CN109693375A - 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地选择性照射和固化由能借助能量束(4)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)，所述设备(1)包括：至少一个建造板(5)，所述建造板(5)在至少一个运动自由度上可移动地被支承；和/或至少一个建造材料施加元件(7，7a，7b)，尤其是涂覆元件，所述建造材料施加元件(7，7a，7b)可移动地被支承；至少一个光学器件(16)，所述光学器件(16)适配为光学地确定所述建造板(5)和/或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)相对于基准平面(RP)的取向和/或位置。

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借助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
用于添加式地制造三维物体——例如，技术结构件——的相应设备已广为人知，并且可以实施为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。
相应设备包括需要经历校准过程的多个功能装置。相应功能装置的示例为在至少一个运动自由度上可移动地被支承的建造板，和在至少一个运动自由度上可移动地被支承的建造材料施加元件，尤其是诸如涂覆刮板的涂覆元件。由此，建造板相对于建造材料施加元件的精确取向和/或位置对于要在设备运行期间被选择性地照射并由此选择性地固化的建造材料层的施加品质而言且因此对于整个添加式制造过程而言具有重要意义。建造板相对于建造材料施加元件的取向和/或位置分别需要进行精确的调节和确定以便确保满足要求的要在设备运行期间被选择性地照射并由此选择性地固化的建造材料层。
相应地调节和确定建造板相对于建造材料施加元件——例如，诸如涂覆刮板的涂覆元件——的取向和/或位置定期手动地执行并且因此是一个繁琐、耗时和低效的过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于添加式地制造三维物体的设备，其允许建造板相对于建造材料施加元件的取向和/或位置的改进的、尤其是更高效的调节和确定。
该目的通过根据权利要求1所述的用于添加式地制造三维物体的设备来实现。从属于权利要求1的权利要求涉及根据权利要求1的设备的可能的实施例。
本文所描述的设备为一种用于借助依次逐层地选择性照射和固化由可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——例如技术结构件——的设备。相应的建造材料可以为粉末状的建造材料；粉末状的建造材料可包括例如金属粉末、陶瓷粉末和聚合物粉末中的至少一者。相应的能量束可以为例如激光束或电子束。相应的设备可以为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。
该设备包括可在其运行期间操作的多个功能装置。每个功能装置可包括多个功能元件。
第一示例性功能装置为建造板，在设备运行期间该建造板上发生三维物体的实际添加式建造。建造板可限定在其中依次施加建造材料层——这些建造材料层在设备运行期间被依次选择性地照射和固化——的建造平面的空间扩展。
又一示例性功能装置为建造材料施加装置，例如涂覆装置，其适配为在设备的建造平面中依次施加要在设备运行期间被依次选择性地照射和固化的由建造材料构成的层，该建造材料施加装置包括至少一个建造材料施加元件。建造材料施加元件可被建造为或包括涂覆元件，例如涂覆刮板。因此，建造材料施加装置可被建造为涂覆装置，该涂覆装置至少包括被建造为涂覆元件(尤其是涂覆刮板)或包括涂覆元件(尤其是涂覆刮板)的第一建造材料施加元件，和被建造为涂覆元件(尤其是涂覆刮板)或包括涂覆元件(尤其是涂覆刮板)的第二建造材料施加元件。但是，可设想建造材料施加装置和相应的建造材料施加元件的其它实施例；照此，建造材料施加元件可被建造为或包括具有至少一个尤其类似于门的开口的建造材料容器，建造材料可经该开口离开容器以便在相应设备的建造平面中施加特定量的建造材料；所述至少一个开口可由至少一个封闭元件可控制地封闭。
另一功能装置是照射装置，该照射装置适配为使用至少一个能量束——例如电子束或激光束——依次选择性地照射和固化在建造平面中施加的相应的由建造材料构成的层，该照射装置包括适配为出射所述至少一个能量束的至少一个束产生元件。
建造板在至少一个运动自由度上可移动地被支承。建造板可沿平移轴线可移动地被支承。平移轴线可以竖直地取向。因此，建造板的(所述) 至少一个运动自由度可以是沿竖直地取向的平移轴线的平移运动。建造板的运动可以通过将建造板配置在承载装置的典型地为板状的承载元件上来实施。承载元件可借助至少一个驱动单元——例如线性驱动单元，特别是线性电机——在相应的运动自由度上运动，该驱动单元适配为产生分别作用在承载元件和建造板上以便使承载元件和建造板在相应的运动自由度上运动的驱动力。至少一个运动和/或位置确定装置——例如，运动和/或位置编码器——可以分别与承载元件和建造板相关联，以便定性和/或定量地分别确定承载元件和建造板的(当前)运动和/或位置。在设备包括多个建造板的情况下这同样适用于每个建造板。
