CN111936300A - 增材制造设备的构建平台引导装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增材制造设备，其包括具有构建平台12的平台引导装置10和包括安装在构建平台12上的引导元件16、18的安装装置14。安装装置14被配置为允许构建平台12在垂直方向或Z方向上移位，同时允许构建平台在水平或X‑Y平面内不受约束的热膨胀和收缩。所述引导元件16、18抵靠构建平台12的相邻侧，以抑制绕垂直轴的角移位，并允许在X‑Y平面中不受约束的热膨胀和收缩。

Description

增材制造设备的构建平台引导装置
技术领域
本发明广泛地涉及增材制造。更具体地，本发明涉及增材制造设备的构建平台引导装置。本发明还涉及包括这种构建平台引导装置的增材制造设备和支撑增材制造设备的构建平台的方法。
背景技术
术语“增材制造”(AM)是指用于合成三维物体(以下简称为“物体”或“零件”)的各种过程。某些AM技术有时是指“3D打印”。
在AM中，零件通常通过将三维计算机辅助设计(CAD)模型数字切化为二维层或图像来制造。然后将通常由粉末或流体形式的原材料通过固化，固结，熔化或以其他方式形成这些层来制造这些层。
根据发明人的经验，AM通常相对于传统制造方法具有许多优势。这些优势包括制造高度复杂零件从而可以减轻重量，将更多功能集成到零件中并减少零件数量的能力。这些过程还消除了对工具的需求，从而节省了成本和/或节省了材料。
许多AM工艺采用高能量束(例如激光或电子束)形式的能源来熔化或烧结物料床中多层的粉末状物料，最终形成所需的零件。以下将这些过程统称为“粉末床熔化过程”。
在粉末床熔化过程中，根据CAD模型的几何形状，由扫描单元控制能源，以确保形成所需的层。物料床被支撑在构建平台上，当物料的每个新层形成时，该物料床沿一个方向(以下通常称为“Z方向”)逐渐降低。然后在扫描下一层之前，新的物料层将添加到物料床中。
许多AM过程还需要进行某种形式的预热。在将原料固结成最终形式之前，预热策略被采用以升高原料的温度。可以尝试使用预热以确保原料更容易加工和/或以更高速率加工，或者在物料固结前除去水分。水分的存在可能会导致物体出现气孔和/或其他缺陷。
此外，当使用能量束生产AM零件时，由于熔池的凝固收缩，物料会形成残余应力。在某些物料中，这些残余应力相对较高；并且在生产较大零件时，可能导致零件变形和/或破裂。可以对物料进行预热并控制冷却速率，以减少或缓解此类应力。
在现有AM系统中，构建平台通常安装在致动装置上。例如，一个或多个电动线性致动器位于构建平台下方，这样可以避免构建平台在Z轴方向逐渐移动，从而允许将新鲜的原料层逐渐沉积到构建平台上。
此外，构建平台通常被配置为在物料保持单元或壳体内移动。随着构建平台在Z方向上逐渐移动，物料沉积装置将新的物料层沉积到构建平台上，从而物料基本上填充了物料保持单元。通过加热构建平台自身，加热物料保持单元或从顶部加热沉积在构建平台上的物料进行预热。
为了确保零件的高精度，以足够精确的方式沿构建平台的路径引导构建平台是非常重要的。某些AM系统依靠致动装置来引导构建平台，而其他AM系统则采用专用的引导系统。
发明人已经发现，当构建平台相对较小时，即当构建平台通常定义为在水平面或X-Y平面的较小区域时，已知的AM系统通常是有效的并且足够准确。例如，在通常的“小型”实施方式中，AM系统可以具有的主要构建平台尺寸约为300mm×300mm，并在高达200℃的温度下运行。但是，发明人认为，由于热膨胀的影响，当在较高温度下采用相对较大的构建平台时，已知的AM系统面临许多问题。
当在相对较高的温度下运行时，AM设备组件，特别是构建平台的热膨胀可能会导致变形，机械干扰，致动装置失效等。某些物料需要较高的预热温度，以减少零件的残余应力并抑制裂纹形成。所需的预热温度取决于物料，并且范围从几百摄氏度到超过1000℃。例如，在600℃下预热时，一个1m长的5级钛合金基板的长度可能会增加5.5mm或更多。
在采用相对较小的构建平台的情况下，可以使用单个中央致动器或引导支柱来移位构建平台。由于热膨胀对单个中央致动器或支柱的影响不明显，因此这种构造通常在高温下表现相对较好。但是，这些构造不能为大型构建平台提供足够的结构支持。
发明人已经发现，当构建平台的尺寸增大，热膨胀的影响将被放大。在采用相对较大的构建平台的情况，通常采用多个致动器或引导支柱。例如，构建平台的仰视图可以是矩形的，在构建平台的四个底角处或朝向构建平台的四个底角设置一个致动器以支撑和移位构建平台。发明人已经发现，这种构造可能在很大程度上受到热膨胀的影响，因为构建平台的热膨胀可能更容易导致引导支柱或致动器变形，发生故障和/或失效。
当构建平台受到致动装置的约束而引起的热应力可能导致构建平台本身变形。变形的构建平台可能无法在增材制造过程的开始时生产厚度均匀的粉末层。由于与构建平台的分层，这可能会导致构建失败。
本发明旨在至少在某种程度上解决上述问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种增材制造设备，该增材制造设备包括构建平台和构建平台引导装置，所述构建平台被配置为沿着增材制造设备的垂直轴或Z轴移位，该构建平台引导装置包括：
安装装置，定位在由所述增材制造设备的X轴和Y轴定义的水平面或X-Y平面内的所述构建平台的末端或末端附近，其中所述安装装置被配置为可操作地允许所述构建平台沿着所述Z轴移位，并防止所述构建平台相对于所述安装装置沿所述X轴和/或Y轴发生较大的线性移位；和
