CN114799203A - 用于生产三维工件的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于生产三维工件的设备和方法。该设备包括：载体，其被配置成接收多层原料粉末；辐射单元，其被配置成将辐射束引导至原料粉末的最上层的预定位置，以使在预定位置的原料粉末固化；加工室，其限定了辐射束从辐射单元被引导至原料粉末所通过的空间；和支撑结构，其设置在加工室外部并支撑辐射单元。

Description

用于生产三维工件的设备和方法
本申请为申请号201780096993.9、申请日2017年11月20日的名为“用于生产三维工件的设备和方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于生产三维工件的设备和方法。
背景技术
粉末床融合是一种添加剂分层工艺，粉状原料，特别是金属和/或陶瓷的粉状原料可以通过这种工艺被加工成复杂形状的三维工件。为此，通过粉末施加装置将原料粉末层施加到载体上。然后，根据待生产的工件所需的几何结构，以位置选择性的方式对原料粉末进行辐射(例如，激光辐射或粒子辐射)。穿透粉末层的辐射导致了加热，并因此使原料粉末颗粒熔化或烧结。然后，将另外的原料粉末层连续地施加到载体上已经经受辐射处理的层上，直到工件具有所需的形状和尺寸。基于CAD数据，粉末床融合可用于生产原型、工具、替换零件、高价值部件或医用假体，例如牙科或骨科假体。粉末床融合技术的示例包括选择性激光熔化(SLM)和选择性激光烧结(SLS)。
为了保持高的加工质量，关键是要精确控制辐射束照射到原料粉末上的位置，特别是对于已经固化的前几层而言。当该位置不仅在平行于最上层原料的方向上(即，x-y平面)受到控制时，而且在垂直于最上层原料粉末的方向(即，聚焦方向或z方向)上受到控制时，才可获得最佳结果。
在用于生产三维工件的已知设备中，在整个制造过程中，特别是由于设备的各种结构和部件的热变形，导致很难控制辐射束照射到原料粉末上的位置。
发明内容
本发明的目的是旨在提供一种解决上述问题和/或其他相关问题的设备和方法。
该目的通过根据权利要求1所述的设备和根据权利要求15所述的方法来实现。
根据第一方面，提供了一种用于生产三维工件的设备。该设备包括：载体，其被配置成接收多层原料粉末；辐射单元，其被配置成将辐射束引导至原料粉末的最上层的预定位置，以使在预定位置的原料粉末固化；加工室，其限定了辐射束从辐射单元被引导至原料粉末所通过的空间；和支撑结构，其设置在加工室外部并支撑辐射单元。
根据本公开，平行于设备的载体表面(并因此平行于原料粉末的最上层)的平面在本文中被定义为使用的笛卡尔坐标系的x-y平面。此外，垂直于该平面的方向被定义为z方向。
载体在x-y平面上可以具有矩形横截面。载体还可以在z方向上移动，以便在原料粉末的最上层的照射过程完成之后降低，使得可以通过粉末施加装置施加新的原料粉末层。辐射单元可以包括辐射源，例如激光。作为激光的替代，也可以提供粒子源，例如电子源。为了能够在x-y平面中引导辐射束，辐射单元可以包括至少一个扫描单元。扫描单元可以包括至少一个可移动的镜子，该镜子被配置成将辐射束引导到原料粉末的最上层中所需的位置。扫描单元可以由控制单元控制。此外，辐射单元可以包括聚焦单元，该聚焦单元被配置成沿着辐射束的束路径(基本上沿着z方向)改变聚焦位置。
辐射单元可以被配置成产生多于一个辐射束和控制多于一个辐射束的方向。例如，可以提供至少两个扫描单元，其中每个扫描单元被配置成控制相应的辐射束的方向。因此，可以同时形成两个或多个熔池。在可以发射多于一个辐射束的情况下，原料粉末的最上层的表面可以被细分成两个或更多个辐射区域，其中每个辐射束可以在辐射区域中相应的一个辐射区域上进行扫描。可存在重叠区域，在该重叠区域中两个或更多个相邻的辐射区域发生重叠。
