CN112313079B - 用于制造三维物体的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

通过选择性增材制造来制造三维物体的设备，其包括：‑支撑件(140)，其适用于支撑至少一个增材制造粉末层(150)，‑激光源(110)，其适用于发射激光束(111)，‑扫描装置(130)，其适用于将激光束导向粉末层上从而扫描粉末层的至少一部分，‑用于调整扫描路径的装置(120)，所述装置布置在扫描装置的上游，调整装置包括调整反射镜(121)，所述调整反射镜(121)适用于反射从激光源输出的激光束并将激光束导向扫描装置，由激光源输出的激光束在调整反射镜上的入射角包括在20°至45°之间。

Description

用于制造三维物体的设备和方法
技术领域
本发明涉及选择性增材制造的技术领域。
背景技术
选择性增材制造包括通过在粉末状材料(金属粉末、陶瓷粉末等)的连续层上的所选择区域的固化来生产三维物体。固化后的区域对应于三维物体的连续部分。通过使用固化源执行整体或部分的选择性熔融来逐层进行固化。该源通常为辐射源(例如高功率激光束)或粒子束源(例如电子束，在本领域通常使用的术语中称为EBM或电子束熔化)。
然而，常规的增材制造设备的生产率目前被认为是不足的。
为了提高增材制造设备的生产率，可以增加激光源的数量。但是，这有几个缺点。这种系统的功效是有限的。不同激光源的存在带来了空间问题。而且，激光源的倍增需要大量的成本。
发明内容
本发明的目的是减轻以上提出的缺点中的至少一个。
为此，提供了一种用于通过选择性增材制造来制造三维物体的设备，其包括：
-支撑件，其适用于支撑至少一个增材制造粉末层，
-激光源，其适用于发射激光束，
-扫描装置，其适用于将激光束导向粉末层，从而扫描粉末层的至少一部分，
-用于调整扫描轨迹的装置，其布置在扫描装置的上游，调整装置包括调整反射镜，该调整反射镜适用于反射由激光源发射的激光束并将激光束导向扫描装置，由激光源发射的激光束在调整反射镜上的入射角在20°至45°之间。
有利地，本发明由以下特征补充，这些特征单独或以任何技术上可行的组合采用：
-扫描装置包括第一扫描反射镜和/或第二扫描反射镜，该扫描装置适用于改变第一扫描反射镜相对于第一扫描旋转轴线的取向和/或第二扫描反射镜相对于第二扫描旋转轴线的取向，
-调整装置适用于改变调整反射镜相对于第一调整旋转轴线和/或第二调整旋转轴线的取向，
-扫描装置适用于在扫描角度值的第一范围内改变第一扫描反射镜相对于第一扫描旋转轴线的取向，和/或在扫描角度值的第二范围内改变第二扫描反射镜相对于第二扫描旋转轴线的取向，
-调整装置适用于在调整角度值的第一范围内改变调整反射镜相对于第一调整旋转轴线的取向和/或在调整角值的第二范围内改变调整反射镜相对于第二调整旋转轴线的取向，
-扫描角度值的第一和/或第二范围比调整角度值的第一和/或第二范围宽，
-扫描装置配置为以扫描旋转速度改变第一扫描反射镜相对于第一扫描旋转轴线的取向和/或第二扫描反射镜相对于第二扫描旋转轴线的取向，
-其中，调整装置配置为以调整旋转速度改变调整反射镜相对于第一调整旋转轴线和/或第二调整旋转轴线的取向，
-扫描旋转速度低于调整旋转速度，
-扫描装置包括第一扫描反射镜和第二扫描反射镜，所述第一扫描反射镜适用于反射由调整反射镜输出的激光束并将激光束导向第二扫描反射镜，所述第二扫描反射镜适用于反射由第一扫描反射镜输出的激光束并将激光束导向增材制造粉末层，系统适用于控制第一扫描反射镜相对于第一扫描旋转轴线的取向以及第二反射镜相对于第二扫描旋转轴线的取向，从而在粉末层的平面中以两个自由度来控制由激光束扫描粉末层的轨迹，
-调整装置适用于根据调整来调整轨迹，所述调整包括以大于1.5kHz，优选地大于或等于10kHz的频率的振荡，
-由激光源发射的激光束在调整反射镜上的入射角在25°至35°之间，
