CN114126846B - 用于增材制造设备的粉末排出模块、增材制造设备和用于施加粉末层的方法 - Google Patents

用于增材制造设备的粉末排出模块、增材制造设备和用于施加粉末层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种粉末排出模块，用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体(2)在相应的层中的相应横截面的部位上选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体(2)的设备(1)的涂装装置(16)，其中，为了逐层施加构造材料，所述涂装装置(16)在至少一个运动方向(B)上在设备(1)的作业平面(7)上可运动地设置在所述设备中。粉末排出模块(18)具有用于容纳粉末状构造材料的粉末容器(30)并且粉末容器(30)包括用于将粉末状构造材料输送至粉末容器(30)的输送开口(33)和在涂装装置(16)按规定运行时朝向作业平面(7)的输出区域(31)，其中，所述输出区域(31)具有用于排出粉末状构造材料的至少一个第一排出装置(36a、36b)和用于在粉末容器(30)中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的至少一个流化区(40、41a、41b)。此外，粉末容器(30)具有设置在粉末容器(30)中的至少一个第一减流元件(50a、50b)。

Description

用于增材制造设备的粉末排出模块、增材制造设备和用于施 加粉末层的方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过逐层施加并且选择性地固化粉末状构造材料来增材制造三维物体的设备的粉末排出模块并且涉及这种类型的增材制造设备，以及涉及一种用于在通过逐层施加并且选择性地固化粉末状构造材料来制造三维物体的方法的范畴内施加至少一层粉末状构造材料的方法和这种类型的增材制造方法。
背景技术
这种类型的设备和方法例如在快速原型制造(Rapid Prototyping)、快速模具(Rapid Tooling)或者增材制造(Additive Manufacturing)中使用。已知这种方法的一个例子被称为“选择性激光烧结或者激光熔化”。在此，重复施加薄层的粉末状构造材料并且通过借助激光束选择性地照射与要制造的物体的横截面对应的部位来选择性地固化每一层中的构造材料。
为了施加粉末状构造材料层，例如使设置在所述设备中的涂装装置在构造区上移动。在涂装装置在构造区上运动的期间，将粉末状构造材料通过涂装装置的排出装置(例如输出间隙)排出并且由涂装装置的涂覆元件排出以构成均匀的层。通过将气体引入到储存在涂装装置中的构造材料中，能够使构造材料流化，即转化成类似于流化床或者说流态床的状态，以便改进粉末排出。
尤其是在开始和结束层涂覆时，涂装装置发生加速并且由此储存在其中的粉末也发生加速。由于出现的加速力，使设置在涂装装置中的流化的粉末状构造材料开始运动，这也称为构造材料的“晃动”。构造材料的这种晃动，即流体构造材料的湍流流动的混乱的并且因此难以控制的作用可能会引起构造材料在涂装装置中的不均匀的分布，这可能会不利地影响所施加的粉末层的质量。此外，所述晃动可能会引起不符合期望的力作用到粉末容器上，这同样可能会不利地影响所施加的层的质量。由于所述晃动和/或粉末的流化，也可能将细微的粉末颗粒排出，这可能导致对涂装装置的和/或制造设备的部件的污染。
从WO 2017/102242 A1中已知一种用于涂装装置的粉末排出装置，其包括粉末容器和独立于该粉末容器构造的并且与该粉末容器经由分隔壁中的开口处于连接中的装料管道。粉末状构造材料能够在粉末容器中和装料管道中彼此不相关地流化。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种可替选的或者说改进的粉末排出模块以及一种可替选的或者说改进的增材制造设备以及一种可替选的或者说改进的用于施加至少一个粉末层的方法以及一种可替选的或者说改进的增材制造方法，在使用上述方法以及设备的情况下，尤其是至少能够减少流化粉末在涂装装置的粉末排出模块中的运动和/或能够使粉末状构造材料更良好地流化。
该任务通过一种粉末排出模块、一种制造设备、一种用于施加至少一层的方法和一种制造方法解决。在此，所述方法也能够通过如下的设备的特征得以扩展，反之亦然，或者所述设备的和所述方法的特征也能够分别用于在彼此间进行扩展。
根据本发明的粉末排出模块用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体在相应的层中的相应横截面的部位上选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体的设备的涂装装置，其中，为了逐层施加构造材料，所述涂装装置在至少一个运动方向上在所述设备的作业平面上可运动地设置在所述设备中。粉末排出模块具有用于容纳粉末状构造材料的粉末容器。该粉末容器包括：用于将粉末状构造材料输送至粉末容器的输送开口；在涂装装置按规定运行时朝向作业平面的输出区域，其中，该输出区域具有用于排出粉末状构造材料的至少一个第一排出装置和用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的至少一个流化区；以及设置在粉末容器中的至少一个第一减流元件。
粉末排出模块例如能够与涂装装置构造成一体或者能够可更换地设置在涂装装置上。此外，粉末排出模块和/或涂装装置例如能够包括至少一个涂装元件，例如涂覆辊和/或涂覆刀片和/或柔性涂覆元件，例如柔性的橡胶唇形件或者刷子，其在涂装装置的运动方向上设置在涂覆装置下游，以便将从排出装置中排出的粉末状构造材料拉开以构成均匀的层和/或以便压缩所施加的层。
优选地，所述输出区域是在涂装装置按规定运行时或者说在按规定使用粉末排出模块时粉末容器的向下、即朝作业平面或者说构造区的方向结束粉末容器的区域。粉末容器的输出区域例如可以是粉末容器的容器底部，即整个容器底部或者容器底部的一个或者多个区。然而，它也可以是粉末容器的其它区域，例如容器底部附近的区域，例如中间底部，所述区域在涂装装置按规定运行或者说按规定使用粉末排出模块时基本朝向构造区或者说作业平面。在此，按规定使用粉末排出模块优选地是指粉末排出模块在增材制造设备中或者说在涂装装置中的状态和/或布置和/或定向，在所述状态或者定向中，粉末排出模块适合于输出粉末状构造材料以用于施加层，即尤其是随着涂装装置在构造区或者说作业平面上移动。
优选地，涂装装置的按规定运行是指涂装装置的如下状态，在该状态中，涂装装置这样在增材制造设备中布置和/或定向和/或受到控制，使其至少适合于，将至少一层粉末状构造材料施加在作业平面中或者说施加在构造区上，尤其是根据较靠后更详细地描述的根据本发明的方法进行施加。优选地，按规定使用粉末排出模块是指如下状态，在该状态中，粉末排出模块适当地安装在涂装装置上或者与其一体地提供并且涂装装置处于其按规定运行的状态。
所述至少一个排出装置构造成用于，将储存在粉末容器中的构造材料排出，尤其是向下、即朝作业平面或者说构造区的方向排出。于是，例如能够将这样排出的构造材料拉出以构成均匀的层。排出装置例如能够构成为输出区域中的凹部。此外，能够在所述凹部上设置有一个或者多个涂装元件，例如滑动件和/或计量辊，以用于部分地和/或完全地闭锁所述凹部。借助这种类型的涂装元件，例如能够控制排出的粉末量或者说排出的粉末的体积流量。
优选地，相对于涂装装置的运动方向与粉末容器的侧壁间隔开间距地提供所述输送开口，尤其是相对于运动方向在粉末容器的中央区域内提供所述输送开口。此外，在输送开口上优选地设置有闭锁元件，例如顶盖，借助该闭锁元件能够闭锁输送开口。