加工室限定了一个空间，这不一定意味着加工室相对于外部是气密性密封的。加工室可以由例如加工室的侧壁限定，其中可以提供四个侧壁，每个侧壁基本上垂直于x-y平面延伸。侧壁可以包括至少一个用于形成入口或出口(例如，用于气体)的开口和/或至少一个用于将设备的元件附接到侧壁中相应的一个侧壁的附接构件。加工室的空间在底侧可以由载体和/或由原料粉末的最上层在z方向上限制。如下所述，构建圆筒可以附接至加工室的底侧。加工室的空间在上侧可以由顶壁限制，该顶壁具有用于一个或多个辐射束的开口。可替代地，加工室的上侧可以由包含绝热气体的隔热层限制。此外，加工室的上侧也可以由辐射单元限制，其中辐射单元本身不是加工室的一部分。换句话说，加工室可以被定义为壁结构，该壁结构提供用于在空间上、大气上和流体上封闭的加工环境的壳体。
支撑结构可以包括支撑框架。支撑结构可以布置在加工室外部，使得支撑结构的任何部分都不布置在加工室内。换句话说，支撑结构可以被布置成使得它不会受到加工室中产生的加工热的影响，例如，不会受到在加工室内执行的构建过程的影响。支撑结构例如可以包括被配置成独立地直立在地面(例如，接地板)上的支撑框架。支撑结构例如通过给辐射单元提供机械支撑来支撑辐射单元。换句话说，辐射单元可以安装到支撑结构。辐射单元可以通过适当的安装方式，例如螺钉、销、螺栓等安装到支撑结构。此外，辐射单元可以通过具有机械和/或热分离特性的一个或多个附接构件安装到支撑结构。支撑结构可以包括一个或多个支撑框架。在支撑结构包括多于一个支撑框架的情况下，各个支撑框架可以可拆卸地或不可拆卸地彼此附接。例如，支撑结构的每个支撑框架可以单独放置在共用地面或共用基板上。各个支撑框架可以是嵌套的。支撑结构的每个支撑框架可以支撑设备的一个或多个部件(例如辐射单元)。
通过由设置在加工室外部的支撑结构来支撑辐射单元，可以确保加工室内产生的加工热不会影响辐射单元相对于支撑结构的位置(即，错位)。因此，辐射单元相对于支撑结构(其可以被视为设备的参考坐标系)的位置可以保持不变。在其他部件由支撑结构支撑的示例中，可以确保辐射单元相对于这些其他部件的位置保持不变。此外，因为辐射单元不会受到加工室内产生的加工热的影响(或受到的影响较小)，所以辐射单元内的各个光学部件相对于彼此的位置和/或这些光学部件的光学特性(例如焦距等)保持不变。
支撑结构可以与加工室热分离，使得加工室内的加工热不会导致支撑结构的显著热变形。
根据本公开，表述“热分离”可以意味着在两个热分离元件之间没有(或几乎没有)热传递。换句话说，在两个热分离元件之间(几乎)没有热传导，并且设置在两个热分离元件之间的材料的热导率低。加工热可以是当激光束照射到原料粉末上并使原料粉末熔化时由激光束产生的热量。例如，加工室可以通过具有热分离特性的一个或多个附接构件附接到支撑结构。当加工室内的加工热不会导致支撑结构的显著热变形时，可以保持加工室和支撑结构之间的空间关系。
辐射单元可以与加工室机械分离，使得由于加工室内的加工热导致的加工室的热变形不会导致辐射单元相对于支撑结构的显著错位。
根据本公开，表述“机械分离”可以意味着当第一元件和第二元件彼此机械分离时，第一元件的热变形不会导致(或几乎不会导致)第二元件相对于第一元件的机械错位。例如，辐射单元和加工室都可以附接到支撑结构。支撑结构可以包括刚性支撑框架，其中支撑框架的热膨胀系数可以非常低。附加地或可替代地，辐射单元可以与支撑结构热分离和/或加工室可以与支撑结构热分离。当加工室内的加工热不会导致辐射单元相对于支撑结构的显著错位时，可以确保辐射单元和支撑结构之间的空间关系可以得到保持。
可以在支撑结构和加工室的侧壁之间提供气隙。气隙可以增强支撑结构和加工室之间的热分离，原因是空气具有低的热导率。
支撑结构可以包括被配置成放置在接地板上的至少两个支腿。因此，支撑结构可以被配置成独立地直立在地面上。
