CN112703102A - 增材式制造设备和对应的增材式制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造三维物体的增材式制造设备，所述制造设备具有：用于逐层施加构造材料的层施加装置(16)；能量输入装置(20)，所述能量输入装置具有一氧化碳激光器(21)和辐射供应装置，用于将一氧化碳激光器的激光辐射供应到每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置；以及激光功率修正装置(27)，所述激光功率修正装置适于，当激光功率增大时，在小于300μs和/或大于50ns的时间段内使得单位面积命中构造材料的功率上升，和/或当激光功率减小时，在小于100μs和/或大于100ns的时间段内使得单位面积命中构造材料的功率下降。

Description

增材式制造设备和对应的增材式制造方法
技术领域
本发明涉及一种增材式制造设备、一种相对应的增材式制造方法以及一种借助所述制造设备和制造方法制造的成型体。
背景技术
增材式制造设备和相对应的方法(也称为“增材式制造”)的特征通常在于，在所述制造设备中，通过使无成形的构造材料固化来逐层地制造物体。可以例如通过向构造材料供应热能实现固化，这借助于利用电磁辐射或粒子辐射(例如激光烧结或激光熔融或电子束熔融)照射构造材料来进行。例如，在激光烧结或激光熔融中，激光束在构造材料层上的命中区域会在该层的对应于要制造的物体在该层中的物体横截面的位置上移动。
如果选择塑料粉末(聚合物粉末)作为构造材料，则通常构造材料的固化借助于利用CO2激光器进行的照射来实现。这种激光器发射波长为10.6μm的辐射，并且特别是因为多数聚合物材料都能很好地吸收波长为10.6μm的辐射而使用这种激光器。
由于在构造材料上的辐射焦点大小取决于波长，因此用于固化所使用的辐射的波长越小，则可以在所制造的物体中实现更大的细节分辨率。由于聚合物材料对小于10.6μm的波长吸收不良，DE 199 18 981 A1建议，将构造材料与吸收剂混合，所述吸收剂吸收波长为500至1500nm的激光辐射，从而也可以使用在这个波长范围内发射的激光器，例如Nd-YAG或Nd-YLF激光器，并且可以实现更好的细节分辨率。
然而，使用吸收剂添加剂本身带来一些缺点。一方面，由于吸收剂添加剂的材料成本以及吸收剂添加剂与构造材料均匀混合的需要或将吸收剂添加剂施加到构造材料层上，提高了工艺成本。此外，工艺窗口，即可供用于实现稳定的过程控制的温度范围缩小。另外，过程调控更加困难，因为在吸收剂总量中的不均匀性可能导致在所制造的物体或其表面中的不均匀性。最后，难以获得具有希望颜色的物体：深色吸收剂、如碳黑会导致形成深色的物体，例如，在需要深色不显光的浅色的物体时，只能在提高成本情况下对物体进行重新着色。
发明内容
本发明的目的因此是提供一种基于激光的增材式制造设备和相关的增材式制造方法，利用所述制造设备和制造方法可以以增材的方式制造具有更高的细节分辨率的物体，而没有附加的缺点。
所述目的通过根据权利要求1的增材式制造设备、根据权利要求8的增材式制造方法和根据权利要求14的成型体来实现。本发明的改进方案在从属权利要求中要求保护。根据本发明的设备尤其是还可以通过根据本发明的方法的下面的或在从属权利要求中说明的特征进行改进，反之亦然。此外，虽然没有明确说明，结合设备所描述的特征也可以用于改进其它根据本发明设备。
根据本发明的用于制造三维物体的增材式制造设备具有：
用于逐层施加构造材料的层施加装置，
能量输入装置，所述能量输入装置具有一氧化碳激光器和辐射供应装置，所述辐射供应装置用于将一氧化碳激光器的激光辐射供应到每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置，以及
激光功率修正装置，所述激光功率修正装置适用于，当激光功率增大时，在小于300μs和/或大于50ns的时间段内使得命中构造材料的单位面积的功率上升，和/或当激光功率减小时，在小于100μs和/或大于100ns的时间段内使得命中构造材料的单位面积的功率下降。