所述至少一个流化区例如能够由输出区域内或者外的空腔构成，该空腔与用于输送气体的输入管道处于连接中并且通过气体引入元件、例如孔板和/或多孔板与粉末容器的内部空间分隔开。优选地，气体引入元件的孔或者说细孔这样构造，使其允许气体通过，但不允许粉末状构造材料的任何粉末颗粒穿过。例如能够通过将气体引入到粉末容器中而使储存在其中的粉末流化，即转化成类似于流化床或者说流态床的或者说类似于流体的状态。优选地，所述至少一个流化区用于将气体引入到粉末容器中。
优选地，在这里和在下文中，将减流元件理解结构元件，其平均地减少粉末容器中的流动、尤其是流化构造材料在粉末容器中的流动。减流元件能够具有至少一个粉末开口(例如孔)，其中，减流元件可理解为，在孔通道的中央处的流动初始时受影响，但在某些情况下不受影响。流化构造材料的流动一般可理解为流化的、即转化成类似于流化床或者说类似于流态床的状态的构造材料的运动。这种运动尤其是可能由于在层涂覆的框架内涂装装置的速度增加和/或减小、即加速度而引起，并且一旦其达到了固有动力学意义上的混乱质量，即无法再通过简单的反控制来调节，则称为流化构造材料的“晃动”。在无加速度的情况下，即如果涂装装置静止或者以恒定的速度运动，减流元件优选地对于粉末状构造材料至少局部可通过。由此，例如在用构造材料填充粉末容器的情况下和/或在完成层涂覆后，能够实现或者改进构造材料在容器中的分布。优选地，所提供的所述至少一个减流元件独立于粉末容器的壁并且与之间隔开间距和/或伸入到粉末容器的内部空间中。优选地，所述减流元件在涂装装置的运动方向上延伸的厚度比减流元件的纵向延伸部和高度延伸部小数倍，即减流元件构成为具有小的深度延伸部的面状体。其例如能够构成为薄板或者薄片。
通过在粉末容器中提供至少一个减流元件，例如能够防止或者至少减少流化构造材料的晃动。由此能够改进构造材料在粉末容器中的分布和/或能够减小由于构造材料的晃动而引起的/可能引起的作用到粉末容器上的力。
优选地，粉末容器在至少一个上部容器区域内具有第一减流元件，第一减流元件基本上从所述至少一个上部容器区域朝输出区域的方向延伸。作为替选或者作为附加，第一减流元件优选地至少在上部容器区域与输出区域之间的间距的至少50％的长度上延伸，进一步优选在至少70％的长度上延伸，此外还优选在该间距的至少90％的长度上延伸。作为替选或者作为附加，第一减流元件优选地与输出区域间隔开地设置在粉末容器中。
优选地，粉末容器的上部容器区域通过粉末容器的上侧界限部、例如容器顶部或者容器中间顶部来限定。上部容器区域与输出区域的间距也可以称为粉末容器的内部空间的高度。所述间距不必在粉末容器的所有区域内均是相等大小的，而是例如能够在粉末容器各区域互不相同。因此，上部容器区域与输出区域的间距例如也可以是局部间距。作为替选，减流元件能够在上部容器区域与输出区域的整个间距上延伸。在这种情况下，减流元件不仅邻接上部容器区域，而且也邻接输出区域，也就是说，其在粉末容器的内部空间的整个高度上延伸。在此，“上部容器区域”或者说“上侧界限部”的概念是指粉末容器的背离作业平面或者说构造区的区域或者说界限部。优选地，粉末容器的内部空间处于粉末容器的输出区域和上部容器区域之间并且至少部分地由二者限定界限。
由于减流元件的高度延伸部在上部容器区域与输出区域之间的间距的至少50％的长度上延伸，例如在较小的填充高度的情况下也能够实现减流元件的足够的效果。
优选地，第一减流元件基本上沿着横向于、此外优选的是垂直于涂装装置的符合规定的运动方向的纵向方向延伸，并且此外优选的是在所述纵向方向上基本上在粉末容器的内部空间的整个尺寸上延伸。
类似地，较靠后更详细地描述的第一和/或第二排出装置、和/或输送开口和/或所述至少一个流化区优选地基本沿着横向于、优选垂直于涂装装置的符合规定的运动方向的纵向方向延伸。此外优选的是，第一和/或第二排出装置(见下文)和/或输送开口和/或所述至少一个流化区优选地在纵向方向上基本上在粉末容器的内部空间的整个尺寸上延伸。“基本上”这一概念所表达的是，相应的元件在纵向方向上在粉末容器的内部空间的至少80％的尺寸上延伸。由此，例如可行的是，将粉末容器的尽可能大的区域用于粉末输送或者粉末排出或者粉末流化，或者例如基本上在粉末容器的内部空间的整个长度上构造减流元件的情况下，能够实现大幅减少流动。
优选地，第一减流元件具有至少一个、优选多个结构，此外优选的是，所述结构具有穿过减流元件的一个或者多个粉末开口。
优选地，“穿过减流元件的粉末开口”是指，粉末状构造材料能够穿过粉末开口从减流元件的一侧到达相对置侧，尤其是当流化构造材料基本不承受任何加速时。由此，例如能够实现粉末状构造材料在粉末容器中的良好的分布。
减流元件例如也能够具有不同于孔或者粉末开口的其它结构，例如，它能够具有一个或者多个肋条和/或薄片。通常，所述结构优选地构成为用于，如上述的那样平均地减少粉末容器中的流动。由此，例如提供了用于构造减流元件的不同可能性。
此外优选的是，减流元件的所述至少一个粉末开口构成为可调节的和/或可改变的粉末开口，即粉末开口的几何形状和/或开口面积可调节或者可改变。这例如能够通过设置在粉末开口上的一个或多个挡板来实现，其中，所述挡板构成为用于，将所述至少一个粉末开口部分地和/或完全地闭锁。由于减流元件的这种可调节的或者可改变的粉末开口而例如可行的是，将粉末容器或者减流元件用于不同的粉末状构造材料，尤其是具有不同粒度分布的构造材料。
作为替选或者作为附加，此外优选的是，各粉末开口彼此间隔开地、此外还优选彼此规律地间隔开地设置在减流元件中，其中，所述粉末开口优选地布置成相互偏移的行。
各粉末开口能够在减流元件的纵向方向和/或高度方向上和/或呈对角线地彼此间隔开。作为替选或者作为附加，粉末开口的布置能够对称地构造，例如在纵向方向和/或高度方向上。此外优选的是，所述粉末开口布置成行和/或列，尤其是布置成相互偏移的行和/或列。
优选地，粉末开口基本设置在减流元件的沿其高度延伸部的整个延伸部上和/或基本设置在减流元件的沿其纵向延伸部的整个延伸部上，其中，减流元件的高度延伸部和纵向延伸部分别横向于、优选垂直于涂装装置的运动方向延伸。
优选地，粉末开口这样构造和布置，使得粉末状构造材料至少在涂装装置的静止状态下和/或在涂装装置以恒定的速度运动的情况下能够通过粉末开口。例如，粉末开口能够具有如下的开口直径或者开口的最大延伸，所述开口直径或者开口的最大延伸至少是配设给构造材料的粉末颗粒的粒径的、例如最大粒径的或者粉末粒度分布的限定的特性值的粒径的一百倍。粉末开口的开口直径例如能够在5mm至10mm之间的范围内。粉末状构造材料的平均粒径例如能够在50μm+/-20％偏差的范围内。
优选地，减流元件的闭合的、即未被粉末开口穿过的区域这样确定尺寸，使得至少减少粉末容器中的流动。例如，所有粉末开口的总开口面积与减流元件的剩余的闭合面积之比可以至少为30％和/或最高为40％，优选地在30％至40％之间。
通过这样构成的、也称为挡片或者挡板的减流元件，例如能够特别良好地减少流化构造材料在粉末容器中的运动(晃动)。
优选地，在粉末容器中设置有至少一个第二减流元件，此外优选的是，所述第二减流元件具有对应于粉末容器中的第一减流元件的定向，此外还优选的是与该第一减流元件平行地布置。优选地，第一和第二减流元件这样构造和/或布置在粉末容器中，使得在第一减流元件投射到第二减流元件上的投影中，第一和第二减流元件的粉末开口至少局部地相互偏移。作为替选或者作为附加，优选第一减流元件和第二减流元件在涂装装置的运动方向上彼此间隔开地设置在粉末容器中，并且粉末容器的输送开口在涂装装置的运动方向上设置在所述减流元件之间。
由此，例如可行的是，特别良好地减少粉末容器中的流动。此外，由于在粉末容器中提供第二减流元件，其中，输送开口设置在处于两个减流元件之间的区域内，例如可行的是，实现容器内部空间的功能分隔，通过下面描述的提供不同的流化区进一步有利于所述功能分隔。所述两个减流元件相互偏移的打孔例如能够在涂装装置加速阶段期间减少或者防止粉末波浪的形成和/或能够实现在粉末容器的内部空间内的快速和/或匀质的粉末分布。
优选地，在输出区域的构成输出区域的邻接第一排出装置的区域的第一区域内设置有用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的第一排出流化区和/或在输出区域的构成输出区域的与第一排出装置间隔开的区域的第二区域内设置有用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的中心流化区。
