CN109890538B - 用于生产三维工件的具有改进的气体流的设备 - Google Patents

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Abstract

设备(10)包括处理室(12)，该处理室容纳用于容置原材料粉末的承载器(14)。设备(10)的辐照装置(16)被构造成选择性地将电磁辐射或粒子辐射照射到承载器(14)上的原材料粉末上，以便通过增材逐层构造方法生产工件，其中，传输元件(22)允许电磁辐射或粒子辐射传输到处理室(12)中。设备(10)进一步包括用于将气体供应到处理室(12)的气体入口(26)和用于从处理室排出气体的气体出口(32)，该气体入口和气体出口被构造成产生保护气体流(F1，F2)，以用于保护传输元件(22)免受存在于处理室(12)中的杂质污染。气体入口(26)包括形成气体入口区域(A)的可透气的多孔部件(36)。

Description

用于生产三维工件的具有改进的气体流的设备
技术领域
本发明涉及一种用于通过用电磁辐射或粒子辐射照射原材料粉末层来生产三维工件的设备。本发明进一步涉及一种用于生产三维工件的方法。
背景技术
粉末床熔融（fusion）是一种增材逐层工艺（additive layering process），通过粉末床熔融可以将粉状的、特别是金属和/或陶瓷的原材料加工成复杂形状的三维工件。为此，原材料粉末层被施加到承载器上并且根据待生产的工件的期望几何形状经受电磁辐射或粒子辐射。穿透粉末层的电磁辐射或粒子辐射引起对原材料颗粒的加热并且因而将其熔化（melting）或烧结（sintering）。然后，另外的原材料粉末层继续被施加到承载器上的已经经受辐射处理的层上，直到工件具有期望的形状和大小。具体地，可以将粉末床熔融方法用于基于CAD数据来生产原型（prototype）、工具、替换部件或医学假体。
例如，在EP 1 793 979 B1中描述了一种用于通过粉末床熔融工艺用粉状原材料生产模制主体的设备。现有技术的设备包括处理室，该处理室容纳多个用于待制造的成型主体的承载器。粉末层制备系统包括粉末容器支座，该粉末容器支座可以横跨承载器来回移动，以便将待用激光束照射的原材料粉末施加到承载器上。处理室设置有保护气体入口和保护气体出口，该保护气体入口和保护气体出口连接到保护气体环路。例如，保护气体（诸如，氩气）经由保护气体入口被供应到处理室，以便在处理室内建立保护气体气氛。例如，在流经处理室时被加载微粒杂质（诸如，剩余原材料粉末颗粒和焊烟颗粒）的保护气体经由保护气体出口从处理室排出。
根据EP 1 839 781 A2，在粉末床熔融过程中在照射并因此熔化原材料粉末时产生的焊烟可能污染处理室的内部以及辐照系统的部件，例如，所述部件诸如透镜或窗口，辐射光束通过该透镜或窗口被引导到处理室中。因此，由辐照系统发射的辐射能量中越来越多的部分可以被沉积的焊烟凝结物吸收。因此，EP 1 839 781 A2提出了为保护气体输送系统设置用于在产品形成区域与处理室的上壁之间产生和维持分隔区域（该分隔区域呈保护气体流动层形式）的装置，该分隔区域被指定为使焊烟几乎不能通过。具体地，保护气体输送系统包括在处理室的侧壁中沿水平方向延伸的细长喷嘴。借助于压缩机在升高的压力下供应到喷嘴的保护气体经由喷嘴以如下的方式供应到处理室，所述方式即，产生基本上层状的保护气体流。在处理室的与喷嘴相对的另一侧壁中设置出口孔，借助于鼓风机通过该出口孔将保护气体从处理室中排出。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于通过用电磁辐射或粒子辐射照射原材料粉末层来生产三维工件的设备和方法，其中，在操作时间期间能够维持稳定的操作条件并因此可以生产出高质量的工件。
该目的通过如下所述的设备以及如下所述的方法来应对。
用于生产三维工件的设备包括处理室，该处理室容纳用于容置原材料粉末的承载器。承载器可以是刚性固定的具有表面的承载器，原材料粉末被施加到该表面上，以便经受电磁辐射或粒子辐射。然而，优选地，承载器被设计成在竖直方向上可移位，使得随着工件的增加的构造高度（因为工件是通过原材料粉末的逐层堆积而构造的），承载器能够沿竖直方向向下移动。施加到处理室内的承载器上的原材料粉末优选地为金属粉末，特别是金属合金粉末，但也可以是陶瓷粉末或含有不同材料的粉末。粉末可以具有任何合适的颗粒尺寸或颗粒尺寸分布。然而，优选地是处理颗粒尺寸小于（<）100μm的粉末。
