相应的预温控一般能够实现对建造材料的(局部的)预加热，该预加热例如允许处理——尤其是高熔点的——建造材料或干燥建造材料。
备选地或补充地，至少一个第二能量束能以确定的、在地点上的和/或在时间上的跟随量跟随第一能量束地沿着相同的运动轨道被在建造材料层上方引导，由此，例如为了受控地影响或控制建造材料的冷却或固化特性，产生对借助于第一能量束被固化的建造材料的尤其通过第二能量束的具体的在地点上的和/或在时间上的跟随量能有针对性地控制的后温控。相应的后温控一般能够实现可能导致裂缝形成的机械应力的减小以及尤其是通过气孔的扩散导致的在物体中的气体气孔率或氢气气孔率的减小。
类似的情况适用于这样的情况，在该情况下该设备包括多个作为第二照射装置能运行的或被运行的照射装置。在这种情况下控制装置可以被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过各自的第二照射装置产生的第二能量束分别以规定的或能规定的——尤其是同步的——在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量超前或跟随通过第一照射装置产生的第一能量束地沿着与通过第一照射装置产生的第一能量束相同的运动轨道能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导。设备因此可以包括多个第二照射装置，它们被设置用于产生多个第二能量束，该第二能量束超前或跟随通过第一照射装置产生的第一能量束地沿着与通过第一照射装置产生的第一能量束相同的运动轨道能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导。
控制装置在此可以被设置用于，依赖于各自的第二能量束与通过第一照射装置产生的第一能量束之间的、在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量来控制通过各自的第二照射装置产生的各自的第二能量束的、待引入或被引入建造材料层中的能量输入。因此，通过各自的第二能量束待引入或被引入建造材料层中的能量输入可以被(几乎)任意地改变，从而通过控制各自的第二能量束的各自的能量输入可以实现(几乎)任意的或(几乎)可任意地改变的温度分布(温度轮廓)，也就是说例如均匀地或非均匀地升高的或下降的温度斜坡。
一个第二能量束——该第二能量束相比之下具有与通过第一照射装置产生的第一能量束之间的较大的在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量——的待引入或被引入建造材料层中的能量输入小于另一个第二能量束——该另一个第二能量束相比之下具有与通过第一照射装置产生的能量束之间的较小的在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量——的待引入或被引入建造材料层中的能量输入。这样，提供一种实现确定的温度分布的示例性的可能性，借此可以局部地有针对性地影响建造材料的加热或冷却特性。
在上面描述了一种变型，按照该变型实现第一和第二能量束在相同的运动轨道中的运动，其中，至少一个第二能量束以一个确定的在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量超前或跟随第一能量束地被引导。
以下描述一种也可设想的和尤其是可与之前描述的变型组合的变型，按照该变型实现第一和第二能量束在不同的运动轨道中的运动，其中，至少一个第二能量束以横向于/侧向于、尤其是平行于第一能量束的确定的在地点上的和/或在时间上的偏移量、相对于第一能量束被错开地引导。
控制装置因此可以(备选地或补充地)被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过第二照射装置产生的第二能量束以横向于、尤其是平行于一个运动轨道的规定的或能规定的在地点上的和/或在时间上的偏移量能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导，沿着所述运动轨道，由第一照射装置产生的第一能量束能在或被在待选择性地固化的建造材料层上方引导。第二照射装置因此可以被设置用于产生第二能量束，该第二能量束在横向上相对于通过第一照射装置产生的第一能量束错开地，也就是说不在与通过第一照射装置产生的第一能量束相同的运动轨道上，被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导。