通过提供不同的流化区而例如可行的是，使粉末容器中的粉末状构造材料局部地、即对应于输出区域的第一和第二区域不同地流化，或者仅在所述区域中的一个区域内流化。与构造材料的大面积的流化不同，由此在整体上使较少的构造材料流化，这能够导致排出的(极)细微粉末比重更小和/或能够减少或者防止流化构造材料在粉末容器中的流动或者说晃动。为此，排出流化区和中心流化区优选地构成为可彼此不相关地控制的两个区。可彼此不相关地控制的两个流化区尤其是可理解为，通过相应的流化区引入到粉末容器中的气体的体积流量能够与另一流化区不相关地调节。引入的气体的体积流量也可为零。此外，提供不同的流化区例如能够实现将不同的任务或者说功能分配给不同的流化区。各流化区例如能够以特定的顺序激活和/或具有不同的流量率和/或不同的激活频率和/或不同的激活持续时间。由此，例如能够提高粉末排出模块的或者可借助该粉末排出模块执行的用于施加至少一个粉末层的方法的灵活性。
此外优选的是，粉末容器具有至少一个上部容器区域，在所述上部容器区域上设置有输送开口，其中，此外还优选的是，该输送开口在所述至少一个上部容器区域投射到输出区域上的投影中基本设置在中心流化区的区域内。
由此，例如可行的是，对应不同的方法步骤使粉末容器中的构造材料有针对性地局部流化，例如在填充步骤中通过输送开口向粉末容器输送构造材料，和/或在涂覆步骤中将粉末状构造材料层施加在构造区上或者说施加在作业平面中。
作为替选或者作为附加，此外优选的是，所述输出区域此外具有第二排出装置，其中，在输出区域的构成输出区域的邻接第二排出装置的区域的第三区域内设置有用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的第二排出流化区。此外还优选的是，第一和第二输出区域在运动方向上彼此间隔开并且第一和第二排出流化区设置在这两个输出区域之间。此外还优选的是，作为替选或者作为附加，所述中心流化区设置在第一和第二排出流化区之间。
通过提供第二排出装置而例如可行的是，在涂装方向及其反方向上施加相继连续的构造材料(子)层，其中，为了施加第一(子)层而将粉末状构造材料通过所述两个排出装置中的一个排出装置排出，并且为了施加第二(子)层而将粉末状构造材料通过所述两个排出装置中的另一个排出装置排出。
优选地，第一和/或第二排出装置包括输出开口，尤其是间隙状的输出开口，其朝构造区或者说作业平面的方向在输出区域的厚度上延伸，其中，输出开口至少局部地构造成漏斗状和/或具有至少一个输出开口流化区。此外优选的是，所述间隙状的输出开口的纵向方向横向于、尤其是垂直于涂装装置的运动方向延伸。借助这种类型的、尤其是间隙状的输出开口，例如提供一种易于实现的排出装置。通过在输出开口上提供至少一个输出开口流化区，例如能够进一步改进粉末排出，尤其是由此能够防止出现架桥现象，即防止输出开口堵塞的现象。通过提供至少局部地呈漏斗状的区段，例如能够改进粉末排出。
优选地，所述流化区中的至少一个流化区包括多孔板和/或具有多个气体排出开口的孔板，其中，气体排出开口构成为对于气体是可通过的，但对于粉末是不可通过的，其中，此外优选的是，多孔板或者孔板由金属制成和/或采用增材制造方法通过逐层选择性地固化构造材料而制成。此外优选的是，多孔板和/或孔板特别优选地作为具有腔的单元构成为可更换的嵌入件。所述腔用于在被输送的气体穿过多孔板和/或孔板流入到粉末容器的内部空间中之前容纳所述被输送的气体。优选地，所述嵌入件借助一个或者多个密封元件相对于输出区域和/或另外的流化区密封。由此而例如可行的是，为了清洁的目的和/或在使用其它构造材料的情况下取出和/更换该嵌入件。
优选地，所述流化区中的至少一个流化区包括控制装置以用于调节通过所述至少一个流化区的体积流量。换言之，该控制装置优选地构成为用于调节在运行中通过流化区流入到粉末容器中的气体的体积流量。由此而例如可行的是，与粉末容器的另外的流化区无关地调节通过流化区进入到粉末容器中的气体的体积流量并且由此产生构造材料的局部流化，所述局部流化能够通过控制装置来控制。所述控制装置例如能够构成为质量流量控制器(MFC:mass flow controller)和/或构成为至少一个可切换的阀。
根据一个另外的方面的粉末排出模块用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体在相应的层中的相应横截面的部位处选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体的设备的涂装装置，其中，为了逐层施加构造材料，该涂装装置在至少一个运动方向上在所述设备的作业平面上可运动地设置在所述设备中。粉末排出模块具有用于容纳粉末状构造材料的粉末容器并且该粉末容器包括用于将粉末状构造材料输送至粉末容器的输送开口和在涂装装置按规定运行时朝向作业平面的输出区域，该输出区域具有至少一个第一排出装置以用于排出粉末状构造材料，其中，在输出区域的构成输出区域的邻接第一排出装置的区域的第一区域内设置有用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的排出流化区，和/或在输出区域的构成输出区域的与第一排出装置间隔开的区域的第二区域内设置有用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的中心流化区。此外，优选所述粉末排出模块包括设置在粉末容器中的至少一个第一减流元件，其中，此外优选的是，粉末容器在至少一个上部容器区域上具有减流元件和/或减流元件基本从所述至少一个上部容器区域朝输出区域的方向延伸和/或减流元件具有至少一个、优选多个减流结构，优选具有穿过所述减流元件的粉末开口。
借助这种类型的粉末排出模块而例如可行的是，使粉末容器中不同区域内的粉末状构造材料尤其是彼此不相关地流化。根据所述另外的方面的粉末排出模块能够通过根据本发明的粉末排出模块的上述的特征来扩展。
根据本发明的设备用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体在相应的层中的相应横截面的部位处选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体，并且包括涂装装置，为了逐层施加构造材料，该涂装装置在至少一个运动方向上在所述设备的作业平面上可运动地设置在所述设备中，其中，涂装装置包括上述的根据本发明的粉末排出模块和/或根据上述的另外一个方面的粉末排出模块。由此，例如可行的是，在增材制造设备中也实现前面参考粉末排出模块所描述的效果。
根据本发明的用于施加至少一层粉末状构造材料的方法在用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体在相应的层中的相应横截面的部位处选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体的设备中能够执行或者执行，其中，为了逐层施加粉末状构造材料，使涂装装置在至少一个运动方向上在所述设备的作业平面上运动，其中，涂装装置包括粉末排出模块并且粉末排出模块具有粉末容器，该粉末容器容纳粉末状构造材料。粉末容器包括用于将粉末状构造材料输送至粉末容器的输送开口、在涂装装置按规定运行时朝向作业平面的输出区域，其中，该输出区域具有用于排出粉末状构造材料的至少一个第一排出装置和用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的至少一个流化区，和设置在粉末容器中的至少一个第一减流元件。优选地，粉末排出模块在输出区域的构成输出区域的邻接第一排出装置的区域的第一区域内包括用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的排出流化区，并且在输出区域的构成输出区域的与第一排出装置间隔开的区域的第二区域内包括用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的中心流化区，其中，至少暂时地通过所述排出流化区和/或所述中心流化区将气体引入到粉末容器中。优选地，在所述方法中至少暂时地由第一排出装置将粉末状构造材料排出并且至少暂时地通过上述流化区中的至少一个流化区将气体引入到粉末容器中。由此，例如可行的是，在用于施加至少一个粉末层的方法中也实现前面参考粉末排出模块所描述的效果。