设备进一步包括辐照装置，该辐照装置用于选择性地将电磁辐射或粒子辐射照射到承载器上的原材料粉末上，以便通过增材逐层构造方法生产由所述原材料粉末制成的工件。因此，施加到承载器上的原材料粉末可以根据待生产的工件的期望的几何形状以位置选择（site-selective）的方式经受电磁辐射或粒子辐射。辐照装置可以包括辐射束源（特别是激光束源），并且此外可以包括用于引导和/或处理由辐射束源发射的辐射束的光学单元。光学单元可以包括诸如物镜的光学元件和扫描器单元，扫描器单元优选地包括衍射光学元件和偏转镜。
此外，该设备设置有传输元件，该传输元件允许将由辐照装置发射的电磁辐射或粒子辐射传输到处理室中。例如，传输元件可以被设计成窗口的形式。可替代地，传输元件可以包括辐照装置的光学元件（特别是透镜）或由辐照装置的光学元件（特别是透镜）构成。传输元件可以布置在处理室的壁的区域中，特别是布置在处理室的顶壁的区域中。在设备的一个特别优选的实施例中，传输元件布置在承载器上方的区域中，特别是布置在承载器的中心上方的区域中。例如，传输元件可以接合在处理室的壁、特别是顶壁中。
传输元件的材料可以根据由辐照装置发射的辐射类型进行选择，以便确保传输元件对于由辐照装置发射的电磁辐射或粒子辐射的期望的传输能力。此外，传输元件的材料应当以如下所述的方式选择，所述方式即，使得在用于生产三维工件的设备的运行期间传输元件能够承受作用在传输元件上的热负荷。例如，传输元件可以由玻璃材料或适合的聚合物材料制成。如果需要，传输元件在面向处理室内部的表面的区域中可以设置有表面层，该表面层使焊烟凝结物到传输元件的表面上的粘附和沉积最小化。
该设备进一步设置有用于将气体供应到处理室的气体入口。例如，通过气体入口供给的气体可以是惰性气体，诸如，氩气、氮气等。能想到的是，处理室可以是对周围大气可密封的，以便在处理室中能够保持受控的气氛。受控的气氛可以是惰性气体气氛，以便防止不期望的化学反应，特别是氧化反应。
此外，该设备包括用于从处理室排出气体的气体出口。气体出口可以连接到气体排放管线，该气体排放管线转而连接到气体供应管线，该气体供应管线连接到气体入口，从而限定出再循环系统，经由气体出口离开处理室到该再循环系统的气体可以经由气体入口再循环到处理室中。为了在气体经由气体入口再循环进入处理室之前，从经由气体出口从处理室排出的气体中移除微粒杂质，可以在再循环系统中提供适当的过滤器布置。
气体入口和气体出口被构造成在处理室中产生保护气体流，该保护气体流用于保护传输元件免受存在于处理室中的杂质污染，该杂质例如是粉末粒子或者在用电磁辐射或粒子辐射照射施加到承载器上的原材料粉末时产生的焊烟。通过气体入口和气体出口产生的保护气体流用于在用来自处理室的电磁辐射或粒子辐射照射承载器上的原材料粉末时清除处理室中产生的颗粒杂质。为此，保护气体流确保颗粒杂质或者被阻止而不能到达传输元件或者至少被引导远离传输元件。具体地，气体入口和气体出口可以如下所述的方式构造和布置，所述方式即：使得处理室中的保护气体流掠过传输元件流动。换句话说，在传输元件的区域中，保护气体流至少部分地可以基本上平行于传输元件流动。
气体入口包括形成气体入口的气体入口区域的可透气的多孔部件。在本文中，术语“多孔”是指一种材料特性，其指定一种具有随机分布的开口和/或内含物的材料。借助于可透气的多孔部件，气体经由该可透气的多孔部件供应到处理室，气体入口确保在处理室中产生基本上层状的保护气体流。换句话说，在流动穿过可透气的多孔部件时，经由气体入口供应到处理室的气体流被均衡，从而在处理室中构成层状的保护气体流。此外，气体入口的可透气的多孔部件确保气体均匀地进入气体入口的整个气体入口区域，同时提供气体入口的空间优化设计。这样，能够以特别有效的方式避免在保护气体流中发生不期望的湍流，所述湍流可能扰乱施加在承载器上的原材料粉末床和/或照射过程。
因此，在用于生产三维工件的设备的更长的运行时间期间，沉积到传输元件表面上的焊烟凝结物材料对由辐照系统发射的辐射能量的吸收可被最小化，并且也能在处理室内维持稳定的运行条件。因此，可以生产高质量的工件而无需为了清洁传输元件而中断设备的运行。此外，可以防止或至少大大减少由于焊烟凝结物的沉积对传输元件的损坏。
此外，形成气体入口的气体入口区域的可透气的多孔部件可以用作过滤器，以用于在将气体流引入到处理室中之前从气体流中过滤颗粒杂质。因此，可以至少部分地免除额外的过滤器。
气体入口的可透气的多孔部件可以包括烧结材料。在本文中，烧结材料是指通过烧结工艺产生的材料，在烧结工艺期间，粉末颗粒在远低于其熔点的温度下通过熔融结合。通过包括烧结材料，可透气的多孔部件可以由具有宽范围的粒度的球形粉末颗粒构成，该球形粉末颗粒具有精确且均匀的孔径和孔分布。此外，烧结能够产生具有形状稳定性和强金属组分特性的高孔隙率材料，同时可以使用多种材料。因此，通过包括烧结材料，气体入口的可透气的多孔部件可以在压缩、振动和变化的条件下具有高耐热性和有利的结构特性。