引导装置，配置为可操作地允许所述构建平台在所述X-Y平面不受约束地热膨胀和收缩，并防止所述构建平台在所述X-Y平面内绕Z轴发生较大的角移位。
所述安装装置包括沿所述增材制造设备的Z轴可操作地延伸的支柱。
所述安装装置是由支柱和衬套装置或支柱和轴承装置构成的安装装置，构建平台通过该安装装置安装在所述增材制造设备中，以防止所述构建平台相对于所述安装装置在所述X-Y平面内移位。
在一些实施例中，所述支柱固定安装在所述增材制造设备中，所述衬套安装到所述构建平台上并被配置成与所述构建平台一起移位。在其他实施例中，所述衬套固定安装在所述增材制造设备中，所述支柱被配置成与所述构建平台一起移位。
该构建平台在X-Y平面通常可以是矩形。在一些实施例中，所述安装元件位于所述构建平台的拐角或拐角区域。在一些实施例中，所述安装元件沿着所述构建平台的一侧或一端部居中定位。
所述引导装置可包括两个引导元件，每个引导元件位于所述构建平台的相应拐角区域或附近。
在另一个实施例中，所述引导装置可以包括两个引导元件，每个引导元件沿着所述构建平台的相对侧或端部居中定位。
在一个实施例中，所述安装装置安装在第一拐角区域，第一引导元件安装在所述构建平台的与第一拐角区域相邻的一侧上的第二拐角区域，并且第二引导元件安装在构建平台的与第一拐角区域相邻的另一侧上的第三拐角区域区域。
每个引导元件可以包括线性引导件或由线性引导件构成，该线性引导件沿Z轴延伸并且基本上抵靠所述构建平台的侧面以防止所述构建平台的角移位，在使用中，所述线性引导件固定安装在所述增材制造设备中。
每个引导元件还可包括设置在构建平台的侧表面上的面板。在一些实施例中，所述面板不形成引导元件的一部分，而是形成构建平台的一部分。面板可以被配置成在使用中以滑动的方式与相应的所述线性引导件配合。
视情况而定，所述线性引导件及其对应的面板之间的界面可以沿所述X轴或Y轴与安装装置的中心对齐。所述安装装置的中心可以是引导支柱在X-Y平面的中心点。
在其他实施例中，所述面板可以固定安装在所述增材制造设备中，其中所述线性引导件被配置成与所述构建平台一起移位。
所述构建平台引导装置还可进一步包括移位装置，该移位装置被配置成使构建平台沿所述增材制造设备的Z轴移位。所述移位装置可以包括至少两个间隔开的线性致动器。所述线性致动器可以是可角移位的和/或包括可角移位部件，以可操作地补偿所述构建平台的热膨胀或收缩，以将所述构建平台维持在相对于所述X-Y平面的大致平行的方向。
每个所述线性致动器的一个或两个端部可包括可角移位接头或被安装到可角移位接头。
所述构建平台引导装置可包括三个或更多个上述类型的线性致动器。在一个实施例中，所述构建平台引导装置可包括四个所述线性致动器，其布置成当从底部观察时限定矩形的四个角。
所述线性致动器可以具有相对的端部，每个所述线性致动器的第一端部可以安装到支撑结构上(例如，增材制造设备的下部区域)，并且所述线性致动器的第二端部可以安装到所述构建平台的底部。
所述线性致动器的第二端部可在所述构建平台上方突出，其中所述线性致动器的一侧通过所述可角移位部件连接到所述构建平台。例如，一个接头。
所述构建平台可以是在使用中定义所述增材制造设备工作区的主构建平台。
或者，所述构建平台可以是安装或可安装到所述主构建平台的辅助构建平台。在这种情况下，在使用中还提供了主构建平台，并且所述线性致动器被直接连接至所述辅助构建平台，并且被配置为通过移位所述辅助构建平台来移位所述主构建平台。
所述主构建平台的尺寸可能与所述辅助构建平台的尺寸不同。
可以进一步提供物料保持单元。该物料保持单元可以包括多个壁，所述多个壁被配置成紧密贴合于所述主构建平台的外侧边缘，以保持物料床可操作地沉积在由所述主构建平台定义的工作区内。
所述主构建平台可以沿着所述增材制造设备的Z轴与所述辅助构建平台间隔开。即，所述主构建平台可以位于所述辅助构建平台上方。所述辅助构建平台可以依次位于致动装置上方。在平台之间限定的空间提供至少一个加热和/或冷却单元。隔热装置和/或传感器装置(例如温度传感器)也可以设置在该空间中。
所述主构建平台和辅助构建平台可以可操作地安装成使得它们基本上彼此平行并且平行于X-Y平面。
根据本发明的另一方面，提供了一种增材制造设备，该增材制造设备包括移位装置，该移位装置包括至少两个线性致动器，该线性致动器被配置成沿所述增材制造设备的Z轴移位所述增材制造设备的构建平台，其中所述线性致动器是可角移位的和/或包括可角移位组件，以可操作地补偿所述构建平台的热膨胀或收缩，以将所述构建平台保持在相对于由所述增材制造设备的X轴和X轴定义的X-Y平面大致平行的方向。
所述线性致动器可以在由所述增材制造设备的X轴和Z轴定义的X-Z平面和/或由所述增材制造设备的Y轴和Z轴定义的Y-Z平面中可角移位，以可操作地将所述构建平台保持在相对于X-Y平面大致平行的方向。
所述增材制造设备通常还包括：
至少一个物料沉积装置，用于在所述增材制造设备的工作区沉积物料层以形成物料床；
至少一个物料进给机构，用于将物料进给到物料沉积装置中；和
在工作区上方可操作地间隔开的扫描单元，该扫描单元构被配置成提供能量束以固化沉积在所述物料床中的物料。
根据本发明的又一方面，提供一种以补偿构建平台的热膨胀的方式来支撑增材制造设备的构建平台的方法，该方法包括：
在所述构建平台的外围提供垂直引导件，所述构建平台可沿该垂直引导件可移位；和
抑制所述构建平台围绕所述垂直引导件的角移位，并允许所述构建平台在水平面内不受约束的热膨胀和收缩。