因此至少一个第二能量束能以确定的、在地点上的和/或在时间上的偏移量在横向上相对于第一能量束的运动轨道错开地被在建造材料层上方引导，由此同样地，例如为了受控地影响或控制建造材料的加热或熔化特性或冷却或固化特性，产生对借助于第一能量束待固化的或被固化的建造材料的尤其是通过第二能量束的具体的在地点上的和/或在时间上的横向的偏移量能有针对性地控制的预温控或后温控。
类似的情况也适用于这样的情况，其中，该设备包括多个作为第二照射装置能运行的或被运行的照射装置。在这种情况下，控制装置可以被设置用于产生第二控制信息，基于第二控制信息，通过各自的第二照射装置产生的第二能量束以横向于、尤其是平行于一个运动轨道的规定的或能规定的在地点上的和/或在时间上的偏移量能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导，沿着所述运动轨道，通过第一照射装置产生的第一能量束能在或被在待选择性地固化的建造材料层上方引导。设备因此可以包括多个第二照射装置，它们被设置用于产生多个第二能量束，该第二能量束在自己的运动轨道上相对于通过第一照射装置产生的第一能量束在横向上被错开地能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导。
控制装置在这里也可以被设置用于，依赖于各自的第二能量束与通过第一照射装置产生的第一能量束的运动轨道之间的、在地点上的和/或在时间上的偏移量来控制通过各自的第二照射装置产生的各自的第二能量束的、待引入或被引入建造材料层中的能量输入。这样，通过各自的第二能量束待引入或被引入建造材料层中的能量输入也可以被(几乎)任意地改变，因此通过合适地控制各自的第二能量束的各自的能量输入可以实现(几乎)任意的或可(几乎)任意地改变的温度分布，也就是说例如均匀地或非均匀地升高的或下降的温度斜坡。
例如，一个第二能量束——该第二能量束相比之下具有相对于通过第一照射装置产生的第一能量束的运动轨道的较大的在地点上的和/或在时间上的偏移量——的待引入或被引入建造材料层中的能量输入小于另一个第二能量束——该另一个第二能量束相比之下具有相对于通过第一照射装置产生的能量束的运动轨道的较小的在地点上的和/或在时间上的偏移量——的待引入或被引入建造材料层中的能量输入。这样，也示例性地提供一种实现确定的温度分布的可能性，借此可以局部地有针对性地影响建造材料的加热或冷却特性。
与第二能量束是否超前或跟随第一能量束地或相对于第一能量束以一个横向的偏移量被引导的情况无关地，适用的是，第二能量束可以在至少一个影响能量束在建造材料层中的能量输入的能量束参数上不同于第一能量束。第二能量束例如可以在能量束强度和/或能量束焦点直径和/或在建造材料层上方引导能量束所用的能量束速度方面不同于第一能量束。在能量输入方面的区别通常以这样的条件进行，即第二能量束的能量输入是如此地少以致于用第二能量束不可能使建造材料熔化。因此第二能量束通常具有相比于第一能量束较小的能量束强度和/或较大的能量束焦点直径。
设备可以包括检测装置，它被设置用于，检测待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层的——尤其是待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层的待选择性地固化的或被选择性地固化的区域的——至少一个特性和产生对待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层的至少一个被检测的特性进行描述的检测信息。相应的特性例如可以是待选择性地固化的或被选择性地固化的区域的温度或聚集状态(物质状态)、尤其是熔化状态，因此通过检测装置可以检测局部的熔化池(“Meltpool”)。检测装置例如可以是光学检测装置、也就是说尤其是摄像机设备，或检测装置可以包括至少一个光学检测装置。
控制装置可以被设置用于，依赖于待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层的、通过检测信息描述的特性来控制第二能量束的、对各自的能量束在建造材料层中的能量输入产生影响的至少一个能量束参数。通过建造材料层的通过相应的检测信息描述的各自的特性，借助于一个或多个第二能量束，可以尤其是实时地实现对建造材料层的加热或熔化特性或冷却或固化特性的更精确的受控的影响或控制。
