CN112248448B - 用于制造三维物体的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过在与物体的相应横截面对应的部位上对能借助于辐射固化的建造材料层依次实施的固化来制造三维物体(2)的系统(1)，其中，系统(1)包括至少一个布置在第一壳体(3)中的、用于在建造容器(5)中实施逐层的生成式建造过程的过程站(4)，和在至少一个第二壳体(6)中的操纵站(7)，其用于从可在至少一个过程站(4)和至少一个操纵站(7)之间移动的建造容器(5)中拆包(拆取出)制造的物体(2)，其中，至少一个过程站(4)和至少一个操纵站(7)被布置在单独的、可分开地或单个地设立的壳体单元(3，6)中，这些壳体单元(3，6)尤其是在其侧壁区域(10)中设有供给开口(11)并且被构造成在彼此连接的或部分分开的状况中形成至少一个连续的隧道(12)或隧道链，该隧道或隧道链形成用于建造容器(5)和另外的可移动容器或可移动模块的被集成到壳体单元(3，6)中的移动路径(13)。

Description

用于制造三维物体的系统
本申请是2016年09月22日所提出的申请号为201680018233.1、发明名称为“用于制造三维物体的系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于通过在与物体的相应横截面对应的部位上对借助于可固化的建造材料层依次实施的固化来制造三维物体的系统。这样的系统也称为用于生成式地建造物体的系统并且包括所谓的SLM(selective laser melting，选择性激光熔化)或SLS(selective laser sintering，选择性激光烧结)设备。但是本发明不限于此，而是也延伸到另外的设备上，其中要固化的建造材料例如被喷射到要建造的部位上并且在那里例如通过激光束熔化和在硬化期间被固化，以便生成式地形成部件。
背景技术
这种类型的已知设备一般地包括过程站，在过程站中实施实际的逐层生成式建造过程，为此大多数使用建造容器。也已知的是，在第二壳体或壳体段中布置有用于可在至少一个过程站和至少一个操纵站之间移动的建造容器中拆取已制造的物体的操纵站。这样的设备例如由DE20040547得到，在那里，在一个连续的壳体单元中不仅设置有过程站而且设置有拆包站，其中，建造容器可以在两个所述的站之间往复移动。
该已知的设备作为独立的单元是不能够扩展的，就此而言它是有缺点的。
此外由DE20140087得知一种所述类型的具有数个操纵站的设备，这些操纵站基本上并排地布置并且单个地或共同地作为操纵模块相对于至少一个建造室可移动地、可转动地或可枢转地，但是与建造室耦联地布置。
发明内容
本发明的目的是，这样地改进一种系统，即它可以可改变地使用，可以与在制造运行内的改变的要求相适配并且允许高效快速的制造。
按照本发明的教导，在第一备选方案中，不仅过程站而且至少一个操纵站被布置在单独的、可分开地或单个地设立的壳体单元中。该壳体单元在壁区域中设有供给开口并且被这样地构造，即它们可以在彼此连接的或彼此并置的或部分分开的状况下形成至少一个连续的隧道或隧道链，其中，隧道或隧道链形成被集成到壳体单元中的用于建造容器和另外的可移动容器的移动路径。在另一个备选方案中，在本发明的范围中的是，使隧道或隧道链可以穿过至少两个壳体单元，该至少两个壳体单元分别容纳一个或多个过程站。
由此被看作为本发明的核心是，在以可自由改变的方式设立的、可直接地彼此连接地安装的或者可相互相间隔地设置的壳体单元内构造隧道移动路径，其不仅可以用于建造容器，而且可以用于另外的容器。这意味着，例如在同一个移动路径上可以将多个过程站的容器移动到一个公共的或多个为此设置的操纵站中。但是也可能的是，例如在该移动路径上将具有多余的建造材料的溢流容器运输出去或将具有新鲜的建造材料的计量容器移入过程站中。这些全部在隧道内进行。
此外在本发明的范围中的是，仅仅设置彼此并置的过程站并且在这些过程站中布置隧道或隧道段并且将它们隧道状地连接起来和例如由机器人在一个大的被惰性化的空间中实施建造容器的准备或已经完成的部件的取出。这个被惰性化的空间然后近乎/几近于用作操纵站和以符合目的的方式与隧道或隧道段连接。
如其在本发明中要应用的那样，该隧道设计方案具有多个优点。一方面，在可移动的容器和必须留在这样的系统的外围中的操作人员之间没有相互作用并且由此也没有危险。移动路径在设备中的隧道集成本身实现在整个系统内对容器的干净并且无冲突的操纵。
