CN117580662A - 用于通过增材制造来生产物体的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种设备和使用所述设备的方法，所述设备用于通过按层顺序逐层增材制造来生产物体，该设备包括：‑处理室，该处理室用于接收粉末材料的浴，该粉末材料的浴能够通过暴露于电磁辐射而固化；‑支撑件，该支撑件用于相对于粉末材料的浴的表面水平定位物体的一部分；‑固化装置，该固化装置被布置用于生成用于固化粉末材料的浴的层的所选择部分的电磁辐射的束；‑偏转装置，该偏转装置被布置用于沿着表面水平移动电磁辐射的束；以及‑控制装置，该控制装置被布置用于在层的所选择部分的固化期间，考虑用于将热量从层的所选择部分的第一部分传导出去的第一部分热阻和用于将热量从层的所选择部分的第二部分传导出去的第二部分热阻，控制固化装置和偏转装置，第二部分热阻高于第一部分热阻。一种通过增材制造来制造物体的方法。

Description

用于通过增材制造来生产物体的设备和方法

发明内容

根据第一方面，本公开涉及一种用于通过按层顺序逐层增材制造来生产物体的设备。

根据第二方面，本公开涉及一种通过按层顺序逐层增材制造来制造物体的方法。

根据本公开的第一方面的设备包括：

-处理室，该处理室用于接收粉末材料的浴(浴液，bath)，该粉末材料的浴能够通过暴露于电磁辐射而固化；

-支撑件，该支撑件用于相对于所述粉末材料的浴的表面水平定位物体的一部分；

-固化装置，该固化装置被布置用于生成用于固化所述粉末材料的浴的层的所选择部分的电磁辐射的束；以及

-偏转装置，该偏转装置被布置用于沿着表面水平移动所述电磁辐射的束。

3D打印或增材制造是指用于制造三维物体的各种过程中的任何一种，其中材料在计算机控制下结合或固化，以创建三维物体，并且材料被添加在一起，通常是逐层添加。

三维物体的制造、特别是金属物体的增材制造中的挑战之一是如何实现相对低的制造成本，同时允许实现相对高的产品质量。

目的是提供一种使得实现相对低的制造成本同时使得实现相对高的产品质量的设备和方法。

该目的通过根据本公开的设备来实现，其中，该设备包括控制装置，该控制装置被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，考虑用于将热量从所述层的所选择部分的第一部分传导出去的第一部分热阻和用于将热量从所述层的所选择部分的第二部分传导出去的第二部分热阻，控制所述固化装置和所述偏转装置，第二部分热阻高于所述第一部分热阻。

本公开至少部分地依赖于以下认识：对于三维物体的制造、特别是在金属物体的增材制造中，可能需要支撑件用于支撑物体的由粉末材料的浴的相对少量的固化材料的层支撑或由先前粉末材料的层的粉末材料支撑的部分。例如，当物体的一部分在具有等于或大于垂直分量的水平分量的方向上延伸时，这可能会发生。这些支撑件通常用于使得能够构建悬垂特征，并且还使得热从物体的悬垂特征传导出去。这些支撑件增加了移除成本，并且是解锁增材制造的全部设计可能性的障碍，例如，在需要物体内部的支撑件但在物体完成后不可能移除的情况下。

通过提供具有根据本公开的第一方面的控制装置的设备，在考虑用于传导出去热量的热阻的情况下进行物体的制造。这允许相对良好的热控制，从而避免或至少显著地减少对支撑件的需要。值得注意的是，在没有支撑件的情况下，没有相对良好的热控制，可能发生诸如物体的部分的翘曲、物体在粉末材料的浴的表面水平以上的生长以及材料性质的意外变化的影响。换言之，控制单元被布置用于控制电磁辐射的束的热量流动和扫描的速率，使得避免不期望的变形、微观结构，并且可以实现相对大的悬垂特征。

优选地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得所述固化从所述第一部分进行到所述第二部分。通过固化层的所选择部分的第一部分，减小了第一部分热阻。减小第一部分热阻可有利于减小第二部分热阻。减小的第二部分热阻增加了从第二部分传导热量的能力，从而允许相对短的处理时间，同时允许实现相对高的产品质量。换言之，从第一部分前进到第二部分避免或至少减少了热量可能不易被传导出去的部分的固化。