所述构建平台的移位可以通过至少两个线性致动器来实现，每个所述致动器具有两个连接区域，其中一个连接区域连接到所述支撑结构，而另一个连接区域连接到所述构建平台；该方法包括将致动器的连接区域连接至所述支撑结构和构建平台，使得它们相对于所述支撑结构和构建平台可角移位，以补偿由于所述构建平台和支撑结构的热膨胀差异而引起的所述致动器端部之间的相对横向运动。
附图说明
现在将通过示例并参考所附的概念图进一步描述本发明。
附图中：
图1示出了根据本发明的用于增材制造设备的构建平台引导装置实施例的三维视图；
图2示出了图1的构建平台引导装置的俯视图；
图3示出了图1的构建平台引导装置的另一三维视图，其中还示出了增材制造设备的框架；
图4是图3的构建平台引导装置和框架的俯视图；
图5是根据本发明的用于构建平台引导装置的移位装置实施例的三维视图；
图6是图5的移位装置的侧视图；
图7是图5的移位装置的又一三维视图，以放大的方式示出了热膨胀的影响；
图8是图5的移位装置的另一侧视图，以放大的方式示出了热膨胀的影响；
图9示出了根据本发明的用于增材制造设备的构建平台引导装置的另一实施例的三维视图，其中还示出了增材制造设备的框架；
图10是图9的构建平台引导装置的侧视图；
图11是图9的构建平台引导装置的俯视图；
图12是图9的构建平台引导装置的另一侧视图，以放大的方式示出了热膨胀的影响；
图13示出了根据本发明的用于增材制造设备的构建平台引导装置的另一实施例的三维视图；
图14是图13的构建平台引导装置的侧视图；
图15是图13的构建平台引导装置沿着图14中线A-A的剖视图；
图16示出了可以采用本发明的构建平台引导装置的构建平台构造的实施例的剖视图；
图17示出了图16的构建平台构造的三维视图，其中安装了根据本发明的构建平台引导装置的实施例；
图18示出了图17的构造的俯视图；
图19示出了图17的构造沿着图18的中的线B-B的剖视图；
图20示出了根据本发明的用于增材制造设备的构建平台引导装置的另一实施例的三维视图，其中还示出了增材制造设备的框架；
图21示出了图20的构建平台引导装置和框架的俯视图；
图22示出了图20的构建平台引导装置和框架的另一三维视图，其中还示出了增材制造设备的物料保持单元和构建平台引导装置的移位装置；
图23示出了图22的构建平台引导装置，框架和物料保持单元的俯视图；和
图24示出了图23的构建平台引导装置，框架和物料保持单元沿着图23的线C-C的剖视图，其中还示出了物料床。
具体实施方式参考附图
本发明的以下描述作为本发明的使能教导而提供。相关领域的技术人员将认识到，可以对所描述的实施例做出许多改变，将仍然获得本发明的有益结果。还显而易见，通过选择本发明的一些特征而不利用其他特征，可以实现本发明的一些期望的优点。因此，本领域技术人员将认识到，对本发明的修改和改型是可能的，并且甚至在某些情况下是可取的，并且是本发明的一部分。因此，提供以下描述作为对本发明原理作说明，而不是对其的限制。
在图1至图4示出了形成根据本发明的增材制造设备一部分的构建平台引导装置10的实施例。构建平台引导装置10包括安装装置14形式的一个安装装置和两个引导元件16、18。安装装置14安装到构建平台12。
构建平台12在增材制造设备(图未示)的X-Y平面通常是平面的并且是矩形的，在该增材制造设备内可操作地安装引导装置10。构建平台12被配置为在使用中沿增材制造设备的垂直轴或Z轴移位。X，Y和Z轴如图1所示。
安装装置14由安装在构建平台12的拐角区域的支柱和衬套或轴承装置20、22构成。支柱20被配置为固定安装在增材制造设备中，使得其沿着Z-方向延伸，衬套22围绕支柱20同中心地安装并且被配置成在使用中与构建平台12一起垂直地移位。
安装装置14用于允许构建平台12沿Z轴移位，同时防止构建平台12相对于支柱20沿X轴或Y轴发生较大的线性移位。
引导元件16、18由横截面为矩形的细长线性引导件构成。引导元件16、18被配置为固定安装在增材制造设备中，使得它们的长度沿着Z轴延伸，并且使得它们抵靠构建平台12的不同侧的表面。
每个引导元件16、18位于构建平台12的相应拐角区域附近。如图1所示，安装装置14被安装到构建平台12的一个第一拐角区域，第一引导元件16被安装成使得其一侧抵靠构建平台12与第一拐角区域临近的一侧的第二拐角区域。第二引导元件18被安装成使得其一侧抵靠构建平台12与第一拐角区域临近的另一侧上的第三拐角区域。
在该实施例中，面板24、26设置在构建平台12的侧表面上。每个面板24、26被配置成具有与引导元件16、18中的相应的一个相抵靠的外表面，使得构建平台12沿着引导元件16、18的长度方向滑动。具有抗摩擦性能的材料可以在面板24、26中在高磨损和高温条件下使用，例如铝青铜合金。
每个引导元件16、18与其对应的面板24、26之间的界面在X-Y平面与支柱20的中心点“C”对齐。从图2可以清楚地看出。
在使用中，固定安装的引导元件16、18沿着Z轴精确地引导构建平台12。引导元件16、18用于防止构建平台12围绕Z轴(在X-Y平面中)角移位，同时允许在X和Y方向上无约束的热膨胀/收缩。(如图1箭头所指的“P”和“Q”)
视情况而定，导引元件16、18和面板24、26通过在X-Z或Y-Z平面中的每个导引元件16、18与其对应的面板24、26之间提供滑动表面来允许构建平台10热膨胀。
为了进一步示出图1和图2的实施例，图3和图4还示出了增材制造设备的框架27，其中引导装置10安装到该框架27上。框架27被配置为在使用中保持静止。