该设备可进一步包括构建圆筒，该构建圆筒具有至少一个侧壁，该至少一个侧壁被构造成与施加到载体上的原料粉末相接触。由此，构建圆筒的至少一个侧壁可以支撑原料粉末，使得原料粉末保持预定形状(例如，长方体形状)。构建圆筒可以形成空间，在俯视图中该空间具有的横截面基本上对应于载体的横截面。换句话说，载体可以移动通过构建圆筒，其中载体的边缘和构建圆筒的侧壁之间的距离保持基本上不变。该距离可以非常小和/或由密封构件密封，使得原料粉末不能穿过载体的边缘与构建圆筒的边缘之间的缝隙。例如，由构建圆筒限定的空间的横截面例如可以是圆形、矩形(例如正方形)或具有圆形边缘的矩形。构建圆筒可以附接到加工室的底侧。此外，构建圆筒可以可拆卸地附接到加工室的底侧。如下所述，构建圆筒也可以附接到构建圆筒移动单元，该构建圆筒移动单元被配置成相对于支撑结构并相对于载体垂直地移动构建圆筒。
该设备可进一步包括载体移动单元，该载体移动单元被配置成相对于加工室、相对于构建圆筒以及在构建圆筒内垂直地移动载体，载体移动单元由支撑结构支撑。
因此，载体可以通过载体移动单元由支撑结构支撑。通过由支撑结构支撑载体移动单元，可以确保载体与加工室热分离和/或机械分离，并由此可以保持和控制载体和辐射单元之间的空间关系。由于载体可以在构建圆筒内垂直地移动，因此填充有原料粉末的空间可以通过载体的移动而增大或减小。载体移动单元可以被配置成在原料粉末的最上层的照射过程已经完成之后在构建圆筒内向下移动，使得新的原料粉末层可以被施加到先前的最上层上。如上所述，支撑结构可以包括多个支撑框架。例如，辐射单元可以附接到这些支撑框架中的第一个支撑框架，并且载体移动单元可以附接到支撑框架中的第二个支撑框架。例如，支撑结构的第一支撑框架和第二支撑框架可以单独放置在共用地面或共用基板上。各个支撑框架可以是嵌套的。
载体移动单元可以与加工室机械分离，使得由于加工室内的加工热导致的加工室的热变形不会导致载体移动单元相对于支撑结构的显著错位。
例如，当加工室、辐射单元和载体移动单元中的每一个由支撑结构独立地支撑时，设备的这三个元件可以彼此热分离和/或机械分离。
该设备可进一步包括被构造成相对于支撑结构垂直地移动构建圆筒的构建圆筒移动单元。构建圆筒移动单元可以由支撑结构支撑。此外，加工室可以由支撑结构支撑，并且构建圆筒可以相对于加工室垂直地移动。例如，在工件的构建过程完成之后，构建圆筒可以向下移动，使得可以从其侧面接触到工件，并且原料粉末可以从工件上移除。
加工室可以由支撑结构支撑在加工室的地面上。
换句话说，加工室附接到支撑结构所借助的一个或多个附接构件布置在加工室的地面的区域内。因此，可以预先限定加工室的地面相对于支撑结构的位置。在加工室由于加工室内产生的加工热而膨胀的情况下，加工室的地面的位置不会改变。加工室的地面可以对应于设置在载体上的原料粉末的最上层。
该设备可以进一步包括由支撑结构支撑的粉末施加装置。换句话说，粉末施加装置可以由支撑结构独立地支撑，使得粉末施加装置与设备的诸如加工室、辐射单元和载体的其他部件机械地分离和/或热分离。
该设备可进一步包括设置在辐射单元和加工室之间的隔热层。隔热层可以填充有绝热气体。此外，可以提供至少一个气体入口，该气体入口被配置成用绝热气体填充隔热层。隔热层可以被配置成使得穿过隔热层的辐射束不会受到隔热层的影响(即，被偏转或被吸收)。
该设备可以进一步包括垂直位置测量装置，其被配置成确定载体相对于支撑结构的垂直位置。
通过确定载体相对于支撑结构的垂直位置，可以精确估计原料粉末的最上层的位置。
垂直位置测量装置可以包括玻璃标尺。通过提供玻璃标尺，可以确保垂直位置测量不会受到热影响，特别是不会受到加工室内产生的加工热的影响。
根据第二方面，提供了一种用于生产三维工件的方法。该方法包括将原料粉末层施加到载体上，通过辐射单元将辐射束引导到原料粉末层的预定位置，以使在预定位置的原料粉末固化，其中，辐射束通过由加工室限定的空间从辐射单元被引导到原料粉末，并且其中，支撑结构设置在加工室外部并支撑辐射单元。
在适当的情况下，上文关于第一方面阐述的细节也可适用于第二方面。具体而言，第二方面的方法可以由第一方面的设备执行。
