CN108698170A - 用于制造三维物体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

根据本方法，接连地产生平面层，以使得每个新产生的层沿着第一轴线(Z)叠加在先前产生的层上，或者如果先前产生的层不存在，则叠加在金属支撑件(2)上，这些层中的每个由占据对应的层的整个厚度的至少一个金属条带(F1C1)构成。为了产生每个层，执行放置步骤，在该放置步骤的整个持续时间期间，将条带或每个条带的部分(F1C1.1)与先前产生的层或支撑件(2)接触地压靠；执行熔融步骤，该熔融步骤在放置步骤期间完成，并且在熔融步骤期间，仅将部分中的被称为熔融的区段(F1C1.1.F)通过熔融焊接到先前产生的层或支撑件，以使得在该熔融步骤结束时，所述部分的未熔融的其余部分(F1C1.1.NF)包括所述部分的边缘，并且仍然与先前产生的层或支撑件接触；以及通过将所述放置和熔融步骤应用于条带或每个条带的对应的部分来重复与对应的部分的数量相同的次数的所述放置和熔融步骤，对应的部分在垂直于第一轴线的第二轴线(X)上彼此偏移，以使得在第二轴线上彼此跟随的所述部分的两个部分的熔融的区段重叠。在对于每个层的条带重复放置和熔融步骤之后获得的全部的熔融的区段共同形成待制造的物体的二维截面。

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三维物体的方法。它还涉及使得可以执行该制造方法的对应的设备。

【背景技术】

通过逐层添加材料来制造三维物体是众所周知的，特别是通过在激光束或电子束的作用下烧结和/或熔融金属或陶瓷粉末。如今在诸如航空、汽车、装备制造、首饰、珠宝、钟表、医疗领域，研究之类的各种工业领域中广泛地提出了对应的制造方法。

这些制造方法在技术上和经济上都是非常重要的，技术上特别是关于提高性能和功能小型化，而经济上特别是与生产成本和时间框架以及新产品销售的灵活性有关，更不用说在战略上，以便开发新的概念和新材料。

已知的方法在其实施方面以及相对于所制造的三维物体的技术特征都具有一定数量的缺点和/或限制。

实施的困难或复杂性涉及粉末状材料的使用，铺展成薄层以便建立和控制粉末床，在该粉末床中部件被逐层地反复地制造。在工业上难以制造粉末材料，即以具有小颗粒尺寸的粉末状状态，典型地具有几微米粒径。除了制造成本和所需要的高投资水平之外，困难与产品由于其挥发性所致的危险相关，该挥发性产生环境污染风险和爆炸风险。由于在制造方法的实施期间产生了废物特别是由纳米颗粒组成的烟雾的事实，在粉末回收利用操作期间也出现困难。这些困难导致建立复杂的操作方法，以便提供相对于力求达到的且合格的目标的随着时间的推移的冶金特性的控制和维护，并且以便保证以下方面：关于用于执行方法的机器的操作安全性和用户健康。更进一步地，粉末(特别是金属粉末)的生产需要实施大量的工业资源，诸如雾化塔、研磨装备、用以控制颗粒尺寸的筛分选择装备、物理化学分析装备，干燥装备和包装装备。所有这些资源都会导致投资和高生产成本：一公斤金属粉末的价格是以标准格式的相同冶金等级(grade)的金属的五到十倍，标准格式典型地以棒状、锭状或线状的形式。附加地，粉末的体质限制了由激光束提供的热能的效率，这是由于在与激光束相互作用期间导致粉末的高反应性的特定表面的重要性：这种现象造成该材料的部分的升华，其可以改变该材料的化学组成，相变和/或冶金结构缺陷，典型地是制造体积内的孔隙或微裂纹。所有这些现象都限制了针对关于可用的激光能量的生产力的潜力。

一般地，通过粉末、陶瓷和/或金属的烧结和/或激光熔融而提高的制造方法的生产率降低了所制造的三维物体的尺寸、几何和表面状态品质。这种情况对于该类型的制造方法的技术和经济性能的总体改善是限制因素。

因此，EP 1,400,339公开了一种用于逐层制造完整的三维部件的方法。根据该方法，每层材料被放置在先前产生的层上，或者如果先前产生的层不存在，则放置在平面金属支撑件上。每层的材料可以是压实的粉末或金属条带的层。在所有情况下，为了局部熔融每个连续地放置的材料层，激光束从材料层的一个边缘到相对的边缘来对该材料层进行扫描。该方法具有与上面详细解释的方法相同的品质限制。

【发明内容】

本发明的目的是提出一种递增的制造方法，该方法相对于逐层递增的制造方法是创新的且突破的。

为此，本发明涉及如权利要求1所限定的一种用于制造三维物体的方法。本发明还涉及一种用于制造三维物体的设备，该设备是如在权利要求12中所限定的，并且该设备使得可以执行上述的制造方法。

因此，根据本发明的制造方法在于通过为每个层提供放置一个或多个金属条带然后焊接这个或这些条带来反复逐层地制造三维物体，焊接操作例如能够通过应用激光束和/或通过电阻来完成。如在后面的描述部分中更详细地解释的那样，为了在适用的情况下满足精加工要求，根据本发明的方法有利地通过由磨削、机械加工或激光烧蚀的用于部分地移除材料的操作来完成。

根据本发明的方法的一个重要特征在于，逐渐且反复地放置和焊接条带，特别是使用激光和/或电极进行电阻焊接。提供条带的逐渐和反复熔融以监控和保持其物理化学特性，特别是放置的金属的几何特性。重复的放置和焊接给定层的(多个)条带造成产生待制造的三维物体的具有致密芯的二维均匀的部分，该层具有与该层的条带或并置的条带的厚度对应的厚度，对于一优选实施例，该厚度例如包括在10μm与500μm之间。出于生产率的原因，结合适当的熔融功率，特别是适当的激光功率，可以使用具有更大厚度例如1mm或甚至达到2mm的条带。

