CN110461507B - 用于生产三维工件的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产三维工件(15)的装置(1)，该装置包括用于接纳原料粉末(9)的支撑件(7)；构建室壁(11，11a，11b)，该构建室壁基本上竖直地延伸并被设计成侧向地界定和支撑被施加到支撑件(7)上的原料粉末(9)；辐照单元(17)，该辐照单元用于利用电磁辐射或粒子辐射对被施加到支撑件(7)上的原料粉末(9)进行选择性地辐照，以便利用生成逐层构建方法在支撑件(7)上生产由原料粉末(9)制成的工件(15)，其中，辐照单元(17)包括至少一个光学元件；和竖直移动装置(31)，该竖直移动装置被设计成使辐照单元(17)相对于支撑件(7)竖直地移动。构建室壁(11，11a，11b)和支撑件(7)被设计成在辐照单元(17)的竖直移动期间以固定的方式连接在一起，使得竖直移动相对于支撑件(7)以及相对于构建室壁(11，11a，11b)进行。

Description

用于生产三维工件的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产三维工件的装置和方法。特别地，本发明涉及一种用于借助于增材逐层构建方法生产三维工件的装置和方法。

背景技术

在用于制造三维工件的增材方法、特别是增材逐层构建方法中，已知将最初不定形的或形状中性的模料(例如原料粉末)逐层施加到承载器上并通过特定位置的辐照(例如，通过熔融或烧结)对该模料进行固化，以便最终获得具有期望形状的工件。辐照可以借助于例如呈激光辐射的形式的电磁辐射进行。在开始状态下，模料最初可以呈颗粒、粉末或液体模料的形式并且可以选择性地或者换句话说通过辐照而对该模料的特定位置进行固化。模料可以包括例如陶瓷、金属或塑料材料以及还包括这些材料的混合物。增材逐层构建方法的变型涉及所谓的粉末床熔融，在该粉末床熔融中，特别是使金属和/或陶瓷的原料粉末材料固化以形成三维工件。

为了生产单独的工件层，进一步已知的是将呈原料粉末层的形式的原料粉末材料施加到承载器上并根据当前待生产的工件层的几何形状对该原料粉末材料进行选择性地辐照。激光辐射穿透原料粉末材料并例如通过进行加热(引起熔融或烧结)而将该原料粉末材料固化。一旦工件层被固化，就将新一层的未处理的原料粉末材料施加到已经生产的工件层上。为此，可以使用已知的涂布器装置或粉末施加装置。然后再次对目前位于最上面且尚未被处理的原料粉末层进行辐照。因此，工件逐步地被逐层构建，每一层均限定了工件的横截面区域和/或轮廓。在这方面，进一步已知的是使用CAD或类似的工件数据，以便基本上自动地制造工件。

EP 2 333 848 B1中描述了一种辐照单元或辐照系统，该辐照单元或辐照系统可以用于例如用于通过对原料粉末材料进行辐照来生产三维工件的装置中。辐照系统包括辐射源(特别是激光源)和光学单元。由辐射源发射的处理光束被提供到光学单元，该光学单元包括扩束单元和呈扫描器单元的形式的偏转装置。在扫描器单元内，衍射光学元件被设置在偏转镜的前面，其中，衍射光学元件可移动到光束路径中，以便将处理光束分成多个子处理光束。然后偏转镜用于使子处理光束偏转。

应当理解，上面讨论的所有方面同样可以在本发明的范围内提供。

用于生产三维工件的已知装置例如在EP 2 961 549 A1和EP 2 878 402 A1中找到。

那些文献中描述的装置各自包括承载器，该承载器可以沿竖直方向逐层向下降低。每当一层原料粉末被完全辐照并在施加下一个粉末层之前，承载器的相应的竖直移动在这些已知的装置中进行。因此，可以确保辐照单元的共焦平面始终位于待固化的原料粉末层中(例如，在最上层中)。

在上述的已知装置中，承载器的竖直可移动性需要致动元件或提升机构。提升机构尤其必须承载和移动待构建的工件和周围的粉末材料。取决于设备的尺寸和相应的构建空间的尺寸，所使用的提升机构由此可以达到其负载极限，这将需要更复杂并因此更昂贵的提升机构。此外，由提升机构移动的重量在构建过程期间改变。这可能导致调节行程在提升机构的两次调节操作之间不能保持不变，这导致原料粉末层的层厚度的不期望的偏差。

发明内容

相应地，本发明的目的在于提供一种增材逐层构建方法的解决方案，该解决方案减少或克服了上述问题和其他相关的问题，其中，该解决方案提供了例如即使在大的构建空间的情况下也能简单且精确地控制原料粉末层的层厚度的可能性。