在这方面，控制装置被布置用于控制所述偏转装置，使得所述固化使用所述电磁辐射的束的重复(zig-zig)形或者之字(zig-zag)形移动从所述第一部分进行到所述第二部分。在本公开的上下文中，束的重复(zig-zig)形移动应理解为扫描移动，其中，用于每条线扫描的固化过程在同一侧开始，而之字(zig-zag)形移动指的是其中用于后续移动的固化过程在相对侧开始的移动。

在根据本公开的设备的实施例中，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得在改变所述电磁辐射的束的移动方向之前，所述电磁辐射的束在所述第一部分中移动第一距离，并且使得在改变所述电磁辐射的束的移动方向之前，所述电磁辐射的束在所述第二部分中移动比所述第一距离更长的第二距离。比第一距离更长的第二距离有利于通过使用相对长的扫描路径来增加用于部分的热输入之间的时间。这有利于实现相对较高的产品质量。

在这方面，有利地，所述第二距离超过预定距离。超过预定距离的第二距离有利于在电磁辐射的束的给定移动速度下设置用于所述第二部分的热输入之间的阈值时间段。这有利于实现相对较高的产品质量。

优选地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得当改变所述电磁辐射的束的移动方向时，所述电磁辐射的束在所述第一部分中的移动被延迟第一延迟，并且使得当改变所述电磁辐射的束的移动方向时，所述电磁射线的束在所述第二部分中的移动被延迟比所述第一延迟更长的第二延迟。比第一延迟更长的第二延迟有利于通过使用相对长的延迟来增加用于部分的热输入之间的时间。相对长的延迟允许更多的热量从第二部分传导出去。这有利于实现相对较高的产品质量。

在这方面，优选地，所述第二延迟超过预定延迟。超过预定延迟的第二延迟有利于设置用于所述第二部分的热输入之间的阈值时间段并且允许热量从第二部分传导出去。这有利于实现相对较高的产品质量。

有利地，所述第二延迟取决于所述第二部分热阻，则优选地，所述第二延迟作为所述第二部分热阻的函数而增加。当第二部分热阻相对高时，相对长的延迟允许更多的热量被传导出去。这有利于实现相对较高的产品质量。

优选地，在所述第二延迟期间，所述偏转装置在所述层的所选择部分的所述第一部分或另一部分沿着所述表面水平移动所述电磁辐射的束。

有利地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得所述电磁辐射的束在所述第一部分中的后续移动围成角度，其中，当所述角度小于预定角度时，所述电磁放射的束在所说第一部分的所述移动被延迟。

有利地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得所述电磁辐射的束在所述第一部分中的不同方向上的后续移动围成第一角度，并且使得所述电磁辐射的束在所述第二部分中的不同方向的后续移动围成大于所述第一角度的第二角度。这有利于减少所述第二部分的部分中的热速率输入，从而实现相对高的产品质量。

在这方面，优选地，所述第二角度超过另一预定角度。

在根据本公开的设备的实施例中，所述第一部分热阻和第二部分热阻基于所述材料浴的热阻和所述物体的所述部分的热阻。本公开至少部分地依赖于以下认识：粉末材料的热阻可以与物体的部分的热阻显著不同，即，粉末材料在被在随后冷却期间固化的电磁辐射的束熔化之后，并且由此形成物体的一部分。在物体的制造期间，物体的一部分或材料浴的局部热阻可能由于粉末材料通过固化装置的局部固化而改变，从而潜在地影响物体的质量。

有利地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述固化装置和所述偏转装置，使得用于所述第二部分的所述电磁辐射的束的能量密度低于用于所述第一部分的所述电磁辐射的束的能量密度。这有利于在第二部分中实现小于第一部分中的热速率输入的较低热速率输入，从而有利于实现具有相对高质量的物体。

优选地，用于所述第二部分的所述能量密度低于预定能量密度。这有利于在第二部分中实现低于预定阈值的热速率输入，从而实现具有相对高质量的物体。

优选地，用于所述第一部分的所述电磁辐射的束的光斑形状、光斑尺寸和/或阴影间距不同于所述第二部分。这有利于在第二部分中实现小于第一部分中的热速率输入的较低热速率输入，从而有利于实现具有相对高质量的物体。

优选地，所述电磁辐射的束的阴影间距基本相同，优选地，用于所述第一部分和所述第二部分是相同的。这对于实现允许实现相对低的制造成本同时允许实现相对高的产品质量的方法是有利的。在本公开的上下文中，阴影间距应理解为电磁辐射的束的相邻扫描路径的中心线之间的距离。

优选地，所述电磁辐射的束在所述第一部分和所述第二部分中的阴影间距的比率在0.25至1.0的范围内、优选地在0.25至0.75的范围内、更优选地在0.25至0.5的范围内。

