CN109843556A - 通过增材制造来生产物体的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过增材制造来生产物体的设备，包括框架单元和连接到所述框架单元的处理单元。处理单元包括用于接纳可固化的一批粉末材料的处理室，以及用于相对于所述一批材料的水平表面定位物体的支撑件。该设备还包括连接到框架单元的固化装置，其用于固化粉末材料的选择部分。根据本发明的设备包括连接到支撑件的多个构建板元件。

Description

通过增材制造来生产物体的设备

技术领域

本发明涉及一种用于通过增材制造来生产物体的设备，包括框架单元和连接到框架单元的处理单元，其中所述处理单元包括用于接纳可固化的一批粉末材料的处理室；和用于相对于所述一批材料的水平表面定位物体的支撑件。

背景技术

3D打印或增材制造是指用于打印三维物体的各种过程中的任何一种。传统的技术，如注射成型，对于制造例如大量的聚合物产品来说成本较低，但是当生产相对少量的三维物体时，3D打印或增材制造可以更快、更灵活和更便宜。

预计增材制造在未来将变得越来越重要，因为日益增长的竞争压力迫使公司不仅以持续的高产品品质更经济地制造，而且在产品开发领域节省时间和成本。产品的寿命不断缩短。除了产品品质和产品成本，市场引入的时刻对产品的成功越来越重要。

三维物体可以通过使用定向能量束来选择性地烧结粉末或液体材料以产生三维3D物体来产生。特别地，可以使用计算机控制的增材制造设备，其依序烧结多个层从而以逐层方式构建期望的物体。主要使用增材过程，其中连续的材料层在计算机控制下铺设。这些物体可以是几乎任何形状或几何构造，并且由3D模型或其他电子数据源生产。

例如，为了打印三维物体，将使用计算机设计包或经由3D扫描仪创建可打印模型。通常，输入是3D CAD文件，例如STL文件、STEP文件或IGS文件。在由CAD文件打印物体之前，该文件将由一个名为切片器(slicer)的软件处理，该软件将模型转换成一系列薄的后续层。此外，生成设备设置和向量以控制后续层中的每个的创建。

包括在计算机控制的增材制造设备中的激光器遵循这些设置和向量来铺设液体、粉末、纸或片材的连续层，以从一系列横截面构建3D物体。然后，对应于CAD模型的虚拟横截面的这些层被联结或融合以创建最终的3D物体。

为了降低设备的操作成本，本发明的目的是充分利用设备的容量，同时确保三维物体的总生产交付周期最小化，即，生产队列最小化。更一般而言，本发明的目的是提高用上述类型的设备生产的物体的精度。

发明内容

为此，本发明提供了一种用于通过增材制造来生产物体的设备，包括：处理室，用于接纳可固化的一批粉末材料；支撑件，用于相对于所述一批材料的水平表面定位物体；以及固化装置，用于通过电磁辐射固化水平表面上的材料的选择层部分。根据本发明，该设备包括连接到支撑件的多个构建板元件。发明人的见解是，通过使用大致并排设置的彼此相邻的多个独立构建板元件，可以同时制造多个物体。多个构建板元件中的每个可用于同时制造多个物体中的一个或更多个。一旦物体被制造，构建板元件可以从支撑件上移除，之后被制造的物体中的每个可以从它们相应的构建板元件上移除。为此，每个构建板元件可以分别处理，提高了所生产物体的后续处理速度，从而降低了物体制造的总成本。

根据本发明，该设备包括对准机构，用于相对于支撑件单独对准多个构建板元件，以对准多个构建板元件，使得多个构建板元件的顶表面基本上限定单个平面。这提高了生产多个物体的精度，因为所有的构建板材元件基本上在同一平面内对准，有助于待固化粉末材料的沉积和粉末材料的随后固化。为此，当构建板元件中的每个包括其自己的对准机构使得可以对每个构建板元件单独进行对准，这将是有利的。