支柱20在框架27的拐角区域处安装到支柱支撑结构28上，并且引导元件16、18通过固定螺钉31、32安装在框架27的相邻拐角区域的引导支撑结构29、30上。固定螺钉31、32允许在使用中构建平台12的准确对齐。
图5和图6示出了移位装置33，其可以提供根据本发明的构建平台引导装置，或者可以形成根据本发明的构建平台引导装置的一部分，例如引导装置10。
移位装置33被配置为使增材制造设备的构建平台25沿增材制造设备的Z轴移位。在该实施例中，移位装置33包括四个线性致动器34，其可操作地致动并支撑构建平台25。线性致动器34布置在构建平台25的底部，当从底部观察移位装置33时，形成矩形的四个角，由此支撑构建平台的整个长度和宽度。
每个线性致动器34具有相对的端部。线性致动器34包括第一端部36和第二端部38，该第一端部36被配置为安装到增材制造设备的下部区域形式的支撑结构上，例如，装置基底(未示出)，第二端部38安装在构建平台25底表面35。
线性致动器34的每个端部36、38设有可角移位的接头42、44。在该实施例中，接头42、44是球形接头。
如上所述，线性致动器34被配置为使构建平台25沿着增材制造设备的Z轴移位。另外，线性致动器34借助于接头42、44可角移位，以便可操作地补偿构建平台25的热膨胀或收缩，以将构建平台25保持在相对于X-Y平面的大致平行的方向。
如图5和图6所示的第一位置，线性致动器34沿Z轴延伸，因此，每个线性致动器34的长度方向与构建平台25之间存在90度角，如图6所示的角度α。
在图7和图8所示的第二位置，构建平台25发生了热膨胀，如图8中箭头所指的“T”。为了补偿由于构建平台25和支撑结构(端部36、38安装在其上)的热膨胀差异而引起致动器34的端部36、38之间的相对横向运动。致动器34通过接头42、44可角移位，从而保持构建平台25在相对于X-Y平面(即水平方向)在大致平行的方向。
因此，在第二位置，当在Y-Z平面观察，在基底25与每个致动器34的长度方向之间存在非垂直的角度，如图8中的角度β所示。应当理解的是，致动器34的角移位的程度将变化，其中距支柱20最远的致动器34经历最大的角移位。尽管这可能导致基底25在倾斜角度而不是处于水平位置，但是发明人发现该偏差通常在可接受的公差值之内。
本领域普通技术人员将理解，图7和图8所示的热膨胀以及角度β被放大是为了方便展示致动器34的操作原理，同时角度β可以通常比图中所示的角度更接近90度。
发明人已经发现，在一些实施例中，由于热膨胀，致动器34可移动高达0.25度。当在室温下，每个致动器34可以以较小的负角安装(例如以0.25°的负角)，以补偿该特定致动器在使用中将要经受的角移位。这样可以确保在工作条件(例如600℃)下，致动器是垂直定向的，同时构建平台是水平的。
在图9-图12中示出了根据本发明的构建平台引导装置50的另一实施例。该实施例可以提供与图1-图8所描述实施例类似的功能或获得类似的结果。
在该实施例中，支柱52和衬套装置54沿构建平台56的一端居中设置，并且沿构建平台56的相对端居中设置有单个导向元件58。此外，导向装置50包括仅仅两个线性致动器60。
支柱52安装在增材制造设备(未显示)的框架62的一端，而引导元件58安装在框架62的相对端。
在该实施例中，引导元件58是细长的并且横截面为T形。引导元件58的较宽侧面或基底安装在框架62上，而引导元件58的较窄侧面或凸部与构建平台56的相应端中的互补形状的凹部64相匹配。引导元件58的较窄侧面或突出部的长度和凹部64的深度将被选择使得构建平台56可以在X方向上膨胀和收缩，而较窄侧面或突出部的自由端不与凹槽64的根部或底部接触，以确保它们保持滑动接合。通过这种布置，构建平台56可以在Y方向和X方向上以不受约束的方式膨胀和收缩。
每个线性致动器60具有相对的端部。线性致动器60包括第一端部66，该第一端部被配置为安装到以增材制造设备的下部区域形式的支撑结构上，例如装置基底(未显示)，和第二端部68，其安装到构建平台56的底表面70。
线性致动器60的每个端部66、68设有可成角移位的接头72、74。在该实施例中，接头72、74是单轴枢转接头。接头72、74可在Y-Z平面内枢转。
如图11所示，支柱52，线性致动器60，凹部64和引导元件58沿着引导装置50的中心线“G”对齐。凹槽64的深度将足以补偿构建平台56的热膨胀。
再次将理解的是，如图12所示(如箭头所指的“H”)的热膨胀被放大了，是为了说明致动器60的操作原理。
如图13-15所示，根据本发明的构建平台引导装置80的另一实施例。该实施例可以提供与图1-12实施例所描述的相似功能或获得相似的结果。
引导装置80包括安装装置82和两个引导元件84、86，类似于图1-4描述的那些装置或元件。
引导装置80包括四个线性致动器88。如图13的最佳示例，在构建平台90的每一侧上设置两个线性致动器88。在该实施例中，每个线性致动器88被配置为通过形成为线性致动器88的一部分的丝杠和螺母装置(未显示)使构建平台沿着Z轴方向移位。可以设想，可以使用齿条和齿轮装置代替丝杠和螺母装置，以提供与图13-15所示相似的构造。
每个线性致动器88包括第一端部92，该第一端部被配置成安装在增材制造设备的下部区域形式的支撑结构上，例如设备基底(未显示)和第二端部94，其在构建平台90上方突出。