为了清楚地理解本发明的一个实质的方面，将会注意到的是，通过利用激光束和/或电极的熔融的大量的再堆焊方法是已知的：这些焊接方法在工业中用于焊接和/或堆焊，特别是用于机械部件的修理，如果需要的话，可以在焊接后恢复机械加工。在这些已知的焊接方法中，使用的电极或激光束将构成填充金属的金属线的整个截面熔融。这种通过熔融金属线的填充金属方法使得不能够控制熔融的材料的体积的几何形状，因为整个材料截面被熔融。换句话说，这种全面的熔融现象使得不可能在没有系统地恢复机械加工以便在每个时刻重建上述的几何形状的情况下形成受控的几何形状。但是应该记住，通过添加材料来制造三维物体是基于对一定量的材料进行固化的反复原理，该材料典型地是粉末状的，大部分时间是以层的形式的，构成用于制造后续层的几何参考。每个固化层对应于待制造的三维物体的区段。结果，控制构成要制造的三维物体的部件的固化材料层的几何形状对于该物体的合规制造是必不可少的：如果不是这种情况，则待制造的物体的整个几何形状是不合规的，即整体上的三维对象。对于上述已知的焊接方法而言，考虑到在熔融和放置的金属的几何形状上每个时刻都缺乏控制，使用这些方法通过添加材料来完全地制造部件将是很受限制的并且不合算的。

在本发明的情况下，该制造方法使得可以通过使用金属材料的条带添加固态材料来生产部件。在实践中，这样的条带是一般地具有矩形横截面的材料带，使得为了生产待制造的物体的新层，本发明提供了在将条带放置在金属基底上之后通过部分地熔融这个或这些条带来在没有填充物的情况下并且仅部分地焊接层的(多个)条带，该金属基底是先前产生的层或者如果后者不存在，则金属基底为专门的金属支承件：根据本发明，特别是在激光束或电阻焊接电极的作用下，仅将条带或每个条带的部分的压在基底上的区段熔融并与基底焊接，同时注意确保该部分的其余部分未被熔融，保持该部分的边缘几何形状，并保持与基底相抵靠。

根据本发明的方法旨在用于所有制造领域，既用于在用于三维物体的整体生产模式中使用，又用于在用于生产生产小型、中型和大型系列的工业模式中使用。该方法提供了生产由金属、金属单材料或多材料制成的三维物体的可能性，并且使用“质量7”类型的尺寸和几何精加工等级并且具有表面粗糙度Ra为约1.6或甚至0.8，用于预先标识的待制造的三维物体的功能表面。

在其它权利要求中规定了根据本发明的制造方法和/或设备的附加的有利的特征。

【附图说明】

通过阅读以下仅作为示例并参照附图提供的描述，将更好地理解本发明，其中：

-图1是根据本发明的制造设备的示意性透视图，该制造设备实施根据本发明的制造方法的第一放置步骤；

-图2是图1中圈出的细节II的放大图；

-图3是类似于图2的视图，其示出了制造方法的第一熔融步骤的实施；

-图4是沿图3中的箭头IV的正视图；

-图5是沿着图4的线V-V的截面图；

-图6是类似于图3的视图，其图示了该方法的第二熔融步骤；

-图7是沿图6的箭头VII的正视图；

-图8是沿着图7的线VIII-VIII的截面图；

-图9是类似于图7的视图，其图示了重复该方法的若干个放置和熔融步骤的结果；

-图10至图13是类似于图4、图7和图9的视图，其图示了到目前所示出的步骤之后的方法的放置和熔融步骤；

-图14是类似于图13的视图，其图示了该方法的焊接操作；

-图15是类似于图14的视图，其图示了该方法的切割步骤；

-图16是沿着图15的箭头XVI的正视图；

-图17是类似于图16的视图，其图示了该方法的研磨步骤；

-图18是图17的圈出的细节XVIII的放大图；

-图19是类似于图15的视图，示出了由实施图1至图18所图示的各种操作而得到的层；

-图20至图26是类似于图4、图7和图10至图13的视图，其图解了叠加在图19的层上的层的产生；

-图27和图28分别是与图15和图16类似的视图，其图示了针对叠加在图19的层上的层的方法的切割步骤的实施；

-图29是类似于图19的视图，其示出了由实施图20至图28图示的步骤而得到的层；

-图30至图33是类似于图4、图7、图10至图13和图20至图26的视图，其图示了叠加在图29中示出的层上的层的产生；

-图34和图35分别是类似于图15和图16或图27和图28的视图，其图示了针对叠加在图29的层上的层的方法的切割步骤的实施；

-图36是类似于图34的视图，其图示了该方法的机械加工操作；以及

-图37是沿着图36的箭头XXXVII的正视图。

【具体实施方式】

图1至图37示出用于三维物体O的递增的制造的方法。在这些图中考虑的示例性实施例中，该制造方法是经由制造设备1而执行的。

如在图1和图2中更详细地示出的那样，该设备1包括装置10，装置10被设计为产生叠加的平的层，其构成待制造的物体O，由装置10新产生的每个层沿着垂直于层的相应的平面的几何轴线Z被叠加到先前产生的层，或者，如果后者不存在，则被叠加到与垂直于轴线Z-Z的平的金属支撑件2。在本说明书的后续部分中以及附图中，轴线Z被认为是垂直地延伸的，但是相对于本发明该定向并不是限制性的。

