CN110732884A - 用于增材制造的平台载体和组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于增材制造的平台载体和组件。本发明涉及一种待安装在增材制造机器的机台上的可替换的平台载体。该平台载体是可替换的，并且具有刚性构造，以及整合在其中的至少一个加热元件。

Description

用于增材制造的平台载体和组件

技术领域

本发明涉及增材制造的领域。特别地，本发明涉及一种应用于增材制造机器中的平台载体。另外，本发明涉及一种用于增材制造机器中的组件。此外，本发明还涉及一种包括该组件的增材制造机器。

背景技术

已知增材制造过程产生三维物体。这些物体逐层构建。主要过程是将材料沉积在安装于机台（machine table）上的构建板上，并且硬化沉积的材料。硬化方法中的一种是激光烧结。

WO 96/29192描述了一种用于通过如下方式来产生三维物体的装置，即：在对应于该物体的剖面的点处连续地固化可通过电磁或粒子辐射硬化的材料层。该装置具有高度可调整的支撑件、用于将可硬化材料层施加于先前形成的层上的支撑件的装置和辐照装置以及用于照射对应于该物体的层的点的该辐照装置的控制装置。加热装置被布置在机台中，以通过热的作用来固化该物体周围的材料区域。

增材制造过程由于例如温度梯度的其热性质而在工件内部引起应力。在市场上解决该问题的标准解决方案是在机器中具有固定的加热元件，该加热元件通过热传导来加热在其上构建工件的构建板。例如，加热元件被整合到机台中，以便降低温度梯度，从而减小应力。

EP 3 292 988 A1描述了一种用于生成层构建设备的可更换平台的支撑件，该生成层构建设备被设计成通过如下方式来产生至少一个三维物体，即：在可移除平台上的相应层中的与该至少一个物体相对应的位置处层叠粉末状构建材料。可更换平台支撑件包括：夹紧装置，其用于相对于用于可更换平台的支撑件的位置来固定可移除平台的一个位置；加热系统，其适于提供其周围环境的热能的至少一部分和/或使来自其环境的至少一部分的热能耗散；以及压力装置，当可移除平台被夹在该夹紧装置中时，该压力装置适于使该加热系统的至少一部分压靠该可移除平台。

在该申请中，未限定的机构（可能是弹簧加载的）强制该加热系统维持与可更换平台的接触。然而，该未限定的机构的力抵消机台中使用的卡盘的夹紧力。该加热元件被整合在用于可更换平台的支撑件中，该支撑件是机床的整体部分，因此不可替换。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种可替换的平台载体，其可被安装在增材制造机器的机台上，并且更耐受由热状态引起的变形。特别地，一个目的在于提供一种可替换的组件，其不仅可安装在增材制造机器的机台上，而且还可安装在用于预处理或后处理的机器的机台上。

根据本发明，这些目的通过独立权利要求的特征来实现。此外，从从属权利要求和说明书得到另外的有利实施例。

在本发明中，待安装在增材制造机器的机台上的可替换的平台载体具有刚性设计。该平台载体必须是刚性的，以确保机械稳定性。此外，该平台载体是可安装在机台上的独立元件，并且不是机台的整合部分。在增材制造生产期间，该平台载体使用夹紧系统来安装在增材制造机器的机台上，并且构建板被预张紧地安装在该平台载体上，使得物体可直接在该构建板上产生。在增材制造之后，平台载体和其上具有产生的物体的构建板可从增材制造机器的机台拆卸。如果需要通过例如铣削过程、EDM过程和磨削过程的后处理来进一步处理所产生的物体，则平台载体和构建板可被安装到用于所述后处理的机器中。因此，平台载体的刚性构造是至关重要的。通过使用该平台载体，还可以提高生产效率，这是因为该平台载体可以简单地从增材制造机器拆卸并安装在其他机器中以便进一步处理物体。

为了在平台载体的整个表面上提供均匀的热分布，至少一个加热元件被整合在平台载体中。这意味着，该加热元件是可替换的刚性平台载体的一部分。在其上产生物体的构建板可被直接安装在平台载体上。整个平台载体的均匀加热导致构建板的均匀加热。加热元件没有被整合到机器中，因此可实现简化的机器设计。另一优点在于，可以在制造之前在机器的外部处预先加热具有或不具有构建板的平台载体，这是因为加热元件被固定地整合在平台载体中。

在一些实施例中，用于将构建板连接到平台载体上的多个固定模块被整合在平台载体中。由于该多个固定模块，所述平台载体被制备成用于不同类型的构建板或预制件。这增加了平台载体的通用性并降低了生产成本。