每个线性致动器88的第一端部92设有球形接头96，而致动器88的一侧通过另一球形接头98连接到构建平台90。如图15的最佳示例，球形接头96和球形接头98相对于彼此大体上横向地定向。球形接头98被配置为在使用中与构建平台90一起沿Z轴移位。
发明人已经发现，图13-15的构造可以减小构建平台引导装置和/或增材制造设备的整体高度。
图16示出了构建平台构造100的示例，其中可以采用本发明的构建平台引导装置。
所述构建平台装置100包括连接到常规致动装置104的辅助构建平台或基底102。
致动装置104设有两个位于基底102下方的电动线性致动器106、108。致动器106、108的支撑端107、109直接连接到基底102的底表面110。
在使用中，致动器106、108的线性运动引起基底102的垂直移位，即，沿着安装有构建平台构造100的增材制造设备的Z轴移位。
主构建平台112通过安装结构114安装到基底102上。在该实施例中，安装结构114为钢框架形式，其被螺栓连接到基底102上。加热组件116设置在安装结构114的顶部。因此，主构建平台112通过加热组件116连接到安装结构114上。
可以设想，在其他实施例中，安装结构可以直接用螺栓固定或夹紧在主构建平台上。安装结构和主构建平台之间的连接机构可以允许通过固定螺钉进行调节，以确保主构建平台可以相对于增材制造设备的其他组件适当地对齐。
在使用中，基底102的垂直移位引起主构建平台112的移位。
主构建平台112可以逐渐向下移位，以允许将新鲜的原材料层沉积在其定义的工作区118中，从而形成物料床120。
通常提供至少一个材料沉积装置(未显示)以沉积物料层，并且包括合适的进料机构以将物料进料到物料沉积装置中。本领域普通技术人员将容易理解，可以使用由扫描单元(未显示)引导的高能量束来固化原材料。
提供物料保持单元122，该物料保持单元122包括多个壁，该多个壁被配置为与主构建平台112的外侧边缘紧密贴合，从而保持物料床120可操作地存放在工作区118。
主构建平台和辅助构建平台102、112被安装使得它们彼此平行并且与X-Y平面平行。
为了补偿热膨胀的影响，如图1-图4描述的构建平台引导装置10的安装装置14和引导元件16、18可通过相对于基底102而安装结合到构造100中。另外，致动装置104可以用如图5-8描述的移位装置33代替。这样的示例如图17-19所示，并且通常采用附图标记130表示。
如图17-19所示，构建平台引导装置10通常将被结合到基底102中，而不是主构建平台112中，以防止引导装置10干扰物料保持单元122。然而，在某些替代构造中，引导装置可以直接安装到主构建平台上，即构建平台定义的增材制造设备的工作区。
图20-24示出了根据本发明的用于增材制造设备的构建平台引导装置140的另一实施例。该实施例可以提供与上述实施例描述的类似功能或达到类似的结果。
该实施例在概念上与图1-8描述的实施例相似。然而，在该实施例中，支柱142和引导元件144、146以可移动的方式(沿Z轴)安装到构建平台148上，而将衬套或轴承150和面板152、154以固定的方式安装在增材制造设备的框架156上。
引导元件144、146通常通过为三角形的凸缘或角撑板158、160的方式安装到构建平台148的底表面163上。在使用中，引导元件144、146可滑动地结合面板152、154以精确地沿Z轴引导构建平台148。引导元件144、146用于防止构建平台148绕Z轴(在X-Y平面内)角移位，同时允许在X和Y方向上不受约束的热膨胀/收缩。
发明人已经发现，如图20和21描述的构造至少在某些应用中，可以消除对辅助构建平台的需要。在图22-24中示出了该方面，其中还示出了一组可角移位的线性致动器162，其被直接安装到构建平台148的底部163和框架156的基底164。图22-24也示出常规物料保持单元166和由物料保持单元168保持的物料床168(仅在图24中)。
发明人认为，本发明的引导装置具有许多优点。
提供一种装置，通过该装置可以以基本不受热膨胀影响的方式进行引导和致动构建平台。发明人认为，该装置适用于相对较大的构建平台和相对高的温度的应用。
发明人发现，本发明提供了一种以补偿构架平台热膨胀的方式支撑增材制造设备的构建平台的有效技术。具体地，在构建平台的外围设置垂直引导件，所述构建平台沿该垂直引导件可移位，基本上抑制了构建平台围绕垂直引导件的角移位，同时允许构建平台不受约束地膨胀和收缩。这允许增材制造设备处理高水平预热，因为它允许相当大的热膨胀，而不会在构建平台和导向和/或致动系统上施加很大的力。
可以相信，安装元件(例如，支柱20)提供了不受热膨胀影响的有用的固定参考点。
本发明提供了一种移位装置，其能够补偿构建平台的热膨胀或收缩，将构建平台维持在相对于X-Y平面的大致平行的方向。具体地，本申请所述的线性致动器或其部件，相对于增材制造设备的支撑结构和构建平台可角移位，以补偿由于构建平台和支撑结构的热膨胀或收缩差异而引起的致动器端部之间的相对横向运动。
发明人已经发现，使用辅助构建平台可能是有利的，因为其消除了致动器干扰物料保持单元的风险，并且允许使用所谓的“悬挂”致动器，即在拉伸而不是压缩下起作用的执行器。然而，本发明的实施例仅采用单个主构建平台。
所述线性致动器还可用于防止构建平台的明显角移位。
可以设想使用许多不同类型的致动器，包括滚珠螺杆和滚柱螺杆。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种增材制造设备，其包括构建平台和构建平台引导装置，所述构建平台被配置成沿所述增材制造设备的垂直轴或Z轴移位，所述构建平台引导装置包括：