该目的通过具有专利权利要求1的特征的装置以及具有专利权利要求14的特征的方法来实现。

相应地，根据第一方面，本发明涉及一种用于生产三维工件的装置。装置包括承载器和构建室壁，该承载器用于接纳原料粉末，该构建室壁基本上竖直地延伸并被适配成侧向地界定和支撑被施加到承载器上的原料粉末。装置进一步包括辐照单元，该辐照单元用于利用电磁辐射或粒子辐射对被施加到承载器上的原料粉末进行选择性地辐照，以便通过增材逐层构建方法在承载器上生产由原料粉末制成的工件，其中，辐照单元包括至少一个光学元件。装置进一步包括竖直移动装置，该竖直移动装置被适配成使辐照单元相对于承载器竖直地移动，其中，构建室壁和承载器被适配成在辐照单元的竖直移动期间以固定的方式彼此连接，使得竖直移动相对于承载器以及相对于构建室壁进行。

因此，承载器可以提供水平表面，原料粉末可以被逐层施加到该水平表面上，也就是说形成水平层。因此，构建室壁可以用于侧向地界定构建室。构建室可以具有例如由构建室壁限定的圆形、椭圆形、多边形或矩形、特别是正方形的横截面。原料粉末可以由构建室壁界定和支撑，使得该原料粉末由构建室壁保持成形，使得该原料粉末不会在侧部处向下流出。

在本公开中，术语构建室应理解为意指空间区域，在该构建室中进行原料粉末层的施加，并且该构建室在底部处由承载器界定以及在侧部处由构建室壁界定。构建室可以表示容积，该容积以气密的方式被封闭，并且该容积在顶部处通过合适的覆盖区域以及可选地通过相应的密封装置以气密的方式被封闭。覆盖区域可以与辐照单元一起竖直地移动。然而，构建室也可以在顶部处开口，因此并未限定一个明确限定的容积。例如，构建室可以具有在顶部处开口的立方体的形状。构建室可以位于装置的外壳的内部和/或外壁的内部。此外，除了构建室之外，其他构建室可以作为装置的一部分位于外壳的内部。

本文中所描述的构建室可以是具有例如在每种情况下大于50cm的侧部长度的构建室。换句话说，承载器的两个正交的侧部长度中的至少一个可以是至少50cm。此外，承载器的两个正交的侧部长度中的至少一个可以是至少100cm。因此，本文中所使用的承载器可以是例如具有1mx1m的底部面积的承载器。

辐照单元的光学元件可以是例如扫描单元、聚焦单元和/或F-θ透镜。辐照单元可以进一步包括辐射源，诸如例如电子束源或激光器。然而，由辐照单元发射的辐射还可以从位于辐照单元外部的辐射源供应到辐照单元。为此，例如可以使用镜子、光纤和/或其他光导装置。

承载器可以以固定的方式连接到装置的底部。装置的底部可以包括例如装置的底板。在装置的构造之后和/或在装置的操作期间(即，在构建过程期间)，底部可以被适配成不可移动。特别地，底部可以相对于竖直方向不可移动。术语“不可移动”在此意味着相对于在其中构造装置的周围环境的不可移动性。

例如，竖直移动装置可以包括提升装置。竖直移动装置可以包括一个或多个液压致动器和/或机械致动器。在竖直移动期间，辐照单元可以独立于构建室壁上下移动。特别地，构建室壁可以被构造成使得该构建室壁不与辐照单元机械联接，特别是不与辐照单元一起上下移动。

借助于构建室壁的这种不可移动性，可以确保位于该构建室壁中的原料粉末在竖直移动期间不受机械影响，特别是在构建室的边缘区域中不存在对原料粉末的不期望的干扰。因此，可以确保原料粉末的表面在辐照单元的竖直移动之前和之后具有相同(大部分水平和平坦)的结构。此外，如果构建室壁在构建过程期间不相对于原料粉末移动，则可以避免在构建室壁/原料粉末界面处的机械摩擦损失并因此避免在构建室壁/原料粉末界面处的能量损失。

构建室壁可以被适配成完全侧向地包围被施加到承载器上的原料粉末并在所有侧部上界定和支撑原料粉末。

“在所有侧部上”在此意味着构建室壁在所有水平方向上作为原料粉末的屏障。然而，至少一个可关闭的开口可以被设置在构建室壁中，例如可以通过该开口移除原料粉末和/或成品工件。

构建室壁可以刚性地连接到承载器和/或装置的底部。可替代地，构建室壁可以可拆卸地连接到承载器和/或底部并被适配成在构建过程完成时从承载器上拆下，以便移除成品工件。

如果构建室壁可拆卸地连接到承载器，则该构建室壁可以例如能够在构建过程完成时被向上提升，以便释放成品工件并使得可从侧部接近该成品工件。为此，可以提供用于提升构建室壁的相应的提升装置。

装置可以进一步包括粉末施加装置，该粉末施加装置被适配成将原料粉末逐层施加到承载器上。

粉末施加装置可以包括粉末容器和/或连接到粉末储存器，使得原料粉末可以被供应到粉末施加装置。粉末施加装置可以被适配成在先前的粉末层上沿水平方向移动，从而施加新的粉末层。为此，粉末施加装置可以包括至少一个辊子、推料器和/或类似的用于施加原料粉末层的合适的装置。