在本发明所涉及的增材式制造设备和方法中，以激光辐射的形式将能量选择性地供应给构造材料层。这里，辐射在工作平面上命中构造材料，所述工作平面通常是所述层朝向能量输入装置的上侧所在的平面。由于所供应的能量，材料升温，因此使得构造材料烧结或熔化。
这里要指出的是，利用增材式制造设备，不仅可以制造一个物体，而且也可以同时制造多个物体。如果在本申请中提到一个物体的生产，这可以理解为，相应的描述也可以以相同的方式应用于同时制造多个物体的增材式制造方法和设备。
对于根据本发明的增材式制造设备中的层施加装置的设计没有任何限制。任何在增材式制造领域中已知的能够分层地、即逐层地施加构造材料的层施加装置都可以是所述增材式制造设备的组成部分。所述层施加装置只需适于施加无定形的构造材料，尤其是粉末，这里，通常借助于刮料设备来确保所施加层具有平坦的表面并由此确保在能量输入装置与构造材料之间有恒定的距离。
层施加装置尤其是能够处理含聚合物的构造材料，即尤其是塑料粉末或具有应通过能量输入熔化的塑料成分的粉末。
一氧化碳激光器可以是商业上可购得的激光器。由一氧化碳激光器所发射的辐射通常在4至8μm之间的范围内，例如在5至6μm之间的范围内。可使用的辐射供应装置的在其基本构造上可以与在使用CO2激光器时在增材式制造领域中所使用的辐射供应装置是相同的。通常，辐射供应装置包括光束转向装置，利用所述光束转向装置使激光辐射朝构造材料的层转向。
根据本发明存在的激光功率修正装置的突出之处在于，在相应地操控时，所述激光功率修正装置能够在短时间内改变供应给构造材料的激光功率，即尤其是单位面积命中构造材料的功率。这里，指定用于功率升高的时间是指将现有的激光功率提高功率差值的10％或90％的时刻之间的差。这里，功率差值是指功率提高之后单位面积供应给构造材料的激光功率与功率提高之前单位面积供应给构造材料的激光功率之间的差。以相同的方式，指定用于功率增加的时间是指使现有的激光功率降低功率差值的10％或90％的时刻之间的差。这里，功率差值是指功率降低之后单位面积供应给构造材料的激光功率与功率降低之前单位面积供应给构造材料的激光功率之间的差。
优选在本发明中使用连续激光器(cw激光器)。换言之，优选激光谐振器不发生品质调制(调Q)。连续激光器的优点在于，连续激光器具有狭窄的线条，由此在一些情况下在材料中有更好的吸收。
在这种情况下应强调的是，激光功率修正装置在光路中设置在一氧化碳激光器的后面，换言之，激光功率修正装置不是一氧化碳激光器的组成部分，而是仅在激光辐射离开一氧化碳激光器之后才修正激光辐射的功率。就是说，激光功率修正装置显然不是指一氧化碳激光器的控制装置。相反，通过所述激光功率修正装置可以在对构造材料的辐射功率供应提高和降低时确保辐射强度快速升高和下降。就是说，这里不是涉及脉冲式激光器的脉冲升高时间或脉冲下降时间。
已经确定，由一氧化碳激光器发射的辐射会被聚合物材料、例如聚酰胺很好地吸收，从而可以不必使用吸收剂材料。同时，由于与二氧化碳激光器相比减小的波长，可以实现更好的细节分辨率。此外，由于光束焦点减小，还可以实现使所制造物体具有更好的表面，尤其是更低的表面粗糙度。
一氧化碳激光器通常不会像二氧化碳激光器可以那样快地打开和关闭。但由于根据本发明存在的激光功率修正装置，可以以与二氧化碳激光器相同的速度或甚至明显更高的速度开关一氧化碳激光器。由于在选择性固化构造材料层期间通常必须非常频繁地打开和关闭激光束，因此，对于利用增材式制造快速制造物体来说重要的是，根据本发明在制造过程中不必承受速度损失的代价并且仍然可以利用使用短波辐射的优势。
激光功率修正装置优选地是声光或电光调制器。所述调制器特别适于实现快速的切换过程，尤其是快速开关或改变供应给构造材料的激光辐射。
进一步优选地，将以零阶穿过激光功率修正装置的激光辐射供应给每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置，以固化构造材料。
在声光或电光调制器的这种运行方式中，穿过调制器的应供应给构造材料的激光没有发生光束偏转。这避免了可能由于偏转角的变化导致的误差并简化了调校。在关闭辐射供应时，能量基本上从零阶撤至较高阶。