安装装置，定位在由所述增材制造设备的X轴和Y轴定义的水平面或X-Y平面内的所述构建平台的末端或末端附近，其中所述安装装置被配置为可操作地允许所述构建平台沿着所述Z轴移位，并防止所述构建平台相对于所述安装装置沿所述X轴和/或Y轴发生较大的线性移位；和
引导装置，包括在所述构建平台外围的至少一个线性引导件，所述构建平台沿该线性引导件可移位，其中所述线性引导件沿所述Z轴延伸并基本抵靠所述构建平台的侧表面，从而可操作地允许所述构建平台在所述X-Y平面不受约束地热膨胀和收缩，并防止所述构建平台在所述X-Y平面内绕Z轴发生较大的角移位。
2.根据权利要求1所述的增材制造设备，其中，所述安装装置包括沿所述增材制造设备的Z轴可操作地延伸的支柱。
3.根据权利要求1所述的增材制造设备，其中，所述安装装置是由支柱和衬套装置或支柱和轴承装置构成的安装装置，通过该安装装置将构建平台安装在所述增材制造设备中，以防止所述构建平台相对于所述安装装置在所述X-Y平面内移位。
4.根据权利要求3所述的增材制造设备，其中，所述支柱固定安装在所述增材制造设备中，所述衬套安装到所述构建平台上并被配置成与所述构建平台一起沿着所述支柱移位。
5.根据权利要求3所述的增材制造设备，其中，所述衬套固定安装在所述增材制造设备中，所述支柱被配置成与所述构建平台一起移位。
6.根据权利要求3-5所述的增材制造设备，其中，所述构建平台在所述X-Y平面通常为矩形。
7.根据权利要求6所述的增材制造设备，其中，所述安装装置位于所述构建平台的拐角或拐角区域。
8.根据权利要求6所述的增材制造设备，其中，所述安装装置沿着所述构建平台的一侧或一端部居中定位。
9.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，其中，所述引导装置包括两个线性引导件，每个所述线性引导件位于所述构建平台的相应拐角区域或附近。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的增材制造设备，其中，所述引导装置包括两个线性引导件，每个所述线性引导件沿着所述构建平台的相对侧或端部居中定位。
11.根据权利要求9所述的增材制造设备，其中，所述安装装置安装在第一拐角区域，第一线性引导件安装在所述构建平台的与第一拐角区域相邻的一侧的第二拐角区域，第二线性引导件安装在所述构建平台的与第一拐角区域相邻的另一侧的第三拐角区域。
12.根据权利要求11所述的增材制造设备，其中，每个所述线性引导件固定安装在所述增材制造设备中。
13.根据权利要求12所述的增材制造设备，其中，每个所述线性引导件还包括设置在所述构建平台侧面上的面板。
14.根据权利要求13所述的增材制造设备，其中，所述面板被配置为在使用中以滑动的方式与相应的所述线性引导件配合。
15.根据权利要求13或14所述的增材制造设备，其中，所述线性引导件与其对应的面板之间的界面沿X轴或Y轴与所述安装装置的中心对齐。
16.根据权利要求15所述的增材制造设备，其中，所述安装装置的中心是引导支柱在X-Y平面的中心点。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的增材制造设备，其中，所述面板固定安装在所述增材制造设备中，所述线性引导件被配置为与所述构建平台一起移位。
18.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，还包括移位装置，所述移位装置被配置成使所述构建平台沿所述增材制造设备的Z轴移位。
19.根据权利要求18所述的增材制造设备，其中，所述移位装置包括至少两个间隔开的线性致动器。
20.根据权利要求19所述的增材制造设备，其中，所述线性致动器是可角移位的和/或包括可角移位部件，以可操作地补偿所述构建平台的热膨胀或收缩，以将所述构建平台维持在相对于所述X-Y平面的大致平行的方向。
21.根据权利要求20所述的增材制造设备，其中，每个所述线性致动器的一个或两个端部包括可角移位接头或被安装到可角移位接头。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的增材制造设备，其中，所述移位装置包括三个或更多个所述线性致动器。
23.根据权利要求22所述的增材制造设备，其中，所述移位装置包括四个所述线性致动器，该四个线性致动器布置成当从底部观察时限定矩形的四个角。
24.根据权利要求21-23中任一项所述的增材制造设备，其中，每个所述线性致动器的第一端部安装在诸如所述增材制造设备的下部区域的支撑结构上，并且所述线性致动器的第二端部安装在所述构建平台的底部。
25.根据权利要求24所述的增材制造设备，其中，所述线性致动器的第二端部在所述构建平台上方突出，其中所述线性致动器的一侧通过所述可角移位部件连接到所述构建平台。
26.根据权利要求19-25中任一项所述的增材制造设备，其中，所述构建平台是定义在使用中所述增材制造设备工作区的主构建平台。
27.根据权利要求19-25中任一项所述的增材制造设备，其中，所述构建平台是安装或可安装在所述主构建平台的辅助构建平台。
28.根据权利要求27所述的增材制造设备，其中，所述线性致动器直接连接至所述辅助构建平台，并且被配置为通过移位所述辅助构建平台来移位所述主构建平台。
29.根据权利要求28所述的增材制造设备，其中，所述主构建平台的尺寸与所述辅助构建平台的尺寸不同。