-由激光源发射的激光束在调整反射镜上的入射角在28°至32°之间，
-调整反射镜包括碳化硅，
-调整反射镜为椭圆形的平面反射镜。
本发明还涉及一种通过选择性增材制造来制造三维物体的方法，所述方法借助于这种设备来实施，并且所述方法包括以下步骤：
-根据命令控制扫描装置，以沿着扫描轨迹扫描增材制造粉末层的至少一部分，以及
-在控制扫描装置的同时，根据命令控制调整装置，以调整扫描轨迹，
使得激光束在粉末层遵循经调整的扫描轨迹。
有利地，本发明由以下特征补充，这些特征单独或以任何技术上可行的组合采用：
-在控制调整装置的步骤中，将调整装置控制为以调整旋转速度改变调整反射镜相对于第一和/或第二调整旋转轴线的取向，
-在控制扫描装置的步骤中，将扫描装置控制为以扫描旋转速度改变第一扫描反射镜相对于第一扫描旋转轴线的取向和/或第二扫描反射镜相对于第二扫描旋转轴线的取向，扫描旋转速度低于调整旋转速度。
附图说明
通过阅读下面的用于说明而非限制性的描述并参考附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中：
-图1示意性示出根据本发明示例性实施方案的设备，
-图2示出图1中的设备的立体图；
-图3a、图3b、图3c、图4a和图4b示出根据本发明示例性实施方案的轨迹的图案，
-图5示出根据本发明示例性实施方案的方法。
具体实施方式
设备的一般结构
参考图1和图2，描述了设备1。设备1可以是用于例如通过增材制造(例如通过选择性增材制造)来制造物体的设备1。物体可以为三维物体。
设备1可以包括支撑件140。支撑件140可以适合于支撑材料(例如增材制造材料)的至少一层150。材料的层150可以为粉末(例如增材制造粉末)层150。
设备1可以包括源110。源110可以为固化源。源110可以为辐射源，例如激光源，例如激光光源，例如适用于发射激光束。
设备1可以包括扫描装置130。扫描装置可以适用于例如将激光束导向层150上，例如从而例如沿着扫描轨迹来扫描层150的至少一部分。
设备1包括装置120，例如调整装置120，例如用于调整扫描轨迹的装置。装置120可以布置在扫描装置130的上游。装置120可以包括反射镜121，例如调整反射镜121。反射镜121可以适用于反射由激光源发射的激光束，和/或用于将激光束导向扫描装置。由激光源发射的激光束在反射镜121上的入射角α在20°至45°之间，和/或由激光源发射并导向装置120的激光束与由装置120输出并导向扫描装置130的激光束之间形成的角度在40°至90°之间。
入射角是激光束的传输方向与在激光束与反射镜的表面相交处的反射镜的法线之间的角度。
术语“上游”和“下游”是指相对于由激光源发射的激光束的光子通量(即相对于激光束的光路)的方向的上游和下游。从而，可以通过在先调整来调整由扫描装置130限定的主轨迹，从而获得经调整的轨迹。
实际上，轨迹的调整可以改善由激光源提供的能量的分布，这通过熔池的扩大或熔融材料焊道的扩大以及与激光路径相对应的矢量数量的减少来反映，因此提高了熔融率，即在相同的单位时间内具有更大的熔化表面积。为了获得正确的熔融，材料每单位时间需要一定量的能量，称为能量密度，例如以J/mm2表示。如果能量密度太低，则熔融不完全，并且材料将不具有所需的特性。如果能量密度太大，通常在激光光斑的中心处，熔池将太动态，这将导致不期望的现象，如飞溅、火花、破坏激光束的大量烟雾或起泡。这些不期望的现象降低了所得材料的品质。因此，对于给定的激光光斑直径，在现有技术中，激光能量和熔融率受到限制，因此生产率受到限制。由于采用了不会对紧凑性和功效产生不利影响的调整装置，本发明可以引入使得次轨迹叠加在粉末床的主轨迹上的调整。
从而，通过将调整引入到轨迹中，可以避免局域化的激光光斑和直线轨迹所固有的限制。