如发明人已经能够确认的那样，在关闭零阶的辐射供应时可以容许仍存在的余光，即使在构造材料是含聚合物的构造材料时。如果在物体的增材式制造中使用含聚合物的构造材料，则通常通过辐射加热将构造材料加热到略高于熔点。激光辐射此时仅还供应对于材料熔化所缺少的剩余能量。尽管因此可以认定，所存在的余光会导致构造材料不希望的熔化，但已经证实的是，如果确保“关闭的”激光射束不会长时间地对准构造材料的相同位置，但或者使工作温度略微降低，则在使用含聚合物的构造材料时可以避免出现这种不希望的熔化。在使用基于金属的构造材料、特别是钢粉末时，所存在的余光是无关紧要的，因为在这种情况下，熔化所需的能量的很大的百分比是通过激光辐射供应的，类似于激光加工中的情况。
更优选地，在增材式制造设备中，辐射供应装置具有偏转装置，所述偏转装置适于将一氧化碳激光器的激光辐射引导到每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置，和/或
聚焦装置，所述聚焦装置适于将一氧化碳激光器的激光辐射聚焦到构造材料层的表面上。这里，偏转和/或聚焦装置的特征性尺寸，尤其是孔径尺寸小于或等于约50mm，优选地小于或等于约20mm，特别优选地小于或等于约10mm，和/或大于或等于5mm。
如已经提到的，由于相对于CO2激光器减小的波长可以实现较小的焦点直径。这使得辐射供应装置的孔径尺寸也可以选择得较小。这又使得，光束转向装置中的光学元件、例如旋转镜的尺寸可以较小。对于光束转向装置，具体而言，这意味着，由于旋转镜尺寸较小，其惯性质量也较小，由此在旋转运动中能实现较高的加速度。当用于固化的激光束在构造材料上运动时，在运动变化时，实际上由于旋转镜的惯性质量而存在的有限的加速时间会导致在光束在构造材料上的当前位置和预期位置之间的被称为拖曳延迟(有时也称为拖曳误差)的偏移。这种特性尤其是在扫描线或阴影线的起点和终点处起作用。通过旋转镜在旋转过程中由于较低的惯性质量而具有的较高加速度，可以有利地保持拖曳延迟较低。此外，由于也可以快速进行激光辐射的切换过程，也可以以更精确的方式实现单位面积要输入的激光功率与拖曳延迟的是撇。尤其是对于给定的扫描速度，提高了成像精度(形状保真度)。因此，特别是在增材式制造设备中，根据本发明具有所述激光功率修正装置的结构可能是有利的。在工件运动的应用场合中，例如在激光切割或在通过激光辐射钻孔时，工件支架连同工件具有较大的质量，从而不能如同使用基于检流计扫描器的偏转装置时那样失效类似的高加速度。
所述增材式制造设备优选地具有聚焦装置，所述聚焦装置适于在构造材料层的表面上产生小于或等于500μm，更优选小于或等于300μm，进一步优选小于或等于250μm和/或大于或等于80μm，更优选大于或等于100μm，更优选大于或等于150μm的焦点直径。
在使用这种增材式制造设备的增材式制造方法中，由于焦点直径小，因此可以实现所制造的物体的几何细节的高分辨率。在使用具有小孔径尺寸的偏转和/或聚焦装置时，尤其是尽管会出现拖曳延迟，但是仍实现了高细节精度。如果假设存在高斯光束轮廓，则焦点直径可定义为其中光束功率高于光束功率最大值除以e2的区域的平均直径或最大直径，其中e是欧拉常数。
更优选地，在增材式制造设备中，偏转装置适于以大于或等于2m/s和/或小于或等于50m/s，优选大于或等于5m/s和/或小于或等于30m/s，更优选大于或等于8m/s和/或小于或等于25m/s的速度使激光束焦点在构造材料的表面上移动。
在使用这种增材式制造设备的根据本发明的增材式制造方法中，由于偏转和/或聚焦装置的小孔径尺寸或者说特征性尺寸，激光辐射在构造材料上的命中区域以与现有技术相比更快的速度移动。但由于辐射的波长仍输入了足够的能量，以便能够实现构造材料的固化。因此，在与现有技术相比更短的时间段内制造出物体，而不必承担质量上、尤其是在细节分辨率上的损失。在给定速度值时已假设，偏转装置或旋转镜与要选择性固化的构造材料层的表面之间的距离约为50cm。
在所述增材式制造设备中，激光束焦点优选可以沿以彼此间的间距小于0.18mm，优选小于0.16mm，甚至更优选小于0.14mm和/或大于0.05mm的相互平行的扫描线在构造材料的表面上移动，和/或可以建立小于0.18mm，优选小于0.16mm，更优选小于0.14mm的光束偏移。
