CN110035846B - 用于通过提供线条形状的粉末由材料粉末逐层制造物体的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通过使处于工艺面(42)上的材料粉末在相应的层(40)的如下部位逐层硬化来由该材料粉末制造三维物体的设备(1)，这些部位按照几何数据的标准与正需制造的物体相符，其中，所述设备(1)包括包围所述工艺面的工艺底部(46)和用于输送、提供粉末和将粉末分布在所述工艺面(42)上的粉末输送装置(10)，其中，所述粉末输送装置(10)包括：用于将粉末输送到粉末输送装置(10)中的运输元件(12)；存储室(14)，至少一个运输元件(12)将粉末输送到该存储室中；工艺运输元件(16)，该工艺运输元件能够作用到所述存储室(14)中的粉末上，以便在所述工艺底部(46)上与所述工艺面(42)相邻地以配量的量提供粉末；工艺推移件(18)，其用于将与所述工艺面(42)相邻地提供的粉末分布到所述工艺面(42)上，其中，所述工艺运输元件(16)设计为，能够与工艺面(42)相邻地以线条形式提供所述粉末。

Description

用于通过提供线条形状的粉末由材料粉末逐层制造物体的 设备

技术领域

本发明涉及一种用于通过在相应层的如下部位上使处于工艺面上的材料粉末逐层硬化来由材料粉末制造三维物体的设备，所述部位按照几何数据的标准与正需制造的物体相符，其中，所述设备包括包围所述工艺面的工艺底部和用于输送、提供和在工艺面上分布粉末的粉末输送装置，其中，所述粉末输送装置包括：

-用于将所述粉末输送到粉末输送装置中的运输元件；

·存储室，至少一个运输元件将所述粉末输送到该存储室中，

·工艺运输元件，该工艺运输元件可以作用到存储室中的粉末上，以便在工艺底部上与所述工艺面相邻地以配量的量提供所述粉末；和

·工艺推移件，该工艺推移件用于将与工艺面相邻地提供的粉末分布到工艺面上。

在这样的设备中，制造工艺通常通过重复下列步骤来进行：

-将工艺面移动到在所采用的粉末方面关于包围的工艺底部匹配的高度中；

-与工艺面相邻地提供粉末量(这也可以同时亦或在前述步骤之前实现)；

-借助工艺推移件或其它相应的工具将粉末均匀地分布到工艺面上或者上方；

-例如通过激光熔炼使分布在工艺面上的粉末的相应区域硬化；

-必要情况下去除多余的和未硬化的粉末；和

-重新移动所述工艺面并且提供另外的粉末。

背景技术

对于在此制造的物体的质量重要的是：在每一层中，尽可能精确地使期望量的粉末在尽可能精确的期望部位上硬化，从而能够制造具有期望的按照几何数据标准的几何形状和期望的特别是尽可能均匀的固体微观结构的物体。

然而粉末在工艺面上的尽可能均匀的分布为此是有益的。粉末的这种均匀分布由此对于精密制造期望的物体而言是很重要的。

然而在至今为止的系统中，粉末的这种均匀分布并非总是实现的。例如在一种已知的设备类型中，提供成堆的粉末并且接着通过旋转的推移件或可直线移动的推移件将粉末分布到工艺面上。然而这并非总是导致粉末分布的可接受的均匀性。

发明内容

因此本发明的目的是：提供一种设备，在该设备中实现比现有技术中更均匀的粉末分布。

所述目的通过具有本发明特征的设备得以实现。

根据本发明提出：以线条形式在工艺面处或旁边或者与工艺面相邻地提供粉末。这相对至今为止已知的粉末提供而在粉末随后的均匀分布方面提供显著的优点，这是因为粉末相对推移件的延伸不再集中在一个单独的小区域中，由此预防粉末层在相应的由推移件扫过的区域中的不均匀的厚度。

为此优选地，与工艺面相邻地提供粉末的工艺运输元件构造有长形的推移面，该推移面能够沿着一个方向来回推移。

由此直接将粉末从存储室推开，使得粉末遵循细长的推移面的形式基本上或完全线条形状地相邻于工艺面设置。

优选地，线条直线地或例如凹形地弯曲。这是优选的，因为所述工艺面通常构造为简单的几何形状的形式，例如方形的、矩形的或圆形的。通过使线条形状与工艺面形状的匹配，更确切地说可以为所述工艺面的每个区段提供适当的粉末量，该粉末量可沿着所述工艺面的空间方向分布。