30.根据权利要求26-29中任一项所述的增材制造设备，其具有物料保持单元，该物料保持单元包括多个壁，该多个壁被配置成紧密贴合于所述主构建平台的外侧边缘以保持物料床可操作地沉积在由所述主构建平台定义的工作区内。
31.根据权利要求30所述的增材制造设备，其中，所述主构建平台沿着所述增材制造设备的Z轴与所述辅助构建平台间隔开。
32.根据权利要求31所述的增材制造设备，其中，所述辅助构建平台位于致动装置的上方，并且在多个平台之间限定的空间内提供至少一个加热和/或冷却单元，并且所述空间内也设置隔热装置和/或传感器装置，例如温度传感器。
33.一种增材制造设备，其包括移位装置，该移位装置包括至少两个线性致动器，该线性致动器被配置成沿所述增材制造设备的Z轴移位所述增材制造设备的构建平台，其中每个所述致动器具有两个连接区域，一个连接区域连接到支撑结构上，另一个连接区域连接到所述构建平台上，所述致动器到所述支撑结构和构建平台的所述连接区域被配置为使得它们相对于所述支撑结构和构建平台可角移位，这使得所述线性致动器能够角移位从而可操作地补偿所述构建平台的热膨胀或收缩，以使所述构建平台保持在相对于由所述增材制造设备的X轴和Y轴定义的X-Y平面大致平行的方向。
34.根据权利要求33所述的增材制造设备，所述线性致动器在由所述增材制造设备的X轴和Z轴定义的X-Z平面和/或在由所述增材制造设备的Y轴和Z轴定义的Y-Z平面中可角移位，为了可操作地将所述构建平台保持在相对于X-Y平面大致平行的方向。
35.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，其包括：
至少一个物料沉积装置，用于在所述增材制造设备的工作区沉积物料层以形成物料床；
至少一个物料进给机构，用于将物料进给到物料沉积装置中；和
在工作区上方可操作地间隔开的扫描单元，该扫描单元被配置成提供能量束以固化沉积在所述物料床中的物料。
36.一种以补偿构建平台的热膨胀的方式来支撑增材制造设备的构建平台的方法，该方法包括在所述构建平台的外围设置垂直引导件，所述构建平台沿该垂直引导件可移位，其中，所述垂直引导件被定位在基本抵靠所述构建平台的侧表面，这样可以抑制所述构建平台围绕所述垂直引导件的角移位，并且允许所述构建平台在水平面内不受约束的热膨胀和收缩。
37.根据权利要求36所述的支撑构建平台的方法，其中，所述构建平台的移位通过至少两个线性致动器来实现，每个所述致动器具有两个连接区域，其中一个连接区域连接至所述支撑结构，而另一个连接至所述构建平台；该方法包括将致动器的连接区域连接到所述支撑结构和所述构建平台，使得它们相对于所述支撑结构和所述构建平台可角移位，以补偿由于所述构建平台和所述支撑结构的热膨胀差异而引起的所述致动器端部之间的相对横向运动。

Claims (38)

1.一种增材制造设备，其包括构建平台和构建平台引导装置，所述构建平台被配置成沿所述增材制造设备的垂直轴或Z轴移位，所述构建平台引导装置包括：
安装装置，定位在由所述增材制造设备的X轴和Y轴定义的水平面或X-Y平面内的所述构建平台的末端或末端附近，其中所述安装装置被配置为可操作地允许所述构建平台沿着所述Z轴移位，并防止所述构建平台相对于所述安装装置沿所述X轴和/或Y轴发生较大的线性移位；和
引导装置，配置为可操作地允许所述构建平台在所述X-Y平面不受约束地热膨胀和收缩，并防止所述构建平台在所述X-Y平面内绕Z轴发生较大的角移位。
2.根据权利要求1所述的增材制造设备，其中，所述安装装置包括沿所述增材制造设备的Z轴可操作地延伸的支柱。
3.根据权利要求1所述的增材制造设备，其中，所述安装装置是由支柱和衬套装置或支柱和轴承装置构成的安装装置，通过该安装装置将构建平台安装在所述增材制造设备中，以防止所述构建平台相对于所述安装装置在所述X-Y平面内移位。
4.根据权利要求3所述的增材制造设备，其中，所述支柱固定安装在所述增材制造设备中，所述衬套安装到所述构建平台上并被配置成与所述构建平台一起沿着所述支柱移位。
5.根据权利要求3所述的增材制造设备，其中，所述衬套固定安装在所述增材制造设备中，所述支柱被配置成与所述构建平台一起移位。
6.根据权利要求3-5所述的增材制造设备，其中，所述构建平台在所述X-Y平面通常为矩形。
7.根据权利要求6所述的增材制造设备，其中，所述安装装置位于所述构建平台的拐角或拐角区域。
8.根据权利要求6所述的增材制造设备，其中，所述安装装置沿着所述构建平台的一侧或一端部居中定位。
9.根据权利要求6-8所述的增材制造设备，其中，所述引导装置包括至少一个引导元件。
10.根据前述权利要求6-9所述的增材制造设备，其中，所述引导装置包括两个引导元件，每个所述引导元件位于所述构建平台的相应拐角区域或附近。
11.根据权利要求6-9中任一项所述的增材制造设备，其中，所述引导装置包括两个引导元件，每个所述引导元件沿着所述构建平台的相对侧或端部居中定位。
12.根据权利要求9或10所述的增材制造设备，其中，所述安装装置安装在第一拐角区域，第一引导元件安装在所述构建平台的与第一拐角区域相邻的一侧的第二拐角区域，第二引导元件安装在所述构建平台的与第一拐角区域相邻的另一侧的第三拐角区域。
13.根据权利要求12所述的增材制造设备，其中，每个所述引导元件包括线性引导件或由线性引导件构成，该线性引导件沿z轴延伸并且基本抵靠所述构建平台的侧面以防止所述构建平台的角位移，在使用中，该所述线性引导件固定安装在所述增材制造设备中。