替代地或者附加地，气体入口的可透气的多孔部件可以包括纤维材料，特别是纤维网。具体地，纤维材料可以包括玻璃纤维或金属纤维。替代地或者附加地，气体入口的可透气的多孔部件可以包括开孔泡沫，特别是金属泡沫。
气体入口的可透气的多孔部件可以由包括不锈钢、青铜、钛和/或镍基合金的材料制成。当然，气体入口的可透气的多孔部件也可以由诸如陶瓷或不同材料的其他材料制成。
此外，气体入口的可透气的多孔部件可以具有介于20%至90%之间的孔隙率，特别地具有基本上40%的孔隙率。在本文中，术语“孔隙率”是指一种材料特性并且定义了空隙空间的体积（即空的空间）与材料的总体积之比。设置在可透气的多孔部件内的空隙空间可以由所谓的孔构成。构成可透气的多孔部件内的空隙空间的孔可以具有不同的形状和孔径。然而，优选地，构成可透气的多孔部件内的空隙空间的孔具有介于1μm至10μm之间的孔径。
在进一步的改进中，气体入口的可透气的多孔部件可以包括多个部段，该多个部段对从其中流过的气体具有不同的流动阻力。例如，为了具有不同的流动阻力，多个部段可以包括不同的孔隙率。鉴于这种构造，借助于烧结工艺创建可透气的多孔部件可能是特别有利的。这样，可透气的多孔部件可以以简单的方式配备有包括多个不同孔隙率的部段的复杂结构。
具体地，关于流过气体入口的可透气的多孔部件的气体的流动方向，多个部段可以彼此平行布置和/或布置成一排。通过可透气的多孔部件中的多个部段的构造，可以借助于气体入口的可透气的多孔部件来调节流过处理室的保护气体流的期望的流动轮廓，以便改善保护气体流的有效性。
在用于生产三维工件的设备的一个优选实施例中，气体入口的可透气的多孔部件布置在处理室的第一侧壁的区域中。具体地，气体入口的可透气的多孔部件可以布置在处理室的第一侧壁中，使得气体入口的气体入口区域可以基本上垂直于承载器布置和/或可以设置在第一侧壁的面向处理室的内表面处。处理室的第一侧壁可以布置成与处理室的容纳气体出口的第二侧壁相对。
气体入口的可透气的多孔部件优选地基本上在处理室的第一侧壁的整个宽度上延伸。因此，可以增加由可透气的多孔部件形成的气体入口区域的尺寸，从而允许在特别低的压力下经由气体入口将特别高体积的气体流供应到处理室。通过这种构造，气体入口的可透气的多孔部件确保在处理室中产生层状的保护气体流，该可透气的多孔部件均匀地分布在处理室的整个宽度上。这具有如下的效果：防止存在于处理室中的颗粒杂质以特别有效的方式到达传输元件。
由气体入口的可透气的多孔部件形成的气体入口区域可以进一步包括可以布置在处理室的另一侧壁和/或顶壁的区域中的部分，以便仍然进一步增加气体入口区域。
气体出口可以包括容纳在处理室的第二侧壁中的气体出口孔。气体出口的气体出口孔可以基本上在处理室的第二侧壁的整个宽度和/或高度上延伸。可替代地，气体出口可以设置成狭缝形的气体出口的形式。相应地，狭缝形的气体出口可以包括狭缝形的气体出口孔，该狭缝形的气体出口孔可以布置在气体入口下方的区域中。
用于生产三维工件的设备可以进一步包括粉末层制备系统，该粉末层制备系统容纳在处理室中并且被构造成在经受辐照装置所照射的电磁辐射或粒子辐射之前将原材料粉末层施加到承载器上。具体地，粉末层制备系统可以包括粉末容器支座，该粉末容器支座可以横跨承载器来回移动，以便将待用电磁辐射或粒子辐射照射的原材料粉末施加到承载器上。优选地，气体入口的可透气的多孔部件布置在粉末层制备系统上方的区域中。通过这种构造，由气体入口和气体出口产生的保护气体流可以与容纳粉末层制备系统的处理室的区域分离。
气体入口的可透气的多孔部件可以具有介于1mm至5mm之间的厚度，特别是具有3mm的厚度。在本文中，术语“厚度”是指可透气的多孔部件在流过气体入口的气体的流动方向上的尺寸。此外，气体入口的可透气的多孔部件可以具有基本上板状的形状。具体地，在借助于烧结工艺生产气体入口的可透气的多孔部件的情况下，该可透气的多孔部件可以以烧结板的形式提供。
用于生产三维工件的设备可以进一步包括另一气体入口，以用于将气体供应到处理室。另一气体入口可以具有容纳在处理室的第一侧壁中的气体入口孔。具体地，另一气体入口的气体入口孔可以布置在气体入口的可透气的多孔部件下方的区域中。优选地，相同的气体（特别是惰性气体）经由气体入口和另一气体入口供应到处理室。然而，也能想到的是，不同的气体经由气体入口和另一气体入口被引导到处理室中。另一气体入口可以连接到另一气体供应管线，待经由另一气体入口供应到处理室中的气体适于流过该另一气体供应管线。另一气体供应管线可以连接到用于向气体入口供应气体的气体供应管线。然而，也能想到的是，另一气体供应管线被设计成独立于气体入口的气体供应管线，并且例如是直接连接到气体源。