竖直移动装置可以被适配成使辐照单元与粉末施加装置一起竖直地移动。

因此，粉末施加装置可以被紧固到例如保持装置上，该保持装置可以与辐照单元一起上下移动。因此，辐照单元与粉末施加装置之间的竖直距离可以保持不变。因此，可以确保新施加的原料粉末层始终位于辐照单元的共焦平面中。

装置可以包括另一个竖直移动装置，该另一个竖直移动装置在机械上独立于竖直移动装置并被适配成使粉末施加装置竖直地移动。

另一个竖直移动装置可以被紧固到例如构建室壁上。另一个竖直移动装置可以包括引导元件(例如轨道)，该引导元件被设置在构建室壁的内侧上并且粉末施加装置可以在该引导元件上上下移动。

装置可以进一步包括控制单元，该控制单元被适配成以下述方式对竖直移动装置进行控制：根据待施加的相应的原料粉末层的期望厚度，该方式使得辐照单元相对于承载器以及相对于构建室壁的高度是可竖直调节的。

控制单元可以是装置的中央控制单元，该控制单元监视和/或控制装置的多个处理序列。控制单元可以包括处理器(例如CPU)和存储器。包括使得装置执行本文中所描述的处理序列的命令的程序可以被存储在存储器中。竖直移动装置在移动操作的背景下在两层固化之间行进的调节行程可以对应于原料粉末层的厚度。

装置可以进一步包括至少一个气体入口和至少一个气体出口，该气体入口被适配成将气体引入由构建室壁限定的构建室中，该气体出口被适配成吸入从气体入口引入的气体。气体入口和气体出口可以尤其被适配成产生基本上平行于承载器流动的气流。

气体可以是惰性气体，诸如，例如氩气或氮气。气体入口可以包括开口，该开口被适配成允许气体沿着原料粉末层的表面基本上沿水平方向流动。此外，可以提供用于吸入从气体入口流出的气体的气体出口。气体出口可以被布置在例如基本上与气体入口相同的高度处。此外，气体出口可以沿由气体入口产生的气流的方向布置成与气体入口相对。因此，可以产生沿着原料粉末层的表面的基本上水平的层状气流。

竖直移动装置可以被适配成使辐照单元与气体入口一起竖直地移动。

因此，可以确保气体入口始终位于最上面的原料粉末层上方的恒定高度处。因此，气体入口可以与辐照单元机械地刚性联接。如果额外地提供气体出口，则竖直移动装置可以进一步被适配成使辐照单元与气体入口和气体出口一起竖直地移动。装置可以包括并排布置的多个辐照单元，该多个辐照单元中的每一个包括至少一个光学元件并被适配成在原料粉末上进行电磁束或粒子束扫描，其中，竖直移动装置被适配成使多个辐照单元相对于承载器一起竖直地移动。

辐照单元可以被紧固到共用框架上。此外，可以在构建空间内为每个辐照单元限定辐照区域。辐照区域可以被限定在共用承载器或者为相应的辐照区域提供的多个承载器上。辐照单元可以被适配成在它们相应的辐照区域上彼此独立地进行电磁束或粒子束扫描。此外，每个辐照单元可以包括辐射源(例如激光器)，但是也能够提供共用的辐射源，该辐射源的光束被至少一个分束器分成用于相应的辐照单元的子光束。

装置可以进一步包括水平移动装置，该水平移动装置被适配成使辐照单元相对于承载器以及相对于被施加到承载器上的原料粉末水平地移动。

水平移动装置可以被适配成以下述方式水平地移动：该方式使得在水平移动之前辐照单元不可接近的构建室的区域在水平移动之后可以被辐照单元接近并且可以被辐照。换句话说，水平移动装置可以被适配成在相同构建室的相同承载器上水平地移动。此外，水平移动装置可以被适配成使辐照单元从第一构建室移动到第二构建室，如下文中所描述的那样。

装置可以包括并排布置的多个构建室和承载器，该多个构建室中的每一个具有构建室壁，该构建室壁侧向地包围相应的构建室，其中，水平移动装置被适配成使辐照单元从多个构建室的第一构建室移动到多个构建室的第二构建室。

水平移动装置还可以被构造成使得该水平移动装置使构建室相对于辐照单元水平地移动，其中，辐照单元相对于水平方向保持静止。因此，能够提供例如用于构建室的传送带，可以借助于该传送带通过水平移动将多个构建室供应到辐照单元。

水平移动可以以下述方式进行：该方式使得辐照单元首先基本上位于第一构建室的承载器上方的中心，并在水平移动之后基本上位于第二构建室的承载器上方的中心。水平移动装置可以具有辊子或轮子，该水平移动装置可以借助于辊子或轮子在共用底部上移动，其中，辊子或轮子在共用底部上行进。附加地或可替代地，可以在共用底部上设置轨道或其他合适的引导元件，以便引导从第一构建室到第二构建室的水平移动。第一构建室的承载器和第二构建室的承载器可以被布置在共用底部上。此外，第一构建室的承载器和/或第二构建室的承载器可以作为共用底部的表面的一部分。