同样，建造材料施加元件——例如涂覆元件或涂覆刮板——在至少一个运动自由度上可移动地被支承。建造材料施加元件尤其是在至少两个(不同)运动自由度上可移动地被支承。建造材料施加元件可以沿第一平移轴线和第二平移轴线可移动地被支承。第一平移轴线可以水平地取向。第二平移轴线可以竖直地取向。因此，建造材料施加元件的第一运动自由度可以是沿竖直地取向的第一平移轴线的平移运动，建造材料施加元件的第二运动自由度可以是沿水平地取向的第二平移轴线的平移运动。建造材料施加元件在两个不同平移轴线上的运动可以彼此独立。建造材料施加元件可借助至少一个驱动单元——例如线性驱动单元，特别是线性电机——在相应的运动自由度上运动，该驱动单元适配为产生作用在建造材料施加元件上以便使建造材料施加元件在相应的运动自由度上运动的驱动力。至少一个运动和/或位置确定装置——例如，运动和/或位置编码器——可以分别与建造材料施加元件相关联，以便定性和/或定量地确定建造材料施加元件的运动和/或位置。在设备包括多个建造材料施加元件的情况下，这同样适用于每个建造材料施加元件。
建造板的运动方向可以与建造材料施加元件的运动方向相反。因此，建造板可以沿其移动的至少一个运动轴线可以与建造材料施加元件可以沿其移动的至少一个运动轴线重合或平行。
该设备典型地包括体现为硬件和/或软件的控制装置，该控制装置适配为控制建造板和/或建造材料施加元件相对于彼此并且特别是相对于以下将更详细地说明的测量平面的运动。因此，控制装置典型地与相应的驱动单元相关联，所述驱动单元分别与建造板和建造材料施加元件相关联以便控制建造板和/或建造材料施加元件相对于彼此并且尤其是相对于测量平面的运动。
如上所述，建造板相对于建造材料施加元件的精确取向和/或位置(反之亦然)对于要在设备运行期间被选择性地照射和固化的建造材料层的施加品质而言以及由此对于整个添加式的制造过程而言具有重要意义。为了实现建造板相对于建造材料施加元件的取向和/或位置(反之亦然)的精确确定，该设备包括至少一个光学器件，该光学器件适配为分别光学地确定建造板和/或建造材料施加元件相对于基准平面的取向和/或位置。通过光学地检测或确定建造板和建造材料施加元件分别相对于基准平面——例如，设备的建造平面——的取向和/或位置，还可以分别精确地调节和确定建造板相对于建造材料施加元件的取向和/或位置(反之亦然)。
基准平面可以是水平面。照此，基准平面可以是例如设备的过程室的底壁、顶壁等的平面。特别地，该基准平面可以是或包括设备的建造平面。
光学器件尤其是适配为自动地——特别是全自动地——相应地确定建造板和/或建造材料施加元件相对于基准平面的取向和/或位置，从而不需要维修人员相应地手动调节和确定建造板相对于建造材料施加元件的取向和 /或位置。借助光学器件对建造板和/或建造材料施加元件相对于基准平面的取向和/或位置的相应检测或确定典型地在设备的校准模式下进行。设备的相应校准模式可以在设备的(后续)建造模式下发生的三维物体的实际添加式建造之前实施。在任意情形中，可以以非常有效的方式实现建造板相对于建造材料施加装置的取向和/或位置的调节和确定。
光学器件可以适配为出射至少一个测量束。因此，光学器件可以包括适配为出射至少一个测量束的至少一个测量束出射单元。测量束可至少部分地延伸穿过设备的过程室，由此限定测量平面。测量平面是测量束在其中延伸的平面。测量束可以是水平束，测量平面因此可以是水平面。因此，测量束和测量平面可分别平行于基准平面或建造平面延伸，并且因此分别与基准平面或建造平面具有规定的空间关系，即，尤其是规定的(竖直) 距离。测量束和测量平面典型地分别在建造平面的上方延伸并且因此相对于建造平面具有规定的(竖直)距离。
光学器件也可适配为出射至少两个(单独的)测量束。因此，光学器件可以包括适配为出射所述至少两个测量束的(单个)测量束出射单元，或可以包括各自适配为出射至少一个测量束的至少两个(单独的)测量束出射单元。所述至少两个(单独的)测量束出射单元可相对于彼此相对地布置。在任一情况下，所述至少两个测量束均可同时或不同时地出射。至少两个测量束中的每一个可至少部分地延伸穿过设备的过程室/所述过程室，由此限定测量平面/所述测量平面，所述测量平面是测量束在其中延伸的平面。测量束可以是平行束。测量束可以是(平行的)水平束，测量平面因此可以是水平面。因此，测量束和测量平面可分别平行于基准平面或建造平面延伸，并且因此分别相对于基准平面或建造平面具有规定的空间关系，即，尤其是规定的(竖直)距离。测量束和测量平面典型地分别在建造平面的上方延伸并且因此相对于建造平面具有规定的(竖直)距离。
如上所述，光学器件可包括适配为出射所述至少一个测量束或所述至少两个测量束的至少一个测量束出射单元。合适的光学元件——例如透镜——可以与测量束出射单元相关联以便出射具有期望束特性的测量束。
在已离开测量束出射单元的情况下，测量束可以由适配为接收从至少一个测量束出射单元出射的至少一个测量束的至少一个测量束接收单元接收，或由至少一个测量束反射单元朝向测量束出射单元回射(逆反射)。因此光学器件可包括适配为接收从至少一个测量束出射单元出射的至少一个测量束的至少一个测量束接收单元，或适配为将从至少一个测量束出射单元出射的至少一个测量束朝向测量束出射单元回射的至少一个测量束反射单元。
在第一种情况下，出射的测量束当在测量束出射单元与测量束接收单元之间不受干扰地行进(传播)时可由测量束接收单元接收。测量束接收单元可包括可以用以接收测量束的至少一个测量束接收元件，例如光学传感器元件，特别是二极管元件。测量束接收单元典型地与测量束出射单元 (直接)相对地布置。测量束出射单元与测量束接收单元之间的距离典型地是已知的。此外，测量束在测量束出射单元与测量束接收单元之间(不受干扰地)行进的时间间隔典型地是已知的。只要测量束在测量束出射单元与测量束接收单元之间不受干扰地行进，测量束接收单元就可以接收测量束。只要有物体在测量平面中移动，测量束接收单元对测量束的接收就被中断。因此，测量束接收单元对测量束的接收的中断表示物体——例如建造板或建造材料施加元件——在测量平面中移动。这同样适用于光学器件适配为以类似方式出射至少两个(单独的)测量束的实施例。