在一种有利的变型中，所述平台载体包括上部和下部，并且这两个部分被牢固地固定在一起。为了产生所述平台载体，该上部和下部被设置成使得加热元件和固定模块可被嵌入所述平台载体中。然后，这两个部分被牢固地连接在一起，使得平台载体始终保持为单件，即独立元件。该上部和下部可通过螺丝或通过焊接来牢固地连接，以形成单件式部件并提供足够的刚度。

在一种变型中，加热元件至少部分地嵌入平台载体的上部中，并且固定模块至少部分地嵌入平台的下部中。加热元件被包含在平台载体中，从而允许当构建板被安装时，加热源定位在与平台载体的顶部相距一小段距离处，非常靠近该构建板。因此提高了加热的效率。用于将平台载体夹持到机器并且布置在平台载体下方的卡盘与加热热隔离。

在一些实施例中，所述加热元件是电加热元件，例如感应型或电阻器等。其他构思可基于热/冷液体，这意味着加热/冷却由液体介质回路提供。

在一种有利的变型中，所述固定模块被设计成使得构建板可通过所述固定模块来预张紧地连接到平台载体。预张紧的连接可以确保平台载体和构建板之间的连接，并且考虑到变形来提供容差自由度（tolerance freedom）。在z方向上，提供了针对平台载体和构建板之间的变形的受控自由度。对于增材制造，所述构建板通过所述固定模块来预张紧地连接到平台载体，使得物体可在所述构建板上构建。

在一种优选变型中，所述固定模块包括：用于连接所述构建板的固定螺丝；以及弹性元件，其围绕所述固定螺丝布置，用于预张紧所述构建板，特别地，所述弹性元件为盘簧组。其他变型也可被用作弹性元件，例如，由诸如橡胶之类的弹性材料制成的元件、波形弹簧或螺旋弹簧。在一种变型中，所述固定模块包括抗疲劳螺栓（anti-fatigue bold）或应力螺栓，用于允许构建板和平台载体的预张紧连接。

有利的是将热隔离层整合在平台载体中，优选地整合在加热元件下方。以这种方式，可进一步减小来自加热元件的对卡盘的热影响。

在一种变型中，至少一个保持元件被嵌入平台载体中并处于加热元件下方，以将加热元件保持在期望的位置，特别地，该保持元件是弹性的，例如弹簧。

在一些实施例中，至少一个连接装置被设置在平台载体的底表面上，用于将平台载体夹持在增材制造机器的机台上。由于增材制造过程不会在平台载体上产生大的力，因此主要需求是将平台载体定位在期望的位置，该平台载体可通过使用一个卡盘来夹持在机台上。使用单一的卡盘为平台载体在X-Y平面中的扩展提供了自由度。另外，自动卡盘可用作自动处理平台载体和构建板的先决条件。所述连接装置例如是用于接收卡盘的牵引杆的牵引杆螺纹。

在一种优选变型中，一个连接装置被布置在所述平台载体的底表面的中心，并且用于后处理加工的两个或更多个连接装置相对于布置在中心的所述连接装置对称地布置。如上面所解释的，在增材制造之前或之后，可能需要预处理加工或后处理加工，例如用于调整物体的结构。为了改善加工处理的自动化，两个或更多个连接装置被设置在平台载体的底表面上，以允许在有或没有构建板的情况下将平台载体自动地夹持到用于预处理或后处理的机器中。在一种变型中，所述连接装置是用于接收夹紧系统的牵引杆的牵引杆螺纹。

在本发明中，待安装在增材制造机器的机台上的可替换组件包括平台载体和构建板。所述组件被设计成使得所述构建板能够被预张紧地安装在所述平台载体上。在一些有利的实施例中，所述组件可以但不是必须在机器的内部或外部预加热。在一种变型中，所述组件在机器内预加热。在另一变型中，所述组件在机器外部预加热。在第三种变型中，所述组件不在机器的内部或外部预加热。

在一种优选变型中，平台载体的厚度通常但不是必须大于构建板的厚度。所述平台载体具有刚性设计并提供足够的机械稳定性。由于这个原因，必须比平台载体更频繁地更换的构建板可以是薄板，从而降低了其生产成本。当以高价值材料制造部件时，这是特别重要的，因为构建板通常由与所述部件相同的材料构成。用于平台载体的材料对制造过程而言关系不大，因此可以是标准的具有成本效益的材料，例如耐腐蚀的工具钢。

