CN109834927A - 用于操作至少一个用于制造三维物体的设备的方法 - Google Patents

用于操作至少一个用于制造三维物体的设备的方法 Download PDF

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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(6)固化的建造材料(5)构成的层来添加式地制造三维物体(2‑4)的设备(1)和用于操作至少一个设备的方法，其中，与或能与至少一个设备(1)连接的通信界面(10)适于接收与至少一个要建造的物体(2‑4)有关的来自至少一个第一用户(12‑14)的包括物体数据的至少一个第一数据集(15‑17)和来自至少一个第二用户(12‑14)的包括物体数据的至少一个第二数据集(15‑17)，其中根据至少两个用户(12‑14)的数据集(15‑17)来控制至少两个物体(2‑4)的制造过程。

Description

用于操作至少一个用于制造三维物体的设备的方法
技术领域
本发明涉及用于操作通过依次逐层地选择性地照射和固化可借助能量束固化的建造材料层来添加式地制造三维物体的至少一个设备的方法。
背景技术
添加式制造(增材制造)设备和用于操作其的方法在现有技术中是众所周知的。所述添加式制造过程特别是有利于原型的制造，其中单个的物体或数量少的三维物体的制造可能是昂贵的。如果设备用于仅制造单个的物体或少量物体，则整个建造平面——即能量束适于直接在其上照射建造材料的过程室内部的建造材料的平面——可能仅以较小的程度被占据。
特别地，对于用户而言，例如对于仅仅希望制造单个的物体——例如原型(或少量原型)——的消费者而言，因此可能负担不起添加式制造过程，因为单个的用户将必须承担全部成本，其中大量建造材料被浪费或必须回收，因为建造单个的物体或少量物体可能无法对可用的建造平面进行有效利用。
发明内容
因而，本发明的一个目的在于提供一种用于操作至少一个用于添加式地制造三维物体的设备的方法，其中降低了用户的成本。
通过根据权利要求1所述的方法来创造性地实现该目的。本发明的有利实施例记载于从属权利要求。
本文所描述的方法为一种用于操作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的建造材料(“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——的设备的方法。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。
相应的设备可包括在其运行期间使用的多个功能单元。示例性的功能单元为：过程室；照射装置，其适于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；和流产生装置，其适于产生具有给定的流动特性——例如给定的流动轮廓、流速等——的至少部分地流经过程室的气态流体流。所述气态流体流在流经过程室的同时能够携带未固化的建造材料，尤其是在设备运行期间产生的烟雾或烟雾残留物。所述气态流体流典型为惰性的，也就是典型为惰性气体例如氩气、氮气、二氧化碳等的流。
本发明基于以下思想：与或能与所述至少一个设备连接的通信界面适于接收与至少一个要建造的物体有关的来自至少一个第一用户的包括物体数据的至少一个第一数据集和来自至少一个第二(另一)用户的包括物体数据的至少一个第二数据集，其中根据至少两个用户的数据集来控制至少两个物体的制造过程。
因此，至少两个用户可将包括物体数据的数据集(第一和第二数据集)经由通信界面传输、特别是发送到所述至少一个设备。物体数据包括与单个的用户打算建造的(通常不同的)物体有关的信息，如以下将关于具体实施方式详细描述的。通信界面提供了用于将数据集传输至设备的相应手段。因此，通信截面可被建造为或包括任意——特别是有线或无线的——连接，例如互联网连接。例如，用户可访问由通信界面提供的互联网平台，可经由该互联网平台传输数据集，例如由用户上传和下载至设备。