有利地，所述设备被布置用于实现在所述处理室内沿气流方向的气体流动，并且其中，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，考虑所述处理室中所述气体流动的所述气流方向，控制所述固化装置和所述偏转装置，。应注意的是，处理室中沿预定方向的气体流动通常用于例如从层的所选择部分去除烟雾和空气中的颗粒。还应注意的是，已知在物体的制造期间，考虑气体流动的方向，以避免或至少显著降低烟雾干扰电磁辐射的束的风险，这可能导致粉末材料的浴的表面水平处的过程参数的不期望的变化。

本公开至少部分地依赖于以下认识：当改变电磁辐射的束的移动方向时，气流方向可能不会快速改变。这可能引起电磁辐射的束穿过烟雾，并由此在第一部分或第二部分中引起相对低的热速率输入。根据本公开的设备优选地被布置用于考虑气流方向并通过控制装置控制固化装置和偏转装置，使得在物体的制造期间，独立于所述电磁辐射的束沿表面水平的移动方向来实现在第一部分和第二部分中的预定热速率输入。这有利于允许相对较短的处理时间，同时实现具有相对高质量的物体。

优选地，所述控制装置被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，考虑支撑所述层的所选择部分的所述第一部分和所述第二部分的所述物体的所述部分的多个层，控制所述固化装置和/或所述偏转装置。应注意的是，在所述层的所选择部分的所述第二部分的所述表面水平下方，所述物体的所述部分的相对较低数量的层可导致相对高的第二部分热阻。

在这方面，有利地，所述控制装置被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，考虑预定数量的层的阈值，控制所述固化装置和/或所述偏转装置。

优选地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得所述电磁辐射的束在所述第二部分中沿着所述表面水平在远离所述第一部分的方向上移动。

有利地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述固化装置和所述偏转装置，使得所述层的所选择部分的所述第二部分中的热流低于或等于所选择部分的所述第二部分中的热流。

有利地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述固化装置和所述偏转装置，使得所述第二部分的最高温度低于或等于所述第一部分的最高温度。

在根据本公开的设备的实施例中，所述设备还包括：

-检测布置，该检测布置被布置用于检测所述层的所选择部分的温度；

-处理器单元，该处理器单元被布置用于接收所述检测到的温度，并且还被布置用于基于所述检测到的温度计算用于固化所述层的所选择部分的所述固化装置和/或偏转装置的更新的过程设置；

其中，所述控制装置还被布置用于接收所述更新的过程设置，并控制所述固化装置和偏转装置，以用于根据所述更新的过程设置固化所述层的所选择部分。

根据第二方面，本公开涉及一种使用设备通过按层顺序逐层增材制造来制造物体的方法，该设备包括：

-处理室，该处理室用于接收能够通过暴露于电磁辐射而固化的粉末材料的浴；

-支撑件，该支撑件用于相对于所述粉末材料的浴的表面水平定位所述物体的一部分；

-固化装置，该固化装置被布置用于生成用于固化所述粉末材料的浴的层的所选择部分的电磁辐射的束；

-偏转装置，该偏转装置被布置用于沿着所述表面水平移动所述电磁辐射的束；以及

-控制装置，该控制装置被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，考虑用于将热量从所述层的所选择部分的第一部分传导出去的第一部分热阻和用于将热量从所述层的所选择部分的第二部分传导出去的第二部分热阻，控制所述固化装置和所述偏转装置，第二部分热阻高于所述第一部分热阻；

其中，所述方法包括以下步骤：

-通过所述固化装置固化所述粉末材料(4)的所述层的所选择部分；

-通过所述偏转装置沿着所述表面水平移动所述电磁辐射的束；以及

-通过所述控制装置，考虑用于将热量从所述层的所选择部分的第一部分传导出去的第一部分热阻和用于将热量从所述层的所选择部分的第二部分传导出去的第二部分热阻，控制所述固化装置和所述偏转装置，其中，第二部分热阻高于所述第一部分热阻。

根据第二方面的方法的实施例对应于根据本公开的第一方面的设备的实施例。根据第二方面的方法的优点对应于先前提出的根据本公开的第一方面的设备的优点。

在这方面，有利地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得所述固化从所述第一部分进行到所述第二部分，其中，在所述控制步骤期间，控制所述偏转装置，使得所述固化从所述第一部分进行到所述第二部分。通过固化层的所选择部分的第一部分，减小了第一部分热阻。减小第一部分热阻可有利于减小第二部分热阻。减小的第二部分热阻增加了从第二部分传导出去热量的能力，从而允许相对短的处理时间，同时允许实现相对高的产品质量。换言之，从第一部分进行到第二部分避免或至少减少了热量可能不易被传导出去的部分的固化。