优选地，在涂装装置在作业平面上和/或在构造区上开始运动前执行填充步骤，在该填充步骤中通过输送开口向粉末容器输送粉末状构造材料，并且在该填充步骤中至少通过中心流化区、优选地通过中心流化区和排出流化区将气体引入到粉末容器中，其中，在填充步骤中，输送粉末状构造材料直至在粉末容器中达到预先确定的填充高度，该填充高度优选地借助光栅来检测。由于通过中心流化区引入气体，能够使在粉末容器的相对于涂装方向处于中央的、其中优选地设置有输送开口的区域内的构造材料流化，以便由此例如能够实现构造材料在粉末容器中的更良好的分布。此外，构造材料在粉末容器中的分布能够通过将气体通过排出流化区导入以使这些区域内的构造材料流化而得到进一步改进。
通过确定要在粉末容器中实现的粉末构造材料的填充高度而例如可行的是，向粉末容器输送可复现的粉末量或者说在粉末容器中实现可复现的粉末量。作为替选或者作为附加，能够与填充步骤无关地执行填充高度检测步骤，在该检测步骤中，例如通过光栅检测粉末容器中粉末状构造材料当前的填充高度。
优选地，在涂装装置在作业平面上或者说在构造区上运动期间，至少通过排出流化区将气体引入到粉末容器中，其中，通过中心流化区引入到粉末容器中的气体的体积流量小于通过排出流体区段引入的气体的体积流量和/或基本没有气体是通过中心流化区引入到粉末容器中的。由于构造材料在排出装置的区域内流化，即气体通过排出流化区引入到粉末容器中，例如能够实现匀质的粉末排出。与在其中气体也是通过中心流化区以大的体积流量引入的最大化的流化(例如在上述的填充步骤中)不同，通过减少中心流化区的体积流量而使整体上较少的构造材料流化，这尤其是在后续的使涂装装置减速(制动)的步骤中能够减少(极)细粉末排出的比重和/或构造材料的晃动。
如下面描述的那样，流化区或者说流经相应流化区的气体的体积流量优选地能够彼此不相关地切换或者说控制。这种类型的控制例如能够根据涂装装置的当前实施的功能(例如填充或者层涂覆)来执行和/或根据涂装装置的加速度来执行(例如无加速度，即涂装装置静止或者以基本恒定的速度运动，或者涂装装置加速(正加速度，即速度增加；或者负加速度，即速度减小))。
通过下面所描述的有针对性地控制流化区而例如可行的是，将所述最大化流化(通过所有流化区)的时长保持为尽可能短，例如仅在填充粉末容器期间实现最大化的流化，并且由此使(极)细粉末排出的排出量减少或者最小化。填充过程例如可以仅持续涂装和/或曝光过程所用时间段的一小部分。
通常还应注意的是，在控制各个流化区的情况下能够停用至少一个流化区，即没有气体通过该流化区引入(体积流量为零)，或者所述至少一个流化区仅弱化地运行，即少量气体(小的体积流量)通过该流化区引入，使得构造材料仅在很小的范围内流化，尤其是如果停用可能导致流化床难以恢复(与材料相关)。所述停用例如可能引起形成压实的固定床(也称为粉末栓塞)。
优选地，在减小和/或提高涂装装置的速度期间减小通过排出流化区和/或中心流化区引入到粉末容器中的气体的体积流量。作为替选或者作为附加，优选地在开始通过排出装置排出粉末状构造材料时，增加通过排出流化区和/或中心流化区引入到粉末容器中的气体的体积流量。通过在减小和/或提高涂装装置的速度、即统称为加速的情况下减小体积流量，例如能够减少或者防止粉末状构造材料在粉末容器中的晃动。通过在粉末排出开始时增加体积流量，例如能够实现改进的(初始的)粉末排出。
根据一个另外的方面，提供一种用于施加至少一层粉末状构造材料的方法，所述方法在用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体在相应的层中的相应横截面的部位处选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体的设备中能够执行或者执行，其中，为了施加粉末状构造材料层，使涂装装置在至少一个运动方向上在所述设备的作业平面上运动。涂装装置包括粉末排出模块并且粉末排出模块具有粉末容器，该粉末容器容纳粉末状的构造材料。粉末容器包括用于将粉末状构造材料输送至粉末容器的输送开口和在涂装装置按规定运行时朝向作业平面的输出区域，其中，该输出区域具有用于排出粉末状构造材料的至少一个第一排出装置。在输出区域的构成输出区域的邻接第一排出装置的区域的第一区域内设置有用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的排出流化区，和/或在输出区域的构成输出区域的与第一排出装置间隔开的区域的第二区域内设置有用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的中心流化区，并且气体至少暂时地通过所述排出流化区和/或所述中心流化区引入到粉末容器中。此外，优选所述粉末排出模块包括设置在粉末容器中的至少一个第一减流元件，其中，此外优选的是，粉末容器在至少一个上部容器区域上具有所述减流元件和/或所述减流元件基本从所述至少一个上部容器区域朝输出区域的方向延伸和/或所述减流元件具有至少一个、优选多个减流结构，优选具有穿过减流元件的粉末开口。
由此，例如可行的是，在使用不具有减流元件的粉末排出模块的情况下也实现前面参考根据本发明的用于施加至少一层的方法所描述的效果或者类似效果。根据所述另外的方面的用于施加至少一个粉末层的方法能够通过所述根据本发明的用于实施至少一个粉末层的方法的上述的特征来扩展。
根据本发明的制造方法用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体在相应的层中的相应横截面的部位处选择性地固化所施加的层来在设备中增材制造三维物体，其中，为了施加至少一层粉末状构造材料，执行上述的根据本发明的方法和/或上述的根据另外的方面的方法。
由此，例如可行的是，在增材制造方法中也实现前面参考根据本发明的用于施加至少一层粉末状构造材料的方法和/或根据另外的方面的用于施加至少一层粉末状构造材料的方法所描述的效果。
一种另外的方法用于控制涂装装置并且在用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体在相应的层中的相应横截面的部位处选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体的设备中能够执行或者执行，其中，为了施加粉末状构造材料层这样控制涂装装置，使其在至少一个运动方向上在所述设备的作业平面上运动。涂装装置包括粉末排出模块，其中，粉末排出模块具有粉末容器，该粉末容器容纳粉末状构造材料。粉末容器包括用于将粉末状构造材料输送至粉末容器的输送开口和在涂装装置按规定运行时朝向作业平面的输出区域。该输出区域具有至少一个第一排出装置，这样控制所述第一排出装置，使其至少暂时地排出粉末状构造材料。此外，输出区域具有至少一个流化区，这样控制所述流化区，使其在粉末容器中使用气体的情况下至少暂时地使粉末状构造材料流化。此外，粉末容器包括设置在粉末容器中的至少一个第一减流元件和/或在输出区域的构成输出区域的邻接第一排出装置的区域的第一区域内设置有用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的排出流化区，和/或在输出区域的构成输出区域的与第一排出装置间隔开的区域的第二区域内设置有用于在粉末容器中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的中心流化区，并且气体至少暂时地通过所述排出流化区和/或所述中心流化区引入到粉末容器中。尤其是所述涂装装置能够这样受到控制或者被控制，使其执行上述的用于施加至少一个粉末层的方法。