因此，该设备可以提高能量转移至材料的效率。实际上，由于激光束的功率是高度局域化的，诸如粉末的材料迅速熔化，并且所形成的熔池对于光子起到反射镜的作用。在这种情况下，结果是供应能量的显著再发射。
从而，可以获得更有效的解决方案，该解决方案在限制相关成本的同时仍保持易于实施。
与增加多个激光源相反，可以限制与获取激光源以及激光源的使用所需的功率相关的成本。
轨迹的调整还可以更好地控制熔池的冷却动力学，并因此改善所形成的材料的状态，特别是在金属情况下的冶金状态。
此外，通过调整图案的选择，调整可以控制在熔池的宽度上沉积的能量的量，从而例如在熔池的边缘和中心之间，或者在一个边缘、中心和另一个边缘之间调节能量，以限制不期望的现象，例如飞溅和/或火花。
而且，通过源、调整装置和扫描装置之间的相对布置的选择，可以获得有效且紧凑的装置。
实际上，与具有多个激光源的解决方案相比，该设备特别紧凑。所要求保护的布置仅需要单个激光器，并且特别紧凑，且不会降低增材制造的品质。
具体地，这种角度的选择可以减小反射区域，并因此减小调整反射镜的尺寸，从而减小其惯性。因此可以实现较高的振荡频率，例如大于1.5kHz，并因此提高调整装置的功效。
而且，这种设备可以通过改造现有设备来获得，而不需要对扫描装置进行大量改造，例如，无需干涉用于控制扫描装置的致动器的系统。
激光源
激光源110包括例如光纤激光器，例如连续激光器，例如具有高斯能量分布的单模激光器。
激光束的功率可以大于或等于250W，例如大于或等于500W，例如小于或等于5000W，例如小于或等于3000W，例如在750W至2500W之间，例如等于1000W或2000W。
激光束可以与粉末层150接触，形成激光光斑或光斑。光斑可以具有给定的直径，例如大于或等于50μm或60μm，例如小于或等于300μm或250μm，例如在50μm至250μm之间，例如等于70μm或150μm或250μm。
所使用的激光束可以例如具有1070nm的波长。
设备1可以包括用于控制焦距的光学元件1101，例如用于控制焦距的光学透镜，例如布置在激光源的输出处。用于控制焦距的光学元件可以是可移动的，从而调节焦距，例如可移动为更靠近和/或进一步远离激光源110，例如可沿着由离开激光源的激光束111形成的轴线移动。
设备1可以包括在光学元件之间的用于控制焦距的聚焦装置1102，例如布置在激光源110和调整装置120之间。
设备1可以包括用于对激光束进行整形的装置，例如，使传递至被扫描的粉末层的一部分的表面(例如顶表面)的能量均匀化，从而例如获得顶帽式或甜甜圈式的能量分布。整形装置可以为或包括衍射透镜或折射元件。
扫描装置
扫描装置130可以包括第一扫描反射镜131和/或第二扫描反射镜132。从而，扫描装置130可以适用于例如在扫描角度值的范围内来改变第一扫描反射镜131和/或第二扫描反射镜132相对于一个或更多个旋转轴线的取向。扫描装置130可以适用于例如在扫描角度值的第一范围内来改变第一扫描反射镜131相对于第一扫描旋转轴线133的取向。扫描装置130可以适用于例如在扫描角度值的第二范围内来改变第二扫描反射镜132相对于第二扫描旋转轴线134的取向。
扫描装置130可以配置为以扫描旋转速度来改变第一扫描反射镜131相对于第一扫描旋转轴线133的取向和/或第二扫描反射镜132相对于第二扫描旋转轴线134的取向。
第一扫描反射镜131可以适用于和/或被控制为反射由调整反射镜121输出的激光束112并将激光束112导向第二扫描反射镜132。第二扫描反射镜132可以适用于反射由第一扫描反射镜131输出的激光束并将激光束导向层150。该系统可以适用于控制第一扫描反射镜131相对于第一扫描旋转轴线133的取向以及第二反射镜132相对于第二扫描旋转轴线134的取向，从而例如在粉末层的平面中，在两个自由度上(例如在粉末层的平面的两个方向上)控制激光束对层150的扫描轨迹。粉末层的平面可以是对应于粉末层的表面(例如，顶表面)的平面。