14.根据权利要求13所述的增材制造设备，其中，每个所述引导元件还包括设置在所述构建平台侧面上的面板。
15.根据权利要求14所述的增材制造设备，其中，所述面板被配置为在使用中以滑动的方式与相应的所述线性引导件配合。
16.根据权利要求14或15所述的增材制造设备，其中，所述线性引导件与其对应的面板之间的界面沿所述X轴或Y轴与所述安装装置的中心对齐，根据具体情况。
17.根据权利要求16所述的增材制造设备，其中，所述安装装置的中心是引导支柱在X-Y平面的中心点。
18.根据权利要求14-17中任一项所述的增材制造设备，其中，所述面板固定安装在所述增材制造设备中，所述线性引导件被配置为与所述构建平台一起移位。
19.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，还包括移位装置，所述移位装置被配置成使所述构建平台沿所述增材制造设备的Z轴移位。
20.根据权利要求19所述的增材制造设备，其中，所述移位装置包括至少两个间隔开的线性致动器。
21.根据权利要求20所述的增材制造设备，其中，所述线性致动器是可角移位的和/或包括可角移位部件，以可操作地补偿所述构建平台的热膨胀或收缩，以将所述构建平台维持在相对于所述X-Y平面的大致平行的方向。
22.根据权利要求21所述的增材制造设备，其中，每个所述线性致动器的一个或两个端部包括可角移位接头或被安装到可到角移位接头。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的增材制造设备，其中，所述移位装置包括三个或更多个所述线性致动器。
24.根据权利要求23所述的增材制造设备，其中，所述移位装置包括四个所述线性致动器，该四个线性致动器布置成当从底部观察时限定矩形的四个角。
25.根据权利要求22-24中任一项所述的增材制造设备，其中，每个所述线性致动器的第一端部安装在诸如所述增材制造设备的下部区域的支撑结构上，并且所述线性致动器的第二端部安装在所述构建平台的底部。
26.根据权利要求25所述的增材制造设备，其中，所述线性致动器的第二端部在所述构建平台上方突出，其中所述线性致动器的一侧通过所述可角移位部件连接到所述构建平台。
27.根据权利要求20-26中任一项所述的增材制造设备，其中，所述构建平台是定义在使用中所述增材制造设备工作区的主构建平台。
28.根据权利要求20-26中任一项所述的增材制造设备，其中，所述构建平台是安装或可安装到所述主构建平台的辅助构建平台。
29.根据权利要求28所述的增材制造设备，其中，所述线性致动器直接连接至所述辅助构建平台，并且被配置为通过移位所述辅助构建平台来移位所述主构建平台。
30.根据权利要求29所述的增材制造设备，其中，所述主构建平台的尺寸与所述辅助构建平台的尺寸不同。
31.根据权利要求27-30中任一项所述的增材制造设备，其具有物料保持单元，该物料保持单元包括多个壁，该多个壁被配置成紧密贴合于所述主构建平台的外侧边缘以保持物料床可操作地沉积在由所述主构建平台定义的工作区内。
32.根据权利要求31所述的增材制造设备，其中，所述主构建平台沿着所述增材制造设备的Z轴与所述辅助构建平台间隔开。
33.根据权利要求32所述的增材制造设备，其中，所述辅助构建平台位于致动装置的上方，并且在多个平台之间限定的空间内提供至少一个加热和/或冷却单元，并且在所述空间内也设置隔热装置和/或传感器装置，例如温度传感器。
34.一种增材制造设备，其包括移位装置，该移位装置包括至少两个线性致动器，该线性致动器被配置成沿所述增材制造设备的Z轴移位所述增材制造设备的构建平台，其中所述线性致动器是可角移位的和/或包括可角移位元件，使得可操作地补偿所述构建平台的热膨胀或收缩，以使所述构建平台保持在相对于由所述增材制造设备的X轴和Y轴定义的X-Y平面大致平行的方向。
35.根据权利要求34所述的增材制造设备，所述线性致动器在由所述增材制造设备的X轴和Z轴定义的X-Z平面和/或在由所述增材制造设备的Y轴和Z轴定义的Y-Z平面中可角移位，为了可操作地将所述构建平台保持在相对于X-Y平面大致平行的方向。
36.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，其包括：
至少一个物料沉积装置，用于在所述增材制造设备的工作区沉积物料层以形成物料床；
至少一个物料进给机构，用于将物料进给到物料沉积装置中；和
在工作区上方可操作地间隔开的扫描单元，该扫描单元被配置成提供能量束以固化沉积在所述物料床中的物料。
37.一种以补偿构建平台的热膨胀的方式来支撑增材制造设备的构建平台的方法，该方法包括：
在所述构建平台的外围设置垂直引导件，所述构建平台沿该垂直引导件可移位；和
抑制所述构建平台围绕所述垂直引导件的角移位，并且允许所述构建平台在水平面不受约束的热膨胀和收缩。
38.根据权利要求37所述的支撑构建平台的方法，其中，所述构建平台的移位通过至少两个线性致动器来实现，每个所述致动器具有两个连接区域，其中一个连接区域连接至所述支撑结构，而另一个连接至所述构建平台；该方法包括将致动器的连接区域连接到所述支撑结构和所述构建平台，使得它们相对于所述支撑结构和构建平台可角移位，以补偿由于所述构建平台和所述支撑结构的热膨胀差异而引起的所述致动器端部之间的相对横向运动。
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