优选地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得在改变所述电磁辐射的束的移动方向之前，所述电磁辐射的束在所述第一部分中移动第一距离，并且使得在改变所述电磁辐射的束的移动方向之前，电磁辐射的束在所述第二部分中移动比所述第一距离长的第二距离，其中，在所述控制步骤期间，控制所述偏转装置，使得在改变所述电磁辐射的束的所述移动方向之前，所述电磁辐射的束在所述第一部分中移动所述第一距离，并且使得所述电磁辐射的束在所述第二部分中移动比所述第一距离长的第二距离。比第一距离长的第二距离有利于通过使用相对长的扫描路径来增加用于部分的热输入之间的时间。这有利于实现相对较高的产品质量。

在根据本公开的方法的实施例中，其中，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得当改变所述电磁辐射的束的移动方向时，所述电磁辐射的束在所述第一部分中的移动被延迟第一延迟，并且使得当改变所述电磁辐射的束的移动方向时，所述电磁辐射的束在所述第二部分中的移动被延迟比所述第一延迟更长的第二延迟，其中，在所述控制步骤期间，控制所述偏转装置，使得当改变所述电磁辐射的束的所述移动方向时，所述电磁辐射的束在所述第一部分中的所述移动被延迟所述第一延迟，并且使得当改变所述电磁辐射的束的所述移动方向时，所述电磁辐射的束在所述第二部分中的所述移动被延迟比所述第一延迟更长的所述第二延迟。比第一延迟更长的第二延迟有利于通过使用相对长的延迟来增加用于部分的热输入之间的时间。相对长的延迟允许更多的热量从第二部分被传导出去。这有利于实现相对较高的产品质量。

优选地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置，使得所述电磁辐射的束在所述第一部分中的不同方向上的后续移动围成第一角度，并且使得所述电磁辐射的束在所述第二部分中的不同方向上的后续移动围成大于所述第一角度的第二角度，其中，在所述控制步骤期间，控制所述偏转装置，使得所述电磁辐射的束在所述第一部分中的不同方向上的后续移动围成所述第一角度，并且使得所述电磁辐射的束在所述第二部分中的不同方向上的后续移动围成大于所述第一角度的所述第二角度。这有利于减少所述第二部分的部分中的热速率输入，从而实现相对高的产品质量。

优选地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述固化装置和所述偏转装置，使得用于所述第二部分的所述电磁辐射的束的能量密度低于用于所述第一部分的所述电磁辐射的束的能量密度，其中，在所述控制步骤期间，控制所述偏转装置，使得用于所述第二部分的所述电磁辐射的束的所述能量密度低于用于所述第一部分的所述电磁辐射的束的能量密度。这有利于在第二部分中实现小于第一部分中的热速率输入的较低热速率输入，从而有利于实现具有相对高质量的物体。

优选地，所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述固化装置和所述偏转装置，使得用于所述第二部分和所述第一部分的所述电磁辐射的束的光斑尺寸和/或光斑形状不同，其中，在所述控制步骤期间，控制所述偏转装置，使得用于所述第二部分和所述第一部分的所述光斑尺寸、光斑形状和/或阴影间距不同。这有利于在第二部分中实现小于第一部分中的热速率输入的较低热速率输入，从而有利于实现具有相对高质量的物体。

在根据本公开的第二方面的方法的实施例中，其中，所述设备被布置用于在所述处理室内实现气流方向上的气体流动，并且所述控制装置还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，考虑所述处理室中的气流的方向，控制所述固化装置和所述偏转装置，其中，在所述控制步骤期间，考虑所述处理室中的所述气体流动的所述方向，控制所述固化装置和所述偏转装置，优选地，使得独立于所述电磁辐射的束沿所述表面水平的移动方向来实现在所述第一部分和所述第二部分中的预定热速率输入。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

-通过计算单元在考虑所述第一部分热阻和所述第二部分热阻的情况下计算所述偏转装置的过程设置，其中，所述过程设置包括用于沿着所述表面水平移动所述电磁辐射的束的矢量；以及