在第二种情况下，反射的测量束行进的距离是从它离开测量束出射单元的点到它朝向测量束出射单元回射的点之间的距离的两倍。测量束的回射可在相应的测量束反射单元处发生。测量束反射单元可包括测量束可在其中朝向测量束出射单元回射的至少一个测量束反射元件，例如反射镜元件。测量束反射单元典型地与测量束出射单元(直接)相对地布置。测量束出射单元与测量束反射单元之间的距离典型地是已知的。此外，测量束在测量束出射单元与测量束反射单元之间(不受干扰地)行进的时间间隔以及反射的测量束在测量束反射单元与测量束出射单元之间(不受干扰地) 行进的时间间隔分别典型地是已知的。测量束在测量束出射单元与测量束反射单元之间(不受干扰地)行进的时间间隔和反射的测量束在测量束反射单元与测量束出射单元之间行进的时间间隔可以分别作为基准时间间隔被存储。这同样适用于光学器件适配为以类似方式出射至少两个(单独的) 测量束的实施例。
在任意情形中，相应的测量束可以是例如激光束。因此，相应的测量束出射单元可以被建造为激光出射单元或可包括至少一个激光出射单元。
如上所述，测量平面可以平行于基准平面或建造平面，并且因此可以相对于基准平面或建造平面具有平行布置结构。但是，一般也可以的是，测量平面可以与基准平面或建造平面成角度或倾斜，并且因此可以相对于基准平面或建造平面具有成角度的或倾斜的布置结构。
光学器件可包括至少一个测量束检测单元，其适配为检测所接收的测量束——即，由测量束接收单元接收的测量束，或反射的测量束——即，朝向测量束出射单元回射的测量束。测量束检测单元可以被建造为或包括适配为检测(反射的)测量束的至少一个测量束检测元件(例如，如结合测量束接收单元所描述的)，例如光学传感器，特别是传感器二极管。测量束检测单元可以用于确定测量束在测量束出射单元与测量束反射单元之间(不受干扰地)行进的时间间隔和反射的测量束在测量束反射单元与测量束出射单元之间(不受干扰地)行进的时间间隔，并且因此用于确定相应的基准时间间隔。测量束检测单元可由测量束接收单元提供——即，测量束接收单元和测量束检测单元可形成至少用于接收测量束和检测所接收的测量束的一体式功能单元，或可由测量束出射单元提供——即，测量束出射单元和测量束检测单元可形成至少用于出射测量束和检测反射的测量束的一体式功能单元。
光学器件还可包括至少一个测量束行进时间确定单元，其适配为确定测量束在它被测量束出射单元出射的时间点与(反射的)测量束被测量束检测单元检测到的时间点之间所行进的时间间隔。测量束行进时间确定单元可由测量束接收单元提供，即，测量束接收单元和测量束行进时间确定单元可形成至少用于出射测量束和确定测量束在它被测量束出射单元出射的时间点与(所接收的)测量束被测量束检测单元检测到的时间点之间所行进的时间间隔的一体式功能单元，或可由测量束出射单元提供，即，测量束出射单元和测量束行进时间确定单元可形成至少用于出射测量束和确定测量束在它被测量束出射单元出射的时间点与(反射的)测量束被反射测量束检测单元检测到的时间点之间所行进的时间间隔的一体式功能单元。
基于测量束行进时间确定单元的确定结果，即，尤其是基于所确定的时间间隔与相应的基准时间间隔的比较，光学器件可判定测量束在测量束反射单元处或在测量束可在该处被反射的另一物体处是否被反射。测量束可在该处被反射的另一物体可以是被移动到测量平面中的建造板或建造材料施加元件；即，当建造板或建造材料施加元件被移动到测量平面时，测量束可以在建造板或建造材料施加元件处被反射，特别是在建造板或建造材料施加元件的(外)边缘处被反射。典型地，对于测量束在另一物体处——即，尤其是在建造板或建造材料施加元件处——被反射的情况的时间间隔比对于测量束被测量束反射单元反射的情况的时间间隔要低，从而使得在物体被移动到测量平面时可以精确地检测测量束。
因此，测量束检测单元的结果——尤其是测量束行进时间确定单元的结果——允许检测建造板和/或建造材料施加元件向测量平面的运动，该检测分别用于调节和确定建造板相对于建造材料施加元件的取向和/或位置 (反之亦然)。建造板或建造材料施加元件向测量平面的运动的检测可触发借助与建造板或建造材料施加元件相关联的相应的运动和/或位置确定装置——例如，运动和/或位置编码器——对建造板和建造材料施加元件的位置的检测，从而使得可以确定建造板或建造材料施加元件在建造板或建造材料施加元件被移动到测量平面时的精确位置。所确定的建造板或建造材料施加元件在建造板或建造材料施加元件被移动到测量平面中时的位置可以(临时)存储在数据存储装置中，并且用于调节和确定建造板相对于建造材料施加元件的取向和/或位置(反之亦然)，即，用于建造板或建造材料施加元件的校准目的。
以上提到，该设备典型地包括适配为控制建造板和/或建造材料施加元件尤其是相对于测量平面的运动的控制装置。该控制装置可以适配为实施用于特别是自动地校准建造板和/或建造材料施加元件的基准位置——特别是零位置——的校准模式，其中该校准模式包括执行建造板和/或建造材料施加元件相对于测量平面的特定次序的运动，其中建造板和/或建造材料施加元件的基准位置被确定为建造板或建造材料施加元件的这样一个位置：建造板或建造材料施加元件——尤其是相对于初始位置——被移动到测量平面中的该位置，从而使得测量束可在例如建造板或建造材料施加元件处被反射。相应的校准模式可分别实施建造板和建造材料施加元件的以下示例性次序的运动：
从规定的初始位置——例如，测量平面下方的位置——开始，建造板可朝向测量平面移动。一旦检测到建造板被移动到测量平面——该检测可基于测量束接收单元对测量束的接收的中断的检测或基于测量束在建造板处的反射的检测来确定，便可确定建造板——尤其是相对于初始位置——的位置。该确定的位置可以被定义为建造板的基准位置，特别是零位置，并且被存储在数据存储单元中。如果提供两个或更多个测量束，则该过程可分别利用每个测量束执行。