在一种变型中，所述固定模块被布置成阵列的形式，以确保所述平台载体和所述构建板之间在整个区域上的预张紧接触。

在本发明中，增材制造机器包括加工台（machining table）以及固定在机台上的可替换组件。

附图说明

为了描述可获得本公开的优点和特征的方式，在下文中，将通过参考在附图中图示的上面简要描述的原理的特定实施例来呈现这些原理的更具体的描述。这些附图仅描绘了本公开的示例性实施例，并且因此，不应被认为限制其范围。通过使用附图，利用附加的特性和细节来描述和解释本公开的原理，附图中：

图1图示了平台载体的一个实施例的透视图；

图2图示了该平台载体的一个实施例的底视图；

图3图示了整合的加热元件的示意图；

图4图示了固定螺丝盒（fixing screw box）的示意图；

图5图示了沿图1的线A-A截取的平台载体的剖视图；

图6图示了完整的设置，其具有整合到增材制造机器的加工台中的卡盘，并且包括具有整合的加热元件的平台载体；

图7图示了没有加热的平台载体的实施例；以及

图8图示了完整的设置，其具有整合到增材制造机器的加工台中的卡盘，并且包括没有加热的平台载体。

具体实施方式

图1示出了平台载体的一个实施例的3维视图，该平台载体包括上部11和下部12。至少一个加热元件被整合在该上部和下部之间，并且多个固定螺丝盒嵌入该下部中。该固定螺丝盒包括固定螺丝13，该固定螺丝13可从平台载体的底表面安装穿过该平台载体，并从平台载体的顶表面突出，使得例如构建板的附加元件可被固定在平台载体的顶部上。

图2示出了该平台载体的底视图。在该实施例中，在平台载体中设置十六个固定螺丝盒14，用于接收十六个固定螺丝13，这些固定螺丝盒14各自由作为弹性元件的盘簧组（disc spring pack）21、套筒24和锁定元件23构成。然而，该固定螺丝盒和固定螺丝的数量不限于十六个。在底表面的中间，第一牵引杆螺纹15被设置用于接收夹紧系统的牵引杆。在增材制造过程期间，该平台载体必须通过夹紧装置来固定在机台上，该夹紧装置使得能够简单地安装和拆卸该平台载体。在第一牵引杆螺纹周围，第二牵引杆螺纹16a、第三牵引杆螺纹16b、第四牵引杆螺纹16c和第五牵引杆螺纹16d被设置在平台载体的底表面上。这些附加的牵引杆螺纹被设计成接收在用于预处理和后处理的机床中设置的夹紧系统的牵引杆，所述机床例如铣床、EDM机或磨床。另外，它们中的一个当平台载体被安装在增材制造机器中时可被用作旋转方向的参考。对于增材制造，优选的是通过一个牵引杆将平台载体安装在机台上。在增材制造中，平台载体的定位是至关重要的，但是增材处理（additiveprocessing）不会在平台载体上产生大的力，因此，通过一个牵引杆来保持平台载体提供了足够的稳定性。另外的优点是平台仍然可以在X-Y方向上扩展，以避免由平台载体中的热效应引起的平台载体的变形，并且避免由于潜在的工艺引起的变形而由多个牵引杆/卡盘引起的过度确定（over determination）。

图3示出了整合在平台载体中的加热元件16的布置结构的示意图。在平台载体中形成腔室。图3示出了一种变型，即该腔室形成在上部和下部中，用于接收加热元件16和弹簧17，以将加热元件保持在期望的位置。可选地，可以在加热元件下方设置隔离层18，以防止加热传递到夹紧装置。特别地，加热元件和隔离层通过弹簧17来保持，该弹簧17通过弹力将加热元件推到腔室的顶部内表面上。平台载体的上部和下部通过螺丝固定在一起。在一种变型中，通过在载体的上部和下部之间的间隙内的线路来提供与加热元件的电连接。各个加热元件的这种线路被连接到处于下部的底侧处的一个中央连接器，并且从那里进一步连接到由机台提供的连接器。由于加热元件所产生的热可向下传递到夹紧装置，平台载体可被安装在该夹紧装置上，因此需要隔离层以避免夹紧装置由于热而变形。

图4示出了位于平台载体的下部中的凹部中的固定螺丝盒的示意图。该固定螺丝盒包括套筒24、弹簧盘组21和锁定元件23。通过每个固定螺丝盒，固定螺纹被设置在平台载体中，如图1中所示。图1中所示的固定螺丝13被松弛地安装到固定螺丝盒中。套筒24牢固地围绕固定螺丝同心定位，使得弹簧盘组21可围绕该套筒定位，并且沿径向方向并在弹簧盘组21下方通过该套筒的外表面来支撑，用于分配负载。为了保持套筒和弹簧盘组并防止其脱落，锁定元件23被布置在套筒24下方。如果例如构建板的附加的板被安装在平台载体上，则该附加的板和平台载体通过固定螺丝被弹簧盘组压在一起，以确保该附加的板和平台载体的连接。