换而言之，第一用户和至少一个第二用户两者将包括与至少一个要建造的三维物体有关的物体数据的至少一个数据集传输至用于制造三维物体的设备。根据已传输至设备的数据集来控制在设备上执行的制造过程。因而，所描述的方法允许至少两个用户使用同一设备来制造单独的物体。因此，所述至少两个用户可“共享”设备——特别是所述至少一个设备的同一建造平面——来制造他们的物体。因此，该方法允许至少两个用户各自在同一制造过程中在同一设备上——特别是在同一建造平面上——建造至少一个物体。
因此，通过仅制造各自仅以很小的程度占据可供使用的建造平面的单独的物体，例如原型或少数三维物体，用户不必承担整个制造过程的成本，而是可以将全部成本细分，各个用户可以以适合的比例——例如与用于制造相应物体的建造平面的面积成正比——承担成本。因而，通过在用于制造三维物体的设备上执行本发明的方法，各个用户变成负担得起单独的物体和少数物体的制造。可例如根据要建造的三维物体所需的数量和/或面积来细分在设备的过程室中可供使用的整个建造平面。最佳地，建造平面的占用率尽可能高，以使得成本效益比变成对各个用户有利。
通信界面一般可直接或间接连接至所述至少一个设备。因而，可经由通信界面——例如经由直接连线式或无线连接——直接接收相应的数据集。也可以将相应数据集从通信界面例如经由直接连接(例如数据集的自动传送)、即根据至少一个传送标准或间接连接(特别是经由诸如U盘的便携式数据存储装置)“手动”传送至设备。当然，直接和间接连接的组合也是可以的。例如，设备运营商可从通信界面特别是经由有线或无线连接选择要传送至少一个数据集。
根据该方法的第一实施例，至少一个数据集——特别是物体数据——包括以下参数中的至少一个：
-至少一个要建造的物体的三维数据；
-要建造的物体的至少一个化学参数，特别是材料参数；
-要建造的物体的至少一个物理参数，特别是密度和/或机械特性；
-与到期日有关的时间信息；
-与至少一个后处理步骤有关的信息。
因此，所述至少两个用户向设备发送的数据集与各个用户打算使用该设备建造的物体有关。当然，各个数据集可以不同，因为用户通常打算建造不同的物体，例如三维数据、特别是物体的形状不同的物体。此外，每个用户可发送与多个物体有关的多个数据集，其中也可以使一个数据集与多个物体有关或者使一个物体与多个数据集有关，例如，如果物体包括至少两个模块和/或组件，则可为每个模块和/或组件提供一个数据集并且物体本身通过全部模块和/或组件来建造。
因此，所述至少一个数据集——特别是物体数据——可包括所述至少一个要建造的物体的三维数据。因此，相应的用户尤其将三维数据传送至设备，例如所述至少一个要建造的物体的尺寸。基于三维数据，例如可以得出制造相应物体所需的建造平面的面积(或建造室的体积)。因而，可以判定所述至少两个物体是否可以在同一制造过程中——特别是在同一建造平面上——建造。
此外，相应用户可传输要建造的物体的至少一个化学参数、例如材料参数和/或要建造的物体的物理参数、特别是密度和/或机械特性。相应的化学参数可尤其是与由其建造物体的建造材料——例如金属粉末如铝和/或陶瓷和/或合成材料——有关。此外，可传输至设备的所述至少一个物理参数可限定三维物体如该物体的内部结构的密度和/或机械特性或各种其它物理参数。相应的化学和/或物理参数尤其是可影响所述至少一个三维物体的制造过程的成本(和所需的写入时间)。
至少一个用户还可向数据集添加时间信息，该时间信息与制造过程的到期日有关。换而言之，用户可规定在其之前必须完成三维物体的制造过程的到期日。因此，时间信息可用来对用户分组。时间信息可规定各单个的用户可以等待多久以完成制造过程。因而，在等待时间内，若干其他用户可将数据集传输至设备，因此建造平面的占用率可提高。通过规定时间信息，用户可控制制造过程可以延迟或推后多久以等待其它用户加入集中制造过程。另外，用户可添加规定制造过程的开始的价格信息，其中只要达到规定的价格水平就开始制造过程。因而，制造过程的开始取决于建造平面的占用率，其中只要占用率达到规定值(例如，80％)就开始制造过程。当然，制造过程的开始对时间信息和占用率信息的依赖性可以任意地组合。
另外，至少一个用户可向数据集添加与至少一个后处理步骤有关的信息。后处理信息规定在制造过程完成之后所述至少一个三维物体是否需要处理以及需要哪种处理。