接下来，同样从规定的初始位置——例如，测量平面上方的位置——开始，建造材料施加元件可朝向测量平面移动。一旦检测出建造材料施加元件被移动到测量平面——该检测可基于测量束接收单元对测量束的接收的中断的检测或基于测量束在建造材料施加元件处的反射的检测来确定，便可确定建造材料施加元件——尤其是相对于初始位置——的位置。该确定的位置可以被定义为建造材料施加元件的基准位置，特别是零位置，并且被存储在数据存储单元中。如果提供两个或更多个建造材料施加元件，则该过程可单独地利用各个测量束执行。如果提供两个或更多个测量束，则该过程可单独地利用各个测量束执行。
当然，建造板和建造材料施加元件的运动次序可以以任意方式变更。
本发明还涉及一种用于添加式地制造三维物体的设备——尤其是如上所述的设备——的光学器件。该光学器件适配为光学地检测建造板和/或建造材料施加元件相对于基准平面的取向和/或位置。
与设备有关的所有阐述以类似方式适用于该光学器件。
此外，本发明涉及一种用于光学地确定用于添加式地制造三维物体的设备的至少一个建造板和/或至少一个建造材料施加元件的基准位置——特别是零位置——的方法，所述建造板在至少一个运动自由度上可移动地被支承，所述建造材料施加元件在至少一个运动自由度上可移动地被支承。由此，如上所述的光学器件用于执行该方法。该方法也可被视为用于校准建造板和/或建造材料施加元件的位置的方法。
该方法可包括执行建造板和/或建造材料施加元件相对于测量平面的特定次序的运动，其中将建造板和/或建造材料施加元件的基准位置确定/ 定义为建造板或建造材料施加元件的这样一个位置：即，建造板或建造材料施加元件——尤其是相对于初始位置——被移动到测量平面中的该位置，从而使得测量束可在例如建造板或建造材料施加元件处被反射。
与设备有关的所有阐述也以类似方式适用于该方法。
附图说明
参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：
图1示出根据一个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；以及
图2-9各自示出根据一个示例性实施例的设备的光学器件在设备的校准模式的不同阶段期间的放大视图。
具体实施方式
图1示出根据一个示例性实施例的用于借助依次逐层地选择性照射和随后固化由能借助至少一个能量束4固化的粉末状的建造材料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。设备1可以为例如选择性激光熔化设备。
设备1包括可在其运行期间操作的多个功能装置。每个功能装置可包括多个功能单元。功能装置和设备1的操作分别由中央控制装置(未示出) 控制。
第一示例性功能装置为建造板5，在设备1运行期间该建造板上发生三维物体2的实际添加式建造。建造板5可限定建造平面BP的空间扩展，在该空间扩展中依次施加建造材料层，这些建造材料层在设备1运行期间被依次选择性地照射和固化。又一示例性功能装置为建造材料施加装置，即，涂覆装置6，其适配为在建造平面BP中依次施加要在设备1运行期间被依次选择性地照射和固化的由建造材料3构成的层，例如，建造材料施加装置6包括建造材料施加元件7、7a、7b，尤其是诸如涂覆刮板的涂覆元件。另一功能装置为适配为使用至少一个能量束4依次选择性地照射和固化在建造平面BP中施加的相应的由建造材料3构成的层的照射装置8，该照射装置8包括适配为出射至少一个能量束4的至少一个束产生单元(未明确地示出)。
建造板5在至少一个运动自由度上可移动地被支承。根据图中给出的示例性实施例，建造板5沿竖直地取向的平移轴线(由双箭头P1表示) 可移动地被支承。根据图中给出的示例性实施例，建造板5的运动通过将建造板5配置在承载装置10的典型地为板状的承载元件9上来实施。承载元件9可借助驱动单元11——例如线性驱动单元，特别是线性电机——在相应的运动自由度上运动，该驱动单元11适配为产生分别作用在承载元件 9和建造板5上以便使承载元件9和建造板5在相应的运动自由度上运动的驱动力。运动和/或位置确定装置12——例如，运动和/或位置编码器——分别与承载元件9和建造板5相关联，以便定性和/或定量地分别确定承载元件9和建造板5的(当前)运动和/或位置。
建造材料施加元件7、7a、7b在至少两个运动自由度上可移动地被支承。根据图中给出的示例性实施例，建造材料施加元件7、7a、7b沿水平地取向的第一平移轴线(由双箭头P2表示)和竖直地取向的第二平移轴线(由双箭头P3表示)可移动地被支承。建造材料施加元件7、7a、7b 在两个不同平移轴线上的运动可以彼此独立。建造材料施加元件7、7a、7b可借助驱动单元13——例如线性驱动单元，特别是线性电机——在相应的运动自由度上运动，该驱动单元适配为产生作用在建造材料施加元件7、 7a、7b上以便使建造材料施加元件7、7a、7b在相应的运动自由度上运动的驱动力。运动和/或位置确定装置14——例如，运动和/或位置编码器——可以与建造材料施加元件7、7a、7b相关联，以便定性和/或定量地确定建造材料施加元件7、7a、7b的运动和/或位置。在设备1包括多个建造材料施加元件7、7a、7b的示例性情况(参见图2-9)下，这同样适用于每个建造材料施加元件7a、7b。
如例如从图1可辨识的，建造板5的运动方向可以与建造材料施加元件7、7a、7b的运动方向相反；这尤其是适用于建造板5竖直向上移动而建造材料施加元件7、7a、7b竖直向下移动的情况。
该设备1包括呈现为硬件和/或软件的控制装置15，该控制装置15适配为控制建造板5和/或建造材料施加元件7、7a、7b相对于彼此以及特别是相对于测量平面MP的运动。因此，控制装置15与相应的驱动单元11、 13相关联，所述驱动单元11、13分别与建造板5和建造材料施加元件7、 7a、7b相关联以便控制建造板5和/或建造材料施加元件7、7a、7b相对于彼此以及尤其是相对于测量平面MP的运动。
