CN109278290A - 用于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依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量束固化的建造材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，其中直接测量单元(4)设置用于确定设备(1)的至少一个可移动部件(5)的位置和/或行进距离。

Description

用于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地选择性照射和固化由能借助能量束固化的建造材料构成的层来添加式地制造三维物体的设备。
背景技术
其中建造材料是由能量束依次逐层和选择性照射的这种设备在现有技术中是众所周知的。建造材料通常由承载单元承载，该承载单元包括承载元件，特别地是建造板，所述承载元件例如被分配给该设备的建造模块。建造材料被放置在建造模块的建造室内的承载元件上，其中承载元件可移动以允许建造材料的逐层照射。
换句话说，建造材料布置在建造板上，其中可以选择性地照射建造材料，其中在一层建造材料被照射之后，在所述一层建造材料上传送一层新鲜的建造材料，其中承载元件、特别地是建造板向下移动，以使得所施加的新鲜的建造材料层再次处于能量束的聚焦平面中。
因此，需要确定可移动部件、特别地是建造板的位置和/或行进距离，以确保其中能量束照射建造材料的建造平面位于相应的限定的平面或限定的位置中。因此，可移动部件必须精确地定位成使定位误差最小化，所述定位误差导致建造平面的取向和/或定位的偏差，并且因此在整个过程中导致建造的三维物体的缺陷。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于添加式地制造三维物体的设备，其中可移动部件的位置和/或行进距离的确定得到改善。
该目的通过根据权利要求1的设备来创造性地实现。优选实施例受从属权利要求的约束。
本发明基于提供用于确定设备的至少一个可移动部件的位置和/或行进距离的直接测量单元的思想。直接测量单元允许准确地确定或测量可移动部件的位置和/或行进距离。
本文描述的设备是用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能通过能量束固化的粉末状建造材料(“建造材料”)构成的层来添加式地制造三维物体、例如技术部件的设备。相应的建造材料可以是金属、陶瓷或聚合物粉末。相应的能量束可以是激光束或电子束。相应的设备可以是例如选择性激光烧结设备、选择性激光熔化设备或选择性电子束熔化设备。
该设备包括在其操作期间使用的多个功能单元。示例性功能单元是过程室、被配置为使用至少一个能量束选择性地照射设置在过程室中的建造材料层的照射装置、以及被配置为产生以给定的流动特性至少部分地通过过程室的气态流体流的流产生装置，所述给定的流动特性例如是给定的流动轮廓、流速等。气态流体流能够在流过过程室时夹带在设备运行期间产生的未固化的颗粒状建造材料，特别是烟雾或烟雾残余物。气态流体流通常是惰性的，即通常是惰性气体例如氩气、氮气、二氧化碳等的流。
根据优选实施例，联接装置设置有被配置为将直接测量单元与该部件联接的至少一个联接装置/机构。因此，联接装置设置在设备的可移动部件和直接测量单元之间，其中联接装置包括位于部件处的第一联接点和位于直接测量单元处、特别地是分配给直接测量单元的直接测量装置处的第二联接点。因此，直接测量单元不是直接连接到可移动部件，而是直接测量单元通过联接装置的联接机构联接到可移动部件。
因此，直接测量单元、特别是直接测量装置不必直接连接到可移动部件。这允许直接测量单元相对于可移动部件的任意布置，使得不需要在可移动部件的运动方向上为直接测量单元设置特定的空间。换句话说，可移动部件的运动经由使直接测量单元与可移动部件联接的联接装置转变成/传递为/转移为直接测量单元、特别是直接测量装置的运动。