附图说明
本发明的另外的特征和合理性从根据附图对实施例的说明中得出。附图如下：
图1示出根据本发明的一种实施方式的用于生成式制造三维物体的设备的示意性的局部剖视图。
图2示出在图1中示出的设备的粉末排出模块的示意性剖视图。
图3示出从上方对在图2中示出的粉末排出模块的输出区域的示意性俯视图。
图4a示出设置在图2和图3中示出的粉末排出模块中的减流元件的示意图，并且图4b示出在图2和图3中示出的粉末排出模块中的两个减流元件相对于彼此的定向。
图5示出表明用于在使用图2和图3中示出的粉末排出模块的情况下在图1中示出的设备中施加粉末层的方法的步骤的示意性方框图。
具体实施方式
下面参考图1描述本发明的第一实施方式。在图1中示出的设备是激光烧结或者激光熔化设备1。其为了构造物体2而包含具有腔壁4的过程腔3。
在过程腔3中布置有朝上敞开的、具有容器壁6的容器5。通过容器5的上部开口限定作业平面7，其中，作业平面7的处于开口内部的、能够用于构造物体2的区域被称为构造区8。
在容器5中布置有在竖直方向V上可运动的承载件10，在该承载件上安装有基板11，该基板使容器5向下结束并且由此构成其底部。基板11可以是与承载件10分离构造的板，其固定在承载件10上，或者其能够与承载件10一体地构造。根据所使用的粉末和工艺，还能够在基板11上安装有构造平台12作为构造底座，在该构造底座上构造物体2。但是，物体2也能够在基板11本身上进行构造，该基板于是用作构造底座。在图1中，要在容器5中在构造平台12上构造的物体2在作业平面7下方以中间状态示出，其具有多个固化层，这些固化层被仍未固化的构造材料13包围。竖直方向V限定笛卡尔坐标系的z方向。
此外，激光烧结设备1包含用于能够通过电磁辐射固化的粉末状构造材料15的储存容器14和能够在也称为涂装方向的至少一个运动方向B上运动的、用于在构造区8内部施加构造材料15的涂装装置16。运动方向B在图1中是水平方向并且限定笛卡尔坐标系的x轴，坐标系的z方向通过承载件10的竖直方向V确定。优选地，涂装装置10横向于其运动方向B、即沿着y方向或者说在图1中进入图平面中在要涂装的整个区域上延伸。涂装装置16包括粉末排出模块18，较靠后还将参考图2、图3、图4a和图4b更详细地描述该粉末排出模块并且其在图1中未示出。此外，涂装装置16包括在各附图中未示出的至少一个涂装元件，例如涂覆辊和和/或涂覆刀片和/或柔性涂覆元件，例如柔性的橡胶唇形件或者刷子，以用于将粉末状构造材料15排出以构成均匀的层和/或压缩所施加的层。所述至少一个涂装元件也能够设置在粉末排出模块上。
作为构造材料能够使用不同类型的粉末，尤其是金属粉末、塑料粉末、陶瓷粉末、砂子、填充粉末、涂装粉末或者混合粉末。
可选地，在过程腔3中布置有辐射加热器17，其用于加热所施加的构造材料15。作为辐射加热器17例如能够设置有红外辐射器。
此外，激光烧结设备1包含具有激光器21的曝光设备20，激光器产生激光束22，该激光束22经由转向装置23转向并且通过聚焦设备24经由在过程腔3的上侧面上安装在腔壁4中的耦入窗25聚焦到作业平面7上。
此外，激光烧结设备1包含控制单元29，经由该控制单元以协调的方式控制所述设备1的各个组成部分以执行构造过程。作为替选，控制单元也能够部分地或者完全安装在设备外部。控制单元能够包含CPU，其运行通过计算机程序(软件)控制。计算机程序能够与设备分离地存储在存储介质上，计算机程序能够从该存储介质中加载到设备中，尤其是加载到控制单元中。
在运行中，为了施加粉末层，首先将承载件10降低对应于期望的层厚度的高度。首先将涂装装置16移向储存容器14并且从该储存容器中将足够施加至少一层的构造材料15量接纳到粉末排出模块18中(在图1中未示出，对此例如可参见图2)。然后将涂装装置16移动到构造区8上方，在那里将粉末状构造材料15施加到构造底座或者此前已存在的粉末层上并且将粉末状构造材料排出以构成粉末层。所述施加至少在要制造的物体2的整个横截面上、优选地在整个构造区8、即通过容器壁6限定界限的区域上进行。可选地，借助辐射加热器17将粉末状构造材料15加热至作业温度。
紧接着，由激光束22扫描要制造的物体2的横截面，使得粉末状构造材料15在对应于要制造的物体2的横截面的部位上固化。在此，借助通过辐射引入的能量使这些部位上的粉末颗粒部分地或者完全地熔化，使得它们在冷却后相互连接作为固体存在。重复这些步骤，直至物体2制造完成并且能够从过程腔3中取出。
下面参考图2和图3描述涂装装置16的粉末排出模块18的一个实施例。粉末排出模块包括用于容纳粉末状构造材料的粉末容器30。图2以剖视图示出粉末排出模块18的或者说粉末容器30的视图，其中，剖面基本垂直于作业平面7并且平行于涂装装置16的运动方向B，即平行于x-z平面延伸。图3从上方(平行于x-y平面，即平行于运动方向B)示出粉末容器30的输出区域或者说容器底部31的俯视图。
如从图2中可见的那样，粉末容器30包括作为上部的(即在按规定运行时背离作业平面7(见图1)的)容器区域的容器顶部32，该容器顶部限定粉末容器30向上的界限并且其中设置有用于将粉末状构造材料15输送至粉末容器30的输送开口33。作为下部的(即在按规定运行时朝向作业平面7(见图1)的)容器区域，粉末容器30包括输出区域，其构成为容器底部31并且限定粉末容器30向下的界限。在侧向上，粉末容器30由容器壁限定界限，在图2中仅示出所述容器壁中的沿着运动方向B处于前部的侧壁34b和沿着运动方向B处于后部的侧壁34a。在输送开口33上能够设置有在各附图中未示出的顶盖以用于闭锁输送开口33。
粉末容器30的内部空间在容器顶部32和容器底部31之间、即在z方向上在高度H上延伸并且沿着运动方向B、即在x方向上在宽度A上延伸。垂直于其高度H和宽度A，即在y方向上，粉末容器30的内部空间在长度L上延伸(见图3)。
如从图2中可见的那样，容器底部31在z方向上、即平行于粉末容器31的内部空间的高度H具有厚度d。优选地，该厚度d小于粉末容器30的内部空间的高度H。此外，容器底部31包括构成为输出间隙36a、36b的两个间隙状输出开口或者说排出装置，所述排出装置在z方向上分别在输出区域的整个厚度d上延伸。各排出装置分别构成输出开口以用于将设置在粉末容器30中的粉末状构造材料向下、即朝作业平面7(在图2中未示出，对此可参见图1)的方向排出。此外，能够在所述输出间隙36a、36b中的至少一个输出间隙上设置有在各附图中未详细示出的排出元件以用于调节通过输出间隙36a、36b排出的粉末量和/或以用于至少部分地打开和/或闭锁输出间隙36a、36b。排出元件(在各附图中未示出)例如能够构成为滑动件和/或(计量)辊。所述两个输出间隙36a、36b在运动方向B上、即在x方向上彼此间隔开地设置在容器底部31上。在图2中，右侧的输出间隙36b是在(当前的)运动方向B上处于前部的输出间隙，而左侧的输出间隙36a是在(当前的)运动方向B上处于后部的输出间隙。优选地，输出间隙36b、36a设置在容器底部31的在运动方向B上处于前部或者后部的界限部上。
在其邻接容器底部31的区域中，侧壁34a和34b可选地分别具有倾斜区段35a或者35b，其构成为斜面并且倾斜地朝相应的输出间隙36a或者36b下倾，即至少局部构造成漏斗状。优选地，侧壁34a、34b的倾斜区段35a、35b分别过渡到容器底部31的基本竖直的壁区段37a或者37b中，所述壁区段在运动方向B上、即在x方向上或者其反方向上限定相应的输出间隙36a或者36b的界限。作为替选，倾斜区段35a、35b本身也能够在运动方向B上、即在x方向上或者其反方向上至少部分地限定相应的输出间隙36a或者36b的界限，即也可以提供不具有竖直的壁区段37a或者37b的容器底部31。