建造板5相对于建造材料施加元件7、7a、7b的精确取向和/或位置(反之亦然)对于要在设备1运行期间被选择性地照射和固化的建造材料层的施加品质而言，以及由此对于整个添加式的制造过程而言具有重要意义。为了实现建造板5相对于建造材料施加元件7、7a、7b的取向和/或位置(反之亦然)的精确确定，设备1包括光学器件16，该光学器件16适配为分别光学地确定建造板5和/或建造材料施加元件7、7a、7b相对于基准平面 RP的取向和/或位置。通过光学地检测或确定建造板5和建造材料施加元件7、7a、7b分别相对于基准平面RP的取向和/或位置，也可以分别精确地调节和确定建造板5相对于建造材料施加元件7、7a、7b的取向和/或位置(反之亦然)。
如从图中显而易见的，基准平面RP可以是水平面。照此，基准平面RP可以是例如设备1的过程室17的底壁、顶壁等的平面，过程室17的底壁被清楚地提供附图标记17a。如图1所示，基准平面BP也可以是或包括建造平面BP。
光学器件16适配为自动地——特别是全自动地——检测或确定建造板5和/或建造材料施加元件7、7a、7b相对于基准平面RP的取向和/或位置，从而不需要维修人员分别手动调节和确定建造板5相对于建造材料施加元件7、7a、7b的取向和/或位置。借助光学器件16对建造板5和/或建造材料施加元件7、7a、7b相对于基准平面RP的取向和/或位置的检测或确定可以在设备1的校准模式下进行，该校准模式可以在设备1的(后续) 建造模式下发生的三维物体2的实际添加式建造之前实施。
图2-9各自示出根据一个示例性实施例的设备1的光学器件16在设备 1的校准模式的不同阶段期间的放大视图。其中，图2-3——图2是透视图，图3是对应的侧视图——示出设备1的校准模式的第一示例性阶段，图4、 5——图4是透视图，图5是对应的侧视图——示出设备1的校准模式的第二示例性阶段，图6、7——图6是透视图，图7是对应的侧视图——示出设备1的校准模式的第三示例性阶段；以及图8、9——图8是透视图，图 9是对应的侧视图——示出设备1的校准模式的第三示例性阶段。
光学器件16可以适配为出射至少一个测量束18。因此，光学器件16 包括适配为出射至少一个测量束18的至少一个测量束出射单元19。如从图1可识别的，测量束18延伸穿过过程室17，由此限定测量平面MP。测量平面MP是测量束18在其中延伸的平面。
如从图2-9可识别的，光学器件16也可适配为出射至少两个单独的测量束18a、18b。因此，光学器件16可以包括适配为出射所述至少两个测量束18a、18b的(单个)测量束出射单元19(参见图2-9)，或可以包括各自适配为出射至少一个测量束18a、18b的至少两个(单独的)测量束出射单元19(未示出)。在任一情况下，所述至少两个测量束18a、18b可同时或不同时地出射。如从图2-9可识别的，至少两个测量束18a、18b中的每一个延伸穿过设备1的过程室17，由此限定测量平面MP。测量平面MP是测量束18a、18b在其中延伸的平面。
根据图中给出的示例性实施例，每个测量束18是水平束，因此，测量平面MP是水平面。因此，测量束18、18a、18b和测量平面MP分别平行于基准平面RP或建造平面BP延伸，并且因此与基准平面RP或建造 BP具有规定的空间关系，即，尤其是规定的(竖直)距离。根据图中给出的示例性实施例，测量束18、18a、18b和测量平面MP分别在建造平面 BP的上方延伸，并且因此相对于建造平面BP具有规定的(竖直)距离d。
即使图中未示出，通常也可以的是：测量平面MP可以相对于基准平面RP或建造平面BP成角度或倾斜，并且因此可以相对于基准平面RP或建造平面BP具有成角度的或倾斜的布置结构。
如从图中可识别的，在已离开测量束出射单元19的情况下，测量束 18、18a、18b可以朝向测量束出射单元19回射(如由双箭头P4所示)。因此，反射的测量束18行进的距离是从它离开测量束出射单元19的点到它朝向测量束出射单元19回射的点之间的距离的两倍。测量束18的回射在光学器件16的测量束反射单元20处发生。因此，光学器件16包括测量束反射单元20。测量束反射单元20包括至少一个测量束反射元件(未示出)，例如反射镜元件，测量束18可以在此处朝向测量束出射单元19回射。如从图中可识别的，测量束反射单元20布置成与测量束出射单元19 (直接)相对。测量束出射单元19与测量束反射单元20之间的距离是已知的。同样，测量束18在测量束出射单元19与测量束反射单元20之间(不受干扰地)行进的时间间隔以及反射的测量束18在测量束反射单元20与测量束出射单元19之间(不受干扰地)行进的时间间隔分别是已知的。测量束18在测量束出射单元19与测量束反射单元20之间(不受干扰地)行进的时间间隔和反射的测量束18在测量束反射单元20与测量束出射单元 19之间(不受干扰地)行进的时间间隔可以作为基准时间间隔存储在数据存储单元(未示出)中。这同样适用于图2-9的实施例，在所述实施例中光学器件16适配为以类似方式出射至少两个(单独的)测量束18a、18b。
作为对测量束反射单元20的替代或附加，光学器件16也可以包括测量束接收单元，其适配为接收从至少一个测量束出射单元19出射的至少一个测量束18、18a、18b。因此，出射的测量束18、18a、18b当在测量束出射单元19与测量束接收单元之间不受干扰地行进时可由测量束接收单元接收。测量束接收单元可包括可用于接收测量束18、18a、18b的至少一个测量束接收元件，例如光学传感器元件，特别是二极管元件。测量束接收单元可以与测量束出射单元19(直接)相对地布置/对置。测量束出射单元19与测量束接收单元之间的距离典型地是已知的。此外，测量束18、 18a、18b在测量束出射单元19与测量束接收单元之间(不受干扰地)行进的时间间隔典型地是已知的。只要测量束在测量束出射单元19与测量束接收单元之间不受干扰地行进，测量束接收单元就可以接收测量束18、 18a、18b。只要有物体在测量平面MP中移动(参见例如图4、5或图6、 7或图8、9)，测量束接收单元对测量束18、18a、18b的接收就被中断。因此，测量束接收单元对测量束18、18a、18b的接收的中断表示有物体——例如建造板5或建造材料施加元件7a、7b——在测量平面MP中移动。
