CN109304863A - 用于添加式地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(4)固化的粉末状建造材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，设备(1)包括过程室(8)和被配置为产生至少部分地流过过程室(8)的气态流体流的流产生装置(9)，所述气态流体流在流过过程室(8)时能够夹带未固化的颗粒状建造材料、特别是在设备(1)运行期间产生的烟雾或烟雾残留物，其中，流产生装置(9)包括至少两个单独的流产生单元(13，14)，每个流产生单元都被配置成产生相应的气态流体流。本发明还涉及用于该设备的流产生装置(9)。

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地选择性照射和固化能通过能量束固化的粉末状建造材料层来添加式地制造三维物体的设备，该设备包括过程室和被配置为产生至少部分地流过所述过程室的气态流体流的流产生装置，所述气态流体流在流过所述过程室时能够夹带未固化的颗粒状建造材料、特别是在所述设备的操作期间产生的烟雾或烟雾残留物。
背景技术
用于添加式地制造三维物体的各种设备是广泛已知的，并且可以被实施为例如选择性激光烧结装置、选择性激光熔化装置或选择性电子束熔化装置。
在各添加式制造设备的操作期间，对于要制造的物体质量而言是决定性因素的有效地去除未固化的颗粒状建造材料、特别是在设备运行期间产生的烟雾或烟雾残留物，而不从粉末床中扬起建造材料颗粒可能是具有挑战性。换句话说，各设备的流产生装置应当被配置成产生气态流体流，所述气态流体流在流经过程室时一方面有效地从过程室去除未固化的建造材料颗粒，另一方面避免从粉末床上扬起建造材料颗粒。这尤其适用于采用高功率能量束、例如功率大于200W的能量束的添加式制造设备。
然而，已知的流产生装置——特别是当采用高功率能量束来照射和固化粉末状建造材料时——有时不能以完全令人满意的方式满足上述挑战。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的是提供一种具有改进的流产生装置的用于添加式地制造三维物体的设备，所述改进的流产生装置允许产生在流过过程室时一方面从过程室有效地去除未固化的建造材料颗粒、另一方面避免了从粉末床上扬起材料颗粒的气态流体流。
该目的通过根据权利要求1的用于添加式地制造三维物体的设备来实现。引用权利要求1的权利要求涉及根据权利要求1的设备的可能实施例。
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借助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结构件的设备。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、以及流产生装置，所述流产生装置被配置为产生以给定的流动特性至少部分地流经过程室的气态流体流，所述给定的流动特性例如为给定的流动轮廓、流速等。气态流体流能够在流经过程时夹带未经固化的颗粒状建造材料、特别是在设备运行期间产生的烟雾或烟雾残余物。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。
与现有技术已知的流产生装置相比，本文所述的添加式制造设备的流产生装置包括至少两个独立的流产生单元，每个独立的流产生单元被配置为产生相应的气态流体流。通过包括多个流产生单元，流产生装置以完全令人满意的方式满足上述挑战，即产生在流过过程室时一方面从过程室中有效地除去未固化的建造材料颗粒、并且在另一方面避免从粉末床中扬起建造材料颗粒的气态流体流。提供多个流产生单元确保了由流产生装置产生的气态流体流有效地从处理室中去除未固化的建造材料颗粒，并且避免了从粉末床中扬起建造材料颗粒，即使使用高功率能量束、例如具有大于200W功率的能量束亦是如此，这是由于与仅使用单个流产生单元的已知流产生装置相比，使用至少两个流产生单元的流产生装置的功率谱增强或能够增强。
因此，提供了一种具有改进的流产生装置的用于添加式地制造三维物体的设备，所述流产生装置允许产生气态流体流，所述气态流体流在流过过程室时一方面有效地将未固化的建造材料颗粒从过程室去除，另一方面避免了从粉末床扬起建造材料颗粒。