在一个实施例中，对准机构包括用于多个构建板元件中的每个的多个调节构件。由此，可以通过使用每个构建板元件相应的调节构件来单独调节每个构建板元件。

在一个实施例中，对准机构包括用于多个构建板元件中的每个的总共三个调节构件。三个调节构件中的每个可以被布置成用于在大致垂直于由构建板元件限定的表面的方向上调节构建板元件的相应部分。所述方向在下文中将被称为z方向。由构建板元件限定的表面(对应于由待固化材料限定的表面)将在下文中称为xy平面。

通过使用总共三个调节构件，每个都可以在z方向上调节，将可以在所需的xy平面上精确定位相应的构建板元件。特别是，将可以控制绕x轴线的旋转(Rx)、绕y轴线的旋转(Ry)和z位置。因此，可以为构建板元件给出期望的z位置，并且该构建板元件可以相对于xy平面齐平定位。

为了抵消热影响，当多个调节构件或总共三个调节构件设置在距构建板元件的热中心的相等的距离处，这将是有利的。

在特定实施例中，三个调节构件限定等边三角形的点。这使得相应的构建板元件能够相对容易和快速地对准。

在一个实施例中，对准机构包括用于多个构建板元件中的每个的设置在支撑件中的多个定位孔，其中调节构件包括定位元件，定位元件连接到相应的定位孔并且被布置成用于支撑相应的构建板元件中的至少一部分。对准机构可以包括用于多个构建板元件中的每个的设置在支撑件中的多个定位孔和设置在相应的构建板元件中的多个连接孔，其中调节构件包括定位元件，定位元件连接到相应的定位孔并且被布置成用于支撑相应的构建板元件中的至少一部分，并且其中调节构件包括锁定元件，锁定元件用于经由构建板元件的相应的连接孔将构建板元件连接到支撑件。在该实施例中，孔设置在支撑件中，被布置成用于接纳定位元件。这些定位元件在其外端包括支撑部件，支撑部件被布置成用于支撑构建板元件的相应部分。定位元件被布置成用于对准构建板元件的相应部分，例如，因为定位孔和定位元件设置有可相互接合的螺纹。通过旋拧或旋松定位元件，支撑部件的高度可以被调节到期望的设置。一旦获得期望的对准，锁定元件可用于将相应的构建板元件固定到支撑件上。这可以通过锁定元件与支撑件接合而直接实现，或者可以通过锁定元件与定位元件接合而间接实现。

在后一种情况下，定位元件可以设置有用于至少部分地接纳锁定元件的锁定孔。该锁定孔和锁定元件可以设置有相互接合的螺纹。

在替代实施例中，定位元件可以设置有为通孔的大致光滑的孔。根据所使用的锁定元件对该通孔进行调节，使得锁定元件能够到达支撑件。在支撑件中，可以设置多个锁定孔，这些锁定孔可以与锁定元件接合。在这种情况下，对准机构包括用于多个构建板元件中的每个的设置在支撑件中的多个锁定孔。

在一个实施例中，多个构建板元件中的至少一个包括设置在其中的至少一个连接孔，并且对准机构包括至少一个锁定元件，用于通过所述连接孔将相应的构建板元件连接到支撑件。构建板元件可以通过单个锁定元件连接到支撑件。也可以使用多个锁定元件。构建板元件可以包括设置在构建板元件中的至少一个连接孔，并且调节构件可以包括锁定元件，锁定元件用于经由构建板元件的相应连接孔将构建板元件连接到支撑件。

在一个实施例中，锁定元件被布置成接合在设置于支撑件中的定位孔的至少一部分中。为此，连接孔、锁定元件和定位孔布置成使得锁定元件能够接合在设置于支撑件中的定位孔的至少一部分中。