在工艺面的相应其它形状中，必要情况下也可以选择相应其它的线条形状。同时在工艺面的确定形式中、例如在圆形工艺面中已经会是有益的是：所提供的粉末线条不是到处相同厚度的或者相同宽度的或者每单位长度具有相同多的粉末，这是因为在工艺面在粉末线条的投影中，在一定的区域中较多的工艺面到达确定的线条区段上，由此来自这些区段的较多的工艺面需被扫过。为此，在线条的相应区域中的增大的粉末量会是有益的。

优选地，工艺推移件借助平移运动越过工艺面分布所提供的粉末，特别是仅借助沿一个方向的平移运动和沿相反方向的平移运动。相对至今为止的推移件的转动运动，平移运动与以线条形状提供粉末结合提供特别均匀的运动和特别均匀的粉末分布，该粉末分布基于线条形状也到达工艺面的所有区域。

在本发明的另一实施例中，也可以利用可转动运动的或者说可枢转运动的推移件分布所提供的粉末。

所述工艺推移件优选关于工艺底部能够可控地进行高度调节，从而一次使得所述工艺推移件的下端部触碰所述工艺底部或非常接近所述工艺底部(例如小于粉末粒的厚度)，并且一次使得所述下端部与所述工艺底部间隔开间距(优选大于线条形提供的粉末的最大高度)。

这允许的是：所述工艺推移件一次保持靠近所述工艺底部或与该工艺底部接触，使得所述工艺推移件在推移时基本上携带所提供线条的所有粉末。另一方面，所述工艺推移件可以在运动之后向着工艺面的另一侧在该工艺面上推移，和/或新提供的粉末线条被推移，以便重新以相同的运动推移粉末。

所述存储室优选构造为长形的、特别是按照之前所述的长形的推移面。此外，所述运输元件优选终止在存储运输元件处，该存储运输元件部分地设置在存储室中或相邻于该存储室设置，以便沿着所述存储室分布所输送的粉末。

由此通过在存储室中分布粉末已经部分地准备了线条形状提供。特别是在具有工艺运输元件(该工艺运输元件包括沿着一个方向可来回推移的长形的推移面)的实施形式中，已经通过推移面的简单的来回运动实现了从存储室到工艺底部的粉末的线条形状提供。

存储运输元件在此优选包括蜗杆输送器，该蜗杆输送器沿着存储室延伸。

优选地，特别是在作为或具有蜗杆输送器的实施形式中，可以通过两种方式操纵存储运输元件，这两种方式实现沿相反运输方向对粉末的运输。这是有益的，因为运输元件关于存储室可以通到中心，由此更保障了粉末在存储室中的均匀分布，这又有利于粉末沿着提供的粉末线条的均匀分布。运输元件既不通到存储室的中心也不通到该存储室的边缘由此也是可能的。

特别有益的，这在存储运输元件作为蜗杆输送器的构造中可以实现的是：该蜗杆输送器可以一次左转驱动而一次右转驱动，由此相应沿着蜗杆输送器的方向并沿相应的反向运输粉末，其中，关于这一点的先决条件是：蜗杆具有相同连贯的蜗杆螺旋线。这在技术方面也能借助电动机或类似物简单实现，然而可选地也可以通过其它驱动装置完成，这些驱动装置适于沿两个转动方向选择性地驱动所述存储运输元件或者说蜗杆输送器。

可选地，存储运输元件也可以构造有不同的输送区域，在这些输送区域中，一个区域将粉末沿着存储室的一个方向输送并且其它区域将粉末沿着相反方向输送。两个区域则在通到存储室中的运输元件的区域中彼此相邻，从而在整个存储室中分布粉末。在此运输元件关于存储室的中心通入同样是可能的。运输元件既不通到存储室的中心也不能通到该存储室的边缘由此也是可能的。

这在具有蜗杆输送器的构造中可以通过以下方式得以实现，即，蜗杆不具有相同连贯的蜗杆螺旋线，而是具有蜗杆螺旋线含有沿一个方向的旋转方向的区域和蜗杆螺旋线含有沿另外的方向的旋转方向的区域。

优选地，所述工艺运输元件关于所述工艺底部从下部起作业，即，存储室处于工艺底部之下，并且所述工艺底部具有向着存储室的相应的长形缝隙状的开口。通过工艺运输元件从存储室出来进入这个开口的运动则与工艺面相邻地以线条形状直接提供粉末。

当工艺运输元件在上侧上构造有长形的推移面并且移动到使得推移面基本上与工艺底部齐平且在相同高度上时，这特别有益地实现。

优选地，工艺运输元件构造得与所述开口相匹配，使得没有值得重视量的粉末能够到达工艺运输元件的上侧面与所述开口的内壁之间。由此确保的是：工艺运输元件的每个长度单位为粉末线条提供限定的粉末量。