原则上对于本文中所描述的所有承载器都是这种情况：承载器可以作为较大的元件(例如底部)的表面的一部分。除了构建室壁之外，承载器不必在结构上区别于承载器周围的表面。例如，承载器可以仅被定义为底部的区域，其中，构建室壁在侧部处界定该区域。构建室壁可以例如能够被向上提升。

水平移动装置还可以被构造成使得辐照单元以悬置的方式被紧固到装置的共用盖上并沿着该共用盖从第一构建室被引导到第二构建室。为此，例如可以提供轨道或者其他线性或非线性的引导元件。

装置可以进一步包括控制单元，该控制单元被适配成以下述方式对水平移动装置进行控制：在第一构建室中完成第一构建过程时，该方式使得辐照单元水平地移动到第二构建室，然后以下述方式对辐照单元进行控制：该方式使得该辐照单元在第二构建室中开始新的构建过程。

因此，成品工件可以在第一构建室中冷却和/或已被取出(不具有多余的原料粉末)，同时在第二构建室中进行构建过程。控制单元可以是也对竖直移动装置进行控制的相同的控制单元。可替代地，也可以提供单独的控制单元。控制单元还可以是装置的中央控制单元。竖直移动装置和水平移动装置的共用控制单元可以被适配成例如在完成第一构建过程时，如果需要，完全将辐照单元竖直地提升出构建室，然后使该辐照单元在第一构建室和第二构建室的构建室壁上水平地移动，并使辐照单元在第二构建室中下降，使得第一原料粉末层可以被施加在第二构建室中并被选择性地辐照。

根据第二方面，本发明涉及一种用于生产三维工件的方法。该方法包括：将原料粉末施加到承载器上，其中，被施加到承载器上的原料粉末由基本上竖直延伸的构建室壁侧向地界定和支撑；以及通过辐照单元利用电磁辐射或粒子辐射对被施加到承载器上的原料粉末进行选择性地辐照，以便通过增材逐层构建方法在承载器上生产由原料粉末制成的工件，其中，辐照单元包括至少一个光学元件。该方法进一步包括：借助于竖直移动装置使辐照单元相对于承载器竖直地移动，同时构建室壁和承载器以固定的方式彼此连接，使得竖直移动相对于承载器以及相对于构建室壁进行。

该方法可以例如借助于本文中所描述的装置中的一个来执行。此外，该方法可以包括对本文中所描述的装置而言合适或适用的所有方法步骤。

该方法可以进一步包括：在第一构建室中完成构建过程时，借助于水平移动装置使辐照单元从第一构建室水平地移动到第二构建室，以及在第二构建室中开始构建过程。

附图说明

下文中将参考附图对本发明进行说明，在附图中：

图1：是根据本发明的装置的第一示例性实施例的示意性侧视图，该装置执行根据本发明的方法；

图2：是根据本发明的装置的第二示例性实施例的示意性侧视图，该装置执行根据本发明的方法；和

图3：是根据本发明的装置的第三示例性实施例的示意性平面图，该装置执行根据本发明的方法。

具体实施方式

在图1中，以示意性侧视图示出了根据本发明的装置1的第一示例性实施例。附图的视图不一定按真实比例显示。竖直方向(下文中也称为z方向)在图中由箭头3定义，水平平面(下文中也称为x-y平面)沿着底部5垂直于附图的平面延伸。

底部5作为装置1的底板。装置1可以进一步具有外壳(未示出)，该外壳具有外壁和外盖。然而，装置1还可以在不具有自身的外壳的情况下被设置在开放结构中(例如在工厂建筑物中)。

在底部5上设置有承载器7，该承载器具有水平的矩形表面。承载器7以固定的方式连接到底部5并被适配成接纳多层原料粉末9。在侧部处与承载器7相邻的是构建室壁11，该构建室壁在侧部处完全包围承载器7。因此，当在平面图中观察时，承载器7和构建室壁11都具有矩形的横截面。构建室壁11以下述方式侧向地包围承载器7：该方式使得该构建室壁与位于承载器7上的原料粉末9相邻、在侧部处支撑该原料粉末并使该原料粉末保持长方体的形状。

构建室壁11限定了位于构建室壁11内的构建室13。在构建室13中，借助于增材逐层构建方法进行工件15的构建过程。构建室13在侧部处由构建室壁11界定并在底部处由承载器7界定。不需要在顶部处对构建室13进行物理界定，特别是不必在顶部处以气密的方式对构建室13进行封闭。在图1的表示中，构建室13在顶部处由辐照单元17和辐照单元承载器19的一部分界定。