在任意情形中，相应的测量束18、18a、18b可以是例如激光束。因此，相应的测量束出射单元19可以被建造为激光出射单元或可包括至少一个激光出射单元。
光学器件16还包括测量束检测单元21，其适配为检测接收的测量束 18、18a、18b——即，由测量束接收单元接收的测量束18、18a、18b，或反射的测量束18、18a、18b——即，朝向测量束出射单元19回射的测量束18、18a、18b。测量束检测单元21可以被建造为或包括适配为检测反射的测量束18的至少一个测量束检测传感器元件，例如光学传感器，特别是传感器二极管。测量束检测单元21可以用于确定测量束18在测量束出射单元19与测量束反射单元20之间(不受干扰地)行进的时间间隔和反射的测量束18在测量束反射单元20与测量束出射单元之间19(不受干扰地)行进的时间间隔，并且因此用于确定相应的基准时间间隔。如从图中可识别的，测量束检测单元21可由测量束出射单元19提供，即，它们可形成用于出射测量束18和检测反射的测量束18的一体式功能单元。然而，测量束检测单元19也可由相应的测量束接收单元提供，即，测量束接收单元和测量束检测单元19可形成至少用于接收测量束18、18a、18b和检测所接收的测量束18、18a、18b的一体式功能单元。
光学器件16还可包括测量束行进时间确定单元22，其适配为确定测量束18在所述测量束18被测量束出射单元19出射的时间点与(反射的) 测量束18被测量束检测单元21检测到的时间点之间所行进的时间间隔。如从图中可识别的，测量束行进时间确定单元22可由测量束出射单元19 提供，即，它们可形成用于出射测量束18和确定测量束18在所述测量束 18被测量束出射单元19出射的时间点与(反射的)测量束18被测量束检测单元21检测到的时间点之间所行进的时间间隔的一体式功能单元。然而，测量束行进时间确定单元22也可由相应的测量束接收单元提供，即，它们可形成至少用于出射测量束18、18a、18b和确定测量束18、18a、18b 在所述测量束18、18a、18b被测量束出射单元19出射的时间点与(接收的)测量束18、18a、18b被测量束检测单元检测到的时间点之间所行进的时间间隔的一体式功能单元。
基于测量束行进时间确定单元22的确定结果，即，尤其是基于所确定的时间间隔与相应的基准时间间隔的比较，光学器件16可判定测量束18 是否在测量束反射单元20处，或在测量束18可以在该处被反射的另一物体处被反射。测量束18可以在该处被反射的另一物体可以是被移动到测量平面MP中的建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b；即，当建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b被移动到测量平面MP中时，测量束18 可以在建造板5(参见图4、5)或建造材料施加元件7、7a、7b(参见图 6-9)处被反射，特别是在建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b的(外) 边缘处被反射。典型地，对于测量束18在另一物体处——即，尤其是在建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b处——被反射的情况的时间间隔比对于测量束18由测量束反射单元20反射的情况的时间间隔要低，从而使得在物体——即，尤其是建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b——被移动到测量平面MP中时可以精确地检测测量束18。
因此，测量束检测单元21的结果——尤其是测量束行进时间确定单元 22的结果——允许检测建造板5和/或建造材料施加元件7、7a、7b向测量平面MP中的运动，该检测分别用于调节和确定建造板5相对于建造材料施加元件7、7a、7b的取向和/或位置(反之亦然)。在校准模式下，建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b向测量平面MP中的运动的检测触发借助与建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b相关联的相应的运动和/ 或位置确定装置12、14——例如，运动和/或位置编码器——对建造板5 和建造材料施加元件7、7a、7b的位置的检测，使得可以确定在建造板5 或建造材料施加元件7、7a、7b被移动到测量平面MP中时的建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b的精确位置(参见图4、6，图6-9)。所确定的在建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b被移动到测量平面MP中时的建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b的位置可以(临时)存储在数据存储装置中，并且用于调节和确定建造板5相对于建造材料施加元件 7、7a、7b的取向和/或位置(反之亦然)，即，用于建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b的校准目的。