优选地，工艺运输元件构造为一种方形的往复活塞元件，该往复活塞元件可以受控地提升和下降。这就是说，设置有长形的活塞头部，该活塞头部的上侧面相应地构成推移面，并且该活塞头部从最后的延展起例如与缝隙状的开口的长度相符和与形状相符，因而该活塞头部在其往复运动中可以将线条形状的粉末量从存储室中输送到接近工艺底部上方的期望水平上。

一般而言，存储室优选设置在工艺底部下方并且在俯视图中设置在工艺面旁侧。

因为通常使用要求保护气氛的粉末材料，所以工艺底部和工艺面通常构造为工艺室的下侧面或者说底部，其在获得保护气氛方面以气密的方式具有相应的壁、盖部和用于输入或输出相应气体和/或其他对工艺来说需要的元件和/或物体的开口。

优选地，所述工艺面通过相应的目标活塞(Objektkolben)的头部支撑。

术语“线条形的”或者“线条的形式”在本发明中特别是可以理解为，粉末线条或者线条形提供的粉末或者以线条的形式提供的粉末是粉末积聚物，其是连续的并且在每个区段中具有一宽度，并且粉末线条的所有区段连续地排在一起并且由此限定一个长度，所述长度明显大于宽度、特别是宽度的至少十倍那样大。这样的粉末线条也可以理解为，在每个区段中特别是相对工艺底部存在一定的高度，并且这个高度与所述长度相比同样非常小，优选至少以系数10小于所述长度。

关于本发明，关于长度、高度或其它空间坐标的表述“基本上”可以理解为，基本上相同延伸的区域在其延伸方面的数量不同，该数量等于或小于平均粒度的数量级、优选地特别是小于100粒度。

粉末相对工艺面的相邻设置在此可以理解为，在粉末与工艺面之间可以具有一定的间距；也可以理解为，在粉末与工艺面之间不再有间距并且必要情况下粉末的一部分已经处于工艺面上。

附图说明

下文借助附图示出的实施例来阐述本发明，其中，本发明不局限于这个实施例。

图1示出根据本发明的第一实施例的本发明的用于制造三维物体的设备的竖直剖视图。

图2示出图1所示的设备在虚线A-A的高度中的水平剖视图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的用于由材料粉末制造三维物体的设备1包括工艺面42，粉末层40可以设置在该工艺面上，然后例如可以借助激光44使这个粉末层40的一些区域硬化。工艺面42在此在工艺活塞50的上侧面上方并且与该上侧面对准，所述工艺活塞在粉末层40的加工之后向下移，由此可以施设或者完成下一个粉末层40和接下来的硬化。

在此，与工艺面42相邻地并且包围该工艺面地设置有工艺底部46，该工艺底部与工艺面42共同构成工艺室48的底部。

在每次硬化过程和工艺活塞50下移之后必须施设新的粉末层40。这根据本发明通过以下方式完成，即，在上侧面上具有长形的推移面19的工艺运输元件16从下部穿过完全或部分填充有粉末的存储室运动，直到所述工艺运输元件16的推移面19或多或少地与所述工艺底部46齐平。

因为工艺运输元件16的推移面19以线条形式构造，由此在每个有关的冲程过程之后也与工艺面42相邻设置地按照所示出的几何形状以线条形式提供粉末。

在此，工艺运输元件16移到缝隙状的开口21中，该开口构造在存储室14与工艺底部46之间。在与工艺面42相邻地以线条的形式提供粉末之后，工艺推移件18移动到其接触工艺底部46并且接着平移地运动越过工艺面42，使得该工艺推移件携带粉末线条并且将其分布到工艺面上。接着为了进一步分布粉末，所述工艺推移件18又能以在工艺面42上方的相同高度平移地移回，或者该工艺推移件可以相应地再次向上移动，以便不与所述工艺面42或者分布在其上的粉末接触地又到达其初始位置中。

根据一种可选的实施方式，工艺推移件18也能够设计为可受控地上下运动，使得其在其往返运动中在其回复点之前不远处可以被推移越过由其之前推移的剩余粉末，以便在返回运动中重新携带所述剩余粉末并且将其分布在工艺面42上。

为了保持存储室14填充有充足的粉末，构造为蜗杆输送器的运输元件12通到存储室14中。总是在存储室14中不具有充足的粉末时，相应地操纵运输元件12。

在此由于期望的保护气体气氛之故，在所有关键部位处当然具有相应的密封件，在这些关键部位处，保护气体可能泄露或室内空气气氛可能进入。

如图2所示，存储室14和工艺运输元件16或者其上侧面长形地构造有推移面19。同样构造为蜗杆输送器的存储运输元件20沿着存储室14延伸。因为运输元件12通到存储室14中并且所述存储运输元件20向着剩余的存储室14不具有壁，所以存储运输元件20可以沿着存储室14的纵向将处于存储室中的粉末14进行推移或者分布。