然而，构建室13可以以气密的方式被封闭，例如通过在构建室壁11与辐照单元承载器19之间提供密封装置(未示出)来封闭。这具有以下优点：保护气体(例如惰性气体，诸如氩气或氮气)不能流出构建室13，并且杂质不能进入构建室13。然而，气密密封并非绝对必要的，例如在使用氩气作为保护气体的情况下气密密封不是绝对必要的，因为氩气由于其高密度而积聚在构建室底部的区域中(也就是说，在原料粉末9的区域中)并且不能向上逃逸。

装置1进一步具有粉末施加装置21，借助于该粉末施加装置可以将原料粉末9逐层施加到承载器7上。为此，粉末施加装置21可以包括至少一个辊子、至少一个推料器和/或其他合适的粉末施加装置，该粉末施加装置适于将原料粉末层尽可能厚度均匀地施加到承载器7或先前的原料粉末层上。粉末施加装置21连接到原料粉末储存器(未示出)，以便从储存器供应原料粉末。

装置1进一步具有辐照单元17，该辐照单元用于对被逐层施加到承载器7上的原料粉末9进行选择性地辐照。借助于辐照单元17，原料粉末9可以根据待生产的工件15的期望的几何形状而暴露于特定位置的辐照。为此，辐照单元17具有辐射源，该辐射源可以以激光器的形式提供。激光器可以例如发射波长约为1064nm的光。可替代地，辐射源(例如激光器)也可以位于辐照单元17的外部，且被引导到原料粉末9上的光束例如借助于光纤被供给到辐照单元17。

辐照单元17进一步具有光学元件，诸如，例如扫描单元、聚焦单元和F-θ透镜。扫描单元被适配成在水平平面内(在x方向和y方向上)在最上面的原料粉末层上进行光束扫描。聚焦单元被适配成改变或调整光束的焦点位置(在z方向上)，使得辐照单元17的共焦平面位于由辐照单元17进行辐照的最上面的原料粉末层的区域中。辐照单元17可以是例如EP 2333 848 B1中所描述的辐照单元或辐照装置。

装置1进一步具有气体入口23和气体出口25。气体入口23具有用于使气体(例如惰性气体，诸如氩气或氮气)流出的开口。气体出口25进一步具有用于吸入从气体入口23流出的气体的开口。气体入口23的开口和气体出口25的开口基本上被布置在同一高度以及与原料粉末9的表面相距一小距离处。以这种方式，可以在原料粉末9的表面上平行于承载器7提供层状的且基本上水平的气流。该气流可以适于能够以受控的方式排出处理相关的杂质(例如溅出物和熔融沉积物)。气体入口23和气体出口25可以被构造成例如欧洲专利申请15186 889.0中所描述的那样。

气体入口23和气体出口25都是装置1的可选元件，其中，那些元件可以被省略或者被设置在与本文中所描述的位置不同的位置处。

辐照单元17、气体入口23和气体出口25以下述方式被紧固到辐照单元承载器19上：该方式使得辐照单元承载器19的竖直移动导致辐照单元17、气体入口23和气体出口25的竖直移动。此外，粉末施加装置21以下述方式被紧固到辐照单元承载器19上：该方式使得辐照单元承载器19的竖直移动导致粉末施加装置21的竖直移动。然而，可替代地，粉末施加装置21也可以独立于辐照单元承载器19进行布置。粉末施加装置21可以例如被布置在构建室壁11上并设置有相应的竖直移动装置，以便沿着构建室壁11上下移动。此外，为粉末施加装置21提供水平移动装置，可以借助于该水平移动装置使粉末施加装置21如箭头27所指示的那样沿水平方向在承载器7上移动。可替代地或除了沿箭头27的方向(x方向)移动之外，粉末施加装置21的水平移动装置也可以被适配成使粉末施加装置21沿y方向在承载器7上移动。

辐照单元承载器19以可竖直移动的方式被紧固到框架29上。辐照单元承载器19并因此辐照单元17可以借助于竖直移动装置31相对于框架29上下移动。图1中所示的装置1的竖直移动装置31包括电动机，该电动机可以是例如步进电动机或伺服电动机。竖直移动装置31可以以许多不同的方式进行配置并且可以包括例如任何类型的致动元件或提升装置。例如，竖直移动装置31可以具有液压致动器和/或机械致动器。竖直移动装置31可以具有例如主轴和驱动主轴的电动机。

借助于竖直移动装置31，可以改变辐照单元17与承载器7之间的竖直距离。特别地，可以改变该距离使得辐照单元17与最上层的原料粉末9之间的距离始终保持不变。竖直移动装置31的竖直移动独立于构建室壁11并相对于该构建室壁进行，也就是说，具体地，竖直移动装置31不会使构建室壁11移动。