因此，可以避免为连接到可移动部件的直接测量装置的运动提供足够的空间。这导致设备的整体尺寸的增加。此外，使用激光干涉测量是已知的，但与直接测量装置(例如玻璃标尺)相比，用于追踪和维持这种测量装置的花费是较高的。
特别优选的是，联接装置包括重定向装置，其被配置为将沿着第一运动方向和/或第一轴线定向的可移动部件的运动重定向成直接测量装置沿着第二运动方向和/或第二轴线的运动。根据该设备的该实施例，可移动部件可以沿着第一移动方向和/或第一轴线运动，例如，可移动部件可以在设备的建造室内沿竖直方向运动。直接测量单元的直接测量装置可沿着第二运动方向和/或第二轴线运动。第一和第二运动方向和/或第一和第二轴线可以彼此平行或垂直或以预定角度布置。
因此，可以相对于可移动部件的运动方向在任意方向和/或沿着任意轴线布置直接测量装置。特别地，直接测量装置可以平行于可移动部件的运动方向布置，其中直接测量装置定位成相对于可移动部件的运动方向在空间上偏移和/或定位在可运动部件的运动区域之外。此外，直接测量装置可以基本上垂直于可移动部件的运动方向布置，使得直接测量装置可以位于设备内的任意位置。特别地，直接测量装置可以位于可移动部件下方，而不需要在可移动部件的运动方向和/或运动区域中保留可用于直接测量装置运动的特定空间。
根据设备的优选实施例，至少一个联接装置是牵拉装置和/或推动装置。在本申请的过程中，牵拉装置是构造成在两个物体之间传递拉力、特别是将拉力从可移动部件传递到直接测量装置以及将拉力从直接测量装置传递到可移动部件的装置。相应地，推动装置是构造成在两个物体之间、特别地在可移动部件和直接测量装置之间(反之亦然)传递推力的装置。显而易见地，至少一个联接装置可以被配置为通过构造成在两个物体之间传递拉力和推力而同时用作牵拉装置和推动装置。
根据该设备的另一优选实施例，至少一个联接装置由柔性材料和/或低伸长率材料构成或包括柔性材料和/或低伸长率材料。特别优选的是，联接装置足够柔性以将可移动部件的运动方向重定向到直接测量装置的运动方向，其中联接装置由柔性材料构成和/或包括柔性材料，使得联接装置可以偏转/挠曲以允许运动方向的重定向。材料的柔性可以是例如在特定合成材料中的材料内在特征，其允许联接装置的柔性和可变形性，以及因此联接装置的偏转以重定向运动方向。此外，柔性可以由结构(即联接装置的设计和/或形状)产生，所述结构例如通过由许多例如在链条中可相对于彼此运动的链节和/或构件构成。
替代地或附加地，联接装置由低伸长率材料构成或包括低伸长率材料，以允许可移动部件的运动直接传递成直接测量装置的运动。根据该实施例，已经认识到，联接装置的伸长对于将可移动部件的运动传递为直接测量装置的运动是不利的。尽管将由推力和/或拉力的传递导致的联接装置的伸长计入计算是可能的，但是优选使用低伸长率材料来确保可移动部件的运动直接转变为直接测量装置的运动。这种低伸长率材料可以例如是或包括在由可移动部件到直接测量装置的运动的传递所产生的典型力下仅具有低拉伸伸长率(或总体变形)的金属和/或合成材料。
因此，特别优选的是使用足够柔性的联接装置，以便在推动和/或牵拉方向上被加载时能够实现足够的偏转并且仅显示低伸长率，其中推动和/或牵拉方向为联接装置的延伸方向。
该设备可以进一步改进成至少一个联接装置是或包括绳索和/或线缆和/或链条和/或杆和/或弹簧和/或气动元件和/或液压元件。在联接装置被构造为或包括绳索和/或线缆和/或链条的情况下，联接装置可以被偏转以将可移动部件的运动重定向到直接测量装置的运动，其中也可以确保联接装置具有低(拉伸)伸长率，使得运动的传递不会由于联接装置的伸长而变形或受影响。除此之外或附加地，可以提供一种构造为或包括气动元件和/或液压元件的联接装置，其中，因为伸长特性、即联接元件对推动力和/或牵拉力的响应可以调节，上述参数可以通过气动压力或液压压力来调节。