根据该方法的另一实施例，所述至少一个数据集包括与所述至少一个要建造的物体有关的建造数据。本申请的范围内的建造数据指的是与建造数据对应的单个物体的制造过程。例如，建造数据可与用来制造物体的照射策略或可被控制的用于制造三维物体的设备的各种其它参数有关，从而特别是影响制造过程。因此，所述至少一个用户可规定建造数据并且因此选择例如在制造过程中使用哪种照射策略。
此外，建造数据也可以由另一用户——例如操作要使用其建造三维物体的设备的设备运营商——生成。也可以例如通过设备的控制单元自动生成建造数据。在任一情况下，建造数据是基于数据集，并且因此是基于要建造的物体。因此，所述至少两个用户(第一和第二用户)可以被分组为第一用户组，例如“消费者”或“客户”，其中另一用户(例如，提供建造数据的用户)可被分配给第二用户组，例如“设备运营商”或“供应商”。
相应的建造数据尤其是可包括以下参数中的至少一者：
-要建造的物体的至少一个化学参数，特别是材料参数；
-要建造的物体的至少一个物理参数，特别是密度和/或机械特性；
-与要建造的物体的制造过程的持续时间有关的时间信息；
-材料消耗；
-与照射策略有关的信息。
建造数据是基于(第一用户组中的)用户向设备传输的数据集，并且因此是基于要建造的物体。建造数据规定单个的三维物体的制造过程的具体参数。建造数据可另外有助于与要制造的各单个的物体的成本有关的价格信息的生成。
该方法还可以通过根据所述至少两个数据集生成的至少一组作业数据来改进，其中根据所述至少一组作业数据来将至少两个物体分配给同一建造平面。本申请的范围内的作业数据指的是整个制造过程，例如与整个可供使用的建造平面有关的信息。因而，作业数据与在同一建造平面上或在同一制造过程中制造所述至少两个物体有关。
作业数据可包括以下参数中的至少一者：
-分配给至少一个建造平面的物体的数量；
-与分配给同一建造平面的所有物体的制造过程的持续时间有关的时间信息；
-价格信息；
-开始信息；
-所述至少一个设备的建造平面的占用率；
-建造作业的数量；
-用户的数量。
因而，作业数据可与分配给所述至少一个建造平面的物体的数量有关，例如，至少两个用户已经由通信界面向其传输物体数据的设备可包括要在其上制造所述至少两个用户的所述至少两个物体的至少一个建造平面。作业数据还可与制造各单个的物体所需的建造平面的面积有关，其中建造平面的所需面积尤其是可在制造过程中(在建造方向上)不同，因为各种物体的各层的各截面的形状和/或直径在建造方向上可以不同。本申请的范围内的建造方向指的是在其上逐层和依次建造物体的方向。建造方向典型地基本上垂直于承载建造材料的建造平面或建造板。
附加地或替代地，作业数据中可以包含所述至少一个设备的建造平面的占用率，其中制造所述至少两个物体所需的建造平面的面积加起来就是所需的建造平面的总面积，其中占用率可定义为所需面积与建造平面的可用面积的比率。
作业数据还可包括与分配给同一建造平面的所有物体的制造过程的持续时间有关的时间信息。作业数据也可以包括与各单个的物体对总制造时间的贡献有关的信息。因而，也可以考虑在总过程时间上要在同一制造过程中制造的各单个的物体的比率。
例如，基于时间信息和/或物体的数量和/或占用率，可生成与要在制造过程中制造的各单个的物体对应的价格信息，其中可考虑各种另外的参数，例如，材料消耗和/或照射策略。
作业数据还可以包括要使用设备执行的建造作业的数量(要在同一过程中建造的各单个物体的数量)和/或已将他们的数据集传输至设备的用户的数量。此外，例如在多于一个的设备可供使用或至少一个设备包括多于一个的建造平面的情况下，也可以将至少一个物体分配给多个建造平面之一，其中该分配可取决于作业数据和/或建造数据和/或所述至少一个用户的数据集。例如，可根据要由其建造物体的建造材料和/或价格信息和/或时间信息来执行该分配。
该方法的进一步改进之处可以在于，根据作业数据——特别是根据至少一个开始信息——来开始制造过程。因而，开始信息规定何时开始所述至少两个物体的制造过程。开始信息自身可以取决于如上所述的各种参数，诸如与包含于至少一个用户的数据集中的到期日有关的时间信息。