容器可以是可封闭的，由此在容器中的保护气体气氛可以在很大程度上被维持。但是也可能的是，隧道或隧道段本身用保护气体充满并且在隧道入口和出口处安装闸门。
当说到“另外的容器”时，此时借此也包括所有容器状的和要替换或要调换的、可在这样的系统中使用或设想的容器。尤其是涉及到用于将建造材料供给到覆层器装置的计量容器、用于容纳多余的建造材料的溢流容器。但是也可以移动这样的容器或“模块”，它们没有在该词语的广义上的“填充物”，而是含有功能元件，例如维修模块(该维修模块例如可以自动地进行保护气体交换)，或清洁模块或铣削头模块或测量头模块，借此可以在不同的站内实施不同的清洁、加工或测量任务。这些模块例如可以在上部区域中例如悬挂在隧道或隧道链中地移动，相反，建造容器、溢流容器和计量容器有利地例如可以在隧道的下部区域中被支撑在导轨状的移动路径上。原则上也在本发明的范围中的是，将容器或模块容纳在运输车上，该运输车配有自行走驱动装置和控制器，例如室内-GPS-控制器。但是容器或模块也可以被构造成具有自行走驱动装置，也就是说以过程控制的方式自己找到到达其正确位置上的路径，但是也可能的是，设置一种以某种方式固定地被集成到隧道中的进给运输系统。
特别有利的是，在隧道内始终在很大程度上保持移动路径畅通。即此时可以进行畅通的高速的容器-模块运输，为此隧道或隧道链例如可以配设侧面壁龛/凹口或避让站，可移动的容器或模块尤其是在工作位置上或在避让过程期间可以移入该侧面壁龛或避让站中，以便为另外的容器连续地释放在隧道口中延伸的移动路径。例如在过程站中设置有侧面壁龛，该侧面壁龛容纳在各自的工作位置上的建造容器以及计量容器和溢流容器。在该壁龛之前或之后布置实际的隧道移动路径，另外的容器可以通过释放的移动路径以相对较高的速度被送往另外的并置的过程站或操纵站。
隧道或隧道链可以在一个端部上被封闭，这改善保护气体充满可能性。但是例如也可能的是，在隧道一个端部上在保护气体气氛内布置容器仓库，在容器仓库中将预先充满保护气体的建造容器与已经设置的建造板、计量容器或空的溢流容器一起储存并且从那里移入到隧道中或相应的工作位置上。从另一侧可以移入计量容器或移出溢流容器并且在那里进行排空。隧道不一定只有一个出口或入口，也可能的是，在隧道处设置侧面出口和入口，以便以短的路径将容器送到它们相应的工作位置上或使维修模块在那里开始，以尽可能缩短维修过程。
原则上存在单独设立壳体元件的可能性，由此在壳体元件中形成隧道链，或存在将壳体元件连接起来的可能性，由此在壳体元件内形成连续的隧道。
但是也可能的是，在过程站或操纵站或另外的站的各个设立的壳体元件之间安装隧道连接元件，该隧道连接元件可以是直的或弯曲的。也可能的是，将隧道连接元件设计成可用法兰气密地连接到壳体入口和出口上并且隧道连接元件是柔性的或者设有铰链连接，由此系统壳体元件可以自由选择地匹配于生产车间的分布。由此隧道连接元件可以被弯曲地构造或可以是弯曲的，以形成非直的移动路径。在各个壳体段和/或隧道连接元件中布置有彼此可耦联的或过渡到对方中的容器导向/引导元件，这可以–如上面已经指出的那样–是导轨或引导元件或类似物，在此处包括可以保证对容器或模块足够精确地导向的全部元件。
原则上也可以设想，在“双管隧道”的意义上设置多个平行地布置的隧道或在一个隧道管内设置相互平行地延伸的“反向行车道”。这方便运输的组织和提高运输速度和由此缩短在隧道内的运输时间。
也可能的是，设置分支的隧道，其通向数个过程站或数个拆包站或操纵站。
同样可以设想，将至少一个过程站和/或操纵站和/或隧道连接元件构造成换向站，由此看起来像是为容器运输或模块运输形成一个换向/反向回路。
按照本发明规定，保证穿过过程站和操纵站的数个壳体单元的移动路径不被可移动的或停住的容器阻塞，而是在最大程度上保持移动路径畅通。移动路径可以是单向移动路径或者也可以被构造成双向移动路径。
附图说明
本发明借助于在附图图示中的有利的实施例进行详细解释。附图示出：
图1是按照本发明的系统，具有分别分开地设立的过程站和操纵站和通过穿过两个系统部件的隧道延伸的、用于容器的移动路径；
图2是按照本发明的系统，具有直接地彼此连接的操纵站和过程站和通过它们延伸的、用于运输容器的隧道；
图3是具有一个操纵站和例如三个过程站的系统，用于形成具有按照本发明的隧道布置的生产线；
图4是一个操纵站和一个过程站的示意图，具有通过这两个站延伸的、用于运输不同的容器的隧道；