如在下文中逐渐地解释的那样，由装置10制成的物体O的每个层都是由金属条带形成的，金属条带并置在所涉及的层的平面中，每个条带占据该层的整个厚度，即该层沿轴线X的整个尺寸。实践中，这些条带中的每个均采用金属带的形式，其具有矩形横截面并且其厚度比它的其它两个尺寸小得多，而典型地至少约为比其宽度小5至10倍并且特别是等于5μm至2mm，优选地在10μm与1mm之间。在它们被设备1使用以便制造物体O之前，这些条带例如可以以一个或若干个绕组的形式提供，尚未个体化的全部或部分的条带能够采用长的共享带的形式。上述绕组以及更一般地前述条带是市场上可获得的便宜的产品，其一般地通过轧制而制造并且可以是以各种各样的冶金等级而可获得的。

在图1至19中，如下面更详细地解释的那样，设备1，特别是其装置10，用于产生物体O的第一层C1。更具体地，在图1至图9中，装置10用于从第一条带生成层C1的被标记为F1C1部分。为此，执行第一放置步骤，通过该步骤将条带F1C1放置在支撑件2上，如图1和图2所示。为此，在各图中考虑的示例实施例中，装置10包括用于引导和定位条带F1C1的嘴体12：在该嘴体12的输出端处，沿着垂直于轴线Z的几何轴线X从嘴体12出来的条带F1C1的终端纵向部分F1C1.1与支撑件2平面接触地垂直于Z轴线而布置。因此，在嘴体12的作用下，条带F1C1的纵向方向至少与其终端部分F1C1.1对齐地沿轴线X和条带F1C1的两个主表面延伸，该两个主表面彼此相对并且在二者之间限定条带的厚度，该厚度至少与终端部分F1C1.1对齐地垂直于轴线Z而延伸。因此，朝向支撑件2的条带的主表面，至少在终端部分F1C1.1处，在基本上与其中支撑件2的朝向嘴体12的平面表面延伸的几何平面结合的几何平面中延伸。

根据一种实践上有利的布置，装置10还包括条带F1C1的输入系统14，如图1中的箭头F14所示，该输入系统被设计成在条带的纵向方向上，至少在嘴体12的入口处的条带的插入方向上驱动条带。作为图1中所示的非限制性实例，该系统14包括机动旋转辊，其分别被切向地布置为抵靠在条带F1C1的相反的主表面，并且由图1中的箭头F14'表示的绕其自身的旋转将使条带在其纵向方向上运动。

更进一步地，装置10包括精确的引导元件，特别是直线导轨，以及由特别是无刷式的马达驱动的精细的驱动机构，诸如滚珠丝杠和螺母系统。在各图中未示出的这些引导元件和驱动机构，使得可以同时沿着轴线Z，轴线X和垂直于轴线Z和X的第三几何轴线Y对装置10，特别是其嘴体12进行定位。在实践中，由于它们的引导精度和精确的驱动，上述引导元件和驱动机构保证了几微米误差的定位重复精度以及移动速度控制重复精度。如果适用的话，输入系统14的动作与沿着装置10的轴线X，特别是其嘴体12的轴线X的运动同步。因此，装置10对条带F1C1的定位精度优选地沿着所有三个轴线X，Y和Z包括在5μm与10μm之间。

在第一放置步骤的实施开始时，由于上述布置，装置10特别是其嘴体12以及其输入系统14在定位方面受到控制，使得：

-沿着轴线Z，嘴体14在嘴体14与其接触的条带F1C1的部分上应用力FZ，如图3所示，该力FZ朝向支撑件2定向，使得条带F1C1的终端部分F1C1.1沿着轴线Z以预定的最小强度与支撑件2压靠接触，以便提供在条带F1C1的部分F1C1.1和支撑件2的分别地沿着轴线Z朝向彼此的表面之间的完全的平面接触；

-沿着轴线Y，嘴体12向该嘴体12与其接触的条带F1C1的部分应用力FY，其在图3中被示意性地示出并且是独立于力FZ的，以便沿着轴线Y定位条带F1C1的部分F1C1.1，特别是条带F1C1的被布置为垂直于轴线Y并且在图4和图5中被标记的两个相对的自由边缘F1C1.1A和F1C1.1B；并且

-沿着轴线X，条带F1C1的部分F1C1.1是以预定的方式而定位的，特别是其中其自由边缘F1C1.1C被布置成垂直于轴线X，该自由边缘F1C1.1C以图4中指示的值EC与嘴体12分离开。

以上指定的条带F1C1的部分F1C1.1在支撑件2上的定位和支承是贯穿第一放置步骤的整个持续时间内而保持的。

更进一步地，在第一放置步骤期间，将激光束L应用到条带F1C1的部分F1C1.1，以便仅使其部分地熔融并因此将其焊接到支撑件2。为此，装置10包括在图1中示意性示出的激光器16，该激光器16被设计成发射激光束L，将激光束L集中在轴线Z16上，并且被设计为通过其轴线Z16的对应运动而使激光束L在空间中移动。

激光器16是本身已知的技术的一部分：它例如是光纤激光器。激光束L的波长(连续的或调制的)适合于待熔融的条带的冶金等级：作为非限制性示例，当条带是铁基的，特别是钢基或铝基的，或者基于吸收这种类型辐射的其它金属材料的时，该辐射被选择为处于红外线中，典型地在1060nm与1080nm之间，而当条带基于铜或其某些合金时，该波长更适合于通常包括在520nm与532nm之间的所谓的绿色的辐射。更一般地，激光器16的波长适合于满足可行性和生产率目标。