根据该方法的另一实施例，可提供数据存储装置，作业数据和/或建造数据和/或至少一个用户的所述至少一个数据集(特别是物体数据)存储在该数据存储装置中。存储在数据存储装置中的数据随后可用于制造过程和/或用于文件化和品质管理目的。也可以例如根据建造平面的可用性或占用率来将存储的数据传送到其它设备。
优选地，数据集以及建造数据和/或作业数据以加密形式传输和/或存储。因而，本实施例确保了各个用户的机密信息——诸如各个物体如原型的几何形状或各种结构参数——被加密并且不会被其他用户或例如未被授权访问这些信息的人员访问。通信界面可被设计为平台，(第一用户组中的)至少一个用户可在该平台上传输(上传和存储)与要建造的物体有关的至少一个数据集。通信界面可与多个设备连接，其中向可供使用的设备之一分配物体的制造过程可自动执行和/或根据所述至少一个用户的偏好执行。尤其是，通信界面可被设计为互联网平台，其中第一用户组中的多个用户可访问以上传数据集。通信界面还可向第二用户组(供应商、设备运营商)中的至少一个用户提供访问。
另外，可优化要建造的物体的布局，使得减少材料消耗和/或建造时间和/或减小设备的建造平面的占用率。因而，可调节——特别是优化——包括由所述至少一个用户传输至设备的物体数据的数据集，以使制造过程更高效。例如，可以改变要建造的物体关于建造平面的取向以有利于制造过程和/或减少材料消耗。此外，可尤其关于照射策略调节建造方法。
此外，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制造三维物体的设备，其中与或可与至少一个设备连接的通信界面适于接收与至少一个要建造的物体有关的来自至少一个第一用户的包括物体数据的至少一个第一数据集和来自至少一个第二用户的包括物体数据的至少一个第二数据集，其中控制单元适于根据所述至少两个用户的数据集来控制至少两个物体的制造过程。
当然，本发明的设备适于执行本发明的方法。因而，关于本发明的方法描述的所有特征、细节和优点可全部转移至本发明的设备，反之亦然。
附图说明
参考附图描述本发明的示例性实施例。附图为示意图，其中
图1示出本发明的设备；以及
图2示出本发明的方法的过程图。
具体实施方式
图1示出用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量束6固化的建造材料5构成的层来添加式地制造三维物体2、3、4的设备1。为了产生能量束6，设备1包括适于产生能量束6(或多个能量束6)并将其引导到建造材料5的建造平面8上的照射装置7。换而言之，建造材料5的表面布置在建造平面8中。为简单起见，图中仅示出了一种建造材料5，其中贯穿制造过程当然可以使用不同的建造材料5。此外，物体2-4的数量仅为示范性的，其中物体2-4的任何其它数量是可以的。
设备1还包括适于尤其控制设备1的照射装置7的控制单元9。根据控制单元9的控制，照射装置7适于产生至少一个能量束6并且将能量束6引导到建造平面8上以采用依次逐层的方式照射物体2-4。
另外，设备1与通信界面10相连接，其中通信界面10可以看作设备1的一个构件或通信界面10可以是与设备1连接的单独构件。通信界面10例如可被设计为可有线和/或无线访问的平台，特别是互联网平台。可以经由通信界面10将数据和/或信息传输至设备1，特别是控制单元9。为了存储相应的数据和/或信息，设备1还可包括数据存储装置11。传输至设备1和/或存储在设备1中的数据优选地被加密以确保未被授权的用户不能访问数据，特别是机密信息。
如从图1可以进一步得知的，示例性数量的三个用户12、13、14经由通信界面10将数据集传输至设备1(通过箭头表示)。例如，第一用户12传输第一数据集15，第二用户13传输第二数据集16，第三用户14传输第三数据集17。数据集15-17与要制造的物体2-4有关，其中，例如，第一用户12具有要建造的物体2，第二用户13具有要建造的物体3，第三用户14具有要建造的物体4。物体2-4要在同一制造过程中和同一建造平面8上建造。物体2-4特别是例如在形状和/或它们的尺寸上不同。