装置1进一步包括控制单元33，该控制单元被适配成对竖直移动装置31和下文中所描述的水平移动装置35进行控制。控制单元33包括CPU和存储器，其中，程序被存储在存储器中，该程序在由CPU执行时使得装置1执行本文中所描述的方法之一。控制单元33可以进一步接管装置1的所有控制任务且例如对辐照单元17、粉末施加装置21、穿过气体入口23和气体出口25的气流进行控制。

装置1的构建过程以下述方式进行并由控制单元33以下述方式进行控制：该方式使得竖直移动装置31使粉末施加装置21向下移动到粉末施加装置21可以将第一原料粉末层施加到承载器7上的程度。然后或者同时，如果需要，竖直移动装置31使辐照单元17移动到适于对第一原料粉末层进行选择性地辐照并使该第一原料粉末层固化(例如通过熔融或烧结)的高度。扫描单元由此根据预定的图案在原料粉末9上进行光束扫描。一旦根据需要对第一原料粉末层进行辐照，竖直移动装置31就使粉末施加装置21移动到可以将第二原料粉末层施加到第一原料粉末层上的高度处。然后，类似于第一原料粉末层的辐照，进行对第二原料粉末层的辐照操作。

因此，在构建期望的工件15期间，竖直移动装置31使辐照单元17(并且在适用的情况下，被紧固到辐照单元承载器19上的其他部件，即气体入口23、气体出口25和/或粉末施加装置21)越来越远离承载器7移动。于是可以完全将辐照单元17向上提升到构建室13之外并且借助于水平移动装置35使该辐照单元移动到另一个构建室，如下文中将参考图3描述的那样。

一旦构建室13中的构建过程完成，就可以冷却成品工件15，然后提升装置(未示出)可以向上提升构建室壁11，使得多余的原料粉末9能够在侧部处从构建室13流出，并且可以从侧部接近成品工件15。于是可以完全从多余的原料粉末9中释放工件15。此外，可以在构建室壁11中设置可关闭的开口，该开口可以在构建过程之后被打开，并且可以通过该开口移除成品工件15和/或多余的原料粉末9。

装置1的框架29进一步具有水平移动装置35。在图1的示例性实施例中，水平移动装置35包括辊子，借助于该辊子可以使框架29与紧固到该框架上的辐照单元承载器19以及紧固到辐照单元承载器19上的部件(辐照单元17、气体入口23、气体出口25和/或粉末施加装置21)一起水平地移动。辊子由一个或多个电动机驱动，其中，电动机由控制单元33控制。因此，框架29借助于辊子在底部5上滚动。另外，能够提供相应的(线性或非线性的)引导元件，诸如，例如轨道，该引导元件对框架29在底部5上的水平移动进行引导。作为图1的形式(其中框架29经由辊子在底部5上滚动)的替代方案，框架29可以以可水平移动的方式被固定到装置1的外壳的盖上，这可以例如通过相应的轨道来保证。

水平移动装置35可以被构造成使得其不仅允许在水平方向上的线性移动，还允许在水平平面(在x方向和y方向上)内的受控移动。

水平移动装置35一方面可以用于形成原料粉末层的区域，在构建工件15的过程期间，在使辐照单元17可接近的水平移动之前，辐照单元17不能接近该区域。因此，可以扩大有效的构建区域，并且可以生产更大的工件15。另一方面，水平移动装置35可以用于使辐照单元17从第一构建室移动到第二构建室，如下面将参考图3所描述的那样。

在图2中，以示意性侧视图示出了根据本发明的装置1的第二示例性实施例。具有相同附图标记的元件对应于图1的装置1的那些元件。那些元件的操作模式与图1的装置1的相应元件的操作模式相同。

与图1的装置1不同，图2的装置1不是仅具有一个辐照单元而是具有并排布置的多个辐照单元17。在图2的示例中，提供了三个辐照单元17，其中，还能够提供更少或更多的辐照单元17。每个辐照单元17在共用承载器7上限定辐照区域。在每个辐照区域中，可以生产工件15。然而，辐照单元17的辐照区域也能够彼此直接相邻或重叠，使得可以生产大的工件，其中，每个辐照单元17负责对工件的预定区域进行固化。三个辐照区域位于共用构建室13中，该共用构建室由构建室壁11包围。

为每个辐照单元17提供气体入口23和气体出口25，以在相应的辐照区域上产生水平的气流。然而，可替代地，也能够仅提供共用气体入口和共用气体出口25，使得例如仅在辐照单元承载器19的外部区域中提供气体入口23和气体出口25。装置1进一步具有共用粉末施加装置21，该共用粉末施加装置能够将粉末层施加在承载器7的整个区域上。可替代地，每个辐照区域可以设置有其自身的粉末施加装置。

因为图2的装置1具有多个辐照单元17，所以一方面能够生产更大的(共用的)工件，另一方面能够同时生产多个工件15，这导致减少每个工件15的处理时间。

图3示出了用于生产三维工件的装置1的第三示例性实施例，其中，第三示例性实施例的装置1可以包括例如图1的装置1或图2的装置1。图3的装置1包括第一构建室13a和第二构建室13b。也可以提供其他构建室(未示出)。