图5是具有操纵站和两个过程站以及一个容器仓库的系统的示意图；
图6是一个按照图5的视图，其中示出不同的容器的运动；
图7是一个按照图1的视图，其中操纵站和过程站通过隧道延长元件被连接起来；
图8是具有容器仓库、一个操纵站、两个过程站和一个换向站的系统的示意俯视图，其中，全部的站通过不同形式的隧道延长元件相连接；
图9是一个系统的示意图，其中三个过程站按照隧道原理与操纵空间连接。
具体实施方式
在附图图示中示出的系统1用于通过在与物体2的相应横截面对应的部位上对能借助于辐射、尤其是激光辐射固化的建造材料层依次实施的固化来制造三维物体2。这种系统1包括布置在第一壳体3中的、用于在建造容器5中实施逐层的生成式建造过程的至少一个过程站4和在至少一个第二壳体6中用于从建造容器5中拆取出制造的物体2的操纵站7，建造容器可以在过程站4和操纵站7之间移动。
至少一个过程站4和至少一个操纵站7被布置在单独的、可分开地或单个地设立的壳体单元(3，6)中，该壳体单元在实施例中在其侧壁区域10中设有供给开口11并且被构造成使它们可以在进入对方中的或部分分开的状况下形成至少一个连续的隧道12或隧道链，其中，隧道12或隧道链形成被集成到壳体单元3，6中的、用于建造容器5和另外的可移动的容器的移动路径13。
对于专业人员来说熟悉的是，许多用于实施该方法需要的设备和仪器必须被集成到过程站4的壳体3中，例如至少一个激光器形式的辐射源、至少一个扫描系统、过程室、计量室、溢流室和类似物。操纵站7包括具有手动介入的手套箱15，以便在该手套箱15内可以实施拆包过程。此外操纵站7可以包括筛滤模块，通过筛滤模块可以除去已经使用的建造材料中的凝结块和熔体残渣。
在附图图示2中可以看见，两个壳体3，6也可以直接地彼此对接起来。布置在侧壁区域10中的供给开口11这样地全等地布置，即可以形成按照本发明的连续的隧道12和移动路径13。
如由图3中可以看见的那样，具有壳体6的操纵站7也可以与数个过程站4组合，由此形成一条生产线。
在附图图示4中现在示出，各个元件如何可以被布置在壳体3，6内和穿过壳体延伸的隧道12如何随着移动路径13移动。重要的是，隧道12或隧道链在壳体单元3，6的内部区域中设有侧面壁龛/凹口或扩宽部16，可移动的容器5尤其是在工作位置上或在避让过程期间为了给另外的可移动的容器5连续地释放在隧道12中延伸的移动路径13而可以移入该侧面壁龛或扩宽部中。另外的可移动的容器5可以是溢流容器20、计量容器21或另外的模块，它们在附图图示中没有详细示出，但是可以被构造成维修模块、清洁模块和类似物。
在附图图示1-4中示出的实施例中，隧道12和由此移动路径13直线地通过壳体单元3，6延伸，但是也可能的是设置弯曲的隧道走向，如其例如可以通过斜切壳体单元3，6的侧壁区域10产生或通过在附图图示7和8中的示意性示出的隧道连接元件30产生。隧道连接元件30可以构造成或者被构造成直的连接箱，隧道12延伸穿过该连接箱，但是它们也可以设有楔形的嵌入件31，以形成隧道连接元件30的弯曲的走向。也可能的是，在隧道连接元件30中设置柔性的区段32。隧道连接元件30的终端区域33可以设有气密的法兰状连接单元34，它们可以以法兰方式连接到侧壁区域10中的供给开口11上。
在附图图示8中还示出换向站40，其可以类似于隧道段地构造并且安装在形成的隧道12的一个端部上。作为换向站可以设想一种设备，其如一个换向回路那样被构造用于要运输的容器5或模块。
原则上可能的是，双管状地构造隧道12或为其装备至少两个反向的移动路径，由此在隧道管中可以进行双向交通。
在图5和6中还示出容器仓库50，该容器仓库必要时气密地连接在隧道结构上并且在该容器仓库中可以准备好用于发送到隧道12中的不同的容器和/或模块。
在附图图示9中现在还示出系统1，其中数个过程站4.1，4.2和4.3按照本发明的隧道设计方案被彼此并置，其中，过程站4.1，4.2和4.3分别被布置在分开的第一壳体3中并通过隧道连接元件30被相互连接。
在附图的左侧上还示出一个较大的分开的空间50，该空间可以被构造成清洁空间，必要时可以是全部或部分地可惰性化的并且在一些情况下甚至操作人员可以进入。在该空间内机器人51可以对建造容器5进行准备性的或拆包的工作步骤，该建造容器可以通过隧道连接元件被移入被惰性化的空间50中。