除了设备以外，本发明涉及一种用于通过依次逐层选择性地照射和随之依次逐层选择性地固化由能借助于能量束、尤其是激光束固化的建造材料组成的建造材料层来添加式地制造三维物体的方法，其中，使用多个照射装置，它们分别被设置用于产生至少一个具有规定的能量束特性的能量束。该方法的特征由此在于，基于通过控制装置产生的第一控制信息来运行至少一个第一照射装置，以产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的第一能量束，和基于通过控制装置产生的第二控制信息来运行至少一个第二照射装置，以产生：用于——尤其是在建造材料层的待选择性地固化的区域中——预热处理待选择性地固化的建造材料层的第二能量束；和/或用于——尤其是在建造材料层的被选择性地固化的区域中——后热处理被选择性地固化的建造材料层的第二能量束。该方法例如可以是选择性激光熔化方法(简称为SLM方法)、选择性激光烧结方法(简称为SLS方法)或选择性电子束熔化方法(简称为SEBS方法)，该方法能通过所述设备实施。与设备相关联的全部的描述类似地适用于该方法和反之亦然。
附图说明
本发明借助于在附图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；和
图2–5各是被在建造材料层上方引导的多个能量束的原理图。
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用于通过依次逐层选择性地照射和随之依次逐层选择性地固化由能借助于能量束、也就是说尤其是激光束固化的建造材料3、也就是说例如金属粉末组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构件或技术构件组。选择性地固化各自的待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分别待添加式地制造的物体2的几何上的或几何结构上的设计和例如可以包含待制造的物体2的“切片的”数据。设备1例如可以被设计成激光
Figure GDA0002450325670000111
设备、也就是说用于实施选择性激光熔化方法(简称为SLM方法)的设备。
作为用于实施添加式建造过程的功能部件，设备1包括覆层装置5。覆层装置5被设置用于在设备1的建造平面E中形成待选择性地照射的或待选择性地固化的建造材料层和为此包括相对于设备1的建造平面E被可运动地支承的、尤其是刀片状的或刀片形的覆层元件(没有详细标示)。
作为用于实施添加式建造过程的另外的功能部件，设备1包括多个、也就是说在图1中示出的实施例中示例性地两个照射装置6，7。每个照射装置6，7包括被设置用于产生具有可规定的能量束特性的能量束4a，4b、也就是说尤其是激光束的能量束产生装置8，9和与能量束产生装置光学地耦联的、被设置用于将能量束4a，4b偏转到各自的建造材料层上的能量束偏转装置10，11。也可以设想，将一个(唯一的)能量束偏转装置分配给不同的照射装置6，7的各自的能量束产生装置8，9。
在图1中示出的实施例中，此外示出计量模块12、建造模块13和溢流模块14，它们被对接在设备1的可惰性化的过程室15的下部区域上。所述的模块也可以形成设备1的过程室15的一个下部区域。
设备1包括以控制技术方式被分配给照射装置6，7的、按照硬件和/或软件方式实施的控制装置16。控制装置16被设置用于产生控制照射装置6，7的运行的控制信息以及用于基于相应地产生的控制信息控制照射装置6，7的运行。控制各自的照射装置6，7的运行尤其包含控制通过各自的照射装置6，7产生的能量束4a，4b的能量束特性以及运动特性。控制装置16被设置用于，产生用于不同的照射装置6，7的不同的控制信息，因此由不同的照射装置6，7产生的能量束4a，4b例如在单个或多个能量束特性上和/或在单个或多个运动特性上有差异。
控制装置16被设置用于，产生用于控制第一照射装置、也就是说例如在图中左边的照射装置6的运行的第一控制信息，基于该第一控制信息，第一照射装置产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的第一能量束4a。基于以第一控制信息为基础的控制通过控制装置16控制或运行在控制装置16方面被规定为第一照射装置的照射装置6，以产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的能量束4a。
控制装置16此外被设置用于，产生用于控制至少一个第二照射装置——也就是说例如在图中右边的照射装置7——的运行的第二控制信息，基于该第二控制信息，第二照射装置产生用于尤其是在建造材料层的待选择性地固化的区域中预热处理待选择性地固化的建造材料层的第二能量束4b，和/或产生用于尤其是在建造材料层的被选择性地固化的区域中后热处理被选择性地固化的建造材料层的第二能量束4b。基于以第二控制信息为基础的控制通过控制装置16控制或运行在控制装置16方面被规定为第二照射装置的照射装置7，以产生用于尤其是在建造材料层的待选择性地固化的区域中预热处理待选择性地固化的建造材料层的能量束4b和/或产生用于尤其是在建造材料层的被选择性地固化的区域中后热处理被选择性地固化的建造材料层的能量束4b。