附图说明
参考所附的示意图更详细地描述了本发明的优选实施方式，其中，
图1示出了根据本公开的设备的示意性侧视图。
具体实施方式
在用于生产三维工件的已知设备中，机器部件相对于彼此的机械耦合以及热膨胀和变形导致加工条件的变化，从而导致加工过程不精确。
更准确地说，三个关键层相对于彼此的同时布置决定了待辐射的层内的加工质量。这些层是辐射区域(焦点/0层)、粉末施加层和光学/扫描层。此外，控制垂直移动单元(例如，载体移动单元)的位置对于保持载体的均匀的逐层移动至关重要。
在理想情况下，这些层必须在整个构建过程中彼此对齐，即在x-y方向上平移和旋转以及在z-方向上平移。这种对齐中的公差决定了工件的质量或至少影响工件的质量。
在已知设备中，决定这些层的部件(辐射单元、粉末施加装置、载体移动单元)通过其他中央机器部件间接地连接，或者甚至彼此直接机械连接。热变形(尤其是热膨胀)和静载荷对公差有负影响。
换句话说，为了获得高质量的所生产的工件，需要知晓原料粉末的最上层相对于辐射单元的(三维)位置，使得辐射束可以被引导到原料粉末的预定位置。获知原料粉末和辐射单元之间的空间关系的一种可能性是在生产过程中定期进行校准测量。另一种选择是尽可能使原料粉末和辐射单元之间的空间关系保持不变，这样在生产过程中就不需要校准测量。
根据本公开，上述问题的解决方案包括提供对辐射单元进行支撑的支撑结构，其中支撑结构设置在加工室外部。根据一个实施方式，决定前述层的部件(例如辐射单元、粉末施加装置和载体移动单元)彼此是机械分离的，并且更有利地，彼此是机械分离和热分离的。
因此，承受热负荷的部件例如加工室，与前述决定层的部件机械分离和/或热分离。因此可以防止对决定层的部件的热影响。首先，这可能意味着，可以防止通过热传递的直接热影响，从而可以防止决定前述层之一的部件的变形(热分离)。其次，这可能意味着，可以防止由加工室的热变形导致的机械影响形式的间接热影响(机械分离)。因此，可以实施热分离和/或机械分离，以提高构建过程的质量。
上述优点可以通过使用支撑结构例如外部支撑结构实现，该外部支撑结构也可以被称为外骨骼。该支撑结构可以表示为外部支撑框架，该外部支撑框架支撑着限定前述层的部件中的一个或多个部件。通过将每个部件单独安装到支撑结构，这些部件相对于彼此具有固定的空间关系。由于部件的机械分离和/或热分离，这种空间关系在整个构建过程中保持固定。部件的示例例如是加工室、载体、载体移动单元、粉末施加装置、辐射单元和加工室移动单元。
图1示出了根据本公开的用于生产三维工件的设备的示意性侧视图。该设备包括载体2，其被配置成接收多层原料粉末4。在构建过程中，第一层原料粉末4通过设备的粉末施加装置6施加到载体2上。原料粉末4(例如，金属粉末)可以通过辐射束8熔化和固化。
辐射束8被引导至第一层原料粉末4，以便根据待生产的工件10的CAD数据以位置选择性的方式固化原料粉末4。因此，在原料粉末4的最上层上由辐射束8指向的位置对应于待生产的工件10的几何结构。载体2可沿z方向(由图1中的箭头表示)移动，以便在原料粉末4层的固化过程完成之后使载体2降低。为了使载体2能够垂直地移动，该设备包括载体移动单元12。在载体2已经下降之后，施加新的原料粉末4层，并且该新层的固化过程(即，辐射过程)开始。因此，工件10逐层地构建在载体2上。
为了容纳原料粉末4，并且可选地，为了引导可移动载体2，该设备包括构建圆筒13，该构建圆筒13具有至少一个侧壁，该至少一个侧壁构造成与原料粉末4相接触。在图1所示的实施方式中，构建圆筒13具有限定长方体空间的四个侧壁，原料粉末4位于该立方体空间中。该空间在其下侧由具有矩形横截面的载体2限制。构建圆筒13的侧壁与施加到载体2上的原料粉末4相接触，并且被构造成支撑原料粉末4，使得原料粉末4保持其(长方体)形状。构建圆筒13的侧壁和载体2的相应边缘之间的距离非常小或者甚至可以忽略不计，使得原料粉末4不能穿过载体2和构建圆筒2之间的缝隙。此外，载体2可以包括布置在其边缘的密封构件。在一层原料粉末4(根据所需的工件10的几何结构)被完全辐射之后，载体2在构建圆筒13内下降，使得可以施加新的原料粉末4层。