特别地，气体入口和气体出口可以以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得可以产生保护气体流的第一气体流，该第一气体流具有背离传输元件的流动方向分量。具体地，气体入口和气体出口被构造和布置成使得在流过处理室时经由气体入口供应到处理室的气体增加其到处理室的容纳传输元件的壁的距离。例如，离开气体入口的可透气的多孔部件的第一气体流可以在基本上垂直于气体入口区域的方向上流动。此后，该第一气体流可以被引导掠过传输元件，使得在传输元件的区域中，第一气体流至少部分地基本上平行于传输元件流动。然后，在进一步流过处理室时，该第一气体流可以被引导至气体出口，该气体出口优选地布置成使得第一气体流在远离传输元件的方向上被引导。附加地或者替代性地，第一气体流可以在承载器的方向上流动。
另一气体入口和气体出口可以以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得产生保护气体流的掠过承载器的第二气体流。第二气体流基本上平行于承载器被引导，以便确保在用电磁辐射或粒子辐射照射承载器上的原材料粉末时在处理室中产生的颗粒杂质通过从另一气体入口到气体出口被引导通过处理室的第二气流从处理室中被清除。
通过气体入口、另一气体入口和气体出口的这种构造，存在于处理室中的颗粒杂质或者被阻止而不能到达传输元件或者至少以特别有效的方式被引导远离传输元件。
用于生产三维工件的设备可以进一步包括控制单元，该控制单元可以被设计成电子控制单元的形式，并且该控制单元可适于将对处理室的气体供应控制为使得经由气体入口进入处理室的气体的体积流量大于经由另一气体入口进入处理室的气体的体积流量。对向处理室的气体供应的这种控制允许以特别可靠的方式防止传输元件被污染。
在进一步的改进中，设备可以包括气体入口通道，该气体入口通道连接到气体入口并且被构造成经由气体入口将气体供应到处理室。具体地，气体入口通道可以连接到可透气的多孔部件。因此，待经由气体入口供应到处理室的气体在进入气体入口之前可以被引导到气体入口通道中。气体入口通道可以具有第一部分和处于第一部分的下游的第二部分，该第一部分具有第一流动横截面，该第二部分具有大于第一流动横截面的第二流动横截面。在本文中，术语“下游”和“上游”是指气体流动通过气体供应管线的方向。气体入口通道可以以压力均衡容器的形式提供，该压力均衡容器用于补偿例如由于在设备运行期间产生的温度差而导致在气体入口上游的气体供给管线中以及在处理室中出现的压力差。
气体入口通道的第二部分可以包括分散单元，以用于分散从第一部分被引导到第二部分中的气体流。例如，分散单元可以以盘形挡板的形式提供，该挡板可以布置在气体入口通道的第一部分的气体入口孔的前面，使得挡板的圆形表面面向第一部分的气体入口孔。因此，在从第一部分被引导到气体入口通道的第二部分中之后，待经由气体入口供应到处理室的气体可以围绕盘形挡板被引导。结果，由于气体入口通道的存在，气体可以经由气体入口以特别均匀的方式掠过气体入口的整个气体入口区域供应到处理室。
特别地，气体入口通道可以接合到处理室的第一侧壁中。例如，气体入口通道可以由处理室的第一侧壁中形成的中空空间限定出（特别是在气体入口的可透气的多孔部件的上游）。因此，可以以特别节省空间的方式将气体入口通道安装在设备中。
在用于生产三维工件的方法中，将原材料粉末层施加到容纳在处理室中的承载器上。借助于辐照装置选择性地将电磁辐射或粒子辐射照射到承载器上的原材料粉末上，以便通过增材逐层构造方法生产由所述原材料粉末制成的工件。此外，经由传输元件将由辐照装置发射的电磁辐射或粒子辐射传输到处理室。该方法进一步包括以下步骤：经由气体入口将气体供应到处理室并且经由气体出口从处理室排出气体，使得在处理室中产生保护气体流，该保护气体流用于保护传输元件免受存在于处理室中的杂质污染。气体入口包括形成气体入口的气体入口区域的可透气的多孔部件。
气体入口的可透气的多孔部件可以布置在处理室的第一侧壁中，其中，处理室的第一侧壁可以布置成与处理室的容纳气体出口的第二侧壁相对。
该方法可以进一步包括以下步骤：经由另一气体入口将气体供应到处理室，其中，另一气体入口具有容纳在处理室的第一侧壁中、特别是在气体入口的可透气的多孔部件下方的气体入口孔。气体入口和气体出口可以以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得产生保护气体流的第一气体流，该第一气体流具有背离传输元件的流动方向分量。另一气体入口和气体出口可以以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得产生保护气体流的掠过承载器的第二气体流。