因此，设备1能够基于相应的由控制装置16产生的控制信息，有针对性地为不同的照射装置6和7“分配”不同的功能。一个(或多个)照射装置6在此可以作为第一照射装置被规定或运行，因此该第一照射装置产生用于选择性地固化建造材料层的能量束4a，一个(或多个)另外的照射装置7在此可以作为第二照射装置被规定或运行，因此该第二照射装置产生用于预热处理或后热处理(“温控”)建造材料层的能量束4b。
这样开启的、使用照射装置——也就是说例如照射装置7——来温控建造材料层的可能性允许有针对性地和局部地温控建造材料层以及有针对性地控制建造材料3的加热和冷却条件或有针对性地控制建造材料3的熔化和固化条件。通过有针对性地控制加热和冷却条件或熔化和固化条件可以积极地影响待制造的物体2的结构特性，因为这样例如可以调节出确定的(微观)结构。
照射装置6，7各自作为第一或第二照射装置的规定是可以改变的，也就是说不是被固定地预先确定的。控制装置16因此被设置用于，将一定的照射装置6，7在选择性地固化第一建造材料层的范围内规定为第一照射装置并且相应地进行运行和将同一个照射装置6，7在选择性地固化另一个与第一建造材料层不同的建造材料层的范围内规定为第二照射装置并且相应地进行运行。控制装置16也被设置用于，将一定的照射装置6，7在选择性地固化建造材料层的第一区域的范围内规定为第一照射装置并且相应地进行运行和将同一个照射装置6，7在选择性地固化另一个与第一建造材料层的第一区域不同的建造材料层的区域的范围内规定为第二照射装置并且相应地进行运行。照射装置6，7因此可以在处理同一个建造过程的范围内一次或多次地被作为第一照射装置使用，也就是说用于选择性地固化建造材料层，和一次或多次地被作为第二照射装置使用，也就是说用于温控建造材料层。
如果在下面谈及“第一照射装置”，对此可以理解为在控制装置16方面至少暂时被作为第一照射装置控制或运行的照射装置6，7。以类似的方式，如果在下面谈及“第二照射装置”，对此可以理解为在控制装置16方面至少暂时被作为第二照射装置控制或运行的照射装置6，7。
如借助于分别示出在建造材料层上方被引导的多个能量束4a，4b的原理图的图2以及以后的图可以看见那样，控制装置16被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过第二照射装置产生的第二能量束4b以规定的、尤其是同步的、在地点上的和/或在时间上的超前量(参见图2)或跟随量(参见图3)超前或跟随第一能量束4a地沿着与第一能量束4a相同的运动轨道(参见通过箭头表示的运动矢量)被在建造材料层上方引导。第二能量束4b因此能以确定的、在地点上的和/或在时间上的超前量(在图2中用符号“+Δx”表示在地点上的超前量和用“+Δt”表示在时间上的超前量)超前第一能量束4a地沿着同一个运动轨道被在建造材料层上方引导，由此，例如为了受控地影响或控制建造材料3的加热或熔化特性，产生对要借助于第一能量束4a固化的建造材料3的尤其通过第二能量束4b的具体的在地点上的和/或在时间上的超前量可针对性地控制的预温控。相应的超前量在图2中示出。
备选地或补充地，第二能量束4b能以确定的、在地点上的和/或在时间上的跟随量(在图3中用符号“-Δx”表示在地点上的超前量和用“-Δt”表示在时间上的跟随量)跟随第一能量束4a地沿着相同的运动轨道被在建造材料层上方引导，由此，例如为了受控地影响或控制建造材料3的冷却或固化特性，产生对借助于第一能量束4a被固化的建造材料3的尤其通过第二能量束4b的具体的在地点上的和/或在时间上的跟随量可有针对性地控制的后温控。相应的跟随量在图3中示出，其中，虚线示出的是，在这里可选地附加地也可以实现一个相应的超前量。
类似的情况适用于在图5中示出的情况，在该情况下设备1包括多个作为第二照射装置能运行或被运行的照射装置6，7。在这种情况下控制装置16被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过各自的第二照射装置产生的第二能量束4b分别以规定的、尤其是同步的、在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量超前或跟随第一能量束4a地沿着与第一能量束4a相同的运动轨道能在或被在建造材料层上方被引导。类似于图3，在这里以虚线示出可选的跟随量。