在制造设备1内，提供激光器16以将其激光束L的轴线Z16定向成平行于轴线Z并且将该轴线Z16平行于轴线Y移动，同时控制该轴线Z16在空间中的定位的精度，特别是相对于条带F1C1的部分F1C1.1的定位的精度，在第一放置步骤期间执行的第一熔融步骤期间该激光束L被应用到条带F1C1的部分F1C1.1。更具体地，如图3至图5所示，贯穿整个第一熔融步骤，激光束L的轴线Z16通过在第一熔融步骤开始时从位置Z16.1A到第一熔融步骤的结束时的位置Z16.1B，激光束L的轴线Z16与条带F1C1的部分F1C1.1相交。两个位置Z16.1A和Z16.1B沿着轴线Y对齐，并且分别构成向量V1的原点和终点，激光束L的轴线Z16在熔融步骤的开始和结束之间沿着该向量V1移动。比边缘F1C1.1B更靠近条带F1C1的部分F1.C1.1的边缘F1C1.1A的位置Z16.1A一方面沿着轴线Y被布置在距离边缘F1C1.1A的等于eA的非零距离处，并且另一方面，沿着轴线X被布置在距离条带F1C1的部分F1C1.1的边缘F1C1.1C的离等于eC的非零距处。将被理解的是，沿着轴线X，位置Z16.1A位于距离嘴体12的对应于值EC与eC之间的差值的距离处，该距离被设置为尽可能小，同时避免激光束L与嘴体12之间的相互作用，例如该距离为约200μm，使得通过应用激光束L而完成的熔融焊接是尽可能地接近嘴体12沿轴线Z在条带F1C1上的机械支承作用而完成的。位置Z16.1B沿着轴线X情况与位置Z16.1A的情况相同，因为向量V1平行于轴线Y延伸，而沿着轴线Y，位置Z16.1B位于距离条带F1C1的部分F1C1.1的边缘F1C1.1B的等于eB的非零距离处。根据未示出的一个特定替代实施例，并且如果适用的话，沿着特定条带F1C1宽度，Z16.1A和Z16.1B的位置可以合并；这可以是例如对于薄条带的情况。

在实施第一熔融步骤期间，如图5中所示，激光束L通过将该部分F1C1.1.F透明焊接到支撑件2，仅将条带F1C1的部分F1C1.1F的区段F1C1.1.F熔融。由于该焊接尽可能接近嘴体12在条带F1C1上的支承力FZ，所以在条带的熔融区段F1C1.1.F与支撑件2之间提供了冶金连续性。更进一步地，关于沿着矢量V1移动的激光束L的轴线Z16的位置Z16.1A和Z16.1B的值eA、eB和eC被提供为遵守两个限制条件，即：

-这些值eA、eC和eB足够大，以使得激光束L与条带F1C1的部分F1C1.1的相互作用不将边缘F1C1.1A、F1C1.1和F1C1.1C融合，以便呈现包围的几何形状，换句话说部分F1C1.1的边缘，以及

-这些值eA，eB和eC足够小，以使得围绕轴线X和Y的平面中的熔融的区段F1C1.F的部分F1C1.1的未熔融的区段F1C1.1.NF不变形，特别是在轴线Z的方向上不变形，这将导致条带F1C1的部分F1C1.1与支撑件2之间的机械的接触并因此冶金的接触的损失。

换句话说，在第一熔融步骤结束时，由在部分F1C1.1中未熔融的区段构成的非熔融的区段F1C1.1.NF包括该部分F1C1.1的边缘F1C1.1A、F1C1.1B和F1C1.1并且仍然与支撑件2接触。

实践上，为了满足上述限制条件，上述值eA、eB和eC中的每个可以是这样的：

(F1C1的1/2厚度+L的1/2相互作用宽度)<eA，eB，eC<(F1C1的厚度+L的1/2相互作用宽度)，

上述相互作用宽度对应于激光束L在由条带F1C1的部分F1C1.1占据的平面中沿着轴线X的尺寸。

当然，当使用放置的条带的整个宽度时，上述关系适用于eA和eB两者，而当放置的条带的宽度未被全部使用时，值eA和eB中的一个可以比另一个大得多。应当理解的是上述关系是仅供参考而提供的，因为它是基于条带的材料的冶金性质、条带的一定厚度限制和激光束L在条带的厚度中的相互作用剖面而制定的，该相互作用剖面其自身特别取决于相互作用期间产生的能量的量，因此特别是利用其而产生矢量V1的速度、激光束L的剖面等。实践中，矢量V1是利用一组参数而定义的，以便在第一熔融步骤结束时，获得如上所述的条带F1C1的部分F1C1.1的熔融的区段F1C1.1.F和非熔融的区段F1C1.1.NF两者，而不存在区段F1C1.1.NF的变形。

如图6至图8所示，接下来通过在沿着轴线X跨越彼此而移动一方面条带F1C1以及另一方面装置10，特别是其嘴体12和激光器16之后，重复第一放置和熔融步骤来执行第二放置步骤和第二熔融步骤。实践中，考虑到条带F1C1通过其部分F1C1.1的熔融的区段F1C1.1.F而焊接到支撑件2的事实，一个实际的实施例在于经受上述的引导元件和驱动机构的致动并且经受后者与激光器16的运动的同步，沿着轴线X相对于条带F1C1来移动嘴体12和激光器16，条带F1C1相对于支撑件2保持不动。在所有情况下，相对运动都是由一个节距P完成的。