此外，容器底部31包括邻接所述在运动方向B上处于前部的输出间隙36b的第一区域，在该第一区域上设置有第一排出流化区41b。此外，容器底部31包括邻接在运动方向B上处于后部的输出间隙36a的第三区域，在该第三区域上设置有第二排出流化区41a。在容器底部31的第一和第三区域之间设置有容器底部31的第二区域，该第二区域与输出间隙36a、36b分别间隔开并且在该第二区域上设置有中心流化区40。第一和第二排出流化区41b、41a能够与相应的输出间隙36b、36a间隔开地设置或者分别与其邻接(如在图2中示出的那样)。中心流化区40能够与第一和/或第二排出流化区41b、41a间隔开地设置(如在图2中示出的那样)或者与其邻接。
第一排出流化区41b包括构造在容器底部31中的空腔44b，该空腔通过多孔板和/或孔板45b与粉末容器30的内部空间分隔开。同样地，第二排出流化区41a和中心流化区40分别包括构造在容器底部31中的空腔44a或者42，所述空腔分别通过多孔板和/或孔板45a或者43与粉末容器30的内部空间分隔开。空腔42、44a、44b分别与在图2中未示出的用于输送气体的气体输送管道处于连接中。优选地，各气体输送管道分别包括控制装置以用于调节流经气体输送管道的气体的体积流量。此外优选的是，流入到空腔42、44a、44b中的气体的体积流量能够彼此不相关地通过相应的控制装置进行调节。
多孔板和/或孔板43、45a、45b分别具有多个气体排出开口，所述气体排出开口这样构造或者说设计，使其对于气体是可通过的，但对于粉末状构造材料是不可通过的。也就是说，气体排出开口的开口横截面比构造材料的粉末颗粒的横截面积小，优选地比粉末颗粒的最小横截面积小，此外优选小数倍。
可选地，能够在侧壁34a、34b的倾斜区段35a、35b中的至少一个倾斜区段上和/或在容器底部31的基本竖直的壁区段37a、37b中的至少一个壁区段上设置有一个或者多个输出开口流化区(在图2中未示出)。优选地，输出开口流化区与排出流化区41a、41b和中心流化区40类似地包括构造在倾斜区段35a、35b或者壁区段34a、34b中的空腔(在图2中未示出))，所述空腔通过多孔板和/或孔板(在图2中未示出)与粉末容器30的内部空间分隔开。
在流化区40、41a、41b(在此，在各附图中未详细示出的输出开口流化区也一并包括在内)运行时，气体通过相应的气体输送管道(在图2中未示出)流入到相应的空腔42、44a、44b中并且然后通过相应的多孔板和/或孔板43、45a、45b流入到粉末容器30的内部空间中。在流入到粉末容器30中的气体体积足够大或者说流入的气体的体积流量足够大的情况下，使粉末状构造材料至少局部地转化成类似于流态床或者流化床的状态，即流化。优选地，流入到粉末容器中的气体的体积流量能够通过相应的控制装置进行调节。
此外，在图2中示出的粉末容器30中设置有构成为挡板或者挡片50a、50b的两个减流元件，所述减流元件在下面称为挡片。挡片50a、50b安装在粉末容器30中，优选地安装在容器顶部32上，例如分别借助基本平行于容器顶部32延伸的固定区段51a、51b。挡片50a、50b分别从容器顶部32基本竖直向下、即朝容器底部31的方向延伸。在图2中示出的粉末容器30的情况下，挡片50a、50b分别与容器底部31间隔开间距地设置，即所述挡片仅在粉末容器30的内部空间的高度H的一个区段上、例如在高度H的70％上延伸。替代于此，所述挡片50a、50b中的至少一个挡片能够在粉末容器30的内部空间的整个高度H上延伸，即从容器顶部32延伸直至容器底部31。
挡片50a、50b在运动方向B上彼此间隔开地布置在粉末容器30中。在图2中，右侧的挡片50b是在(当前的)运动方向B上处于前部的挡片，而左侧的挡片50a是在(当前的)运动方向B上处于后部的挡片。粉末容器30的输送开口33在运动方向B上设置在挡片50a、50b之间。较靠后还将参考图4a和图4b更详细地描述所述挡片50a、50b。
图3从上方示出容器底部31的俯视图。如从图3中可见的那样，输出间隙36a、36b、排出流化区41a、41b和中心流化区40分别基本沿着垂直于运动方向B的纵向方向、即平行于粉末容器30的内部空间的长度L延伸，并且基本在粉末容器30的内部空间的整个长度L上、至少是在80％的长度L上延伸。
在容器顶部32投射到容器底部31上的投影中，在图3中通过处于虚线之间的区域示出的输送开口33设置在中心流化区40内部。挡片50a、50b在投射到在图3中通过虚线示出的容器底部31的投影中同样地设置在中心流化区40内部。但是，在所述投影中，挡片50a、50b中的至少一个挡片能够也能够设置在中心流化区40外部和/或设置在中心流化区40的边缘上。如从图3中可见的那样，输送开口33和挡片50a、50b同样地分别基本沿着垂直于运动方向B的纵向方向、即平行于粉末容器30的内部空间的长度L延伸，并且基本在粉末容器30的内部空间的整个长度L上、但至少在80％的长度L上延伸。
下面将参考图4a和图4b更详细地描述挡片50a、50b。如可从图4a中清楚可见的那样，前部挡片50b具有穿过挡片50b的多个粉末开口52b并且后部挡片50a具有穿过挡片50a的多个粉末开口52a(图4a可选地示出前部挡片50b或者后部挡片50a)。在此，相应挡片50a、50b的粉末开口52a、52b分别彼此规律地间隔开地设置在挡片50a、50b中。在图4a、图4b中，粉末开口52a、52b布置成相互偏移的两行，每行有四个粉末开口，但是也能够设置有两行以上和/或每行多于四个粉末开口，例如有15个开口。所述行也不必相互偏移或者粉末开口能够以不同于行或者列的形式布置。优选地，粉末开口52a、52b分别基本在挡片50a、50b的整个延伸部上沿着粉末容器30的高度H的方向(见图2)并且基本在挡片50a、50b的整个延伸部上沿着粉末容器30的长度L的方向(见图2、图3)设置。
粉末开口52a、52b这样构造或者说设计并且布置在挡片50a、50b中，使得粉末状构造材料至少能够在涂装装置16或者说粉末排出模块18的静止状态下通过粉末开口52a、52b。例如，粉末开口52a、52b能够具有如下的开口直径或者开口的最大延伸，所述开口直径或者开口的最大延伸至少是配设给构造材料的粉末颗粒的粒径的、例如最大粒径的或者粉末粒度分布的限定的特性值的粒径的一百倍。例如，粉末状构造材料的平均粒径可以在50μm的范围内并且粉末开口的开口直径或者最大延伸在5mm或者10mm的范围内。粉末开口的横截面形状能够任意地构造，优选所述粉末开口具有规则的横截面形状，例如呈圆形，如在图4a和图4b中示出的那样，或者呈四角形、三角形或者缝槽状。
此外，挡片50a、50b构成为用于，在涂装装置16或者说粉末排出模块18运动的情况下至少减小或者避免流化构造材料的晃动。为此，挡片50a、50b的在粉末开口52a、52b之间的闭合区域具有足够的尺寸，以实现对由于涂装装置16的或者说粉末排出模块18的加速度而运动的流化构造材料的制动效果。例如，挡片50a、50b的所有粉末开口52a、52b的总开口面积与挡片50a、50b的剩余的闭合面积的比例可以在30％至40％之间，例如为36％。
在运动方向B(见图2)上，挡片50a、50b具有比挡片在y方向上、即纵向方向上和z方向、即沿着高度的延伸部小数倍的厚度。
如从图2、图3和图4b中清楚可见的那样，挡片50a、50b基本彼此平行地布置在粉末容器30中。此外，挡片50a、50b这样构造并且布置在粉末容器30中，使得挡片的粉末开口52a或者52b在投射到彼此的或者投射到共同的平面上的投影中至少局部地相互偏移。在图4b中示出在运动方向上处于后部的挡片50a的视图，其中，通过所述粉末开口52a中的每个粉末开口能够看见在图4b的视图中处于其后方的(或者说在运动方向上处于其前方的)前部挡片50b的粉末开口52b的一个区段。
在各附图中示出具有多个粉末开口52a、52b的挡片50a、50b。作为替选，挡片50a、50b中的至少一个挡片也可以仅具有一个唯一的粉末开口(在各附图中未示出)。例如，所述单个粉末开口能够构成为波浪线状的缝槽，其例如沿着纵向方向延伸。
可选地，至少一个挡片50a、50b的各粉末开口或者说所述至少一个粉末开口构成为可调节的和/或可改变的粉末开口，即所述粉末开口的几何形状和/或开口面可调节或者可改变。