控制装置16在此可以被设置用于，依赖于各自的第二能量束4b的相对于通过第一照射装置产生的第一能量束4a的在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量，控制通过各自的第二照射装置产生的各自的第二能量束4b的、被引入建造材料层中的能量输入。因此通过各自的第二能量束4b被引入建造材料层中的能量输入可以被(几乎)任意地改变，从而通过控制各自的第二能量束的各自的能量输入可以实现(几乎)任意的或(几乎)可任意地改变的温度分布(温度轮廓)，也就是说例如均匀地或非均匀地升高的或下降的温度斜坡。
在图4中描述一种也可设想的变型，按照该变型实施第一和第二能量束4a，4b在不同的运动轨道上的运动，其中，至少一个第二能量束4b相对于第一能量束4a以确定的、在地点上的和/或在时间上的偏移量(在图4中用符号“+Δx”表示在第一能量束4a的运动轨道右边的在地点上的偏移量和用“+Δt”表示在第一能量束4a的运动轨道右边的在时间上的偏移量，以及用符号“-Δx”表示在第一能量束4a的运动轨道左边的在地点上的偏移量和用“-Δt”表示在第一能量束4a的运动轨道左边的在时间上的偏移量)在第一能量束4a的横向上、尤其是平行地被错开地引导。
控制装置16因此可以被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过第二照射装置产生的第二能量束4b以规定的、在地点上的和/或在时间上的偏移量相对于在建造材料层上方引导第一能量束4a所沿着的运动轨道在横向上、尤其是平行地被错开地在建造材料层上方被引导。第二能量束4b因此能以确定的、在地点上的和/或在时间上的偏移量相对于第一能量束4a的运动轨道在横向上错开地被在建造材料层上方引导，由此同样地，例如为了受控地影响或控制建造材料3的加热或熔化特性或冷却或固化特性，产生对借助于第一能量束4a待固化的或被固化的建造材料3的尤其是通过第二能量束4b的具体的在地点上的和/或在时间上的横向的偏移量可有针对性地控制的预温控或后温控。
类似的情况也适用于这样的情况，其中，设备1包括多个作为第二照射装置能运行的或被运行的照射装置6，7。在这种情况下，控制装置16被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过各自的第二照射装置产生的第二能量束4b以规定的、在地点上的和/或在时间上的偏移量相对于在建造材料层上方引导第一能量束4a所沿着的运动轨道在横向上、尤其是平行地错开地在建造材料层上方被引导。
控制装置16在这里也可以被设置用于，依赖于各自的第二能量束4b相对于第一能量束4a的运动轨道在地点上的和/或在时间上的偏移量来控制各自的第二能量束4b的被引入建造材料层中的能量输入。这样，通过各自的第二能量束4b被引入建造材料层中的能量输入也可以被(几乎)任意地改变，因此通过合适地控制各自的第二能量束4b的各自的能量输入可以实现(几乎)任意的或可(几乎)任意地改变的温度分布，也就是说例如均匀地或非均匀地升高的或下降的温度斜坡。
一般适用的是，第二能量束4b在至少一个影响能量束4b在建造材料层中的能量输入的能量束参数上不同于第一能量束4a。第二能量束4b例如可以在能量束强度和/或能量束焦点直径和/或在建造材料层上方引导能量束4b所用的能量束速度方面不同于第一能量束4a。在各自的能量输入方面的区别通常以这样的条件进行，即第二能量束4b的能量输入是如此地少，以致于用第二能量束4b不可能使建造材料3熔化。
返回到图1可以看见，设备1可以包括例如构造成摄像机装置的检测装置17，它被设置用于检测建造材料层、尤其是建造材料层的待选择性地固化的或被选择性地固化的区域的至少一个特性，和用于产生描述建造材料层的至少一个检测到的特性的检测信息。相应的特性例如可以是待选择性地固化的或被选择性地固化的区域的温度或聚集状态(物质状态)、尤其是熔化状态，因此通过检测装置17可以检测局部的熔化池18(参见图2及以后的图)。
控制装置16可以被设置用于，依赖于通过检测信息描述的建造材料层特性来控制第二能量束4b的、影响各自的能量束在建造材料层中的能量输入的至少一个能量束参数。通过建造材料层的、通过相应的检测信息描述的各自的特性，借助于一个或多个第二能量束4b，可以尤其是实时地实现对建造材料层的加热或熔化特性或冷却或固化特性的更精确的受控的影响或控制。
通过在图1中示出的设备1可以实现一种用于通过依次逐层选择性地照射和随之依次逐层选择性地固化由能借助于能量束4a固化的建造材料3组成的建造材料层来添加式地制造三维物体2的方法，其中，使用多个照射装置6，7。该方法的特征由此在于，基于通过控制装置16产生的第一控制信息来运行第一照射装置，以产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的第一能量束4a，和基于通过控制装置16产生的第二控制信息来运行第二照射装置，以产生：用于——尤其是在建造材料层的待选择性地固化的区域中——预热处理待选择性地固化的建造材料层的第二能量束4b；和/或用于——尤其是在建造材料层的被选择性地固化的区域中——后热处理被选择性地固化的建造材料层的第二能量束4b。