扫描装置130可以包括至少一个致动器，例如用于改变第一扫描反射镜131和/或第二扫描反射镜132的取向。从而，扫描装置130可以包括：第一致动器和第二致动器，所述第一致动器用于改变第一扫描反射镜131相对于第一扫描旋转轴线133的取向；所述第二致动器用于改变第二扫描反射镜132相对于第二旋转轴线134的取向。
第一扫描反射镜131和/或第二扫描反射镜132可以为平面反射镜和/或经整形的反射镜，例如呈切割形状、椭圆形或矩形，例如正方形或圆形。
扫描装置130可以适用于在增材制造粉末层150的至少一部分，施加激光束或者沿着扫描轨迹或主轨迹引导激光束。扫描轨迹或主轨迹对应于在没有调整装置120进行调整的情况下激光束将遵循的路径。从而，它对应于扫描装置130的特定控制。从而，确定的轨迹取决于如下所描述的主轨迹和次轨迹。
主轨迹可以包括一个或更多个例如直线部分。这些部分对应于在没有调整的情况下光束将有效地到达粉末层150的轨迹的部分，从而根据这些部分形成斑点。这些部分例如形成矢量。
轨迹可以包括一个或多个跳变，其将两个部分分开，这两个部分对应于在没有调整的情况下没有激光束有效地到达粉末层150的部分，由于在相应的时刻没有激光束发射或到达扫描装置130。
至少两个部分，例如两个连续的部分，可以通过被称为矢量间隙的间隙间隔开。主轨迹的连续部分例如被相同的间隙间隔开。间隙例如大于100μm，例如大于200μm，例如大于400μm，例如小于1000μm，例如小于700μm，例如等于500μm。与现有技术相比，包括调整装置的设备可以增加矢量间隙，并因此通过减小主轨迹的长度以及因此减少制造时间来提高效率。
扫描装置130可以包括三轴扫描头。则设备1可以优选地包括用于控制上述焦距的光学元件1101和/或聚焦装置1102。
扫描装置130可以包括两轴扫描头。则设备1可以优选地在扫描装置130和层150之间包括聚焦装置。聚焦装置包括例如透镜，例如平场透镜，例如F-θ透镜。
调整装置
调整装置120可以适用于在调整角度值的范围内，例如通过旋转改变调整反射镜121例如相对于至少一个旋转轴线的取向。调整装置120可以适用于例如在调整值的第一范围内，改变调整反射镜121例如相对于第一调整旋转轴线122的取向。可替代地或另外地，调整装置120可以适用于例如在调整值的第二范围内，改变调整反射镜121相对于第二调整旋转轴线123的取向。第一调整旋转轴线122和第二调整旋转轴线123可以为两个正交轴线。
调整值的第一范围和/或调整值的第二范围例如具有在+/-0.0025rad至+/-0.0015rad之间的大小，例如为+/-0.002rad的大小。
扫描角度值的范围可以比调整角度值的范围更宽。扫描角度值的第一和/或第二范围可以比调整角度值的第一和/或第二范围更宽。实际上，调整旨在例如通过施加叠加在主轨迹(其由扫描装置130的控制产生)上的次轨迹来对确定主轨迹的扫描进行调整。
调整装置120可以配置为以调整旋转速度改变调整反射镜121相对于第一调整旋转轴线122和/或第二调整旋转轴线123的取向。扫描旋转速度可以低于调整旋转速度。实际上，调整装置因此可以提供更大的反应性。
调整装置120可以包括至少一个致动器，例如，用于改变调整反射镜121的取向。从而，调整装置120可以包括：第一致动器和第二致动器，所述第一致动器用于改变调整反射镜相对于第一调整旋转轴线122的取向；所述第二致动器用于改变调整反射镜相对于第二调整旋转轴线123的取向。
至少一个致动器，例如第一致动器和/或第二致动器，可以为或包括压电致动器，例如适用于至少以大于或等于1kHz，例如大于1.5kHz，例如大于2kHz，例如小于15kHz，例如小于12kHz，例如在1.5kHz至10kHz之间的振荡频率进行振荡。这种致动器可以在保持紧凑性和低成本的同时实现高频率。而且，这样的致动器可以在调整期间使位置具有高的角度精度(即，大小的控制)，并且使返回至对应于没有调整时的参考位置具有高的角度精度。