在图3中，以平面图示出了第一构建室13a和第二构建室13b。构建室13a由构建室壁11a包围，构建室13b由构建室壁11b包围。构建室13a或构建室13b可以是例如图1或图2中所示的构建室13中的一个。构建室13a和构建室13b被布置在共用底部5上。

此外，在图3所示的状态下，框架29位于第一构建室13a上方，使得可以通过增材逐层构建方法在构建室13a内部生产工件15。因此装置1的必要元件对应于例如图1或图2的那些元件。

在第一构建室13a中的构建过程完成时，框架29借助于水平移动装置35在底部5上从第一构建室13a移动到第二构建室13b，如箭头37所示。然后，在第二构建室13b上，一个辐照单元17或多个辐照单元17借助于竖直移动装置31在承载器7上下降，并在第二构建室13b中开始新的(第二)构建过程。

在第二构建过程期间，例如通过提升构建室壁11a或者通过构建室壁11a中的开口，第一构建室13a中的工件15可以冷却并且已经被移除。

与构建室13a、13b中的每一个具有其自身的一个辐照单元17或自身的多个辐照单元17的情况相比，这允许借助于数量减少的辐照单元17在多个构建室13a、13b中生产多个工件15。除了图3中所示的两个构建室13a和13b之外，可以提供具有相应的构建室壁的其他构建室，使得框架29与其辐照单元17(并且在适用的情况下，被紧固到辐照单元承载器19上的其他部件，即一个或多个气体入口23、一个或多个气体出口25和/或一个或多个粉末施加装置21)可以一起连续地移动到那些构建室，并且在每种情况下可以在相应的构建室中执行构建过程。

本文中描述的构建室13、13a、13b可以是具有例如在每种情况下大于50cm的侧部长度的大的构建室。换句话说，承载器7的两个正交的侧部长度中的至少一个可以是至少50cm。此外，承载器7的两个正交的侧部长度中的至少一个可以是至少100cm。因此，本文中所使用的承载器7可以是具有1mx1m的底部面积的承载器。

因为本文中所描述的装置具有可竖直移动的辐照单元，所以辐照单元相对于承载器进行相对移动，而不必移动承载器。当使用相应大的承载器时，这具有的优点在于在构建过程期间不需要移动大量粉末和重的工件。

此外，使辐照单元相对于构建室壁移动，使得构建室壁相对于原料粉末保持静止，并且在构建室壁与原料粉末之间的界面处不发生摩擦，从而粉末层不受干扰。因为构建室壁相对于原料粉末保持静止，所以相对于承载器对构建室壁进行密封是相对没有问题的，也就是说确保了没有粉末可以穿过构建室壁与承载器之间的间隙。在传统的装置中，这种密封带来了更大的问题，因为承载器必须能够相对于构建室壁竖直地移动。

辐照单元独立于构建室壁的可移动性进一步允许辐照单元从第一构建室到第二构建室并从该第二构建室可选择地到其他构建室的可移动性。

Claims (14)

1.一种用于生产三维工件（15）的装置（1），所述装置包括：

- 用于接纳原料粉末（9）的承载器（7），

- 构建室壁（11，11a，11b），所述构建室壁竖直地延伸并被适配成完全侧向地包围被施加到所述承载器（7）上的所述原料粉末（9）并在所有侧部上界定和支撑所述原料粉末（9），

- 辐照单元（17），所述辐照单元用于利用电磁辐射或粒子辐射对被施加到所述承载器（7）上的所述原料粉末（9）进行选择性地辐照，以便通过增材逐层构建方法在所述承载器（7）上生产由所述原料粉末（9）制成的工件（15），其中，所述辐照单元（17）包括至少一个光学元件，和

- 竖直移动装置（31），所述竖直移动装置被适配成使所述辐照单元（17）相对于所述承载器（7）竖直地移动，其中，所述构建室壁（11，11a，11b）和所述承载器（7）被适配成在所述辐照单元（17）的竖直移动期间以固定的方式彼此连接，使得竖直移动相对于所述承载器（7）以及相对于所述构建室壁（11，11a，11b）进行，

其中，所述构建室壁（11，11a，11b）刚性地连接到所述承载器（7）和/或所述装置（1）的底部（5），或者

其中，所述构建室壁（11，11a，11b）能够拆卸地连接到所述承载器（7）和/或所述装置（1）的底部（5），

其中，所述装置（1）进一步包括水平移动装置（35），所述水平移动装置被适配成使所述辐照单元（17）相对于所述承载器（7）以及相对于被施加到所述承载器（7）上的所述原料粉末（9）水平地移动，

其中，所述装置（1）包括并排布置的多个构建室（13a，13b）和承载器（7），所述多个构建室中的每一个具有构建室壁（11a，11b），所述构建室壁侧向地包围相应的构建室（13a，13b），并且