一旦这种相对移动完成，第二放置和熔融步骤的实施在于重复实施第一放置和熔融步骤，不是通过将这些放置和熔融步骤应用于条带F1C1的部分F1C1.1，而是将它们应用于条带的第二部分F1C1.2，该部分F1C1.2沿着部分F1C1.1的轴线X偏移节距P。通过实施第二放置步骤，条带F1C1的部分F1C1.2以与通过实施第一放置步骤将部分F1C1.1压靠在支撑件2上的方式相同的方式，沿轴线Z将条带F1C1的部分F1C1.2与支撑件2接触地压靠。类似地，通过实施第二熔融步骤，以与熔融的区段F1C1.1.F通过实施第一熔融步骤而焊接到支撑件2相同的方式，仅将部分F1C1.2的区段F1C1.2.F通过熔融焊接到支撑件2上。特别地，在第二熔融和放置步骤期间，条带F1C1的部分F1C1.2，特别是其垂直于轴线Y布置的相对的边缘F1C1.2A和F1C1.2B占据与在第一放置和熔融步骤期间由部分F1C1.1的边缘F1C1.1A和F1C1.1B所占据的相同的相对于嘴体12和激光线L的轴线Z16的相对位置，以使得根据本示例，即根据要制造的物体的截面的几何形状，熔融的区段F1C1.2F在几何上对应于熔融的区段F1C1.1.F但是沿着轴线X偏移节距P。本示例被简化为棱柱型待制造物体的简单截面，以便便于理解。因此，V1的长度取决于条带F1C1的位置，并且特别是边F1C1.1A和F1C1.1B。特别地，将被理解的是更一般地，值eA和eB不一定是相同的。

类似地，条带F1C1的部分F1C1.2的其余部分构成非熔融的区段F1C1.2.NF，根据与以上针对部分F1C1.1的非熔融的区段F1C1.1.NF所形成的考虑相似的考虑，非熔融的区段F1C1.2.NF包括部分F1C1.2的边缘F1C1.2A和F1C1.2B，并且保持与支撑件2平面接触，特别是没有沿着轴线Z脱离。

更进一步地，节距P的值使得如图6至图8清楚可见的那样，两个熔融的区段F1C1.1.F和F1C1.2.F在轴线X的方向上重叠，同时沿X轴在一定范围上部分地彼此覆盖，该范围取决于节距P和这些熔融的区段F1C1.1.F和F1C1.2.F的对应的尺寸。如图7和图8中清楚地示出的那样，该重叠使得可以构成均匀且无孔隙的一定体积的熔融的材料，包括支撑件2的熔融表面区域对面的体积。换句话说，部分F1C1.1和F1C1.2因此通过熔融被连续地焊接在彼此之间以及在条带F1C1与支撑件2之间。

根据寻求优化第二熔融步骤的一个可选的改进方案，在该第二熔融步骤期间，激光束L的轴线Z16的移动可以不是沿着按照节距P偏移的矢量V1而进行的，而是沿着与按照节距P偏移的矢量V1相等的但是朝向相反方向的矢量V2而进行的，如图6中示意性所示的那样。

接着在沿着轴线X按照节距P移动条带F1C1与装置10之间的相对位置之后，重复第三放置步骤和第三熔融步骤，以使得这些第三放置和熔融步骤被应用于条带F1C1的第三部分，条带F1C1的第三部分相对于条带的第二部分F1C1.2沿轴线X按照节距P而偏移；然后，还在沿着轴线X按照节距P相对于彼此移动条带和设备之后，重复第四放置步骤和第四熔融步骤；以此类推。更全面地，放置和熔融步骤因此重复若干次，每次将放置步骤和熔融步骤应用于条带F1C1的对应的纵向部分，被连续作用的条带的各部分每次按照节距P沿着轴线X相互偏移。作为示例，图9示出了放置和熔融步骤的十三次重复的结果，其中获得了十四个熔融的区段，包括部分F1C1.1.F和F1C1.2.F，注意到对于在轴线X上彼此相继的每对区段而言，像对于区段F1C1.1.F和F1C1.2.F而言一样，两个区段重叠。

在此考虑的示例性实施方式中，该方法在如图9中由粗线F1C1D指示的最近完成的熔融的区段的边界上平行于条带的边缘F1C1.1C但是沿着轴线X与该边缘F1C1.C相对地继续实施条带F1C1的切割操作。

在实践中，该切割操作有利地是使用激光器16通过激光烧蚀而完成的。

如图10至图13中所示，该方法接下来继续实施应用到第二条带F2C1的新的放置和熔融步骤并重复它们。针对该条带F2C1连续执行的放置步骤和熔融步骤与针对条带F1C1执行的放置步骤和熔融步骤相同，装置10的定位适于其相对于条带F2C1的相对定位与其在对于该条F1C1的放置和熔融步骤期间相对于条带F1C1的相对定位相同。更进一步地，在实施相对于条带F2C1的放置和熔融步骤期间，嘴体12在力FY的作用下使带F2C1沿着轴线Y横向压靠条带F1C1，条带F1C1经由其熔融的区段与支撑件2之间的刚性连接而静止地抵靠支撑件2。以这种方式，通过沿轴线Y条带F1C1和F2C1的垂直于轴线Y的侧边缘的跨彼此的衔接，通过条带F1C1和F2C1之间的接触来产生冶金连续性。因此，在图10至图13中所考虑的示例性实施例中，条带F2C1的第一终端纵向部分F2C1.1(其被标记为F2C1.1.F的仅一个区段在实施对于条带F2C1的第一熔融步骤期间通过熔融而焊接)在应用到该部分F2C1.1的整个放置步骤中，由其未熔融的区段F2C1.1.NF的边缘F2C1.1横向地压靠条带F1C1的部分F1C1.1的边缘F1C1.1A。

在对于条带F2C1的最后的放置步骤和最后的熔融步骤结束时，以与图9中的条带F1C1相同的方式切割条带F2C1，如由图13中粗线F2C1D所示。

如图14中所示，该方法接下来继续沿着条带F1C1与F2C1之间的衔接实施焊接操作来继续。有利地，如图14中所示，使用激光束L，将沿着方向Y彼此接触的条带F1C1和F2C1的相应的横向边缘，通过连接它们分别的熔融的区段，熔融焊接到支撑件2并彼此熔融焊接。在该焊接操作结束时，在条带F1C1和F2C1的相应的熔融的区段之间以及与支撑件2之间提供了冶金连续性。所有这些熔融的区段共同形成待制造的物体O的二维截面，即在层C1处的其二维截面，因此该截面被获得为在其芯部中密集且均匀。