优选地，以如下所述的方式对向处理室的气体供应进行控制，所述方式即，使得经由气体入口进入处理室的气体的体积流量大于经由另一气体入口进入处理室的气体的体积流量。
附图说明
参照随附的示意性附图更加详细地解释下面的本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了用于生产三维工件的设备的透视图，
图2示出了安装在根据图1的设备中的可透气部件的极度放大的横截面图，
图3示出了根据图1的设备的示意性剖视图。
具体实施方式
图1至图3示出了用于通过增材逐层工艺来生产三维工件的设备10。设备10包括处理室12，该处理室容纳用于容置原材料粉末的承载器14。粉末施加装置（未示出）用于将原材料粉末施加到承载器14上。承载器14被设计成在竖直方向上可移位，使得随着工件的增加的构造高度（因为该工件是由承载器14上的原材料粉末的逐层堆积而构造的），承载器14可以沿竖直方向向下移动。
用于生产三维工件的设备10进一步包括辐照装置16，该辐照装置用于对施加到承载器14上的原材料粉末选择性地照射电磁辐射或粒子辐射（特别是激光辐射），以便通过增材逐层构造方法生产由所述原材料粉末制成的工件。具体地，借助于辐照装置16，承载器14上的原材料粉末可以根据待生产的部件的期望几何形状以位置选择的方式经受电磁辐射或粒子辐射。辐照装置16包括辐射源18，该辐射源可以包括发射波长约1070nm至1080nm的激光的二极管泵浦镱纤维激光器（diode pumped Ytterbium fibre laser）。
辐照装置16进一步包括光学单元20，该光学单元用于引导和处理由辐射源18发射的辐射束。光学单元可以包括用于扩展辐射束的光束扩展器、扫描仪和物镜。可替换地，光学单元可以包括具有聚焦光学器件和扫描器单元的光束扩展器。借助于扫描器单元，可以改变和调整辐射束在光束路径的方向上以及与光束路径垂直的平面中的聚焦位置。扫描器单元可以被设计成检流计扫描器的形式，并且物镜可以是f-theta（f-θ）物镜。
设备10进一步包括传输元件22，该传输元件允许将由辐照装置16发射的电磁辐射或粒子辐射传输到处理室12中。在附图中描绘的设备10中，传输元件22被设计成由玻璃或聚合材料制成的窗口的形式，该传输元件布置在处理室12的顶壁24的位于承载器14的中心上方的区域中。因此，根据待生产的工件的几何形状，可以如所期望地那样引导由辐射装置16发射的辐射束穿过传输元件22并且掠过承载器14。
处理室12相对周围大气（即相对于处理室12周围的环境）密闭。如从图3明显看到地，处理室12设置有气体入口26，该气体入口用于将来自气体源28的气体供应到处理室12。例如，经由气体入口26供应到处理室的气体可以是惰性气体，诸如，氩气、氮气等。然而，也可以想到，经由气体入口26将空气供应到处理室12。例如，借助于适当的输送装置（诸如，布置在气体供应管管线30中的泵或鼓风机（未示出））经由气体入口26将气体输送到处理室12中。
另外，设备10包括用于从处理室12排出气体的气体出口32。具体地，气体出口32用于在用来自处理室12的电磁辐射或粒子辐射照射承载器14上的原材料粉末时排出在处理室12中产生的包含颗粒杂质的气体。
气体出口32连接到气体排放管线34，该气体排放管线转而连接到气体供应管线30，该气体供应管线连接到气体入口26，以便限定出再循环系统，经由气体出口32离开处理室12到该再循环系统的气体经由气体入口26再循环到处理室12中。为了在气体经由气体入口26再循环进入处理室12之前从经由气体出口32从处理室12排出的气体中移除微粒杂质，在再循环系统中提供适当的过滤器装置（未示出）。
气体入口26和气体出口32被构造成在处理室12中产生保护气体流F1、F2，该保护气体流用于保护传输元件22免受存在于处理室12中的杂质污染，该杂质例如是粉末粒子或者在用由辐照装置16发射的电磁辐射或粒子辐射照射被施加在承载器14上的原材料粉末时产生的焊烟。
设备10的气体入口26包括可透气的多孔部件36，该可透气的多孔部件36形成气体入口26的气体入口区域A。如从图2中明显看到地，可透气的多孔部件36用于在处理室12中产生基本为层状的保护气体流F1、F2。具体地，借助于可透气的多孔部件36，在流过可透气的多孔部件36时，待经由气体入口26供应到处理室12的气体被均衡，从而在处理室12中构成层状的保护气体流F1、F2。
在图1至图3中示出的设备10的实施例中，气体入口26的可透气的多孔部件36包括烧结材料，特别是以烧结板的形式提供。替代地或者附加地，气体入口26的可透气的多孔部件36可以包括纤维材料，特别是纤维网，和/或开孔泡沫，特别是金属泡沫。