其中，所述水平移动装置（35）被适配成使所述辐照单元（17）从所述多个构建室的第一构建室（13a）移动到所述多个构建室的第二构建室（13b）。

2.根据权利要求1所述的装置（1），所述装置进一步包括粉末施加装置（21），所述粉末施加装置被适配成将所述原料粉末（9）逐层施加到所述承载器（7）上。

3.根据权利要求2所述的装置（1），其中，所述竖直移动装置（31）被适配成使所述辐照单元（17）与所述粉末施加装置（21）一起竖直地移动。

4.根据权利要求2所述的装置（1），所述装置进一步包括另一个竖直移动装置，所述另一个竖直移动装置在机械上独立于所述竖直移动装置（31）并被适配成使所述粉末施加装置（21）竖直地移动。

5.根据权利要求1所述的装置（1），所述装置进一步包括控制单元（33），所述控制单元被适配成以下述方式对所述竖直移动装置（31）进行控制：根据待施加的相应的原料粉末层的期望厚度，该方式使得所述辐照单元（17）相对于所述承载器（7）以及相对于所述构建室壁（11，11a，11b）的高度是能够竖直调节的。

6.根据权利要求1所述的装置（1），其中，所述装置进一步包括至少一个气体入口（23）和至少一个气体出口（25），所述气体入口被适配成将气体引入由所述构建室壁（11，11a，11b）限定的构建室（13，13a，13b）中，所述气体出口被适配成吸入从所述气体入口（23）引入的气体，其中，所述气体入口（23）和所述气体出口（25）被适配成产生平行于所述承载器（7）流动的气流。

7.根据权利要求6所述的装置（1），其中，所述竖直移动装置（31）被适配成使所述辐照单元（17）与所述气体入口（23）和所述气体出口（25）一起竖直地移动。

8.根据权利要求7所述的装置（1），其中，所述气体出口（25）沿由所述气体入口（23）产生的气流的方向布置成与所述气体入口（23）相对。

9.根据权利要求1所述的装置（1），其中，所述装置（1）包括并排布置的多个辐照单元（17），所述多个辐照单元中的每一个包括至少一个光学元件，并且所述多个辐照单元中的每一个被适配成在所述原料粉末（9）上进行电磁束或粒子束扫描，并且其中，所述竖直移动装置（31）被适配成使所述多个辐照单元（17）相对于所述承载器（7）一起竖直地移动。

10.根据权利要求1所述的装置（1），所述装置进一步包括控制单元（33），所述控制单元被适配成以下述方式对所述水平移动装置（35）进行控制：在所述第一构建室（13a）中完成第一构建过程时，该方式使得所述辐照单元（17）水平地移动到所述第二构建室（13b），然后以下述方式对所述辐照单元（17）进行控制：该方式使得所述辐照单元在所述第二构建室（13b）中开始新的构建过程。

11.一种用于生产三维工件（15）的方法，所述方法由根据权利要求1所述的用于生产三维工件（15）的装置（1）实现，所述方法包括：

- 将原料粉末（9）施加到承载器（7）上，其中，被施加到所述承载器（7）上的所述原料粉末（9）由竖直延伸的构建室壁（11，11a，11b）侧向地界定和支撑，

- 通过辐照单元（17）利用电磁辐射或粒子辐射对被施加到所述承载器（7）上的所述原料粉末（9）进行选择性地辐照，以便通过增材逐层构建方法在所述承载器（7）上生产由所述原料粉末（9）制成的工件（15），其中，所述辐照单元（17）包括至少一个光学元件，和

- 借助于竖直移动装置（31）使所述辐照单元（17）相对于所述承载器（7）竖直地移动，同时所述构建室壁（11，11a，11b）和所述承载器（7）以固定的方式彼此连接，使得竖直移动相对于所述承载器（7）以及相对于所述构建室壁（11，11a，11b）进行，

其中，所述构建室壁（11，11a，11b）刚性地连接到所述承载器（7）和/或所述装置（1）的底部（5），或者

其中，所述构建室壁（11，11a，11b）能够拆卸地连接到所述承载器（7）和/或所述装置（1）的底部（5），

其中，所述方法进一步包括：

- 在第一构建室（13a）中完成构建过程时，借助于水平移动装置（35）使所述辐照单元（17）从所述第一构建室（13a）水平地移动到第二构建室（13b），和

- 在所述第二构建室（13b）中开始构建过程。

12.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：

- 经由至少一个气体入口（23）将气体引入由所述构建室壁（11，11a，11b）限定的构建室（13，13a，13b）中，并且经由至少一个气体出口（25）吸入从所述气体入口（23）引入的气体，其中，所述气体入口（23）和所述气体出口（25）产生平行于所述承载器（7）流动的气流。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在竖直移动期间，所述竖直移动装置（31）使所述辐照单元（17）与所述气体入口（23）和所述气体出口（25）一起竖直地移动。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述气体出口（25）沿由所述气体入口（23）产生的气流的方向布置成与所述气体入口（23）相对。

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