至少一个致动器，例如第一致动器和/或第二致动器，可以为或包括电磁致动器或机械致动器。
至少一个致动器，例如第一致动器和/或第二致动器，可以为或包括微机电系统，也称为MEMS，例如适用于至少以大于10kHz，例如大于15kHz，例如等于20kHz的振荡频率进行振荡。这样的高调整频率可以在提高主扫描速度的同时在层上保持令人满意的图案密度。
至少一个致动器，例如第一致动器和/或第二致动器，可以为或包括检流计。
由激光源发射的激光束在反射镜121上的入射角α可以在25°至35°之间，和/或由激光源发射并导向装置120的激光束与由装置120输出并导向扫描装置130的激光束之间形成的角度可以在50°至70°之间。
当激光束在调整反射镜上反射时，激光束的直径可以在20mm至40mm之间，例如直径约为23mm，和/或在粉末层的表面处的直径在50μm至100μm之间。
对于45°的入射角α，对于在调整反射镜上反射的直径约为30mm的激光束，调整反射镜必须具有至少42mm长和30mm宽的椭圆形反射区。然而，对于30°的入射角，调整反射镜可具有35mm长和30mm宽的椭圆形反射区。因此，相关质量减少了约18％。
由激光源发射的激光束在调整反射镜上的入射角可以在28°至32°之间，例如等于30°。
调整反射镜121可以为例如平面或经整形的反射镜，例如呈切割形状或椭圆形的反射镜。这种形状特别适用于限制材料的数量，可以快速振荡而不会限制激光在粉末层表面上可到达的区域。
例如椭圆形反射镜的长度在Df/cos(α)至2Df/cos(α)之间，其中Df是激光束的直径，α是由激光源发射的激光束在调整反射镜上的入射角，例如等于1.6Df/cos(α)。反射镜具有例如在Df至1.1Df之间的宽度，例如等于Df。Df例如为激光束在1/e2处的直径，或者为高斯光斑能量的86％的D86。
可替代地，调整反射镜121可以为矩形反射镜，例如正方形或圆形反射镜。
调整反射镜121可以包括衬底和反射表面涂层。这种涂层可以改善光子在反射镜上的反射。这种涂层有助于防止或限制反射镜对激光束能量的吸收，并防止或限制反射镜的加热，其中加热导致光束变形并降低光束品质。从而，这种涂层可以延长调整反射镜的使用寿命。调整反射镜121包括例如碳化硅。反射镜包括例如衬底，所述衬底例如为碳化硅和/或基本上由碳化硅形成。碳化硅在质量/刚度方面提供了良好的性能，而没有诸如铍的材料所固有的缺点，例如毒性和供应困难以及供应成本。从而，可以进一步减小质量，从而减小调整反射镜的惯性，并因此进一步提高调整装置120的致动器的振荡频率。
调整装置120可以适用于根据调整来调整轨迹。从而，调整装置120可以适用于在增材制造粉末层150的至少一部分，施加激光束或者沿着调整轨迹或叠加在主轨迹上的次轨迹引导激光束。
调整反射镜121可以适用于例如相对于至少一个轴线，例如两个轴线，例如相对于第一调整旋转轴线122和/或第二调整旋转轴线123进行振荡。从而，调整反射镜121可以适用于相对于两个轴线(例如第一调整旋转轴线122和/或第二调整旋转轴线123)同时和/或独立地进行振荡。
从而，调整反射镜121可以适用于以相对于第一调整旋转轴线122的第一振荡和/或以相对于第二调整旋转轴线123的第二振荡来进行振荡。调整反射镜121可以适用于以相对于第一调整旋转轴线122的第一振荡和以相对于第二调整旋转轴线123的第二振荡来同时地进行振荡，例如从而产生正弦或圆形图案。可以例如在两个轴线122和123之间独立地控制相对于第一调整旋转轴线122和/或第二调整旋转轴线123的振荡的幅度和/或频率。
可以控制相对于第一调整旋转轴线122的振荡，从而相对于第二旋转轴线123的振荡具有相位偏移。控制相位偏移例如可以调节图案的形状，改变图案的形状和/或图案相对于扫描方向的取向。