图5示出了沿图1的A-A的平台载体的剖视图。

图6示出了组件1，其包括具有整合的加热元件的平台载体和处于安装状态的构建板。该构建板和平台载体通过固定螺丝13来连接，并且对于每个固定螺丝，设置固定螺丝盒20以确保预张紧功能。该组件通过牵引杆14来夹持到整合到机台中的卡盘2。图7示出了没有加热的平台载体10a的另一个实施例，该平台载体10a形成为单板构造。但是该平台载体包括多个弹性元件，用于通过多个固定螺丝13将构建板预张紧地连接到平台载体上。

图8示出了组件1a，其包括没有加热元件的平台载体和处于安装状态的构建板。构建板3和平台载体10a通过固定螺丝13来连接，并且对于每个固定螺丝，设置固定螺丝盒20以确保预张紧功能。组件1a通过牵引杆14来夹持到整合到机台中的卡盘2。

附图标记列表

1 具有平台载体的组件，该平台载体具有整合的加热元件

1a 具有平台载体的组件，该平台载体没有整合的加热元件

2 卡盘

3 构建板

10 具有整合的加热元件的平台载体

10a 没有整合的加热元件的平台载体

11 上部

12 下部

13 固定螺丝

14 牵引杆

15、15a、15b、15c、15d 第一、第二、第三、第四、第五牵引杆螺纹

16 加热元件

17 弹簧

18 隔离层

20 固定螺丝盒

21 弹簧盘组

23 锁定元件

24 套筒。

Claims (16)

1.一种待安装在增材制造机器的机台上的平台载体（10、10a），其特征在于，所述平台载体是可替换的并且具有刚性构造。

2.根据权利要求1所述的平台载体，其特征在于，至少一个加热元件（16）被整合在所述平台载体中。

3.根据权利要求1或2所述的平台载体，其特征在于，用于将构建板连接到所述平台载体上的多个固定模块被整合在所述平台载体中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的平台载体，其特征在于，所述平台载体包括上部（11）和下部（12），并且所述上部和所述下部被牢固地固定在一起。

5.根据权利要求4所述的平台载体，其特征在于，所述加热元件至少部分地嵌入所述平台载体的所述上部中，并且所述固定模块至少部分地嵌入所述平台载体的所述下部中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的平台载体，其特征在于，所述加热元件是电加热元件，或者加热/冷却由液体介质回路提供。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的平台载体，其特征在于，所述固定模块被设计成使得构建板（3）能够通过所述固定模块来预张紧地连接在所述平台载体的顶部上。

8.根据权利要求7所述的平台载体，其特征在于，所述固定模块包括：用于连接所述构建板的固定螺丝（13）；以及弹性元件，其围绕所述固定螺丝布置，用于预张紧所述构建板，特别地所述弹性元件为盘簧组。

9.根据前述权利要求中任一项所述的平台载体，其特征在于，热隔离层（18）被整合在所述平台载体中，优选地处于所述加热元件下方。

10.根据前述权利要求中任一项所述的平台载体，其特征在于，至少一个保持元件被嵌入所述平台载体中并且处于所述加热元件下方，以将所述加热元件保持就位，特别地，所述保持元件是弹性的，例如弹簧（17）。

11.根据前述权利要求中任一项所述的平台载体，其特征在于，至少一个连接装置被设置在所述平台载体的底表面上，用于将所述平台载体夹持在所述增材制造机器的所述机台上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的平台载体，其特征在于，一个连接装置被布置在所述平台载体的底表面的中心，并且用于连续加工的两个或更多个连接装置相对于布置在中心的所述连接装置对称地布置。

13.一种待安装在增材制造机器的机台上的可替换组件（1、1a），包括根据前述权利要求中任一项所述的平台载体和构建板（3），

其特征在于，

所述组件被设计成使得所述构建板能够被预张紧地安装在所述平台载体上。

14.根据权利要求13所述的组件，其特征在于，所述组件被设计成使得它能够在所述机器的内部或外部预加热。

15.根据权利要求13或14所述的组件，其特征在于，多个固定模块被布置成阵列的形式，以确保所述平台载体和所述构建板之间在整个区域上的预张紧接触。

16.一种增材制造机器，包括加工台以及待借助于自动夹紧装置固定在机台上的根据权利要求13-15中任一项所述的可替换组件。

Images