在使用这种增材式制造设备的增材式制造方法中，由于使用了具有较短波长的激光辐射，与使用CO2激光器相比，可以实现激光辐射在构造材料层上的命中区域的较小直径。因此，当通过使激光束沿着相互平行的扫描线(阴影线)移动来扫描构造材料时，扫描线彼此的间距选择得较小。由此进行更为均匀的固化，从而获得质量更高的构件。术语“beamoffset(光束偏移)”是增材式制造领域中常用的英语术语，该术语表示在物体横截面轮廓上所设置的光束偏移量。通过这个通常垂直于轮廓的光束偏移量可以实现的是，在扫描所述轮廓时，尽管在构造材料上的辐射入射区域的直径是有限的，能尽可能精确地在所制造的物体上实现要制造的物体的模型数据中给出的外部尺寸。
在根据本发明的用于制造三维物体的增材式制造方法中，逐层地施加构造材料，并且通过具有一氧化碳激光器和辐射供应装置的能量输入装置利用辐射供应装置将一氧化碳激光器的激光辐射供应给每个层中的与物体在该层中的横截面相对应的位置。此外，借助于所述激光功率修正装置，当激光功率增大时，在小于300μs和/或大于50ns的时间段内使得命中构造材料的单位面积的功率上升，和/或当激光功率减小时，在小于300μs和/或大于50ns的时间段内使得命中构造材料的单位面积的功率下降。
通过根据本发明的增材式制造方法，实现了与通过使用根据本发明的增材式制造设备所实现的相同的优点。
在根据本发明的增材式制造方法中，构造材料优选基本上是无吸收剂的。术语“无吸收剂”这里表示，基本上没有给构造材料添加适于提高对激光辐射的吸收的材料。尤其是完全放弃有针对性地使用用于提高对激光辐射的吸收的助剂。这一方面是指，构造材料没有与吸收剂添加剂混合，另一方面是指，在构造材料层固化之前没有向构造材料层上施加吸收剂。如已经提到的那样，如果放弃使用吸收助剂，增材式制造更为简单。此外，由于特别是可以容易地获取浅色物体，在物体的颜色方面受到的限制较少。
根据本发明的增材式制造设备和根据本发明的增材式制造方法对于所有采用能良好地吸收一氧化碳激光器的激光辐射的构造材料的增材式制造过程都来了优点。所述构造材料优选包含聚合物，优选以聚合物粉末的形式的聚合物，和/或包含带涂层的沙子和/或陶瓷材料，优选是陶瓷粉末的形式的陶瓷材料。已经证实，聚合物、特别是PA11和PA12能以很高的程度吸收一氧化碳激光器的激光辐射。发明人没有获知一氧化碳激光器用于熔化聚合物、特别是在增材式制造领域的目前为止的应用。
此外，构造材料优选还包括含聚合物的材料并且尤其是包含聚酰胺、聚丙烯(PP)、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯砜、聚苯醚、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚酰胺弹性体、聚醚醚酮(PEEK)或聚芳基醚酮(PAEK)。
粉末状的构造材料例如可以包含至少一种聚合物，所述聚合物选自由以下聚合物所形成的组，所述组包含：聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯砜、聚苯醚、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺、聚芳基醚酮、聚醚、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚酰胺弹性体，例如聚醚嵌段酰胺，以及包含上述聚合物的至少两种不同单体单元的共聚物。合适的聚酯聚合物或共聚物可选自由聚对苯二甲酸亚烷基酯(例如PET，PBT)及其共聚物组成的组。合适的聚烯烃聚合物或共聚物可以选自由聚乙烯和聚丙烯组成的组。合适的聚苯乙烯聚合物或共聚物可以选自由间同立构聚苯乙烯和全同立构聚苯乙烯组成的组。粉末状构造材料附加或备选地可以包含基于至少两种上述聚合物和共聚物的至少一种共混物。这里，以塑料为基质，也还可以存在添加剂，例如助流剂、填料、颜料等，但优选不存在吸收剂添加剂。
更优选地，在激光辐射在构造材料上的命中区域中固化的区域在层平面中具有小于约300μm，优选小于约250μm，特别优选小于约200μm的尺寸。
由于使用了具有较短波长的激光辐射，与使用CO2激光器相比，在孔径尺寸相同情况下，可以实现激光辐射在构造材料层上的命中区域的较小直径。因此，由此与使用CO2激光器的情况相比，使用增材制造可以实现具有较小尺寸的细节。