也在本发明的范围中的是，仅仅为了准备建造容器5设置这样的可惰性化的空间50和在壳体链内在另外的壳体中布置操纵站7，在此处然后仅仅部件被拆包。此外可能的是，在被惰性化的空间50中设置容器仓库52，在该容器仓库中例如可以设置数个被准备用于在过程站4中的建造过程的建造容器5。当然在那里也可以提供另外的为建造过程准备的容器，如溢流容器20或计量容器21或维修模块，以便它们在系统中使用。
附图标记表
1 系统
2 物体
3 第一壳体
4 过程站
5 建造容器
6 另外的壳体
7 操纵站
10 侧壁区域
11 供给开口
12 隧道
13 移动路径
15 手套箱
16 扩宽部
20 溢流容器
21 计量容器
30 隧道连接元件
31 嵌入件
32 柔性的区段
33 30的终端区域
34 连接单元
40 换向站
50 空间
51 机器人
52 容器

Claims (20)

1.一种增材制造系统，其特征在于，所述系统包括：
隧道链，所述隧道链包括：
一个或多个供给开口，所述一个或多个供给开口被构造成将多个可移动容器引入所述隧道链；
多个隧道段，所述多个隧道段集成在多个壳体单元中的相应壳体单元内，所述多个壳体单元包括一个或多个过程站和/或一个或多个操纵站，所述多个隧道段共同限定一个隧道；
运输路径，所述运输路径被构造成将所述多个可移动容器运输通过由所述多个隧道段限定的所述隧道；以及
一个或多个扩宽部区域，所述一个或多个扩宽部区域分别被构造成容纳所述多个可移动容器中相应的一个，同时允许一个或多个其他可移动容器沿所述运输路径移动经过所述一个或多个扩宽部区域中的所述多个可移动容器中相应的一个，且使所述多个可移动容器中相应的一个返回到所述运输路径以跟随沿所述运输路径移动经过所述多个可移动容器中相应的一个的所述一个或多个其他可移动容器，其中所述一个或多个扩宽部区域分别包括避让站和/或所述一个或多个过程站之一和/或所述一个或多个操纵站之一的工作位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述一个或多个过程站和/或所述一个或多个操纵站被构造为执行增材制造过程，所述过程包括：
将可移动容器放置在容器仓库中和/或从所述容器仓库中移除可移动容器；
将可移动容器引入所述隧道链和/或从所述隧道链中移除可移动容器；
使用选择性激光熔化和/或选择性激光烧结在所述多个可移动容器中的至少一些内增材制造物体；
从用于增材制造所述物体的所述可移动容器中拆取所述物体；
供给新鲜的建造材料和/或清除多余的建造材料；和/或
在所述一个或多个过程站和/或一个或多个操纵站上进行维修、清洁和/或测量。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述一个或多个扩宽部区域分别被构造成容纳一个或多个可移动容器，所述可移动容器包括：建造容器、计量容器、溢流容器、运输模块、维修模块容器、铣削加热模块容器、清洁模块容器和/或测量模块容器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
一个或多个隧道连接元件，所述一个或多个隧道连接元件分别联接到所述供给开口中的一个或多个和/或分别设置在所述多个壳体单元中的相邻壳体单元之间，其中，由所述多个隧道段限定的所述隧道进一步由所述一个或多个隧道连接元件限定。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，其中所述一个或多个隧道连接元件中相应的一个隧道连接元件法兰安装到所述一个或多个供给开口中相应的一个供给开口和/或所述多个壳体单元中相应的一个壳体单元。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，其中所述一个或多个隧道连接元件包括：线性隧道连接元件、楔形隧道连接元件、柔性隧道连接元件、分支隧道连接元件和/或换向站隧道连接元件。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，其中所述一个或多个隧道连接元件中的至少一个包括所述一个或多个扩宽部区域中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
可操作地联接到隧道链的惰性空间。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，其中所述惰性空间被构造为使将被引入所述隧道链中的可移动容器惰性化和/或拆取已经在可移动容器中增材制造的部件，所述可移动容器已经由所述隧道链运输到惰性空间中。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，其中所述惰性空间包括被构造为执行准备工作步骤和/或拆取工作步骤的机器人。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