根据该设备的另一优选实施例，重定向装置构造为引导和/或重定向联接装置的重定向滚子。因此，重定向装置被配置为使联接装置偏转，所述联接装置具有位于可运动部件处的一个固定点或联接点和位于直接测量单元处、特别是位于直接测量装置处的一个固定点或联接点。联接装置通过两个固定或联接点之间的重定向滚子偏转，使得可移动部件的运动方向被重定向到直接测量单元的运动方向。例如，可移动部件的运动方向是竖直运动或沿竖直轴线的运动。直接测量单元的运动方向可以位于任意方向，其中联接装置从可移动部件延伸到直接测量单元，并且经由重定向装置、特别是重定向滚子偏转。显而易见地，可以移动直接测量装置以及测量器件，例如分配给直接测量装置的滑动元件。联接装置相应地通过固定点固定到直接测量装置或滑动元件。因此，滑动元件可带有用于直接测量单元的光学测量系统的光源或光电二极管，所述光源或光电二极管与直接测量装置相互作用。
此外，联接装置优选地被预加载。通过在联接装置上提供预载荷，可以确保联接装置被拉紧，并被配置成传递未被改变的运动。此外，可以确保，特别地当使用牵拉装置作为联接装置时，特别是通过向上或向下移动可移动部件来实现运动在两个运动方向上的重定向是可能的。
所描述的实施例可以进一步改进成联接装置经由弹簧和/或气动压力和/或液压压力和/或辅助重量被预加载。因此，可以通过弹簧力和/或气动压力和/或液压压力和/或直接或间接地固定到联接装置的辅助重量将预载荷施加到联接装置。显然，预加载是可调节的，并且取决于具体的应用。此外，特别是关于气动压力和/或液压压力，预压的调节是可行的。当然，也可以通过弹簧力和/或辅助重量来调节预载荷。
该设备的另一个优选实施例是直接测量单元包括至少一个直接测量装置，该直接测量装置沿不同于部件运动方向的方向和/或轴线延伸。因此，直接测量装置的布置可以独立于可移动部件、特别是可移动部件的运动方向或运动区域进行选择。这允许直接测量装置的几乎无限制的布置自由度，特别地以节省空间的方式布置直接测量装置是可行的。因此，可以减少设备的整体尺寸，因为设备内的可用空间可用于布置直接测量装置，而与直接测量装置相对于可移动部件的位置无关。换句话说，直接测量装置可以布置在设备的任意位置，其中可移动部件的运动通过联接装置被传递到直接测量装置。
该设备可以进一步改进为可移动部件通过至少一个伸缩轴被驱动或可被至少一个伸缩轴驱动。通过使用伸缩轴来驱动或移动可移动部件，可以节省在可移动部件下方或附近的空间，因为不需要保持轴在其最大伸长时的可用空间，而是例如当可移动部件处于最小位置时，可以使轴伸缩到最小伸长，并且例如当可移动部件处于最大位置时，使轴伸缩到最大伸长。
有利地，直接测量单元即直接测量装置不必位于可移动部件下方，且不必直接连接到可移动部件，使得可移动部件下方不必保留用于移动直接测量装置的空间。相反，直接测量装置可以位于设备内的任意其它位置，以允许轴的伸缩运动和空间优化的布置。
可以通过提供至少一个传感器来进一步改进设备，所述至少一个传感器被配置成确定至少一个环境参数，特别是温度和/或湿度，其中控制单元被配置为根据所确定的环境参数来控制联接装置的预加载。因此，可以计算环境参数对联接装置的运动和/或伸长行为的影响。因此，联接装置的预加载可以根据所确定或测量的环境参数、特别是温度和/或湿度进行适当调整。
特别优选地，直接测量单元是或包括光学测量单元。因此，直接测量装置可以构造为或包括玻璃标尺，其中经由适当的光学测量单元(例如光源和光电检测器组)记录玻璃标尺的行程和/或运动，例如对玻璃标尺上设置的相应的量度/计量单位进行计数。或者，也可以使用测量带、特别是磁性测量带作为测量装置。
优选地，设备的可移动部件是承载单元的部件，例如承载元件，特别地是承载建造材料和/或建造的物体或在制造过程中正在建造的物体的建造板。
附图说明
参照附图说明本发明的示例性实施例。附图是示意图，其中
图1示出了根据第一示例性实施例的用于添加式地制造三维物体的设备的原理图；
图2示出了根据第二示例性实施例的用于添加式地制造三维物体的设备的一部分的原理图；
图3示出了根据第三示例性实施例的用于添加式地制造三维物体的设备的一部分的原理图；
图4示出了根据第四示例性实施例的用于添加式地制造三维物体的设备的一部分的原理图；
图5示出了根据第五示例性实施例的用于添加式地制造三维物体的设备的一部分的原理图；和
图6示出了根据第六示例性实施例的用于添加式地制造三维物体的设备的一部分的原理图。
具体实施方式