此外，如虚线描绘，另一用户18可经由通信界面10传输数据集19。用户12-14可被分组为第一用户组，例如“消费者”或“客户”，并且另一用户18可被分配给第二用户组，例如“供应商”或“设备运营商”。因此，用户18可被视为设备1的运营商并且可输入诸如作业数据和/或建造数据的数据。也可以的是，自动生成作业数据和/或建造数据或由用户12-14提供建造数据。
换而言之，用户12-14经由通信界面10传输数据集15-17，这些数据集15-17与要贯穿通过设备1执行的添加式制造过程建造的物体2-4有关。数据集15-17包括与物体2-4有关的信息，例如诸如建造材料5的化学参数。在图1所示的实施例中，物体2-4由相同的建造材料5建成。此外，数据集15-17可包括与物体2-4的三维数据有关的信息，如物体2-4的尺寸和/或形状和/或物体2-4的物理参数如密度和/或机械特性。
此外，用户12-14中的每一个都可向数据集15-17添加时间信息，该时间信息例如与在此之前必须建造对应的物体2-4的到期日有关。另外，数据集15-17可包括与要在对应的物体2-4上执行的至少一个后处理步骤有关的信息。
如上所述，建造数据可由设备1、特别是由控制单元9自动生成，或由用户12-14提供，其中建造数据与用于制造过程的信息——诸如与照射策略有关的信息——有关，其中关于物体2-4中的至少一个物体的至少一层的照射规定各参数。此外，例如可以基于数据集15-17来确定各种参数，可以由所述参数来生成建造数据，诸如物体2-4的材料消耗或写入时间，即能量束6照射物体2-4的相应层所需的时间。
基于由用户12-14提供的数据集15-17和/或由用户18提供的数据集19和/或(生成或提供的)建造数据，可以生成与物体2-4的整个制造过程有关的作业数据。作业数据可规定物体2-4的数量和用户12-14的数量。因而，作业数据还可与设备1的建造平面8的占用率有关，其中可以基于建造数据和/或作业数据和/或数据集15-17、19来生成与各单个的用户12-14必须承担的成本有关的价格信息。
作业数据还可规定开始信息，该开始信息限定至少一个开始参数，其中如果满足开始参数，则开始制造过程。例如，开始参数可取决于价格信息和/或占用率。因而，通过设备执行的制造过程可以在满足建造平面8的规定占用率之后和/或在各单个的用户12-14的价格已达到规定值之后开始。
根据图2所示的实施例进一步描述本发明的方法，其中使用相同的附图标记。在本发明的方法的第一步骤20中，用户12-14的数据集15-17传输至通信界面10。此外，用户18可经由通信界面10将数据集19传输至设备1。在步骤21中，将数据集15-17传输至设备1，特别是存储在数据存储装置11中，或传输至设备1的控制单元9。如前所述，通信界面10与控制单元9和/或数据存储装置11的连接不必是直接连接。也可以例如经由虚拟机或经由诸如U盘的便携式大容量存储器将相应的数据集15-17间接传送至设备1。如果满足各种参数，特别是物体2-4要由在建造平面8上使用的建造材料5建造，则然后在步骤22中将数据集15-17与其有关的物体2-4分配给建造平面8。
此后，在步骤23中，基于数据集15-17生成建造数据和/或作业数据。基于所生成的作业数据，特别是包含于作业数据中的开始信息，在步骤24中决定是否开始制造过程。例如，如果不满足建造平面8的预定占用率，则可以将制造过程的开始推后直至例如另一用户12-14经由通信界面10传输与适合在同一制造过程中在同一建造平面8上制造的物体2-4有关的数据集15-17，直至满足预定占用率。
在满足由开始信息规定的要求之后，在步骤25中执行制造过程。此后，在步骤26中，可如由数据集15-17规定的那样对物体2-4中的至少一个执行至少一个后处理步骤。因而，还可以确保将建造物体2-4传送、特别是运输到对应的用户12-14。当然，本发明的方法可以在本发明的设备1上执行。

Claims (12)

1.一种用于操作至少一个用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量束(6)固化的建造材料(5)构成的层来添加式地制造三维物体(2-4)的设备(1)的方法，其特征在于，与或能与至少一个设备(1)连接的通信界面(10)适于接收与至少一个要建造的物体(2-4)有关的来自至少一个第一用户(12-14)的包括物体数据的至少一个第一数据集(15-17)和来自至少一个第二用户(12-14)的包括物体数据的至少一个第二数据集(15-17)，其中根据至少两个用户(12-14)的数据集(15-17)来控制至少两个物体(2-4)的制造过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个数据集(15-17)——特别是所述物体数据——包括以下参数中的至少一者：