-通过所述控制装置接收所述过程设置；并且

其中，在所述控制步骤期间，所述控制装置根据所述过程设置来控制所述偏转装置。

在这方面，有利地，在所述固化、移动和控制步骤之前执行所述计算和接收步骤，其中，在所述固化步骤期间，固化用于生产所述物体的粉末材料的第一选择性层部分。在离线模拟期间提前计算过程设置有利于在开始物体的制造之前实现相对短的停机时间。此外，离线模拟允许评估包括不同过程参数的多个策略，以达到允许实现相对低的制造成本同时允许实现相对高的产品质量的过程设置。

在根据本公开的方法的实施例中，所述方法还包括以下步骤：

-通过检测布置检测所述层的所选择部分的温度；

-通过所述处理器单元接收所述检测到的温度；

-通过处理单元基于所述检测到的温度计算所述偏转装置的更新的过程设置，优选地，其中，所述更新的过程设置包括用于沿着所述表面水平移动所述电磁辐射的束的更新的矢量；

-通过所述控制装置接收所述更新的过程设置；并且其中，在所述控制步骤期间，所述控制装置根据所述更新的过程设置来控制所述偏转装置。

在物体的制造期间，基于检测到的温度计算更新的过程设置有利于避免或至少显著降低制造相对低质量的物体的风险。

优选地，在所述固化步骤期间，在固化所述层的所选择部分的所述第二部分之前，固化所述层的所选择部分的所述第一部分。

附图说明

接下来将通过附图来解释根据本公开的方法和设备的实施例，其中：

图1示出了根据本公开的第一方面的用于通过增材制造来生产物体的设备的竖直截面；

图2A和图2B分别以俯视图和截面侧视图示出了根据本公开的通过增材制造来生产的物体；

图3A和图3B分别以俯视图和截面侧视图示出了图2的物体的顶层的扫描路径；

图4示出了根据本公开的将通过增材制造来生产的物体的体素的两个后续扫描路径；

图5示出了根据本公开第二方面的通过增材制造来制造物体的方法；

图6示出了根据本公开上第二方面的通过增材制造来制造物体的另一种方法。

具体实施方式

图1示出了设备1的竖直截面，该设备布置用于通过增材制造来生产物体2。设备1由多个框架零件11、12、13构成，并且包括用于接收粉末材料的浴4的处理室3，该粉末材料的浴4可以通过暴露于电磁辐射9而固化。处理室3基本上是气密的，并且在上侧由上壁33界定，允许电磁辐射通过上壁33进入处理室3。处理室3在四侧由侧壁界定，仅示出了侧壁的相对的侧壁31和侧壁32。粉末材料的浴4由供应容器(未示出)提供。在设备1的下框部11中，设置轴，其中，设置支撑件5，用于相对于粉末材料的浴4的路径的表面水平L定位待生产的物体2的一个或多个部分。上壁33和表面水平L之间的距离是恒定的。支撑件5可移动地设置在轴中，使得在固化物体2的层之后，支撑件5降低。

在设备1的顶部13中，设置了固化装置7，用于生成电磁辐射9的束，以用于固化粉末材料4的层的所选择部分。在所示的实施例中，固化装置7是激光装置，其被布置用于产生激光形式的电磁辐射9，以便熔化设置在支撑件5上的粉末材料4。由激光装置7发射的电磁辐射9通过偏转装置15偏转。偏转装置15使用可旋转的光学元件17来使电磁辐射9的束沿着粉末材料4的层的一部分的表面L移动。根据偏转装置15的可旋转光学元件17的位置，例如根据辐射射线19、21发射电磁辐射，从而在表面水平L处限定扫描路径。设备1包括控制装置23，用于在粉末材料4的层的所选择部分的固化过程中控制激光装置7和偏转装置15。设备1设置有开口6，开口6被布置用于将惰性气体(例如氩气或氮气)提供或冲洗到处理室3中或通过处理室3。

设备1还包括检测布置25和处理器单元27，检测布置25用于检测层2’的所选择部分的温度，处理器单元27用于接收检测到的温度，并用于基于检测到的温度计算用于固化层2’的所选择部分的激光装置7和/或偏转装置15的更新的过程设置。控制装置23被布置用于接收更新的过程设置，并控制激光装置7和偏转装置15，以用于根据更新的过程设置固化层2’的所选择部分。