振荡可以例如在粉末层150处实现例如次轨迹专有的合成振荡，其幅度大于100μm，例如大于200μm，例如小于2000μm，例如小于1000μm，例如小于750μm，例如等于500μm。对于相同的光斑移动速度和相同的能量密度，振荡可以增加熔池的宽度。从而可以成比例地增加矢量间隙并因此提高比表面生产率。
调整反射镜可以适用于例如相对于第一调整旋转轴线122和/或第二调整旋转轴线123以大于1.5kHz，优选大于2.5kHz，优选大于或等于10kHz的频率进行振荡。调整可以包括例如以大于1.5kHz，优选大于2.5kHz，优选大于或等于10kHz的频率重复的图案，例如周期性图案。图案例如为振荡。调整可以形成图案。从而可以利用调整装置引入调整。
次轨迹可以包括图案，例如使得图案可以叠加在粉末层的一部分的表面上的主轨迹上。
参考图3a至图3c，示出了示例性图案。图案为正弦曲线。
在图3a中，粗体元素表示主轨迹，该主轨迹包括由间隙303和跳变302间隔开的部分301，而细线中的元素表示叠加了次轨迹后的经调整的轨迹，从而呈现激光光斑304穿过的正弦振荡。
在图3b中，示出了次轨迹或相应的调整轨迹沿着轴线随时间的变化。
图3c详细示出了与第一调整旋转轴线305相关的控制和与第二调整旋转轴线306相关的控制之间的次轨迹随时间的变化。在该示例中，调整反射镜仅围绕第二调整旋转轴线振荡。
参考图4a和图4b，示出了示例性图案。图案为圆形。
在图4a中，示出了次轨迹或相应的调整轨迹沿着轴线随时间的变化。
图4b详细示出了与第一调整旋转轴线405相关的控制和与第二调整旋转轴线406相关的控制之间的次轨迹随时间的变化。在该示例中，调整反射镜既围绕第一调整旋转轴线又围绕第二调整旋转轴线振荡。
例如布置激光源110、调整装置120和扫描装置130以使得表面熔融率(即每单位时间被激光光斑覆盖的粉末层的表面积)大于1000cm2/min，例如大于2000cm2/min，例如大于4000cm2/min，例如小于15,000cm2/min，例如小于10,000cm2/min，例如约为6000cm2/min。由于调整装置的存在，根据本发明的设备可以显著提高表面熔融率，并因此显著提高比表面生产率。
例如布置调整装置120和扫描装置130以使得激光光斑的移动速度在0.5m/s至10m/s之间，例如在1m/s至5m/s之间，例如等于1m/s或2m/s。
当扫描装置130包括三轴扫描头时，调整反射镜121可以布置在由激光源110发射的激光束的会聚部分，例如在聚焦装置1102的下游。从而，可以限制对激光束品质的干扰。实际上，离开用于控制焦距的光学元件1101的激光束发散并且仅在离开聚焦装置1102之后会聚。将调整装置120布置在其他地方，特别是更上游，可能会由于使激光束偏心而破坏光学功能。
层和支撑件
支撑件包括例如旨在随着层的增加而移动的板。
粉末层150或每个粉末层150的厚度例如在10μm至100μm之间，例如在20μm至60μm之间，例如等于40μm。
粉末层150或每个粉末层150的材料的能量密度例如在0.5J/mm2至10J/mm2之间，例如在1J/mm2至5J/mm2之间，例如等于2J/mm2。
粉末层150或每个粉末层150的材料可以包括钛和/或铝和/或铬镍铁合金和/或不锈钢和/或马氏体时效钢。粉末层150或每个粉末层150的材料可以由钛和/或铝和/或铬镍铁合金和/或不锈钢和/或马氏体时效钢组成。
其他源
除了激光源110之外，设备可以包括第二源。第二源可以为粒子束源，例如电子束源，例如电子束熔化源(在本领域中通常使用的术语)，例如电子枪。
从而，设备1可以是包括多个能量源的混合设备，以实现选择性熔融。第二源可形成适用于在物体的核心进行选择性熔融的主能量源。激光源110可形成适用于在外围区域(例如在物体的表皮或边缘)进行选择性熔融的次能量源。