在一个实施例中，对于定位孔中的每个，设置有相应的锁定元件，该相应的锁定元件被布置成接合在相应定位孔的至少一部分中。

附图说明

下面将结合附图描述本发明的实施例。在图中：

图1是根据本发明的用于增材制造物体的设备的概观；

图2是根据本发明的设备的实施例的示意性概观；和

图3是根据本发明的设备的另一实施例的示意性概观。

具体实施方式

图1示出了用于通过增材制造来生产物体2的设备1的概观。设备1由几个框架部分11、12、13构建。该设备包括用于接纳可固化的一批材料4的处理室3。在下框架部分11中，形成轴50，其中设置支撑件5以用于相对于一批材料4的水平表面L定位物体2。支撑件5可移动地设置在轴50中，使得在固化一层之后，支撑件5可以降低，并且可以在已经形成的物体2的部分的顶部上固化另一层材料。在设备1的顶部部分13中，设置固化装置7以用于固化材料的选择部分。在所示的实施例中，固化装置7是激光装置，其被布置成用于产生激光形式的电磁辐射，以便熔化提供在支撑件上的粉末材料，然后，在冷却之后，该粉末材料形成待生产的物体2的固化部分。然而，本发明不限于固化装置7的类型。可以看出，由激光装置7发射的电磁辐射71通过偏转单元74偏转，该偏转单元74使用可旋转光学元件75来将发射的辐射71导向至材料4的层的表面L。辐射可以根据偏转单元74的位置来发射，作为示例，按照射线72、73发射。

根据本发明，该设备包括连接到支撑件5的多个构建板元件6a、6b。在图1中，可以看到总共两个构建板元件6a、6b。每个构建板元件6a、6b可用于制造一个或更多个物体。例如，在图1中，构建板元件6a用于制造单个物体2a。构建板元件6b用于制造两个物体2b、2c。根据本发明的构建板元件被单独连接到支撑件，使得它们可以被单独移除以用于进一步处理，例如用于从构建板移除物体。通过使用多个构建板元件，可以单独处理每个构建板元件。这增加了可移除物体的容易性和速度。

图2a示出了具有彼此相邻布置的总共九个构建板元件6a-6i的支撑件5的示例。九个构建板元件6a-6i在所示的实施例中具有相同的尺寸，并且布置成正方形3乘3网格。构建板元件6a-6i中的每个通过对准机构8连接到支撑件5，在所示实施例中，对准机构8包括用于每个构建板元件6a-6i的总共三个调节构件9、9’、9”。在这方面应注意的是，为了清楚起见，仅为构建板元件6a的调节构件9、9’、9”提供了附图标记(图2a中左上)。对准机构8可用于在空间中以期望的方式定位相应的构建板元件。特别地，这些对准机构可以用于对准多个构建板元件，使得多个构建板元件的顶表面基本上限定单个平面。为此，支撑件5可以设置有校准构件15。在所示的实施例中，校准构件15包括外边缘15。该外边缘15的上面被精确地加工，并限定了基准z位置和基准xy平面，多个构建板元件6a-6g可以与该基准z位置和基准xy平面精确地对准。在精确对准多个构建板元件期间，可以使用外部机构。例如，可以使用激光机构，或者放置在支撑件5的外边缘15上的刚性线性梁。最终，所有构建板元件都被对准到单个平面中，并且可以通过使用锁定机构锁定到位。这得到一个光滑、平坦的顶表面，在该顶表面上可以生产待制造的物体。将参照图3a和3b更详细地描述这些对准机构8和调节构件9、9’、9”。然而，首先要注意的是，原则上，单独的构建板元件的锁定可以以多种形式进行，包括本领域技术人员已知的形式。可以想到，单个连接机构被用于每个相应的构建板。例如，带有螺纹的单个螺栓可用于将构建板元件连接到支撑件。特别地，连接通孔可以设置在构建板元件的热中心，并且具有相互接合螺纹的相应孔可以设置在支撑件中以用于接纳连接螺栓。替代地，可以使用多个连接机构。在一个实施例中，三个连接机构用于单个构建板元件，其中这些连接机构中的每个与相应的对准机构相关联，如下所述。对于本领域技术人员来说，显然也可以使用除螺栓和螺纹之外的连接机构。