具体地，可透气的多孔部件36的烧结材料由包括青铜的材料制成。替代地或者附加地，该可透气的多孔部件的烧结材料可以由包括不锈钢、钛和/或镍基合金的材料制成。如图2中所示，可透气的多孔部件36的烧结材料包括具有相对均匀孔径和孔分布的球形粉末颗粒。特别地，在图1至图3中示出的设备10的实施例中，气体入口26的可透气的多孔部件36可以具有基本上40%的孔隙率以及介于1μm至10μm之间的孔径。
替代地或者附加地，气体入口26的可透气的多孔部件36可以包括多个部段，该多个部段对从其中流过的气体具有不同的流动阻力。例如，为了设置不同的流动阻力，多个部段可以包括不同的孔隙率。
如图1和图3中所描绘的，气体入口26的可透气的多孔部件36布置在处理室12的第一侧壁38的区域中。具体地，气体入口26的可透气的多孔部件36布置在处理室12的第一侧壁38中，使得气体入口区域A基本上垂直于承载器14布置并且设置在第一侧壁38的面向处理室12的内表面处。处理室12的第一侧壁38布置成与容纳气体出口32的第二侧壁40相对。气体入口26的可透气的多孔部件36在处理室12的第一侧壁38的整个宽度上延伸并且具有基本上板状的形状。另外，气体入口26的可透气的多孔部件36基本上在第一侧壁38的整个高度上延伸。这样，增加了由可透气的多孔部件36形成的气体入口区域A的尺寸，从而允许在特别低的压力下经由气体入口26将特别高体积的气体流供应到处理室12。通过这种构造，气体入口26的可透气的多孔部件36确保层状的保护气体流被引导到处理室12中，该可透气的多孔部件基本上均匀地分布在处理室12的整个宽度和高度上。这具有如下的效果：防止存在于处理室12中的颗粒杂质以特别有效的方式到达传输元件22。
设备10进一步设置有另一气体入口42，该另一气体入口用于将气体供应到处理室12。该另一气体入口42具有容纳在处理室12的第一侧壁38中的气体入口孔44，其中，该另一气体入口42的气体入口孔44布置在气体入口26的可透气的多孔部件36下方的区域中。
该另一气体入口42连接到另一气体供应管线46，待经由另一气体入口42供应到处理室12中的气体流过该另一气体供应管线。类似于气体入口26的气体供应管线30，另一气体供应管线46也连接到气体源28。因此，相同的气体经由气体入口26和另一气体入口42被供应到处理室12。
气体入口26和气体出口32以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得产生保护气体流F1、F2的第一气体流F1，该第一气体流具有背离传输元件22的流动方向分量v1。具体地，气体入口26和气体出口32被构造和布置成使得经由气体入口26供应到处理室12的气体在流过处理室12时在经过传输元件22之后增加其到处理室12的容纳传输元件22的顶壁24的距离。换句话说，经由气体入口26供应到处理室12的首先构成第一气体流F1的气体被引导掠过传输元件22。因此，在传输元件22的区域中，第一气体流F1基本上平行于传输元件22流动。然后，在进一步流过处理室12时，该第一气体流被引导远离处理室12的容纳传输元件22的顶壁24。因此，如图1中所描绘的，第一气体流F1具有背离传输元件22的第一流动方向分量v1以及背离气体入口区域A的第二流动方向分量v2，其中，第一流动方向分量v1和第二流动方向分量v2彼此垂直。在附图中示出的设备10中，这通过将气体入口26和气体出口32布置在处理室12的相对的侧壁38、侧壁40的区域中来实现，其中，气体出口32布置在气体入口26下方的区域中。
另一气体入口42和气体出口32以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得产生保护气体流F1、F2的掠过承载器14的第二气体流F2。如图1中所示，第二气体流F2基本上平行于承载器14被引导，以便确保在用电磁辐射或粒子辐射照射承载器14上的原材料粉末时在处理室12中产生的颗粒杂质通过从另一气体入口42到气体出口32被引导通过处理室12的第二气体流F2而从处理室12中被清除。具体地，在附图中示出的设备10中，这通过在处理室12的相对的侧壁38、侧壁40的区域中在基本上相同的高度处布置狭缝形的另一气体入口42和狭缝形的气体出口32来实现，其中，狭缝形的另一气体入口42的气体入口孔44和狭缝形的气体出口的气体出口孔48基本上延伸穿过相对的侧壁38、40的整个宽度。可替代地，气体出口32可以以如下所述的方式设置，所述方式即，使得气体出口孔48可以基本上延伸穿过处理室12的第二侧壁40的整个宽度和高度。
借助于控制单元（未示出），以如下所述的方式对向处理室12的气体供应进行控制，所述方式即，使得经由气体入口26进入处理室12的气体的体积流量大于经由另一气体入口42进入处理室12的气体的体积流量。对向处理室12的气体供应的这种控制允许以特别可靠的方式防止传输元件22被污染。