Claims (14)

1.一种用于通过依次逐层选择性地照射和随之依次逐层选择性地固化建造材料层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，建造材料层由能借助于能量束固化的建造材料(3)组成，其特征在于，该设备包括：
多个照射装置(6，7)，该照射装置分别被设置用于产生至少一个能量束，其中，所述多个照射装置(6，7)包括至少一个第一照射装置和多个第二照射装置；
控制装置(16)，该控制装置被设置用于产生用于控制至少一个第一照射装置的运行的第一控制信息，基于第一控制信息，第一照射装置产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的第一能量束(4a)；和
被设置用于，产生用于控制至少一个第二照射装置的运行的第二控制信息，基于第二控制信息，第二照射装置产生：用于预热处理待选择性地固化的建造材料层的第二能量束(4b)；和/或用于后热处理被选择性地固化的建造材料层的第二能量束(4b)；
其中，基于该第二控制信息，通过各自的第二照射装置产生的第二能量束(4b)分别以在地点上的和/或在时间上的规定的超前量或跟随量超前或跟随通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)地沿着与通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)相同的运动轨道能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导；
其中，控制装置(16)被设置用于，依赖于各自的第二能量束(4b)与通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)之间的、在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量来控制通过各自的第二照射装置产生的各自的能量束(4b)的、待引入或被引入建造材料层中的能量输入。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，控制装置(16)被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过第二照射装置产生的第二能量束(4b)以在地点上的和/或在时间上的规定的超前量或跟随量超前或跟随通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)地沿着与通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)相同的运动轨道能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，一个相比之下具有与通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)之间的较大的在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量的第二能量束(4b)的待引入或被引入建造材料层中的能量输入小于另一个相比之下具有与通过第一照射装置产生的能量束(4a)之间的较小的在地点上的和/或在时间上的超前量或跟随量的第二能量束(4b)的待引入或被引入建造材料层中的能量输入。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，控制装置(16)被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过第二照射装置产生的第二能量束(4b)以横向于一个运动轨道的在地点上的和/或在时间上的规定的偏移量能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导，沿着所述运动轨道，由第一照射装置产生的第一能量束(4a)能在或被在待选择性地固化的建造材料层上方引导。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备包括多个作为第二照射装置能运行的或被运行的照射装置(6，7)，其中，