所述至少两个流产生单元可以具有相同的输出功率。因此，至少两个流产生单元可以被配置成产生具有相同流动特性的气态流体流。特别地，至少两个流产生单元可以相同，即可以分别具有相同的型号或类型。使用相同或至少相似的流产生单元可以增强流产生装置的可控性和操作稳定性。
所述至少两个流产生单元通常并行/并列布置。因此，可以并行地操作至少两个流产生单元。所述至少两个流产生单元的并行操作改善了流产生装置产生的或能够产生的气态流体流的流动特性，特别是最大功率。
至少两个流产生单元——即流产生单元气体入口——可以设置在从过程室延伸的流动通道结构中，并因此与相应的流动通道结构连通。特别地，流动通道结构可以在过程室(即，过程室气体出口)、过滤装置(其可以形成设备的一部分)、和过程室气体入口之间延伸，所述过滤装置构造成从气态流体流过滤未固化的颗粒状建造材料，特别是在设备运行期间产生的烟雾或烟雾残留物。流动通道结构可以包括气态流体流可以从中流过的至少一个流动通道元件，例如导管、输送管、管件、管等。
流动通道结构可以包括将流动通道结构分支成至少两个流动通道分支(子通道)的分支区段。因此，第一流产生单元被布置在第一流动通道分支(第一子通道)中，并且第二或另外的流产生单元被布置在第二或另外的流动通道分支(第二或另外的子通道)中。每个流动通道分支可以设置有允许单独打开和关闭每个相应的流动通道分支的阀装置。通过冗余的提供流产生单元，并且通过将相应的流产生单元与独立的流动通道分支连接，提高了流产生装置的失效安全性和可靠性。特别地，在一个流产生单元失效的情况下，气态流体流仍然可以由另一个流产生单元产生。
该设备可以包括分配给所述至少两个流产生单元的控制单元。该控制单元——其可以实施为硬件和/或软件——被配置成控制至少两个流产生单元中的每一个彼此独立地或依赖于彼此地操作。因此，至少两个流产生单元被配置为彼此独立地或彼此依赖地操作，并且可以彼此独立地或彼此依赖地操作。因此，由流产生装置产生的气态流体流实际上可以由仅一个流产生单元产生或者由至少两个流产生单元生成。以这种方式，流产生装置能够产生具有宽范围的流动特性的气态流体流，所述流动特性例如是流动轮廓、流速。特别地，由流产生装置产生的气态流体流的流动特性可以容易地适应于设备的不同的操作参数，例如能量束的功率。因此，流产生装置可以被标准化以便使用于多个不同设备中，特别是在使用不同能量束功率的多个设备中。
因此，控制单元可以被配置为控制至少两个流产生单元的操作，以便产生具有预定流动特性的气态流体流，由此至少两个流产生单元中的每一个流产生单元的操作以所述至少两个流产生单元共同作用以产生具有预定流动特性的气态流体流的方式被控制。因此，可以以使得所述至少两个流产生单元的功率输出的总和提供具有预定流动特性的气态流体流的方式来控制所述至少两个流产生单元中的每一个流产生单元的操作。对于两个独立的流产生单元的示例性实施例，当仅操作一个流产生单元时，气态流体流的有效功率可以减半(当从两个流产生单元的操作出发时)，并且当操作两个流产生单元时加倍(当从仅一个流产生单元的操作出发时)。当然，这以类似方式适用于具有两个以上独立的流产生单元的所有流产生装置。
此外，控制单元可以被配置为以同步的方式控制至少两个流产生单元的操作。以同步的方式操作至少两个流产生单元导致气态流体流的优化产生，因为可以以协同方式使用流产生单元的流体流产生能力。
所述至少两个流产生单元中的每一个流产生单元可以是泵送装置、特别是抽吸装置，或者气体压缩装置、特别是气体压缩机。类似地，至少两个流产生单元中的每一个流产生单元可以包括至少一个相应的泵送装置或至少一个相应的气体压缩装置。上述每个实施例能够产生具有期望流动特性的气态流体流。
除了该设备之外，本发明还涉及一种用于相应设备的流产生装置。流产生装置包括至少两个单独的流产生单元，每个单独的流产生单元被配置为产生能够在流过相应设备的过程室时夹带未固化的颗粒状建造材料、特别是在设备运行期间产生的烟雾或烟雾残留物的气态流体流。关于设备的所有说明以类似的方式应用于流产生装置。
附图说明
参照附图对本发明的示例性实施例进行描述，其中，唯一的图(图1)示出了根据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。
具体实施方式
唯一的图(图1)示出了用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量束4(例如激光束)固化的粉末状建造材料3(例如金属粉末)构成的层来添加式地制造三维物体2(例如技术结构件)的设备1的原理图。例如，设备1可以是选择性激光熔化设备。