优选以小于80μm，优选小于60μm，更优选小于50μm的厚度和/或10μm或更大，优选25μm或更大的厚度施加构造材料层。
由于使用了具有较短波长的激光辐射，在偏转和/或聚焦装置中可以使用与现有技术中相比更小的孔径尺寸或特征性尺寸。因此，尤其是由于用作偏转装置的检流计镜较小的尺寸和由此得到的质量，激光辐射在构造材料上的命中区域与现有技术相比可以以更高的速度移动。由此可以在与现有技术相比更短的时间段内制造物体。可以利用这一点来获得垂直于构造材料层具有更好的细节分辨率的物体。为此，施加或固化厚度较小的构造材料层。尽管由此用于制造物体而要施加和要固化的构造材料的总层数提高，但由于辐射命中区域的移动速度较高，制造时长仍保持在合理的范围内。
通过根据本发明的增材式制造方法由基本上不含吸收剂、尤其是无碳黑的构造材料制造的成型体具有至少一个细节尺寸，尤其是壁厚，所述细节尺寸小于或等于或150μm和/或大于或等于50μm，优选大于或等于100μm。
尽管对于制造没有使用吸收剂添加剂，按根据本发明的添加剂制造方法制造的成型体仍可以具有小尺寸的细节。
所述成型体尤其是由聚酰胺、聚丙烯(PP)、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯砜、聚苯醚、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚酰胺弹性体、聚醚醚酮(PEEK)或聚芳基醚酮(PAEK)制成，所述成型体优选具有按重量计小于0.01％的吸收剂材料。
如上所述，利用根据本发明的增材式制造方法尤其是可以实现由含塑料的材料制成的成型体。也可以通过所制造的成型体本身识别出没有使用吸收剂添加剂，所述成型体例如不含炭黑并且因此可以以浅色获得所述成型体，而无需用于后续着色的耗费。
附图说明
由参考附图对实施例的说明得出本发明的其他特征和适宜性。
其中：
图1示出根据本发明的用于增材式制造三维物体的示例性设备的局部为剖视图的示意图。
图2用于示意性示出在本发明的范围内用作激光功率修正装置的声光调制器的使用方式。
具体实施方式
为了构造物体2，作为增材式制造设备的示例示出的激光烧结或激光熔融设备1包括具有腔壁4的处理腔或构造腔3。在处理腔3中设置向上敞开并具有容器壁6的构造容器5。由构造容器5上部的开口限定工作平面7，工作平面7的位于开口内部的可以用于构造物体2的区域称为构造区8。
在构造容器5中设置可沿竖直方向V移动的载体10，在所述载体上安装基板11，所述基板向下封闭容器5并且由此形成容器的底部。基板11可以是与载体10分开形成的板件，所述板件固定在载体10上，或者所述基板可以与载体10一体地构成。根据所使用的粉末和工艺，还可以在基板11上安装构造平台12作为构造底座，在所述构造平台上构造物体2。但也可以在基板11本身上构造物体2，此时基板用作构造底座。在图1中以中间状态示出在容器5中在工作平面7下要在构造平台12上形成的物体2，所述物体具有多个固化层，这些层被保持未固化的构造材料13包围。
激光烧结或熔融设备1此外还包括用于构造材料15的储存容器14，在这个示例中是能通过电磁辐射固化的粉末，并且包括能在水平方向H上移动的涂布机16作为材料施加装置，用于在构造区8内逐层地施加构造材料15。可选地可以在处理腔3中设置加热装置，例如辐射加热器17，所述加热装置用于加热所施加的构造材料。例如可以设置红外辐射器作为辐射加热器17。
这个示例性的增材式制造设备1还包括具有一氧化碳激光器21的能量输入装置20，所述一氧化碳激光器产生激光束22，所述激光束经由偏转装置23发生转向并且通过聚焦装置24经由在处理腔3的上侧安装在腔壁4中的入射窗25聚焦到工作平面7上。作为一氧化碳激光器例如可以使用由Coherent公司以名称为“DIAMOND J-3-5CO Laser”销售的激光器。
偏转装置23主要分别由一个检流计镜组成，所述检流计镜用于在X方向上的偏转和在Y方向上的偏转，这里假定，工作平面7在X和Y方向上延伸。特别是在光路中位于一氧化碳激光器21和偏转装置23之间设有激光功率修正装置27，所述激光功率修正装置在当前示例中是声光调制器。例如英国伊尔明斯特(Ilminster)的Gooch&Housego PLC公司销售这种调制器，例如型号I-MOXX-XC11B76-P5-GH105可以以最高60MHz进行操控。