现在，仍然参照图2a，可以看出，在该实施例中，调节构件9、9’、9”以三角形方式设置。调节构件9、9’、9”彼此等距设置，这意味着调节构件9与9’之间的距离等于调节构件9和9”之间的距离，并且等于调节构件9’与9”之间的距离。因此，三个调节构件9、9’、9”限定等边三角形的点。此外，调节构件设置在构建板元件的热中心的相等的距离处，以能够抵消支撑件5和/或构建板元件6a-6i的热膨胀。

图2b示出了替代实施例，其中使用连接到支撑件5的总共四个构建板元件6a-6d。这四个构建板元件6a-6d限定了正方形2乘2网格。再次提供了对准机构8，包括：用于构建板元件6a-6d中的每个的三个调节构件9、9’、9”。支撑件5的边缘15提供校准构件，以精确地对准单独的构建板元件。

注意，原则上，在图2a和2b的实施例中可以使用相同的支撑件5。为了能够连接具有相互不同尺寸的构建板元件，支撑件5设置有多个锁定孔，这些锁定孔被布置成与相应的构建板元件的调节构件协作，这是有利的。根据预期使用的构建板元件，可以以相对容易的方式设置这些锁定孔。将参照图3a和3b描述定位孔的细节。

现在转到图3a和3b，可以看到对准机构8的调节构件9的实施例的侧视图和俯视图。

图3a示出了支撑件5、构建板元件6和调节构件9的截面侧视图。通常，对准机构8包括支撑件5、与其连接的定位元件3、由定位元件3支撑的构建板元件6以及将构建板元件6连接到支撑件5的连接元件91。调节构件9由锁定元件91和定位元件3形成。定位元件3被布置成用于定位构建板元件6，特别是用于设置构建板元件6的期望z位置。锁定元件被布置成用于通过将构建板元件6连接到支撑件5来锁定构建板元件6的z位置。

图3a示出了支撑件5。在支撑件5中，设置有定位孔50。定位孔50被布置成能够接纳定位元件3，该定位元件3被布置成定位在支撑件5与构建板元件6之间，并且被布置成用定位元件3的凸缘状上边缘支撑构建板元件6。定位元件3的高度，即正z位置和负z位置，可以被调节，以便能够以期望的方式对准构建板元件6。为此，定位元件3包括设置有螺纹33的圆柱体，该螺纹33能够与设置在支撑件的定位孔50中的螺纹53相互接合。定位元件3还设置有通孔32。调节构件9包括螺栓状锁定元件91。所述锁定元件91在面向支撑件5的外端上设置有螺纹93，并且被布置成与设置在支撑件5的锁定孔54中的螺纹52相互接合。螺栓状锁定元件91被布置成能够穿过定位元件3的通孔32，因此通孔32也被称为锁定孔32。设置在构建板元件中的凹部61可以接纳锁定元件91的凸缘状部分95。通过将锁定元件91锁定在支撑件中，所有的单独部件(支撑件5、定位元件3、构建板元件6和锁定元件91)以固定的方式彼此连接。锁定元件91的锁定可以通过使用设置在连接元件9的头部95中的凹部92(例如六边形凹部)来执行。为此，可以使用六边形螺丝刀或艾伦螺丝刀。其他类型的螺丝刀也是可以想到的。

图3b示出了没有连接元件9的支撑件5、定位元件3和构建板元件6的俯视图。因此，该图给出了构建板元件6的凹部61和连接孔62的更好视图，以及具有伸入到支撑件5的锁定孔54中的通孔32的定位元件3的更好视图。从图3b中还可以清楚地看出，定位元件3还设置有六边形凹部34，使得定位元件3的z位置可以通过使用六边形螺丝刀或艾伦螺丝刀容易地调节。

本领域技术人员将清楚，原则上任何凹部和互补螺丝刀可用于定位元件3和连接元件91，例如平坦型、菲利普斯型、六边形等。

在一个替代实施例(未示出)中，定位元件3的锁定孔32设置有螺纹，锁定元件91设置有螺纹，锁定元件91的螺纹被布置成与设置在锁定孔32中的螺纹接合。因此，锁定元件91通过定位元件3连接到支撑件5，以便将构建板元件6固定到支撑件5。因此，可以直接或间接发生连接。