该设备进一步包括辐射单元14，其包括一个或多个辐射源。在图1所示的实施方式中，辐射单元14被配置成产生两个独立的辐射束8。每个辐射束8可以借助于相应的扫描单元控制和引导到所需的位置。每个扫描单元包括至少一个可移动的镜子，该镜子被配置成将相应的辐射束偏转到原料粉末的最上层上所需的位置。例如，通过仅使用一个辐射源，借助于分束器将辐射源发射的束分成两个子束，并将每个子束引导至扫描单元中的一个扫描单元，可以产生两个辐射束。作为一种替代，可以提供两个辐射源，其中，每个辐射源辐射被引导到扫描单元中的一个扫描单元的束。
如图1所示，两个辐射束8中的每一个在原料粉末4的最上层的表面上限定辐射区域。提供一个重叠区域，第一扫描单元的辐射区域和第二扫描单元的辐射区域在该重叠区域中相重叠。
此外，对于每个辐射束8，辐射单元14包括聚焦单元，该聚焦单元被配置成在沿着相应的辐射束8的束路径的方向上改变相应的辐射束8的聚焦位置。借助于聚焦单元，可以在深度方向(z方向)上调节相应的激光束的焦点的位置。
根据本实施方式，辐射单元14的辐射源是激光器，并且发射的辐射束8是激光束。更准确地说，辐射源例如可以包括二极管泵浦的镱光纤激光器，其发射具有的波长大约为1070至1080nm的激光。辐射单元14被配置成选择性地将每个辐射束8辐射到载体2上的原料4上。借助于辐射单元14，原料粉末4可以根据待生产的工件10所需的几何结构，以位置选择性的方式受到激光辐射。
每个扫描单元包括可移动的镜子，其用于在平行于载体2的方向上，即平行于原料4的最上层的方向上引导辐射束8。换句话说，辐射束8的位置可以在x方向和y方向上变化。
除了扫描单元和聚焦单元之外，辐射单元14可进一步包括用于引导和/或处理辐射束8的光学部件。例如，可以提供扩束器来扩展辐射束8。此外，物镜可以设置在每个扫描单元的后方。物镜可以是f-θ物镜。
该设备进一步包括控制单元(未示出)，其用于在构建过程之前、期间和之后控制设备的功能。具体而言，控制单元被配置成控制设备的功能，例如通过载体移动单元12控制载体2的垂直移动、通过构建圆筒移动单元16控制构建圆筒13的垂直移动(如果适用的话)、通过粉末施加装置6控制原料粉末的施加、控制扫描单元的扫描、控制辐射单元14的辐射源等。
辐射束8从辐射单元14被引导到原料粉末4的最上层所通过的空间由加工室18限定。如图1所示，加工室18具有垂直于x-y平面延伸的侧壁以及平行于x-y平面延伸的底壁和顶壁。尽管加工室18因此表示为箱形结构(或长方体结构)，但是加工室18不限于这种长方体。加工室可以具有其他形式，例如圆筒形、金字塔形等。此外，加工室对于外部不一定是气密性密封的。例如，可以在加工室18的侧壁中设置开口，其可以用作例如气体入口和/或气体出口。加工室18的顶壁和/或底壁可以忽略，或者可以在顶壁和/或底壁中设置大的开口。例如，顶壁包括开口，激光束8可以通过该开口进入加工室18。此外，除了加工室18的顶壁之外或者作为加工室18的顶壁的替代，隔热层20可以设置在加工室18和辐射单元14之间的交界处，如图1所示。在原料粉末4被施加到载体2的情况下，加工室18在底侧由原料粉末4限制。否则，加工室18在其底侧由载体2限制。构建圆筒13直接与加工室18相邻。在一个示例中，构建圆筒13附接到(即，永久固定到)加工室18。在另一个示例中，构建圆筒13可拆卸地附接到加工室18。此外，构建圆筒13可以借助于如下所述的构建圆筒移动单元16相对于加工室移动。
如上所述，加工室18实现了用于保持在空间上、大气上和流体上封闭(或基本上封闭)的加工环境的壳体功能。