如将结合图2-9的示例性实施例示范性地说明的，控制装置15可以适配为实施用于自动地校准建造板5和/或建造材料施加元件7、7a、7b的基准位置——特别是零位置——的校准模式。这同样适用于图1的示例性实施例，即，仅一个建造材料施加元件7、7a、7b的情况。校准模式包括执行建造板5和/或建造材料施加元件7a、7b相对于测量平面MP的特定次序的运动，其中建造板5和/或建造材料施加元件7a、7b的基准位置被确定为建造板5或建造材料施加元件7a、7b的这样一个位置：在该位置建造板5或建造材料施加元件7a、7b——尤其是相对于初始位置——被移动到测量平面MP，从而使得测量束18a、18b可在例如建造板5或建造材料施加元件7a、7b处被反射(参见示出测量束18a、18b在被移动到测量平面 MP中的建造板5处被反射的示例性情况的图4、5；示出测量束18a、18b 在被移动到测量平面MP中的左侧建造材料施加元件7a处被反射的示例性情况的图6、7；以及示出测量束18a、18b在被移动到测量平面MP中的右侧建造材料施加元件7b处被反射的示例性情况)。
相应的校准模式可分别实施建造板5和建造材料施加元件7、7a、7b 的以下示例性次序的运动：
从图2、3中给出的规定的初始位置——例如，测量平面MP下方的位置——开始，建造板5可朝向测量平面MP移动。一旦检测出建造板5被移动到测量平面(参见图4、5)——该检测可基于例如检测到的测量束18a、 18b中的至少一个在建造板5处的反射(同样，检测到测量束接收单元对测量束18、18a、18b的接收的中断可以是触发条件)，便可确定建造板5——尤其是相对于初始位置——的位置。该确定的位置可以定义为建造板5的基准位置，特别是零位置，并且存储在数据存储单元中。如果如图2-9的示例性实施例中的情况那样提供两个或更多个测量束18a、18b，则该过程可分别使用各自的测量束18a、18b执行。
接下来，同样从图4、5中给出规定的初始位置——即测量平面MP 上方的位置——开始，第一建造材料施加元件7a——例如，图2-9中的左侧建造材料施加元件7a——可朝向测量平面MP移动。一旦检测出建造材料施加元件7a被移动到测量平面MP(参见图6、7)——该检测可基于例如检测到的测量束18在建造材料施加元件7a处的反射(同样，检测到测量束接收单元对测量束18、18a、18b的接收的中断可以是触发条件)，便可确定建造材料施加元件7a——尤其是相对于初始位置——的位置。该确定的位置可以确定为建造材料施加元件7a的基准位置，特别是零位置，并且存储在数据存储单元中。如果如图2-9的示例性实施例中的情况那样提供两个或更多个测量束18a、18b，则该过程可分别使用各自的测量束18a、 18b执行。
接下来，同样从图4、5中给出的规定初始为——即测量平面MP上方的位置——开始，第二建造材料施加元件7b——例如图2-9中的右侧建造材料施加元件7b——可朝向测量平面MP移动。一旦检测出建造施加元件 7b被移动到测量平面MP(参见图8、9)——该检测可基于例如检测到的测量束18在建造材料施加元件7b处的反射(同样，检测到测量束接收单元对测量束18、18a、18b的接收的中断可以是触发条件)，便可确定建造材料施加元件7b——尤其是相对于初始位置——的位置。该确定的位置可以定义为建造材料施加元件7b的基准位置，特别是零位置，并且存储在数据存储单元中。如果如图2-9的示例性实施例中的情况那样提供两个或更多个测量束18a、18b，则该过程可分别使用各自的测量束18a、18b执行。
当然，建造板5和建造材料施加元件7a、7b的运动次序可以以任意方式变更。
图2-9还示出可选的导向装置23，其包括适配为在以相应的运动自由度运动的同时引导建造材料施加元件7a、7b的多个导向元件23a、23b，例如导轨。
如从图中给出的示例性实施例显而易见的，可以实施用于光学地确定用于添加式地制造三维物体2的设备1的至少一个建造板5和/或至少一个建造材料施加元件7、7a、7b的位置——特别是零位置——的方法，该建造板5在至少一个运动自由度上可移动地被支承，所述建造材料施加元件7、7a、7b在至少一个运动自由度上可移动地被支承。该方法也可被视为用于校准建造板5和/或建造材料施加元件7、7a、7b的位置的方法。
该方法可包括执行建造板5和/或建造材料施加元件7、7a、7b相对于测量平面MP的特定次序的运动，其中将建造板5和/或建造材料施加元件 7、7a、7b的基准位置确定/定义为建造板5或建造材料施加元件7、7a、 7b的这样一个位置：建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b——尤其是相对于初始位置——被移动到测量平面MP中的该位置，从而使得测量束18、18a、18b可在建造板5或建造材料施加元件7、7a、7b处被反射。

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(4)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)，所述设备(1)包括：
-至少一个建造板(5)，所述建造板(5)在至少一个运动自由度上可移动地被支承；和/或
-至少一个建造材料施加元件(7，7a，7b)，尤其是涂覆元件，所述建造材料施加元件(7，7a，7b)可移动地被支承；
-至少一个光学器件(16)，所述光学器件(16)适配为光学地确定所述建造板(5)和/或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)相对于基准平面(RP)的取向和/或位置。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学器件(16)适配为出射至少一个测量束(18，18a，18b)，所述至少一个测量束(18，18a，18b)至少部分地延伸穿过所述设备(1)的过程室(17)，由此限定测量平面(MP)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述光学器件(16)包括适配为出射所述至少一个测量束(18，18a，18b)的至少一个测量束出射单元(19)。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述光学器件(16)适配为出射至少两个测量束(18，18a，18b)，所述至少两个测量束(18，18a，18b)至少部分地延伸穿过所述设备(1)的过程室(17)，由此限定测量平面(MP)。