一个或多个容器仓库，所述一个或多个容器仓库被构造成容纳多个可移动容器，所述多个可移动容器被引入所述隧道链中和/或已经从所述隧道链中移除。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个扩宽部区域中相应的一个在横向和/或竖直方向上邻近于所述多个隧道段中的相应一个设置。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述多个壳体单元中的至少一个包括布置在所述多个隧道段中的相应一个之上的所述一个或多个扩宽部区域中的至少一个，其中，所述一个或多个扩宽部区域中的至少一个被构造为悬挂在所述多个隧道段中的相应一个之上的维修模块容器、铣削头模块容器、清洁模块容器和/或测量模块容器。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述隧道链包括入口、出口和/或一个或多个封闭端，并且其中，所述隧道链被构造成维持包括惰性气体的保护气氛。
15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述运输路径包括线性运输路径和/或非线性运输路径。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述隧道链包括多个运输路径。
17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述隧道链包括：
引导元件，所述引导元件被构造成沿所述运输路径和/或在所述运输路径与所述一个或多个扩宽部区域之间引导所述多个可移动容器。
18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述隧道链包括：
驱动机构，所述驱动机构被构造成使所述多个可移动容器中相应的一个沿所述运输路径和/或在所述运输路径与所述一个或多个扩宽部区域之间移动；和/或
控制器，所述控制器被构造为控制所述多个可移动容器中相应的一个沿所述运输路径和/或在所述运输路径与所述一个或多个扩宽部区域之间的运动。
19.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述多个可移动容器分别包括自驱动机构，并且其中，所述多个可移动容器通过所述相应的自驱动机构在所述运输路径中和/或在所述运输路径与所述一个或多个扩宽部区域之间可移动。
20.一种操作增材制造系统的方法，其特征在于，所述方法包括：
将多个可移动容器移动通过隧道链，其中所述隧道链包括：
一个或多个供给开口，所述一个或多个供给开口被构造成将多个可移动容器引入所述隧道链；
多个隧道段，所述多个隧道段集成在多个壳体单元中的相应壳体单元内，所述多个壳体单元包括一个或多个过程站和/或一个或多个操纵站，所述多个隧道段共同限定一个隧道；
运输路径，所述运输路径被构造成将所述多个可移动容器运输通过由所述多个隧道段限定的所述隧道；以及
一个或多个扩宽部区域，所述一个或多个扩宽部区域分别被构造成容纳所述多个可移动容器中相应的一个，同时允许一个或多个其他可移动容器沿所述运输路径移动经过所述一个或多个扩宽部区域中相应的一个，其中所述一个或多个扩宽部区域分别包括避让站和/或所述一个或多个过程站之一和/或所述一个或多个操纵站之一的工作位置；以及
其中将所述多个可移动容器移动通过所述隧道链包括：
将所述多个可移动容器中的第一个从所述运输路径移动到所述一个或多个扩宽部区域中的第一个；
将所述多个可移动容器中的第二个沿所述运输路径移动经过所述一个或多个扩宽部区域中的所述第一个，而所述多个可移动容器中的所述第一个设置在所述一个或多个扩宽部区域中的第一个中；和
在所述多个可移动容器中的所述第二个移动经过所述一个或多个扩宽部区域中的所述第一个之后，将所述多个可移动容器中的所述第一个移出所述一个或多个扩宽部区域中的所述第一个，以便沿所述运输路径跟随所述多个可移动容器中的所述第二个。
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