注意，通常，参照图3a和3b描述的对准机构8的调节构件9也可以与单个构建板元件一起使用，以便精确地对准单个构建板元件。根据该方面，提供了一种用于通过增材制造来生产物体(2)的设备(1)，包括：

-处理室(3)，用于接纳可固化的一批粉末材料(4)；

-支撑件(5)，用于相对于所述一批材料(2)的水平表面(L)定位物体(2)；

-固化装置，用于通过电磁辐射固化所述水平表面上的材料的选择层部分；

-连接到所述支撑件的构建板元件；

-对准机构，用于相对于所述支撑件对准所述构建板元件。

对于本领域技术人员来说清楚的是，上面通过几个实施例描述了本发明。然而，本发明不限于这些实施例。几个实施例的单独部分的组合是可以想到的。期望的保护由所附权利要求限定。

Claims (12)

1.一种用于通过增材制造来生产物体(2)的设备(1)，包括：

-处理室(3)，所述处理室(3)用于接纳能够固化的一批粉末材料(4)；

-支撑件(5)，所述支撑件(5)用于相对于所述一批材料(4)的水平表面(L)定位所述物体(2)；

-固化装置(7)，所述固化装置(7)用于通过电磁辐射固化所述水平表面(L)上的材料的选择层部分；

-多个构建板元件(6，6a，6b)，所述多个构建板元件(6，6a，6b)连接到所述支撑件；

其特征在于，所述设备包括对准机构(8)，所述对准机构(8)用于相对于所述支撑件(5)单独地对准所述多个构建板元件(6，6a，6b)，使得所述多个构建板元件(6，6a，6b)的顶表面基本上限定单个平面。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述对准机构(8)包括用于所述多个构建板元件(6，6a，6b)中的每个的多个调节构件(9，9’，9”)。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述对准机构(8)包括用于所述多个构建板元件(6，6a，6b)中的每个的总共三个调节构件(9，9’，9”)。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述多个调节构件(9，9’，9”)或所述总共三个调节构件(9，9’，9”)设置在距所述构建板元件的热中心的相等的距离处。

5.根据权利要求3或从属于权利要求3的权利要求4所述的设备，其中，所述三个调节构件(9，9’，9”)限定等边三角形的点。

6.根据前述权利要求2至5中任一项所述的设备，其中，所述对准机构(8)包括用于所述多个构建板元件(6，6a，6b)中的每个的设置在所述支撑件中的多个定位孔(50)，其中所述调节构件(9)包括定位元件(3)，所述定位元件(3)连接到相应的定位孔(50)并且被布置成用于支撑相应的构建板元件(6，6a，6b)中的至少一部分。

7.根据前述权利要求2至6中任一项所述的设备，其中，所述多个构建板元件(6，6a，6b)中的至少一个包括设置在其中的至少一个连接孔(62)，并且其中所述对准机构(8)包括用于经由所述连接孔(62)将相应的构建板元件连接到所述支撑件的锁定元件(91)。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述连接孔(62)、所述锁定元件(91)和所述定位孔(50)被布置成使得所述锁定元件(91)能够接合在设置于所述支撑件中的所述定位孔(50)的至少一部分中。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，对于所述定位孔(50)中的每个，设置有相应的锁定元件(91)，该相应的锁定元件(91)被布置成接合在相应的定位孔(50)的至少一部分中。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的设备，其中，所述定位孔(50)和所述定位元件(3)设置有可相互接合的螺纹。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的设备，其中，所述定位元件(3)设置有用于至少部分地接纳所述锁定元件(91)的锁定孔(32)。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述锁定孔(32)是通孔，并且其中，所述对准机构(8)包括用于所述多个构建板元件(6)中的每个的设置在所述支撑件(5)中的多个锁定孔(54)。