图1示出了用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能通过能量束固化的建造材料3构成的层来添加式地制造三维物体2的设备1，其中设置有直接测量单元4以用于确定设备1的至少一个可移动部件5的位置和/或行进距离。根据该实施例，可移动部件5是承载元件，特别地是建造板。直接测量单元4包括直接测量装置6，例如玻璃标尺。
图1进一步示出了可移动部件5和直接测量单元4经由联接装置7(例如绳索或链条或线缆)联接。联接装置7经由第一固定点8附接到可移动部件5，并且联接装置7还经由第二固定点8'附接到滑动元件9，所述滑动元件9是直接测量单元4的一部分，特别是对应于经由联接装置7传递到滑动元件9的可移动部件5的运动在直接测量装置6旁边滑动。
联接装置7经由重定向装置10偏转或重定向，该重定向装置10被构造成重定向滚子。因此，联接装置7沿着第一轴线11从第一固定点8基本竖向地延伸，并且经由重定向装置10被重定向或偏转成滑动元件9的基本沿轴线12的运动方向。因此，可运动部件5的运动通过联接装置7传递到滑动元件9的运动，即直接测量单元4(的一部分)的运动。换句话说，滑动元件9相对于直接测量装置6的运动允许确定可移动部件5的行进距离。
因此，直接测量单元4可以包括光源和相应的光电检测器，以便能够确定滑动元件9沿着直接测量装置6、特别是玻璃标尺的位置和/或行程。可移动部件5由构造成基本上沿着轴线11驱动可运动部件5的伸缩轴13驱动，其中伸缩轴13根据可移动部件5的位置而伸缩。由于直接测量单元4不必直接连接到可移动部件5，例如将直接测量装置6直接连接在可移动部件5的下方，图1所示的机构允许设备1的紧凑布置。相反地，直接测量装置6可以平行布置在移动可移动部件5所需的空间的外侧。
联接装置7由具有低伸长率的柔性材料构成，并且基本上作为牵拉装置起作用，所述柔性材料例如是金属丝，特别是鲍登线，其中当可移动部件5沿着轴线11运动时，滑动元件9沿着轴线12被拉动。
如可以从图1进一步得出的，直接测量装置6、即玻璃标尺可以相对于轴线12成任意角度和/或配置布置，特别地，直接测量装置6可以与轴线12垂直地或与可移动部件5的运动方向垂直地布置。因此，直接测量单元4包括沿与可移动部件5的运动方向不同的方向延伸的直接测量装置6，即玻璃标尺。
图2示出了根据第二示例性实施例的设备1的一部分，其中直接测量单元4经由弹簧14预加载。弹簧14连接到滑动元件9并且在滑动元件9上提供张紧联接装置7的拉力，通过经由弹簧14进行预加载，确保响应可移动部件5在竖直向上和向下方向的运动，滑动元件9相对于直接测量装置6运动。
图3示出了根据第三示例性实施例的设备1的一部分。根据第三实施例，直接测量单元4也包括直接测量装置6和相对于直接测量装置6可移动的滑动元件9。同样，联接元件7经由重定向装置10偏转并固定到滑动元件9。此外，图3示出了连接到滑动元件9的气动元件15，其中气动压力能够被施加到第一室16中，气动压力优选地由控制单元控制。施加在滑动元件9上的预载荷可以通过在室16中的气动压力来调节，其中压力可以根据确定的环境参数而改变。
图4示出了根据第四实施例的设备1的一部分。与图3所示的第三实施例不同，气动元件15平行于直接测量装置6布置，即与联接元件7成一直线。气动元件15与像在图3中示出的气动元件15一样地连接到滑动元件9。通过在室16内施加限定的压力，在滑动元件9上的预加载力可调节，并且可经由滑动元件9传递到联接装置7上，以张紧联接装置7。
图5示出了根据第五实施例的设备1的一部分，其中还使用气动元件15产生在滑动元件9上的预载荷。第五实施例描述了气动元件15的布置中的另一替代方案，其中气动元件15布置在联接装置7的一侧。类似地，可以通过在室16中设定限定的压力来将预载荷施加在滑动元件9上，确保可运动部件5的运动直接传递到滑动元件9的运动以及因此直接测量单元4的运动。
图6示出了根据本发明的第六示例性实施例的设备1的一部分。在第六示例性实施例中，通过经由滑轮单元18联接到滑动元件9的辅助配重17产生预载荷。由辅助配重17产生的重力导致滑动元件9上的预加载力张紧联接装置7并且确保将可移动部件5的运动直接传递到滑动元件9的运动以及因此直接测量单元4的运动。