以此方式，可以获得这样的物体，在物体的外围以及物体的体积中机械性质和金相学性质不同。
设备1还可以包括一个或更多个其他激光源110，如例如上述激光源。一个或更多个其他激光源110(例如每一个其他激光源110)可以配备有扫描装置130(例如如上所述的扫描装置130)和/或调整装置120(例如如上所述的调整装置120)。从而，可以利用并联的多个激光源和/或扫描装置和/或调整装置以处理一个或更多个粉末层的不同区域，经由大的支撑件和大的粉末层来制造大的组件。
控制装置
设备1可以包括适用于控制设备的控制装置，例如用于控制激光源110和/或调整装置120和/或扫描装置130的控制装置。
控制装置包括或形成例如控制单元。
控制装置包括例如数据存储装置，例如数据存储单元，例如RAM存储器和/或ROM存储器。存储装置可以适用于存储对应于以下描述的方法的指令。
控制装置包括例如计算装置，例如处理器。
控制装置可以配置为实现如下所述的方法。
方法
参考图5，描述了一种通过选择性增材制造工艺来制造三维物体的方法。
方法可以借助于设备1来实施。
方法可以包括以下步骤400：根据命令控制扫描装置130，以沿着扫描轨迹或主轨迹扫描增材制造粉末层150的至少一部分。
方法可以包括步骤402，用于根据命令控制调整装置120，以调整扫描轨迹，所述步骤402与步骤400中的扫描装置的控制同时实施。调整扫描轨迹的命令例如对应于次轨迹或调整轨迹。
步骤400和步骤402可以实施为使得激光束在粉末层150遵循经调整的扫描轨迹。经调整的扫描轨迹可以对应于调整轨迹在扫描轨迹上的叠加。
在控制扫描装置130的步骤400中，可以控制扫描装置从而以扫描旋转速度改变第一扫描反射镜131和/或第二扫描反射镜132相对于第一扫描旋转轴线134的取向。在控制调整装置120的步骤402中，可以控制调整装置120从而以调整旋转速度改变调整反射镜121相对于第一调整旋转轴线122和/或第二调整旋转轴线123的取向。扫描旋转速度可以低于调整旋转速度。
详细示例
对于70μm的光斑直径，2m/s的光斑移动速度，40μm厚且2J/mm2的能量密度的层，根据现有技术的不具有调整装置120的示例性设备将需要50μm的间隙，且激光功率限制为200W，这样才能达到600cm2/min的表面熔融率，然而，诸如所述的包括调整装置120的设备的示例性设备例如可以实现500μm的间隙和500μm的次轨迹的振荡宽度，并利用更大的激光功率(例如从1000W至2000W)，可以实现3000cm2/min至6000cm2/min的表面熔融率，从而使比表面生产率提高了5至10倍。

Claims (12)

1.一种通过选择性增材制造来制造三维物体的设备，其包括：
-支撑件(140)，其适用于支撑至少一个增材制造粉末层(150)，
-单个激光源(110)，其适用于发射激光束(111)，
-扫描装置(130)，其适用于将激光束导向粉末层，从而扫描粉末层的至少一部分，
-用于调整扫描轨迹的装置(120)，其布置在所述扫描装置的上游，调整装置包括调整反射镜(121)，所述调整反射镜(121)适用于反射由激光源发射的激光束并将激光束直接导向扫描装置，由激光源发射的激光束在调整反射镜上的入射角在20°至45°之间；
其中，所述调整装置(120)适用于在调整角度值的第一范围内改变调整反射镜相对于第一调整旋转轴线(122)的取向，在调整角度值的第二范围内改变调整反射镜相对于第二调整旋转轴线(123)的取向。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述扫描装置(130)包括第一扫描反射镜(131)和/或第二扫描反射镜(132)，所述扫描装置适用于改变第一扫描反射镜相对于第一扫描旋转轴线(133)的取向和/或第二扫描反射镜相对于第二扫描旋转轴线(134)的取向，所述调整装置(120)适用于改变调整反射镜相对于第一调整旋转轴线(122)和/或第二调整旋转轴线(123)的取向。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述扫描装置适用于在扫描角度值的第一范围内改变第一扫描反射镜(131)相对于第一扫描旋转轴线(133)的取向，和/或在扫描角度值的第二范围内改变第二扫描反射镜(132)相对于第二扫描旋转轴线(134)的取向，