在构建过程中，在加工室18内产生加工热，特别是在加工室18的下部区域产生加工热，在该下部区域处，辐射束8照射到原料粉末4上并在原料粉末4中形成熔池。借助于加工室18的壁，产生的加工热停留在加工室18内部。换句话说，加工室18的壁提供了与外部的隔热。然而，在加工室18内产生的加工热可导致加工室18的热变形，特别是加工室18的壁的热变形。
如图1所示，该设备包括外部支撑框架(外骨骼)形式的支撑结构22。辐射单元14通过附接构件24由支撑结构22支撑。附接构件24在支撑结构22和辐射单元14之间提供稳定的机械连接。除此之外，附接构件24可以具有热分离特性，这意味着通过附接构件24的热传递被抑制。换句话说，附接构件24的热导率可能较低。这也适用于下面描述的每个附接构件24。
支撑结构22设置在加工室18的外部，因此，支撑结构22不会直接受到加工室18内产生的加工热的影响。如图1所示，在加工室18和支撑结构22之间提供气隙，使得加工室18和支撑结构22彼此是隔热的。
加工室18通过附接构件24由支撑结构22支撑。如图1所示，加工室18从外部被支撑，使得支撑结构22不延伸到加工室18中。加工室18与支撑结构22热分离。这意味着，在加工室18内产生的加工热不会被传递到支撑结构22，例如原因是附接构件24具有低的热导率。此外，在支撑结构22和加工室18之间提供气隙，该气隙表示隔热层。加工室18还与支撑结构22机械分离。这意味着由加工室18内产生的加工热导致的加工室18的热变形不会导致支撑结构22的变形。这种方式可以通过给支撑结构22提供刚性结构来实现。换句话说，支撑结构22由金属等刚性材料制成，其不会因加工室18的变形所引起的力而变形。此外，附接构件24可以具有机械分离特性，这意味着附接构件24可以吸收加工室18的变形。
如图1所示，加工室18在加工室18的下部区域连接到支撑结构22。例如，加工室18可以由支撑结构22支撑在0层的高度(见图1中的虚线)。该0层可以用作参考平面，其与原料粉末4的最上层相重合。通过将加工室18附接到靠近加工室18的底壁的支撑结构22，在加工室18内发生的热变形对上述0层的位置没有影响或几乎没有影响。因此，0层保持其相对于支撑结构22的位置。
通过如上所述布置加工室18和辐射单元14，即，通过将加工室18和辐射单元14单独地支撑在支撑结构22上，加工室18和辐射单元14可以彼此热分离和机械分离。对于热分离，这意味着在加工室18内产生的加工热不被传递到辐射单元14，因此，不会导致辐射单元14相对于加工室18的热变形或热位移。此外，由于辐射单元14不受加工室18内产生的加工热的影响(或受到的影响较小)，因此辐射单元14内各个光学部件相对于彼此的位置和/或这些光学部件的光学特性(例如焦距等)保持不变。对于机械分离，这意味着加工室18的热变形不会导致辐射单元14的变形或错位。因此，可以确保在构建过程中保持加工室18(具体而言是加工室18的底部区域，原料粉末4设置在该底部区域中)和辐射单元14之间的空间关系。换句话说，在构建过程中，辐射单元14相对于加工室18不发生移动，这提高了构建过程的精度，并因此提高了所生产的工件10的质量。
在一个实施方式中，隔热层20设置在加工室18和辐射单元14之间，以便加强两个部件的热分离。隔热层20可以包括隔热气体。
粉末施加装置6还通过相应的附接构件24(未示出)由支撑结构22单独地支撑。因此，粉末施加装置6可以与加工室18机械分离，使得加工室18的热变形不会导致粉末施加装置6的任何变形或错位。
可选地，该设备可以包括如图1中的箭头所示的构建圆筒移动单元16。在这种情况下，构建圆筒移动单元16要么通过相应的附接构件(未示出)由支撑结构22直接支撑，要么构建圆筒移动单元16附接到加工室18，例如附接到加工室18的侧壁或底壁。构建圆筒移动单元16被配置成使构建圆筒13相对于支撑结构22在垂直方向(z方向)上移动。由于加工室18被支撑并固定到支撑结构22，因此构建圆筒移动单元16被配置成相对于加工室18垂直地移动构建圆筒13。例如，控制单元可被配置成在工件10的构建过程完成之后，使构建圆筒13垂直地向下移动，使得可以从其侧面接触到工件10，并且原料粉末4可以从工件10上移除。