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述光学器件(16)包括适配为出射所述至少两个测量束(18，18a，18b)的至少一个测量束出射单元(19)或各自适配为出射至少一个测量束(18，18a，18b)的至少两个测量束出射单元(19)。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的设备，其中，所述测量平面(MP)相对于所述设备(1)的建造平面(BP)具有成角度或平行的布置。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的设备，其中，所述测量平面(MP)相对于所述基准平面或至少又一个基准平面(RP)——特别是所述设备(1)的建造平面(BP)——具有规定的距离(d)。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的设备，其中，所述光学器件(16)包括适配为接收从至少一个测量束出射单元(19)出射的至少一个测量束(18，18a，18b)的至少一个测量束接收单元(20)，或所述光学器件(16)包括适配为将从至少一个测量束出射单元(19)出射的至少一个测量束(18，18a，18b)朝向所述测量束出射单元(19)回射的至少一个测量束反射单元(20)。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的设备，其中，所述光学器件(16)包括测量束检测单元(21)，所述测量束检测单元(21)适配为检测由测量束接收单元(20)接收的测量束(18，18a，18b)和/或适配为检测朝向测量束出射单元(19)回射的测量束(18，18a，18b)。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的设备，其中，所述光学器件(16)包括至少一个测量束行程时间确定单元(22)，所述至少一个测量束行程时间确定单元(22)适配为确定测量束(18，18a，18b)在所述测量束(18，18a，18b)被测量束出射单元(19)出射的时间点与所述测量束(18，18a，18b)被测量束检测单元(21)检测到的时间点之间所行进的时间间隔。
11.根据权利要求2-10中任一项所述的设备，还包括控制装置(15)，所述控制装置(15)适配为控制所述建造板(5)和/或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)相对于所述测量平面(MP)的运动。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制装置(15)适配为实施用于特别是自动地确定所述建造板(5)和/或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)的基准位置——特别是零位置——的校准模式，其中所述校准模式包括所述建造板(5)和/或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)相对于所述测量平面(MP)的特定次序的运动，其中所述建造板(5)和/或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)的基准位置被确定为所述建造板(5)或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)的这样一个位置：所述建造板(5)或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)——尤其是相对于初始位置——被移动到所述测量平面(MP)中的该位置，从而使得测量束(18，18a，18b)能在所述建造板(5)或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)处被反射。
13.一种用于添加式地制造三维物体(2)的设备(1)的光学器件(16)，所述光学器件(16)适配为光学地检测建造板(5)和/或建造材料施加元件(7，7a，7b)相对于基准平面(RP)的取向和/或位置。
14.一种用于借助根据权利要求13所述的光学器件(16)光学地确定用于添加式地制造三维物体(2)的设备(1)的至少一个建造板(5)和/或至少一个建造材料施加元件(7，7a，7b)的基准位置——特别是零位置——的方法，所述建造板(5)在至少一个运动自由度上可移动地被支承，所述建造材料施加元件(7，7a，7b)在至少一个运动自由度上可移动地被支承。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，执行所述建造板(5)和/或建造材料施加元件(7，7a，7b)相对于测量平面(MP)的特定次序的运动，其中将所述建造板(5)和/或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)的基准位置确定为所述建造板(5)或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)的这样一个位置：即，所述建造板(5)或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)——尤其是相对于初始位置——被移动到所述测量平面(MP)中的该位置，从而使得测量束(18，18a，18b)能在例如所述建造板(5)或所述建造材料施加元件(7，7a，7b)处被反射。
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