在继续产生将叠加在层C1上的物体O的新层之前，该方法有利地提供执行由图15和图16所示的切割步骤和/或执行由图17和图18所示的研磨步骤。

切割步骤在于在条带F1C1和F2C1的熔融的区段的外围边界上切割条带F1C1和F2C1，如图15和图16中的粗线C1D所示。将被理解的是，条带F1C1和F2C1因此沿着物体O的周线，即物体O在层C1处的周线。在实践中，该切割步骤有利地是使用激光器16通过的激光烧蚀，通过引起其光束L经过前述周线而完成的。

研磨步骤又在于通过移除材料来平坦化沿着轴线Z定向的条带F1C1和F2C1的与支撑件2相对的面。实践中，如图17和18所示，如果适用的话，该研磨步骤通过使该研磨工具18在层C1的条带F1C1和F2C1的上述面上移动来使用属于制造设备1的专门的研磨工具18。该研磨工具18例如是研磨机或激光器，激光器的光束刮削层C1的上述面，以执行表面烧蚀。将被理解的是该研磨步骤的执行导致通过局部地移除属于该层的熔融的区段的至少一个过厚度来校准层C1的厚度。

将注意到的是在一些情况下，研磨步骤是无用的，因为其对层C1厚度的校准作用将是可忽略的。在其它情况下，由于熔融的区段的剖面，研磨步骤将是必要的，如图18中以夸大的方式所示。在还有其它的情况下，在希望针对层C1做出放置和熔融的材料的厚度的不可忽略的减小时执行研磨步骤：例如局部地，该研磨步骤的执行因此可以通过所谓的底切(undercut)区域的存在而激发，其中清晰度的质量直接与每层放置的材料厚度有关。

在切割和研磨步骤结束时，要制造的物体O的层C1如图19中所示。在该图19中以及随后的各图中，层C1的周线被故意地加厚并被标记为C1D。考虑到上述情况，因此将要理解的是在制造方法的最开始时，考虑到要产生的层C1，特别是其周线C1D，已经确定了条带F1C1和F2C1的定位，特别是条带F1C1的部分F1C1.1的定位，。

在图20至图28中，用于制造物体O的方法继续经由设备1来产生沿着轴线Z叠加在层C1上的物体O的第二层C2。

由于稍后将出现的原因，在开始产生层C2的操作之前，层C1围绕轴线Z-Z枢转，例如在各图中按照90°，如图20中的箭头R1所示。层C2的围绕轴线Z的角度定向因此相对于先前产生的层C1的角度定向而修改。实际中，针对先前制造的层的枢转角度的值不限于像图20中所示的示例中一样的90°，但是一旦该值不同于0°和180°就可以被自由地选择。

在图20至图22中，装置10用于从条带F1C2产生层C2的部分。为此，执行并重复先前针对层C1的条带F1C1而描述的放置步骤和熔融步骤，直到在各图中考虑的示例中中获得条带F1C2内的九个熔融的区段，如图22中所示。由于在层C2下方存在层C1，所以通过实施放置步骤将条带F1C2沿着轴线Z与层C1挤靠接触，并且该条带F1C2的熔融的区段是通过执行熔融步骤而焊接到层C1的。

在图23和24中，再次执行并重复放置和熔融步骤，将它们应用于层C2的另一条带F2C2，像针对层C1的条带F2C1所做的一样。

在图25和26中，再次又执行并重复放置和熔融步骤，将它们应用于另一条带F3C2，该另一条带C2C2在层C2内与条带F2C2横向并置。应注意的是，对于示例实施例而言，如图25和图26中所示，条带F3C2的熔融的区段不如其它条带F1C2和F2C2的熔融的区段沿着轴线Y延伸得那么多：这涉及以下事实：在层C2处待制造的物体O的截面沿着轴线Y延伸小于条带F1C2和F2C2的熔融的区段的对应的尺寸的三倍，以使得对条带F3C2的熔融的区段进行进一步的延伸对于制造物体O而言将是没有意义的。

在产生条带F1C2，F2C2和F3C2的相应的熔融的区段之后，这些区段通过彼此接触地焊接条带的(多个)横向边缘而彼此连接并连接到层C1，如图27中所示。将注意到的是通过相对于层C1的角度定向来修改层C2围绕轴线Z的角度定向，避免了在层C1的条带F1C1和F2C1的横向边缘之间平行地叠加接合区域以及避免了叠加层C2的条带F1C2，F2C2和F3C2的横向边缘之间的接合区域，这有利于由层C1和C2形成的金属结构的均匀性。

图27和图28图示了该方法的后续步骤的实施，类似于先前根据图15和图16所述的切割步骤：在该新的切割步骤期间，层C2的条带F1C2、F2C2和F3C2在它们相应的熔融的区段的外围边界上、沿着层C2处的物体O的轴线被切割，如由图27和图28中的粗线C2D所指示的那样。

在该切割步骤，以及如果可行的话，层C2的研磨步骤结束时，类似于先前根据图17和18针对层C1而描述的步骤，层C2是如图29中所示获得的那样，特别是具有在该图29中以及随后的各图中以粗线绘制的其周线C2D。