扫描角度值的第一和/或第二范围比调整角度值的第一和/或第二范围宽。
4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述扫描装置配置为以扫描旋转速度改变第一扫描反射镜(131)相对于第一扫描旋转轴线(133)的取向和/或第二扫描反射镜(132)相对于第二扫描旋转轴线(134)的取向，
其中，所述调整装置(120)配置为以调整旋转速度改变调整反射镜(121)相对于第一调整旋转轴线(122)和/或第二调整旋转轴线(123)的取向，
所述扫描旋转速度低于调整旋转速度。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述扫描装置包括第一扫描反射镜(131)和第二扫描反射镜(132)，所述第一扫描反射镜适用于反射由调整反射镜(121)输出的激光束并将激光束导向第二扫描反射镜，所述第二扫描反射镜适用于反射由第一扫描反射镜输出的激光束并将激光束导向增材制造粉末层(150)，系统适用于控制第一扫描反射镜相对于第一扫描旋转轴线的取向以及第二反射镜相对于第二扫描旋转轴线的取向，从而在粉末层的平面中以两个自由度来控制由激光束扫描粉末层的轨迹。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述调整装置(120)适用于根据调整来调整轨迹，所述调整包括以大于1.5kHz的频率的振荡。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述调整装置(120)适用于根据调整来调整轨迹，所述调整包括以大于或等于10kHz的频率的振荡。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，由激光源发射的激光束在调整反射镜上的入射角在25°至35°之间。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述调整反射镜(121)包括碳化硅。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述调整反射镜(121)为椭圆形反射镜。
11.一种通过选择性增材制造来制造三维物体的方法，所述方法通过根据权利要求1所述的设备实施，并且所述方法包括以下步骤：
-根据命令控制扫描装置(130)，以沿着扫描轨迹扫描增材制造粉末层(150)的至少一部分，以及
-在控制扫描装置的同时，根据命令控制调整装置(120)，以调整扫描轨迹，
使得激光束在粉末层(150)遵循经调整的扫描轨迹。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
-在控制调整装置(120)的步骤中，将调整装置控制为以调整旋转速度改变调整反射镜(121)相对于第一和/或第二调整旋转轴线(122、123)的取向，
-在控制扫描装置(130)的步骤中，将扫描装置控制为以扫描旋转速度改变第一扫描反射镜(131)相对于第一扫描旋转轴线(133)的取向和/或第二扫描反射镜(132)相对于第二扫描旋转轴线(134)的取向，所述扫描旋转速度低于所述调整旋转速度。
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