下面根据图5描述粉末状构造材料层的施加，其中，参考前面的图1至图4b。如前面已参考图1提及的那样，涂装装置16首先在也称为填充步骤的第一步骤S1中将足够施加至少一个层的量的构造材料15从储存容器14中接纳到粉末排出模块18中。为此，将输送开口33的顶盖(在各附图中未示出)打开并且将粉末状构造材料15从储存容器14中通过输送开口33输送至粉末容器30。该粉末容器30在输送粉末状构造材料期间基本处于储存容器14下方的同一位置上，该位置也称为涂装装置16的填充位置，即粉末容器或者涂装装置16不运动。挡片50a、50b的粉末开口52a、52b对于粉末状构造材料是可通过的，使得粉末状构造材料从输送开口33的区域开始分布在粉末容器30中。在输送粉末状构造材料期间，至少通过中心流化区40、优选地至少通过中心流化区40和排出流化区41a、41b、此外优选地也通过输出开口流化区将气体引入到粉末容器30中并且由此使粉末状构造材料在粉末容器30中流化，由此至少减少堆积锥形体的形成，并且有利于粉末状构造材料基本在粉末容器30的整个宽度A上的分布。
优选地，向粉末容器30输送粉末状构造材料，直至构造材料在粉末容器30中达到预先确定的填充高度。该填充高度例如能够借助布置在粉末容器中的光栅(在各附图中未示出)进行检测。
在该填充步骤完成后，涂装装置16施加粉末层。为此，涂装装置16在第二步骤S2中从填充位置中出来在运动方向B上加速至优选预先确定的移动速度。在第三步骤S3中，涂装装置16以基本恒定的速度、即在第二步骤S2结束时达到的、优选预先确定的移动速度在构造区上方移动，在那里将粉末状构造材料15施加到构造底座或者此前已存在的粉末层上并且将粉末状构造材料排出以构成粉末层。粉末状构造材料的施加通过将构造材料通过所述输出间隙36a、36b中的至少一个间隙从粉末排出模块18的粉末容器30中排出来进行。紧接着，在第四步骤S4中使涂装装置16制动，即减速(负加速度)。
在第三步骤S3中涂装装置在构造区上运动的期间，将气体通过所述排出流化区41a、41b中的至少一个排出流化区引入到粉末容器30中。在此，优选是更靠近在第三步骤中排出构造材料的输出间隙36a、36b的排出流化区41a、41b。优选地，气体也通过排出构造材料的输出间隙36a、36b的设置在侧壁34a、34b的倾斜区段35a、35b上的和设置在容器底部31的基本竖直的壁区段37a、37b上的输出开口流化区引入。所述通过排出流化区并且可选地通过输出开口流化区引入的气体例如能够具有与在填充步骤S1中基本相等大小的体积流量。优选地，在步骤S3中通过中心流化区40引入的气体的体积流量小于通过排出流化区41a、41b引入的和/或小于在步骤S1中的体积流量或者基本没有气体是通过中心流化区40引入到粉末容器30中的。由此，使设置在粉末容器30中的粉末状构造材料基本仅在用于排出构造材料的输出间隙36a、36b的区域内流化或者在该区域内至少较剧烈地流化。由此使较少的构造材料流化，这会减少从粉末容器30中的粉状构造材料中排出极细颗粒的比重。
优选地，在第三步骤S3中开始通过所述至少一个排出间隙36a、36b排出粉末时，提高通过排出流化区41a、41b和输出开口流化区、优选地也通过中心流化区40引入到粉末容器中的气体的体积流量，以实现改进地排出粉末状构造材料。
在提高涂装装置16的速度的第二步骤S2中，和/或在降低涂装装置16的速度的第四步骤S4中，减小通过所述至少一个排出流化区41a、41b和可选地通过输出开口流化区、必要时也通过中心流化区40引入到粉末容器30中的气体的体积流量，以便在加速过程期间防止或者至少减少粉末状构造材料在粉末容器30中的晃动。
在图2中示出的粉末排出模块18的情况下，第一排出流化区41b在运动方向B上设置于在运动方向上处于前部的输出间隙36b的后方并且第二排出流化区41a在运动方向B上设置于在运动方向上处于后部的输出间隙36b的前方，使得排出流化区41a、41b以及中心流化区40在运动方向B上设置在输出间隙36a、36b之间。所述可选的设置在侧壁34a、34b的至少一个倾斜区段35a、35b上的和/或设置在容器底部31的所述基本竖直的壁区段37a或者37b中的至少一个壁区段上的输出开口流化区在运动方向B上分别设置在前部输出间隙36b的前方或者后部输出间隙36a的后方，即在相应的输出间隙36a、36b的与相应的排出流化区41a、41b相对置的侧面上。
替代于此，也能够将所述排出流化区41a、41b中的至少一个排出流化区在运动方向B上设置在前部输出间隙36b的前方或者后部输出间隙36a的后方，尤其是当在输出间隙36a、36b上未设置有输出开口流化区时。在容器底部31的区域内也能够设置有另外的流化区，例如所述流化区中的至少一个流化区能够通过彼此独立地构造的多个流化区构成。
通常，所述流化区、输出间隙、挡片和/或输送开口的数量可以不同于分别在这里描述的数量，例如，能够提供仅具有中心流化区40和排出流化区41a、41b的粉末容器。作为替选或者作为附加，粉末容器能够包括仅一个排出开口和/或具有仅一个挡片或者两个以上的挡片和/或一个以上、例如两个输送开口。也能够提供不具有挡片的粉末容器。
作为替选或者作为附加，前面参考图2描述的侧壁34a和34b的能够分别包括输出开口流化区的倾斜区段35a或者35b能够构成为相应的输出间隙36a、36b本身的倾斜区段。也能够设置有另外的倾斜的、或者至少局部地构造成漏斗状的区域。在图1中具有朝向粉末容器31的内部空间的基本平整的表面的容器底部31例如也能够朝向输出间隙36a、36b下倾地构造，即构成为倾斜区段。相应地，图2中的多孔板和/或孔板45a、45b例如能够具有朝相应的输出间隙36a、36b倾斜下降的区段。通常，这种类型的倾斜区段优选地在无边缘的情况下构造成可能的非倾斜的或者平整的区段，例如借助适当的倒圆。
减流元件在上述实施方式中构成为挡片或者挡板，即构成为面状的、被至少一个粉末开口穿过的元件。作为替选或者作为附加，在所述减流元件上也能够设置有不同于上述粉末开口的其它减流结构，例如，一个或者多个肋条和/或薄片。
即使已经根据激光烧结或激光熔化设备描述了本发明，本发明也不局限于激光烧结或者激光熔化。它能够应用于任意用于通过逐层施加并且选择性地固化粉末状构造材料来衍生式制造三维物体的方法。
曝光装置例如能够包括一个或者多个气体或者固体激光器或者任何其它类型的激光器，例如激光二极管、尤其是垂直腔表面发射激光器(VCSEL:Vertical CavitySurface Emitting Laser)或者垂直外腔表面发射激光器(VECSEL:Vertical ExternalCavity Surface Emitting Laser)，或者一排这些激光器。通常，能够将能量作为波或粒子辐射选择性地施加到构造材料层上的任何装置都可以用作曝光装置。代替激光器例如能够使用其它光源、电子束或者任何其它适合于固化构造材料的能量或者辐射源。本发明也能够应用于选择性蒙片烧结，在所述技术的情况下使用延伸光源和蒙片；或者应用于高速烧结(HSS:High-Speed-Sintern)，在所述技术的情况下向构造材料上选择性地施加增加(吸收烧结)或者减少(抑制烧结)相应部位上的辐射吸收的材料，并且然后非选择性地大面积曝光或者借助可移动的线阵曝光装置曝光。
也能够通过3D打印代替引入能量来实现所述选择性地固化所施加的构造材料，例如通过施加粘合剂。概括来说，本发明涉及借助逐层施加并且选择性地固化粉末状构造材料对物体的增材制造，而构造材料以何种方式固化与本发明无关。

Claims (21)

1.用于设备(1)的涂装装置(16)的粉末排出模块，所述设备用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体(2)在相应的层中的相应横截面的部位上选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体(2)，其中，为了逐层施加构造材料，所述涂装装置(16)在至少一个运动方向(B)上在设备(1)的作业平面(7)上可运动地设置在所述设备中，并且
所述粉末排出模块(18)具有用于容纳粉末状构造材料的粉末容器(30)，并且所述粉末容器(30)包括：