设备10进一步包括气体入口通道50，该气体入口通道连接到气体入口26并且被构造成经由气体入口26将气体供应到处理室12。气体入口通道50包括第一部分52和第二部分54，该第一部分具有第一流动横截面，该第二部分处在第一部分52的上游，并具有大于第一流动横截面的第二流动横截面。第一部分52连接到气体供应管线30。气体入口通道50结合到处理室12的第一侧壁38中。具体地，通道50中的气体被形成在处理室12的第一侧壁38中的中空空间限定。
在气体入口通道的第二部分54中，分散单元56设置成用于分散从第一部分52被引导到第二部分54中的气体流。具体地，分散单元56以盘形挡板的形式提供，该挡板布置在气体入口通道50的第一部分52的气体入口孔的前面，使得挡板的圆形表面58面向第一部分52的气体入口孔。因此，在从第一部分52被引导到气体入口通道50的第二部分54中之后，待经由气体入口26供应到处理室12的气体被引导到盘形挡板的周围。
通过在进入处理室12之前经由气体入口26通过包括分散单元56的气体入口通道50引导待供应到处理室12的气体，在气体供应管线30和处理室12中出现压力差，例如由于在设备10的运行期间产生的温度差，可以得到补偿。另外，由于气体入口通道50的存在，气体可以经由气体入口以特别均匀的方式掠过气体入口26的整个气体入口区域A被供应到处理室12。

Claims (16)

1.一种用于生产三维工件的设备（10），所述设备（10）包括：
- 处理室（12），所述处理室容纳用于容置原材料粉末的承载器（14），
- 辐照装置（16），所述辐照装置用于选择性地将电磁辐射或粒子辐射照射到所述承载器（14）上的原材料粉末上，以便通过增材逐层构造方法生产由所述原材料粉末制成的工件，
- 传输元件（22），所述传输元件允许将由所述辐照装置（16）发射的电磁辐射或粒子辐射传输到所述处理室（12）中，
- 用于将气体供应到所述处理室（12）的气体入口（26）和用于从所述处理室（12）排出气体的气体出口（32），所述气体入口和所述气体出口被构造成在所述处理室（12）中产生保护气体流（F1，F2），所述保护气体流用于保护所述传输元件（22）免受存在于所述处理室（12）中的杂质污染，
其中，
所述气体入口（26）包括板状的可透气的多孔部件（36），所述板状的可透气的多孔部件设置有随机分布的孔并且形成所述气体入口（26）的气体入口区域（A），其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）布置在所述处理室（12）的第一侧壁（38）中，所述处理室（12）的所述第一侧壁（38）布置成与所述处理室（12）的容纳所述气体出口（32）的第二侧壁（40）相对，以及
- 用于将气体供应到所述处理室（12）的另一气体入口（42），所述另一气体入口（42）具有气体入口孔（44），所述气体入口孔在所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）下方容纳在所述处理室（12）的所述第一侧壁（38）中，以及
- 在所述气体入口（26）上游的挡板，所述挡板用于使气体分散掠过所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）。
2.根据权利要求1所述的设备（10），
其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）包括烧结材料和/或纤维材料，和/或开孔泡沫。
3.根据权利要求1所述的设备（10），
其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）由包括不锈钢、青铜、钛和/或镍基合金的材料制成。
4.根据权利要求1所述的设备（10），
其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）具有介于20%至90%之间的孔隙率，和/或具有介于1μm至10μm之间的孔径。
5.根据权利要求1所述的设备（10），
其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）包括多个部段，所述多个部段对从其中流过的气体具有不同的流动阻力。
6.根据权利要求1所述的设备（10），
其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）延伸穿过所述第一侧壁（38）的整个宽度。
7.根据权利要求1所述的设备（10），