控制装置(16)被设置用于产生第二控制信息，基于该第二控制信息，通过各自的第二照射装置产生的第二能量束(4b)以横向于一个运动轨道的在地点上的和/或在时间上的规定的偏移量能在或被在待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层上方引导，沿着所述运动轨道，通过第一照射装置产生的第一能量束(4b)能在或被在待选择性地固化的建造材料层上方引导。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，控制装置(16)被设置用于，依赖于各自的第二能量束(4b)与通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)的运动轨道之间的、在地点上的和/或在时间上的偏移量来控制通过各自的第二照射装置产生的各自的第二能量束(4b)的、待引入或被引入建造材料层中的能量输入。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，一个相比之下具有横向于通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)的运动轨道的较大的在地点上的和/或在时间上的偏移量的第二能量束(4b)的待引入或被引入建造材料层中的能量输入小于另一个相比之下具有横向于通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)的运动轨道的较小的在地点上的和/或在时间上的偏移量的第二能量束(4b)的待引入或被引入建造材料层中的能量输入。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，通过第二照射装置产生的第二能量束(4b)在对各自的能量束在建造材料层中的能量输入产生影响的至少一个能量束参数方面不同于通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，通过第二照射装置产生的第二能量束(4b)在能量束强度和/或能量束焦点直径和/或能量束在建造材料层上方被引导的能量束速度方面不同于通过第一照射装置产生的第一能量束(4a)。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，设有检测装置(17)，该检测装置被设置用于，检测待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层的至少一个特性和产生对待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层的至少一个被检测的特性进行描述的检测信息。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，控制装置(16)被设置用于，依赖于待选择性地固化的或被选择性地固化的建造材料层的、通过检测信息描述的特性来控制通过第二照射装置产生的第二能量束(4b)的、对各自的能量束在建造材料层中的能量输入产生影响的至少一个能量束参数。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，控制装置(16)被设置用于，在选择性地固化第一建造材料层的范围内作为第一照射装置运行一个确定的照射装置(6，7)，在选择性地固化与第一建造材料层不同的另一个建造材料层的范围内作为第二照射装置运行同一个照射装置(6，7)。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，控制装置(16)被设置用于，在选择性地固化建造材料层的第一区域的范围内作为第一照射装置运行一个确定的照射装置(6，7)，在选择性地固化与建造材料层的第一区域不同的、建造材料层的另一个区域的范围内作为第二照射装置运行同一个照射装置(6，7)。
14.一种用于通过依次逐层选择性地照射和随之依次逐层选择性地固化建造材料层来添加式地制造三维物体(2)的方法，建造材料层由能借助于能量束固化的建造材料(3)组成，其中，使用多个照射装置(6，7)，该照射装置分别被设置用于借助于根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)产生至少一个具有规定的能量束特性的能量束，其特征在于，
基于通过控制装置(16)产生的第一控制信息来运行至少一个第一照射装置，以产生用于依次逐层选择性地固化建造材料层的第一能量束(4a)，和
基于通过控制装置(16)产生的第二控制信息来运行至少一个第二照射装置，以产生：用于预热处理待选择性地固化的建造材料层的第二能量束(4b)；和/或用于后热处理被选择性地固化的建造材料层的第二能量束(4b)。
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