用于将粉末状构造材料输送至粉末容器(30)的输送开口(33)，
在涂装装置(16)按规定运行时朝向作业平面(7)的输出区域(31)，所述输出区域(31)具有用于排出粉末状构造材料的至少一个第一排出装置(36a、36b)和用于在粉末容器(30)中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的至少一个流化区，以及
设置在所述粉末容器(30)中的至少一个第一减流元件(50a、50b)，
所述粉末排出模块(18)在输出区域(31)的构成输出区域(31)的邻接第一排出装置(36a、36b)的区域的第一区域内包括用于在粉末容器(30)中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的排出流化区(41a、41b)并且在输出区域(31)的构成输出区域(31)的与第一排出装置(36a、36b)间隔开的区域的第二区域中包括用于在粉末容器(30)中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的中心流化区(40)，并且将气体至少暂时地通过排出流化区(41a、41b)和/或中心流化区(40)引入到粉末容器(30)中。
2.根据权利要求1所述的粉末排出模块，其中，所述粉末容器(30)在至少一个上部容器区域(32)上具有第一减流元件(50a、50b)，所述第一减流元件基本上从所述至少一个上部容器区域(32)朝输出区域(31)的方向延伸，和/或
第一减流元件至少在上部容器区域(32)与输出区域(31)的间距(H)的50％上延伸，和/或
第一减流元件(50a、50b)与输出区域(31)间隔开地设置在粉末容器(30)中。
3.根据权利要求2所述的粉末排出模块，其中，第一减流元件至少在上部容器区域(32)与输出区域(31)的间距(H)的70％上延伸。
4.根据权利要求2所述的粉末排出模块，其中，第一减流元件至少在上部容器区域(32)与输出区域(31)的间距(H)的90％上延伸。
5.根据权利要求1或2所述的粉末排出模块，其中，所述第一减流元件(50a、50b)基本上沿着横向于涂装装置(16)的符合规定的运动方向(B)的纵向方向延伸。
6.根据权利要求5所述的粉末排出模块，其中，所述第一减流元件(50a、50b)基本上沿着垂直于涂装装置(16)的符合规定的运动方向(B)的纵向方向延伸。
7.根据权利要求5所述的粉末排出模块，其中，所述第一减流元件(50a、50b)沿着所述纵向方向基本上在粉末容器(30)的内部空间的整个尺寸(L)上延伸。
8.根据权利要求1或2所述的粉末排出模块，其中，所述第一减流元件(50a、50b)具有至少一个结构，所述结构具有穿过第一减流元件(50a、50b)的一个或者多个粉末开口(52a、52b)。
9.根据权利要求1或2所述的粉末排出模块，其中，所述第一减流元件(50a、50b)具有多个结构，所述结构具有穿过第一减流元件的一个或者多个粉末开口(52a、52b)。
10.根据权利要求1或2所述的粉末排出模块，其中，在所述粉末容器(30)中设置有至少一个第二减流元件。
11.根据权利要求10所述的粉末排出模块，其中，所述第二减流元件具有对应于粉末容器(30)中的第一减流元件(50a、50b)的定向。
12.根据权利要求11所述的粉末排出模块，其中，所述第二减流元件平行于所述第一减流元件(50a、50b)地布置。
13.根据权利要求10所述的粉末排出模块，其中，所述第一减流元件和第二减流元件构造成和/或在粉末容器(30)中布置成，使得在第一减流元件(50a、50b)投射到第二减流元件上的投影中，第一减流元件和第二减流元件的粉末开口(52a、52b)至少局部地相互偏移。
14.根据权利要求1所述的粉末排出模块，其中，所述粉末容器(30)具有至少一个上部容器区域(32)，所述输送开口(33)设置在所述上部容器区域上。
15.根据权利要求14所述的粉末排出模块，其中，所述输送开口(33)在所述至少一个上部容器区域(32)投射到输出区域(31)上的投影中基本上设置在中心流化区(40)的区域内。
16.根据权利要求1所述的粉末排出模块，其中，所述输出区域(31)此外具有第二排出装置，并且在输出区域(31)的构成为输出区域(31)的邻接第二排出装置的区域的第三区域中设置有用于在粉末容器(30)中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的第二排出流化区。
17.根据权利要求1或16所述的粉末排出模块，其中，至少一个所述流化区包括控制装置以用于调节通过所述至少一个流化区的体积流量。
18.用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体(2)在相应的层中的相应横截面的部位上选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体(2)的设备，所述设备包括涂装装置(16)，为了逐层施加构造材料，所述涂装装置在至少一个运动方向(B)上在所述设备(1)的作业平面(7)上可运动地设置在所述设备(1)中，其中，所述涂装装置(16)包括根据权利要求1至17中任一项所述的粉末排出模块(18)。
19.用于施加至少一层粉末状构造材料的方法，所述方法能够在用于通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体(2)在相应的层中的相应横截面的部位上选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体(2)的设备(1)中执行，其中，
为了施加粉末状构造材料层，使涂装装置(16)在至少一个运动方向(B)上在所述设备(1)的作业平面(7)上运动，所述涂装装置(16)包括粉末排出模块(18)并且
所述粉末排出模块(18)具有容纳粉末状构造材料的粉末容器(30)，所述粉末容器(30)包括：
用于将粉末状构造材料输送至粉末容器(30)的输送开口(33)，
在所述涂装装置(16)按规定运行时朝向作业平面(7)的输出区域(31)，所述输出区域(31)具有用于排出粉末状构造材料的至少一个第一排出装置(36a、36b)和用于在粉末容器(30)中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的至少一个流化区，以及
设置在粉末容器(30)中的至少一个第一减流元件(50a、50b)，并且所述粉末排出模块(18)在输出区域(31)的构成输出区域(31)的邻接第一排出装置(36a、36b)的区域的第一区域内包括用于在粉末容器(30)中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的排出流化区(41a、41b)并且在输出区域(31)的构成输出区域(31)的与第一排出装置(36a、36b)间隔开的区域的第二区域中包括用于在粉末容器(30)中使用气体的情况下使粉末状构造材料流化的中心流化区(40)，并且将气体至少暂时地通过排出流化区(41a、41b)和/或中心流化区(40)引入到粉末容器(30)中。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述涂装装置(16)在作业平面(7)上运动(S3)期间，至少通过排出流化区(41a、41b)将气体引入到粉末容器(30)中，并且通过中心流化区(40)将具有小于通过排出流化区(41a、41b)的体积流量的气体引入到粉末容器中和/或基本上没有气体通过中心流化区(40)引入到粉末容器(30)中。
21.用于在设备(1)中通过逐层施加粉末状构造材料并且在对应于三维物体(2)在相应的层中的相应横截面的部位上选择性地固化所施加的层来增材制造三维物体(2)的制造方法，其中，
为了施加至少一层构造材料，执行根据权利要求19或20所述的方法。
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