在图30至图35中，物体O的第三层C3经由设备1制成。叠加在层C2上的该层C3以与层C1完全相同的方式从条带F1C3和F2C3制成，以使得特别地由图30至图35图示的对应的步骤和操作在此将不进行更详细的描述，读者能够参照先前根据图1至图19给出的解释。有利地，如在图30中所指示的，层C3的产生之前是层C2的以箭头R2指示的90°的枢转，并且因此根据与那些先前鉴于与箭头R1有关的图20所发展的考虑相似的考虑的C1的90°的枢转，层C2被焊接到层C1。

在产生层C3的步骤和操作结束时，层C3是如图34和图35所示的，特别是其中由粗线绘制的周线C3D。在这个阶段，物体O由焊接到彼此的叠加的层C1、C2和C3构成。

制造方法的可选的布置可以在物体O上执行，如图36和图37所示。该布置在于横向于轴线Z机械加工目前制造的物体O的至少一些层的外围边界，例如在图36和图37所示的示例中的层C1和C2的外围边界。该机械加工的目的是执行层C1和C2的周线C1D和C2D的全部或部分的精加工，同时在该机械加工结束时，获得在这些层C1和C2处的物体O的精制的周线OF。有利地，该机械加工操作是通过微机械加工而完成的。实践中，用于执行该操作的工具例如是具有切割或研磨工具的电主轴，或者是例如其光束被配置为执行诸如微切割的消蚀的激光。在所有的情况下，该机械加工操作是有目的的并且使得可以满足针对物体O的表面质量和尺寸精度要求：作为非限制性示例，所获得的精制的周线OF具有约1.6μm或甚至0.8μm的粗糙度Ra，并且尺寸精度约为±0.01mm。当然，该机械加工操作是取决于需要，基于要制造的物体O而完成的，这意味着该操作不必在整个物体O上；换句话说，物体O的最终周线可以在某些区域中并且对于某些层而言，对应于在机械加工操作结束时获得的精制周线OF，其余的最终周线对应于层的所谓的原始周线，其是在层的连续产生期间执行的切割步骤结束时而获得的。

此外，可以考虑到目前为止描述的方法和/或设备1的各种布置和替代方案。

因此，根据一个附加的或者甚至可替代的实施例，到目前为止描述的如通过应用激光器16的光束L完成的熔融焊接可以全部地或部分地通过使用电极的电阻焊接来完成。在此不详细描述本身已知的电阻焊接操作，电阻焊接电极的使用允许直接通过该电阻焊接电极的作用而不是通过嘴体12的作用，分别沿轴线Z和Y组合地应用力FZ和FY。更进一步地，由这种电阻焊接电极应用的力FY有利地进一步使得可以产生彼此接触的条带的相应横向边缘之间的焊接，同时其中实施造成上述熔融的区段的焊接的熔融操作。更进一步地，如果对应的设备1没有任何激光器，则如图9、图13、图22、图24、图26和图33所示，条带的单独切割操作是通过所谓的切割电极和系统14的同时作用而完成的，系统14接着被提供以通过对在与图1中所示的箭头F14相反的方向上定向的条带应用机械牵引作用来起作用，以便切割条带。根据图36和图37所述的原理，图15和图16、图27和图28以及图34和图35所示的切割步骤示直接利用切割或研磨加工工具而完成的，但是仅应用于产生的最后一层。

刚刚描述的附加或甚至替代的实施例的目的是降低设备1的成本，同时使得可以执行根据本发明的方法而不在该设备中包括激光器，诸如激光器16，针对激光器的财务投资很高。

根据制造方法的另一替代方面，在物理化学相容性对于待制造的物体O而言可接受的限度内，所使用的每个条带或它们中的至少一些可以具有与其它条带的冶金成分和/或厚度和/或宽度不同的冶金成分和/或厚度和/或宽度。根据该原理，制造设备1然后有利地配备有若干个装置10，使得可以分别分配其冶金等级，厚度和宽度彼此不同的条带。

根据制造方法的又一替代方面，对于第一条带以及对于与待制造物体的同一第一层内的上述条带相邻的第二条带的放置和熔融步骤的顺序可以不同于根据各图所描述的放置和熔融步骤的顺序。特别地，受制于制造设备1的专门的开发，相对于第二条带的至少一些放置和熔融步骤可以与相对于第一条带的至少一些放置和熔融步骤同时进行，只要在第一条带通过任何适当的方式相对于先前放置的层是静止时或者若先前放置的层不存在则相对于支撑件是静止时，执行相对于第二条带的每个放置步骤。

Claims (14)

1.一种用于制造三维物体(O)的方法，

其中接连地产生平面层(C1，C2，C3)，以使得每个新产生的层沿着与各层的相应的平面垂直的第一轴线(Z)叠加在先前产生的层上，或者如果先前产生的层不存在，则叠加在与第一轴线垂直的平面金属支撑件(2)上，这些层中的每个由至少一个金属条带(F1C1，F2C1，F1C2，F2C2，F3C2，F1C3，F2C3)构成，以使得每个层的条带或每个条带占据对应的层沿着第一轴线(Z)的整个厚度，

所述方法提供下述步骤以产生每个层(C1，C2，C3)：

-执行放置步骤，在该放置步骤的整个持续时间期间，将待产生的层的条带或每个条带(F1C1，F2C1，F1C2，F2C2，F3C2，F1C3，F2C3)的部分(F1C1.1)沿着第一轴线(Z)与先前产生的层接触地压靠，或者如果先前产生的层不存在，则与支撑件(2)接触地压靠；

-执行熔融步骤，该熔融步骤在放置步骤期间完成，并且在熔融步骤期间，仅将条带或每个条带的所述部分中的被称为熔融的区段(F1C1.1.F)，通过熔融焊接到先前产生的层，或者如果先前产生的层不存在，则通过熔融焊接到支撑件，以使得在该熔融步骤结束时，所述部分的未熔融的其余部分(F1C1.1.NF)包括横向于待产生的层的平面布置的所述部分的边缘(F1C1.1A，F1C1.1B，F1C1.1C)，并且仍然与先前产生的层接触，或者如果先前产生的层不存在，则与支撑件接触；以及