设备1具有在其操作期间使用的多个功能单元。一个示例性功能单元是照射装置5，特别是能量束产生装置和/或能量束偏转装置，例如扫描装置，其用于使用至少一个能量束4选择性地照射建造材料层。另一示例性功能单元是建造材料施加装置6，特别是覆层装置，其用于例如在设备1的过程室8的建造平面7中施加建造材料3的层。另一示例性功能单元是流产生装置9，其被配置为产生以给定的流动特性流过过程室8、即过程室气体入口11和过程室气体出口12之间的气态流体流(由箭头10指示)，所述给定的流动特性例如是给定的流动轮廓、流速等。气态流体流在流过过程室8时能够夹带未固化的颗粒状建造材料，特别是在设备1的操作期间产生的烟雾或烟雾残余物。气态流体流是惰性的，即惰性气体——例如氩气、氮气、二氧化碳等——的流。
流产生装置9包括各自被配置为产生相应的气态流体流的多个——即在示例性实施例中为两个——独立的流产生单元13，14。通过包括多个流产生单元13，14，流产生装置9允许产生气态流体流，所述气态流体流在流经过程室8时以完全令人满意的方式一方面有效地从过程室8去除未固化的建造材料颗粒并且在另一方面避免从粉末床中扬起建造材料颗粒。提供多个流产生单元13，14确保气态流体流有效地从过程室8去除未固化的建造材料颗粒，并且避免了从粉末床扬起建造材料颗粒，即使当采用高功率能量束、例如具有大于200W的功率的能量束时亦是如此，这是由于与仅使用单个流产生单元的已知流产生装置相比，使用多个流产生单元13，14的流产生装置9的功率谱增强。
每个流产生单元13，14可以是泵送装置、特别地是抽吸装置，或气体压缩装置、特别地是气体压缩机。
流产生单元13，14可以具有相同的输出功率。因此，流产生单元13，14可以被配置为产生具有相同流动特性的气态流体流。两个流产生单元13，14可以相同，即可以分别具有相同的型号或类型。
从图中可以看出，流产生单元13，14并行地设置。因此，两个流产生单元13,14可以并行地操作。
流产生单元13、14，即相应的流产生单元气体入口15、16被布置在流动通道结构17中。流动通道结构17包括多个流动通道元件(未明确地示出)——诸如导管、输送管、管件、管等，气态流体流可通过流动通道元件流动，并且从过程室8、特别是从过程室8的过程室气体出口12延伸出。如图所示，流动通道结构17在过程室气体出口12和过程室气体入口11之间延伸，使得气态流体流可以循环流动。
从图中还可以看出，在介于过程室8的过程气体出口12和流产生装置9之间的流动通道结构17中设置有过滤装置18，所述过滤装置被配置成从气态流体流过滤未固化的颗粒状建造材料，特别是在设备1的操作期间产生的烟雾或烟雾残留物
从图中还可以看出，流动通道结构17包括分支区段19，所述分支区段将流动通道结构17分支成两个流动通道分支20，21(子通道)。因此，第一流产生单元13设置在第一流动通道分支20(第一子通道)中，第二流产生单元14设置在第二流动通道分支21(第二子通道)中。每个流动通道分支20，21可以设置有阀装置22，23，阀装置22，23允许单独打开和关闭每个相应的流动通道分支20，21。
设备1包括分配给流产生单元13，14的控制单元24。控制单元24——其可以实施为硬件和/或软件——被配置为控制每个流产生单元13、14彼此独立或彼此依赖地操作。因此，流产生单元13，14被构造为彼此独立地或彼此依赖地操作，并且可以彼此独立地或彼此依赖地操作。因此，由流产生装置9产生的气态流体流可实际上由仅一个流产生单元13，14产生或由两个流产生单元13,14产生。以这种方式，流产生装置9能够产生具有宽范围流动特性的气态流体流，所述流动特性例如为流动轮廓、流速等。特别地，由流产生装置9产生的气态流体流的流动特性可以容易地适应于设备1的不同的操作参数，例如，能量束的功率。因此，流产生装置9可以被标准化以便在多个不同的设备1中实现。
因此，控制单元24可以被配置为控制流产生单元13，14的操作，以便产生具有预定的流动特性的气态流体流，由此将流产生单元13,14中的每一个流产生单元的操作以使得流产生单元13，14共同作用以产生具有预定流动特性的气态流体流的方式控制。因此，可以以这样一种方式控制每个流产生单元13,14的操作，即，使得流产生单元13,14的输出功率的总和提供具有预定流动特性的气态流体流。对于根据附图的示例性实施例，当仅操作一个流产生单元13，14时，气态流体流的有效功率可减半(当从两个流产生单元13，14的操作出发时)，并且当操作两个流产生单元13，14时加倍(当从仅一个流产生单元13，14的操作出发时)。