图2详细示出在当前示例中声光调制器的使用方式。由一氧化碳激光器21发出的激光束22在声光调制器27中被分成供应给偏转装置23的光束22a和光束22b。在当前示例中，光束22a是衍射图的零阶(光)，并且光束22b是衍射图的一阶。当然也会出现更高阶，但是出于更简单进行图示的原因未示出这些更高阶。可以看出，在当前示例中，激光功率修正装置27用于使由一氧化碳激光器21所发射的光束22衰减，以便借此调制其功率。供应给偏转装置23的光束22a这里沿与一氧化碳激光器21所发射的光束22相同的方向延伸。因此，即使环境条件的波动导致声光调制器的性能发生波动，这也不会对供应偏转装置23光束的方向产生影响。通过所示的布置形式，为了关闭光束，将光束22中的功率基本上引导到更高阶中，以便在零阶中实现尽可能小的功率。由此，通过操控声光调制器27，主要是关闭和打开供应给偏转装置23的光束。在零阶中关闭时仍然存在的残余功率在百分之几的范围内并且是可以容许的，因为所述残余功率通常不会导致构造材料发生意外的固化。用于固化的辐射源的余光的存在在现有技术中是已知的，并且这里称为“渗漏(bleeding)”。
此外，所述激光烧结设备1还包括控制装置29，通过所述控制设备以协调的方式控制设备1的各个组成部分，以实施构造过程。备选地，控制装置也可以部分或完全地安装在增材式制造设备的外部。实施控制装置可以包含CPU，所述CUP的运行由计算机程序(软件)控制。可以与增材式制造设备分开地将计算机程序存储在存储装置中，可以从这里(例如通过网络)将所述计算机程序装载到所述增材式制造设备中，尤其是装载到所述控制装置中。
在运行中，通过控制装置29使载体10逐层降低，操控涂布机16以施加新的粉末层，并且操控激光功率修正装置27，偏转装置23以及必要时还有激光器21和/或聚焦装置24，以便利用激光器通过用激光扫描与相应的物体对应的位置而使相应的层这些位置上固化。
在上面示例性描述的增材式制造设备中，制造过程这样进行，即，使得控制单元29处理控制数据记录。
通过所述控制数据记录，对于能量输入装置，在上述激光烧结或激光熔融设备的情况下特别是对于偏转装置23，针对在固化过程期间的每个时刻都预先规定，辐射要对准到工作平面7的哪个位置。
如上所述，代替声光调制器，还可以使用其他光学装置作为激光功率修正装置，只要这种装置能够在短时间内改变供应给构造材料的激光功率，就是说，尤其是单位面积命中构造材料的功率。例如，也可以与偏振器一起使用能相应地快速操控的光弹性调制器(PEM)或等效的延迟板(例如λ/2板)。

Claims (15)

1.用于制造三维物体的增材式制造设备，所述制造设备具有：
用于逐层施加构造材料的层施加装置(16)，
能量输入装置(20)，所述能量输入装置具有一氧化碳激光器(21)和辐射供应装置，用于将一氧化碳激光器的激光辐射供应到每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置，以及
激光功率修正装置(27)，所述激光功率修正装置适于，当激光功率增大时，在小于300μs和/或大于50ns的时间段内使得单位面积命中构造材料的功率上升，和/或当激光功率减小时，在小于100μs和/或大于100ns的时间段内使得单位面积命中构造材料的功率下降。
2.根据权利要求1所述的增材式制造设备，其中，所述激光功率修正装置(27)是声光式或电光式的调制器。
3.根据权利要求2所述的增材式制造设备，其中，将以零阶穿过激光功率修正装置(27)的激光辐射供应给每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置，以使构造材料固化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的增材式制造设备，其中，所述辐射供应装置具有：
偏转装置(23)，所述偏转装置适于将一氧化碳激光器(21)的激光辐射引导到每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置，