-至少一个要建造的物体(2-4)的三维数据；
-所述要建造的物体(2-4)的至少一个化学参数，特别是材料参数；
-所述要建造的物体(2-4)的至少一个物理参数，特别是密度和/或机械特性；
-与到期日有关的时间信息；
-与至少一个后处理步骤有关的信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个数据集(15-17)包括与所述至少一个要建造的物体(2-4)有关的建造数据，或生成建造数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述建造数据包括以下参数中的至少一者：
-所述要建造的物体(2-4)的至少一个化学参数，特别是材料参数；
-所述要建造的物体(2-4)的至少一个物理参数，特别是密度和/或机械特性；
-与所述要建造的物体(2-4)的制造过程的持续时间有关的时间信息；
-材料消耗；
-与照射策略有关的信息。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据至少两个数据集(15-17)生成至少一组作业数据，其中根据所述至少一组作业数据来将至少两个物体(2-4)分配给同一建造平面(8)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述作业数据包括以下参数中的至少一者：
-分配给至少一个建造平面(8)的物体(2-4)的数量；
-与分配给同一建造平面(8)的所有物体(2-4)的制造过程的持续时间有关的时间信息；
-价格信息；
-开始信息；
-所述至少一个设备(1)的建造平面(8)的占用率；
-建造作业的数量；
-用户(12-14)的数量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述作业数据——特别是根据所述至少一个开始信息——来开始制造过程。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，提供数据存储装置(11)，至少一个用户(12-14)的所述物体数据和/或建造数据和/或作业数据存储在所述数据存储装置中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述至少一个数据集(15-17)加密传输。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，优化要建造的物体(2-4)的布局和/或取向，使得减少材料消耗和/或建造时间和/或减小所述设备(1)的建造平面(8)的占用率。
11.一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(6)固化的建造材料(5)构成的层来添加式地制造三维物体(2-4)的设备(1)，其特征在于，与或能与至少一个设备(1)连接的通信界面(10)适于接收与至少一个要建造的物体(2-4)有关的来自至少一个第一用户(12-14)的包括物体数据的至少一个第一数据集(15-17)和来自至少一个第二用户(12-14)的包括物体数据的至少一个第二数据集(15-17)，其中一控制单元适于根据至少两个用户(12-14)的数据集(15-17)来控制至少两个物体(2-4)的制造过程。
12.根据权利要求11所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)适于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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