控制单元24可以被配置为以同步的方式控制流产生单元13，14的操作。以同步的方式操作流产生单元13，14导致气态流体流的优化产生，因为可以以协同方式使用流产生单元13，14的流体流产生能力。

Claims (11)

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(4)固化的粉末状建造材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，所述设备(1)包括过程室(8)和被配置为产生至少部分地流经过程室(8)的气态流体流的流产生装置(9)，所述气态流体流在流经过程室(8)时能够夹带未固化的颗粒状建造材料、特别是在设备(1)运行期间产生的烟雾或烟雾残留物，其中，流产生装置(9)包括至少两个单独的流产生单元(13，14)，每个流产生单元都被配置成产生相应的气态流体流。
2.根据权利要求1所述的设备，包括分配给所述至少两个流产生单元(13，14)的控制单元(24)，所述控制单元(24)被配置为控制所述至少两个流产生单元(13，14)彼此独立地或依赖于彼此地操作。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制单元(24)被配置为以同步的方式控制所述至少两个流产生单元(13，14)的操作。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元(24)被配置为控制所述至少两个流产生单元(13，14)的操作，以便产生具有预定流动特性的气态流体流，其中所述至少两个流产生单元(13，14)中的每一个流产生单元的操作被以如下方式控制，即，使得所述至少两个流产生单元(13，14)共同作用以产生具有预定流动特性的气态流体流。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述至少两个流产生单元(13，14)中的每一个流产生单元是抽吸装置或包括至少一个抽吸装置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述至少两个流产生单元(13，14)并行布置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述至少两个流产生单元(13，14)设置在从所述过程室(8)延伸的流动通道结构(17)中。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述流动通道结构在过程室气体出口(12)、过滤装置(18)以及过程室气体入口(11)之间延伸，所述过滤装置被配置为过滤未固化的颗粒状建造材料、特别是在设备(1)运行期间产生的烟雾或烟雾残留物。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中，所述流动通道结构(17)包括分支区段(19)，所述分支区段将流动通道结构(17)分支成至少两个流动通道分支(20，21)，由此第一流产生单元(13)设置在第一流动通道分支(20)中，第二流产生单元(14)设置在第二流动通道分支(21)中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述至少两个流产生单元(13，14)具有相同的输出功率。
11.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的、用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量束(4)固化的粉末状建造材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)的流产生装置(9)，所述流产生装置(9)包括至少两个独立的流产生单元(13，14)，每个流产生单元被配置为产生在流经相应的设备的过程室(8)时能够夹带未固化的颗粒状建造材料、特别是在设备运行期间产生的烟雾或烟雾残留物的气态流体流。
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