和/或聚焦装置(24、25)，所述聚焦装置适于将一氧化碳激光器的激光辐射聚焦到构造材料层的表面上，
所述偏转装置和/或聚焦装置的特征尺寸、尤其是孔径大小小于或等于约50mm，优选小于或等于约20mm，特别优选小于或等于约10mm，和/或大于或等于5mm。
5.根据权利要求4所述的增材式制造设备，所述增材式制造设备具有聚焦装置，所述聚焦装置适于在构造材料层的表面上产生小于或等于500μm、更优选小于或等于300μm、进一步优选小于或等于250μm和/或大于或等于80μm、更优选大于或等于100μm、进一步优选大于或等于150μm的焦点直径。
6.根据权利要求4或5所述的增材式制造设备，其中，所述偏转装置适于使激光束焦点以这样的速度在构造材料的表面上移动，所述速度大于或等于2m/s和/或小于或等于50m/s，优选大于或等于5m/s和/或小于或等于30m/s，更优选大于或等于8m/s和/或小于或等于25m/s。
7.根据前述权利要求中任一项所述的增材式制造设备，其中，所述激光束焦点能够按彼此平行的扫描线以彼此间小于0.18mm，优选小于0.16mm，更优选小于0.14mm和/或大于0.05mm的间距在构造材料的表面上移动，和/或能够设置小于0.18mm，优选小于0.16mm，更优选小于0.14mm的光束偏移。
8.用于制造三维物体的增材式制造方法，其中，逐层地施加构造材料，并且借助于具有一氧化碳激光器(21)和辐射供应装置的能量输入装置(20)通过辐射供应装置将一氧化碳激光器的激光辐射供应到每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置，并且借助于激光功率修正装置(27)，当激光功率增大时，在小于300μs和/或大于50ns的时间段内使得单位面积命中构造材料的功率上升，和/或当激光功率减小时，在小于300μs和/或大于50ns的时间段内使得单位面积命中构造材料的功率下降。
9.根据权利要求8所述的增材式制造方法，其中，所述构造材料基本上不含吸收剂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述构造材料包含聚合物，优选是聚合物粉末的形式的聚合物，和/或包含包封的沙子和/或陶瓷材料，优选是陶瓷粉末的形式的陶瓷材料。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述构造材料还包括含聚合物的材料并且尤其是包含聚酰胺、聚丙烯(PP)、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯砜、聚苯醚、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚酰胺弹性体、聚醚醚酮(PEEK)或聚芳基醚酮(PAEK)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在激光辐射在构造材料上的命中区域中固化的区域在层平面中具有小于约300μm，优选小于约250μm，特别优选小于约200μm的尺寸。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以小于80μm、优选小于60μm、更优选小于50μm和/或10μm或更大、优选25μm或更大的厚度施加所述构造材料的层。
14.成型体，所述成型体通过根据权利要求8至13中任一项的方法由构造材料制成，所述成型体基本上不含吸收剂，尤其是不含碳黑，至少一个细节尺寸、尤其是壁厚小于或等于或150μm和/或大于或等于50μm，优选大于或等于100μm。
15.根据权利要求14的成型体，所述成型体尤其是由聚酰胺、聚丙烯(PP)、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯砜、聚苯醚、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚酰胺弹性体、聚醚醚酮(PEEK)或聚芳基醚酮(PAEK)制成，具有按重量计小于0.01％的吸收剂材料。
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