-通过将所述放置和熔融步骤应用于条带或每个条带的对应的部分(F1C1.2)来重复与对应的部分的数量相同的次数的所述放置和熔融步骤，对应的部分在垂直于第一轴线(Z)的第二轴线(X)中彼此偏移，以使得在第二轴线上彼此跟随的所述部分中的两个部分的熔融的区段(F1C1.1.F，F1C1.2.F)重叠，以便在对于条带重复放置和熔融步骤之后获得的全部的熔融的区段共同形成待制造的物体(O)的二维截面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，当待产生的层(C1，C2，C3)由若干个条带(F1C1，F2C1，F1C2，F2C2，F3C2，F1C3，F2C3)构成时，对于条带中的第二条带(F2C1)的每个放置步骤：

-在条带中的第一条带(F1C1)相对于先前产生的层静止时执行，或者如果先前产生的层不存在，则在条带中的第一条带(F1C1)相对于支撑件(2)静止时执行，并且

-贯穿其整个持续时间，提供将第一条带和第二条带的相应的横向边缘沿着与第一轴线(Z)和第二轴线(X)两者垂直的第三轴线(Y)彼此接触地放置，

并且，在对于第二条带的熔融步骤结束时或在对于第二条带的熔融步骤期间，第一条带和第二条带的相应的横向边缘通过熔融焊接到先前产生的层，或者如果先前产生的层不存在，则通过熔融焊接到支撑件，并通过连接第一条带和第二条带的对应的熔融的区段而彼此通过熔融焊接。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在对于第一条带(F1C1)的放置和熔融步骤的至少一些或甚至全部的步骤结束时，执行对于第二条带(F2C1)的放置步骤。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中相同层的至少两个条带或两个叠加的条带具有彼此不同的相应的化学组成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中相同层的至少两个条带或两个叠加的条带具有彼此不同的厚度和/或彼此不同的宽度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中为了产生层(C1，C2，C3)中的至少一个，所述方法进一步提供执行切割步骤，切割步骤在重复对于所涉及的层的放置和熔融步骤之后执行，并且在切割步骤期间，沿着物体(O)的对应的周线(C1D，C2D，C3D)、在所涉及的层条带的熔融的区段的外围边界上切割所涉及的层的条带。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了产生层(C1，C2，C3)中的至少一个，所述方法进一步提供执行研磨步骤，研磨步骤在重复对于所涉及的层的放置和熔融步骤之后执行，并且在研磨步骤期间，通过移除材料而使所涉及的层的条带的沿着轴线(Z)远离于先前产生的层的面变平，或者如果先前产生的层不存在，则使所涉及的层的条带的沿着轴线(Z)远离于支撑件(2)的面变平。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在已经产生每个层(C1，C2，C3)之后并且在产生随后的层之前，相对于先前产生的层围绕第一轴线(Z)的角度定向来修改待产生的层围绕第一轴线(Z)的角度定向。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在已经产生层(C1，C2，C3)中的至少若干个层之后，横向于第一轴线(Z)机械加工产生的层中的至少一些层的外围边界，特别是通过微机械加工。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将激光器(16)的光束(L)应用到待产生的每个层(C1，C2，C3)的条带上，以执行至少一些或甚至全部的熔融步骤，以及如果适用的话，执行所述第一条带和所述第二条带的相应的横向边缘的至少一些或甚至全部的所述切割步骤和/或所述研磨步骤和/或焊接操作。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中至少一个电阻焊接电极被应用在待产生的每个层(C1，C2，C3)的条带上以执行至少一些或甚至全部的熔融步骤，以及如果适用的话，执行所述第一条带和所述第二条带的相应的横向边缘的至少一些或甚至全部的焊接操作。

12.一种用于制造三维物体的设备(1)，

包括适于接连地产生平面层(C1，C2，C3)的装置(10)，以使得由该装置新产生的每个层沿着与各层的相应的平面垂直的第一轴线(Z)叠加在先前产生的层上，或者如果先前产生的层不存在，则叠加在与第一轴线(Z)垂直的平面金属支撑件(2)上，由装置(10)制成的各层中的每个由至少一个金属条带(F1C1，F2C1，F1C2，F2C2，F3C2，F1C3，F2C3)构成，以使得每个层的条带或每个条带占据对应的层沿着轴线(Z)的整个厚度，

装置(10)包括：

-放置部件(12)，其适于沿着轴线(Z)将待产生的层的条带的部分与先前产生的层接触地压靠，或者如果先前产生的层不存在，则与支撑件(2)接触地压靠；

-熔融部件(16)，其适于仅将待产生的层的条带的由放置部件挤压的部分中的被称为熔融的区段熔融焊接在先前产生的层上，或者如果先前产生的层不存在，则熔融焊接在支撑件上，以使得在应用熔融部件之后，未熔融的所述部分的其余部分包括横向于待产生的层的平面布置的所述部分的边缘，并且仍然与先前产生的层接触，或者如果先前产生的层不存在，则与支撑件接触；以及

-移动部件，其适于在垂直于第一轴线(Z)的第二轴线(X)中使一方面待产生的层的条带以及另一方面放置部件和熔融部件相对于彼此移动，以便使得可以将放置部件和熔融部件应用到在第二轴线(X)中彼此偏移的条带的若干个对应的部分。

13.根据权利要求12所述的设备，其中熔融部件包括激光器(16)。

14.根据权利要求12或13中的一项所述的设备，其中熔融部件包括至少一个电阻焊接电极。