在图3-5所示的实施例中，也可以使用液压元件代替气动元件15，其中可以设置或调整液压压力以控制联接元件7上的预载荷。显而易见的是，在所示的所有实施例中，例如装载光源和光电二极管的滑动元件9或直接测量装置6是否移动并不重要。

Claims (15)

1.一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量束固化的建造材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，其特征在于，设置有直接测量单元(4)以用于确定设备(1)的至少一个可移动部件(5)的位置和/或行进距离。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括具有至少一个联接装置(7)的联接装置，所述联接装置被配置为将所述直接测量单元(4)与所述可移动部件(5)联接。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述联接装置(7)包括重定向装置(10)，所述重定向装置(10)被配置成将可移动部件(5)的沿着第一运动方向和/或第一轴线(11)指向的运动重定向成直接测量装置的沿着第二运动方向和/或第二轴线(12)的运动。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，至少一个联接装置(7)是牵拉装置和/或推动装置。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个联接装置(7)由柔性材料和/或低伸长率材料构成或包括柔性材料和/或低伸长率材料。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个联接装置(7)是或包括绳索和/或线缆和/或链条和/或杆和/或弹簧和/或气动元件(15)和/或液压元件。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其特征在于，重定向装置(10)被构建为引导和/或重定向联接装置(7)的重定向滚子。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述联接装置(7)被预加载。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述联接装置(7)经由弹簧(14)和/或气动压力和/或液压压力和/或辅助配重(17)被预加载。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述直接测量单元(4)包括沿与所述可移动部件(5)的运动方向不同的方向和/或轴线延伸的至少一个直接测量装置。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的设备，其特征在于，所述可移动部件(5)经由至少一个伸缩轴(13)被驱动或能够经由至少一个伸缩轴(13)被驱动。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的设备，其特征在于，包括至少一个传感器，其被配置为确定至少一个环境参数，特别是温度和/或湿度，其中控制单元被配置为根据确定的环境参数控制联接装置(7)的预加载。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述直接测量单元(4)是或包括光学测量单元。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述直接测量装置是或包括玻璃标尺(6)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述可移动部件(5)是承载单元的部件、特别是建造板。
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