该设备包括载体移动单元12，其被配置成在垂直方向(z方向)上移动载体2。载体移动单元12通过附接构件24由支撑结构22支撑。通过将载体移动单元12单独地支撑到支撑结构22，载体移动单元12可以与该设备的其他部件机械分离和热分离，特别是与加工室18机械分离和热分离。因此，载体移动单元12与加工室18热分离和机械分离。因此，在加工室18内产生的加工热不会引起载体移动单元12或连接到载体移动单元12的载体2的位移。
可选地，垂直位置测量装置26可以以玻璃标尺的形式提供。垂直位置测量装置26被配置成测量载体2相对于载体移动装置12的垂直位置，并因此测量载体2相对于支撑结构22的垂直位置。基于该垂直位置测量装置26的测量结果，控制单元可以确定载体2的位置和原料粉末4的最上层的位置。
支撑结构22包括被配置成放置在接地板上的至少两个支腿28。借助于该支腿28，支撑结构22可以稳定地放置在地面上，从而可以避免变形和振动。
尽管图1所示的实施方式的支撑结构22由单独一个支撑框架组成，但是支撑结构可以包括多于一个支撑框架。这些支撑框架可以可拆卸地或不可拆卸地彼此附接。此外，可以提供多个支撑框架，并且每个支撑框架支撑着部件14、18、6、16和12中的一个或多个。例如，支撑结构可以包括用于支撑辐射单元14的第一支撑框架和用于支撑载体移动单元12的第二支撑框架。支撑结构的各个支撑框架可以放置(例如，附接)在共用地面或共用基板上。支撑框架可以嵌套或彼此相邻布置。在任何情况下，支撑结构都提供了一种结构，在该结构中，各个部件被支撑和附接，并且部件相对于共同参照物的位置不变。该共同参照物可以是支撑结构本身或共用地面或共用基板。具体而言，部件相对于彼此的位置不变。
如上所述并且如图1所示，部件14、18、6、16和12中的每一个通过相应的附接构件24由支撑结构22单独地支撑。通过将这些部件单独地支撑到支撑结构22，这些部件可以彼此机械分离和热分离。具体而言，这些部件可以以彼此的空间关系放置，与加工室18内产生的加工热无关和/或与由加工室18内产生的加工热导致的加工室18的机械变形无关。尽管通过支撑单元22支撑所有部件14、18、6、16和12是有利的，但是如果一个或多个前述部件没有被支撑结构单独地支撑，也可以实现本公开的优点。然而，有利的是，至少辐射单元14和加工室18由支撑结构22单独地支撑。
在一个实施方式中，加工热可以被引导到支撑结构22中，但是该加工热不会导致各个部件14、18、6、16和12相对于彼此的任何错位(或基本上没有错位)，原因是支撑结构22的热膨胀系数非常低。在这种情况下，这些部件彼此至少是机械分离的。
由于可以保持各个部件之间的空间关系，因此可以提高加工精度，从而使生成的工件10的质量更高。
此外，可以减少校准和启动构建过程所需的预热时间，以便在稳定的热条件下进行加工。
上述结构的另一个优点是可以容易地更换和替换各个部件，而不会对设备的其余部分产生负影响。

Claims (15)

1.一种用于生产三维工件(10)的设备，所述设备包括：
载体(2)，其被配置成接收多层原料粉末(4)；
辐射单元(14)，其被配置成将至少两个辐射束(8)引导至原料粉末(4)的最上层的预定位置，以使在所述预定位置的原料粉末(4)固化；
加工室(18)，其限定了多个辐射束(8)从所述辐射单元(14)被引导至原料粉末(4)所通过的空间；和
支撑结构(22)，其设置在所述加工室(18)外部并支撑所述辐射单元(14)，