为了更好地实现粉末在存储室14中的均匀分布，存储运输元件20或者蜗杆输送器20与马达连接(未示出)，该马达可沿两个方向运行。由此对图2而言，存储运输元件20可以从右向左以及也可以从左向右运输存储室14中的粉末。

可选地，蜗杆输送器20也可以构造为，该蜗杆输送器不具有相同连贯的蜗杆螺旋线，而是旋转方向大致在运输元件12通到存储室中时改变。由此在蜗杆输送器20转动时沿着存储室14的两个方向分布粉末。

由此在两种情况下可能的是：运输元件12或者说蜗杆输送器12关于长形的存储室14或者其纵向实际上在中心终止。这同样简化了粉末在存储室14中的均匀分布。

Claims (15)

1.用于通过使处于工艺面(42)上的材料粉末逐层硬化来由所述材料粉末制造三维物体的设备，所述材料粉末在相应的层(40)的如下部位逐层硬化，这些部位按照几何数据的标准与正需制造的物体相符，其中，所述设备(1)包括包围所述工艺面的工艺底部(46)和用于输送、提供粉末和将粉末分布在所述工艺面(42)上的粉末输送装置(10)，其中，所述粉末输送装置(10)包括：

·用于将粉末输送到粉末输送装置(10)中的运输元件(12)；

·存储室(14)，至少一个运输元件(12)将粉末输送到该存储室中；

·工艺运输元件(16)，该工艺运输元件能够作用到所述存储室(14)中的粉末上，以便在所述工艺底部(46)上与所述工艺面(42)相邻地以配量的量提供粉末；

·工艺推移件(18)，该工艺推移件用于将与所述工艺面(42)相邻地提供的粉末分布到所述工艺面(42)上，

所述工艺运输元件(16)设计为，用于能够与工艺面(42)相邻地以线条的形式提供所述粉末，

其特征在于：所述工艺运输元件(16)借助沿一方向可来回移动的长形的推移面(19)作用到粉末上。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：粉末借助推移面(19)从存储室推开，使得粉末遵循细长的推移面的形式基本上或完全线条形状地相邻于工艺面设置。

3.按照权利要求1所述的的设备，其特征在于，所述存储室(14)构造为长形的，并且所述运输元件(12)在存储运输元件(20)处终止，该存储运输元件部分地设置在存储室(14)中或相邻于该存储室设置，以便沿着所述存储室(14)分布所输送的粉末，所述存储运输元件(20)能够以两种方式被操纵，这两种方式实现沿相反的运输方向对粉末的运输，和/或同时沿两个相反的方向运输粉末。

4.如权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于：线条是直线的或凹形地弯曲。

5.如权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于：所述工艺推移件(18)借助越过工艺面的平移运动来分布所提供的粉末。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于：所述工艺推移件(18)仅借助沿一个方向的平移运动和沿相反方向的平移运动来分布所提供的粉末。

7.如权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于：所述工艺推移件(18)可相对所述工艺底部(46)调节，从而一次使得所述工艺推移件(18)的下端部触碰所述工艺底部(46)或非常接近所述工艺底部，并且一次使得所述下端部与所述工艺底部(46)间隔开间距。

8.如权利要求3所述的设备，其特征在于：所述存储运输元件(20)包括蜗杆输送器或者所述存储运输元件是蜗杆输送器，该蜗杆输送器沿着存储室(14)延伸。

9.按照权利要求8所述的设备，其特征在于，所述蜗杆输送器是具有驱动装置的蜗杆输送器，该驱动装置设计为用于沿两个旋转方向驱动，和/或所述蜗杆输送器不具有相同连贯的蜗杆螺旋线、而是包括具有沿一个方向的旋转方向的区域和具有沿另外方向的旋转方向的区域的蜗杆螺旋线。

10.如权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于：所述运输元件(12)包括蜗杆输送器或者所述运输元件是蜗杆输送器。

11.如权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于：在所述工艺底部(46)中构造有直到存储室(14)的长形的缝隙状的开口(21)，以用于借助工艺运输元件(16)引入到该开口(21)中使粉末与工艺面(42)相邻地运动。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于：所述开口(21)和所述工艺运输元件(16)形状锁合地和/或密封地相互匹配，使得具有通常粒度的粉末不能到达工艺运输元件(16)的侧壁与所述开口(21)的内壁之间。

13.如权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于：所述存储室(14)设置在工艺底部(46)下方并且在俯视图中设置在工艺面(42)的旁侧。

14.如权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于：所述工艺运输元件(16)构造为往返活塞元件。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于：所述工艺运输元件(16)构造为T形的往返活塞元件。

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