其中，所述气体入口（26）和所述气体出口（32）以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得产生所述保护气体流（F1，F2）的第一气体流（F1），所述第一气体流具有背离所述传输元件（22）的流动方向分量（v1），其中，所述另一气体入口（42）和所述气体出口（32）以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得产生所述保护气体流（F1，F2）的掠过所述承载器（14）的第二气体流（F2）。
8.根据权利要求1所述的设备（10），
进一步包括控制单元，所述控制单元适于将对所述处理室（12）的气体供应控制为使得经由所述气体入口（26）到达所述处理室（12）的气体的体积流量大于经由所述另一气体入口（42）到达所述处理室（12）的气体的体积流量。
9.根据权利要求1所述的设备（10），
进一步包括气体入口通道（50），所述气体入口通道连接到所述气体入口（26）并且被构造成经由所述气体入口（26）将气体供应到所述处理室（12），所述气体入口通道（50）具有第一部分（52）和处于所述第一部分（52）的下游的第二部分（54），所述第一部分具有第一流动横截面，所述第二部分具有大于所述第一流动横截面的第二流动横截面。
10.根据权利要求2所述的设备（10），
其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）包括纤维网。
11.根据权利要求2所述的设备（10），
其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）包括金属泡沫。
12.根据权利要求4所述的设备（10），
其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）具有40%的孔隙率。
13.根据权利要求9所述的设备（10），
其中，所述第二部分（54）包括分散单元（56），所述分散单元用于分散从所述第一部分（52）被引导到所述第二部分（54）中的气体流。
14.一种用于生产三维工件的方法，所述方法包括：
- 将原材料粉末层施加到容纳在处理室（12）中的承载器（14）上，
- 借助于辐照装置（16）选择性地将电磁辐射或粒子辐射照射到所述承载器（14）上的原材料粉末上，以便通过增材逐层构造方法生产由所述原材料粉末制成的工件，
- 经由传输元件（22）将由所述辐照装置（16）发射的电磁辐射或粒子辐射传输到所述处理室（12）中，
- 经由气体入口（26）将气体供应到所述处理室（12）并且经由气体出口（32）从所述处理室（12）排出气体，使得在所述处理室（12）中产生保护气体流（F1，F2），所述保护气体流用于保护所述传输元件（22）免受存在于所述处理室（12）中的杂质污染，其中，所述气体入口（26）包括板状的可透气的多孔部件（36），所述板状的可透气的多孔部件设置有随机分布的孔并且形成所述气体入口（26）的气体入口区域（A），其中，所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）布置在所述处理室（12）的第一侧壁（38）中，所述处理室（12）的所述第一侧壁（38）布置成与所述处理室（12）的容纳所述气体出口（32）的第二侧壁（40）相对，以及
- 经由另一气体入口（42）将气体供应到所述处理室（12），其中，所述另一气体入口（42）具有气体入口孔（44），所述气体入口孔在所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）下方容纳在所述处理室（12）的所述第一侧壁（38）中，以及
- 借助于在所述气体入口（26）上游的挡板使气体分散掠过所述气体入口（26）的所述板状的可透气的多孔部件（36）。
15.根据权利要求14所述的方法，
其中，所述气体入口（26）和所述气体出口（32）以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得产生所述保护气体流（F1，F2）的第一气体流（F1），所述第一气体流具有背离所述传输元件（22）的流动方向分量（v1），其中，所述另一气体入口（42）和所述气体出口（32）以如下所述的方式构造和布置，所述方式即，使得产生所述保护气体流（F1，F2）的掠过所述承载器（14）的第二气体流（F2）。
16.根据权利要求15所述的方法，
其中，以如下所述的方式对向所述处理室（12）的气体供应进行控制，所述方法即，使得经由所述气体入口（26）进入所述处理室（12）的气体的体积流量大于经由所述另一气体入口（42）进入所述处理室（12）的气体的体积流量。
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