其中，所述支撑结构(22)表示为支撑所述加工室(18)和所述辐射单元(14)的支撑框架，其中，所述辐射单元(14)与所述加工室(18)机械分离，使得由于所述加工室(18)内的加工热导致的所述加工室(18)的热变形不会导致所述辐射单元(14)相对于所述支撑结构(22)的显著错位。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述支撑结构(22)与所述加工室(18)热分离，使得所述加工室(18)内的加工热不会导致所述支撑结构(22)的显著热变形。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述支撑结构(22)和所述加工室(18)的侧壁之间提供气隙。
4.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括构建圆筒(13)，所述构建圆筒(13)具有至少一个侧壁，所述至少一个侧壁被构造成与施加到所述载体(2)上的原料粉末相接触。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述构建圆筒(13)被可拆卸地附接到所述加工室(18)。
6.根据权利要求4所述的设备，所述设备进一步包括：
载体移动单元(12)，其被配置成相对于所述加工室(18)并相对于所述构建圆筒(13)并在所述构建圆筒(13)内垂直地移动所述载体(2)，其中，所述载体移动单元(12)由所述支撑结构(22)支撑。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述载体移动单元(12)与所述加工室(18)机械分离，使得由于所述加工室(18)内的加工热导致的所述加工室(18)的热变形不会导致所述载体移动单元(12)相对于所述支撑结构(22)的显著错位。
8.根据权利要求4所述的设备，所述设备进一步包括被构造成相对于所述支撑结构(22)垂直地移动所述构建圆筒(13)的构建圆筒移动单元(16)。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述加工室(18)由所述支撑结构(22)支撑在所述加工室(18)的地面上。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述加工室(18)通过所述构建圆筒移动单元(16)由所述支撑结构(22)支撑。
11.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括由所述支撑结构(22)支撑的粉末施加装置(6)。
12.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括设置在所述辐射单元(14)和所述加工室(18)之间的隔热层(20)。
13.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括垂直位置测量装置(26)，其被配置成确定所述载体(2)相对于所述支撑结构(22)的垂直位置。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述垂直位置测量装置(26)包括玻璃标尺。
15.一种用于生产三维工件(10)的方法，所述方法包括：
将原料粉末(4)层施加到载体(2)上；
通过辐射单元(14)将至少两个辐射束(8)引导到原料粉末(4)层的预定位置，以使在所述预定位置的原料粉末(4)固化，其中，多个辐射束(8)通过由加工室(18)限定的空间从所述辐射单元(14)被引导到原料粉末(4)，
并且其中，支撑结构(22)设置在所述加工室(18)外部并支撑所述辐射单元(14)，
其中，所述支撑结构(22)表示为支撑所述加工室(18)和所述辐射单元(14)的支撑框架，其中，所述辐射单元(14)与所述加工室(18)机械分离，使得由于所述加工室(18)内的加工热导致的所述加工室(18)的热变形不会导致所述辐射单元(14)相对于所述支撑结构(22)的显著错位。
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