例如，如图2A和图2B所示，物体2是逐层生产的。第一层粉末材料4设置在支撑件5上。粉末材料4的层的所选择部分有电磁辐射9暴露，以便熔化相应的粉末材料4。在冷却之后，形成待生产的物体2的固化部分。在形成待生产的物体2的第一层之后，降低支撑件5并且在第一层的顶部上设置粉末材料4的后一层，其中，第一层包括已经形成的物体2和先前未固化的粉末材料4的第一层。待生产的物体2的后一层在粉末材料4的下一层中固化。相应地，在已经形成的物体2的层2”的顶部上并且在先前未固化的粉末材料4”的顶部上的粉末材料4’的层中，生产物体2的后一层2’。最终，形成待生产的物体2。为了固化物体2的相应部分，需要对用于冷却熔化的粉末材料的层的所选择部分的每个部分进行热控制。不良的热控制会引起许多不良影响，例如平面外增长、零件的翘曲以及对可生产的物体的限制。

待固化物体2的后一层2’的所选择部分部分地位于先前已经固化的物体2的层2”的顶部，并且部分地位于先前未固化的粉末材料4’的顶部，因为所选择部分不是待生产物体2的一部分。粉末材料4’和4”的热阻高于固化材料2”的热阻。这意味着，与从物体2的直接靠在其下侧的粉末材料4”上的层2′相比，热量更容易从物体2的位于已经固化的物体2的部分附近或正上方的部分传导出去。

在粉末材料4’的层的所选择部分2’的固化期间，考虑第一部分2A的热阻，控制装置23控制激光装置7和偏转装置15以用于将热量从第一部分2A传导出去，并且考虑第二部分的热阻，以用于将热量从第二部分传导出去。第二部分2B的热阻高于第一部分2A的热阻，这意味着热量比从第二部分2B更容易从第一部分2A传导出去。第一部分2A和第二部分2B的热阻基于粉末材料4的热阻和物体2的已实现部分的热阻。

图3A和图3B示出了根据本公开的生产物体2的示例。图3A示意性地示出了待生产的物体2的顶层2’的俯视图，如在图3B的截面侧视图中示意性地示出的。虚线箭头表示用于要生产的物体2的层2’的相应扫描路径。控制装置23控制激光装置7和偏转装置15，使得电磁辐射9的束从具有低热阻的第一部分2A进行到具有高热阻的第二部分2B，并由此固化，如箭头S所示。在箭头S的右侧，热阻最低，至少低于箭头S的左侧。随着扫描路径沿箭头S的方向前进，热阻增加。在第二部分2B中生成的热量的一部分在从第二部分2B朝向第一部分2A的热流方向H上、在由箭头S指示的扫描路径的相反方向上被引导。

对于要生产的层2’，电磁辐射9的束首先以zig-zig形图案移动第一距离，如随后的图3A中的箭头S1–S4所示。zig-zig形图案应理解为其中相邻扫描路径在相同方向上行进的图案。当生产层2’的第一部分2A时，电磁辐射9的束的移动方向改变，使得电磁辐射9的束在第二方向上以zig-zig形图案移动，如随后的箭头S5和S6所示。物体2的每一层可以被划分为多个部分。为了实现良好的热控制，所述多个部分中的每个部分在固化后需要足够的时间来冷却。使用长扫描路径会增加每部分热输入之间的时间，并且因此实现良好的热控制。可选地，电磁辐射9的束可以以zig-zag形图案(即其中相邻扫描路径在相反方向上行进的图案)远离第一部分2A行进。

根据本公开，实现所述多个部分的每个给定部分的热输入之间的时间增加的另一种方式是通过在层2’的所选择部分的固化期间控制偏转装置15，使得电磁辐射9的束在第一部分2A中的移动被延迟第一延迟，并且使得电磁辐射9的束在第二部分2B中的移动被延迟比第一延迟更长的第二延迟。与图3B相关，延迟与热流H的方向相反地增加。这导致在要生产的层2’的左侧部分中的长的第二延迟，因为在该部分中热阻最高。因此，这导致在要生产的层2’的右侧部分中的短的第一延迟，至少比第二延迟短。控制装置23可以控制不同部分的延迟，例如，通过在固化多个部分中的另一部分之前等待预定时间，或通过在继续固化该多个部分的当前部分之前固化层2’的另一远程部分。

热控制的又一种方式是通过在层2’的所选择部分的固化期间控制激光装置7和偏转装置15，使得用于第二部分2B的电磁辐射9的束的能量密度低于用于第一部分2A的电磁辐射9的束的能量密度。这可以例如通过改变电磁辐射9的束的光斑形状或光斑大小来实现。控制装置23通过控制激光器7的功率和/或电磁辐射9的束在表面水平L的扫描速度来控制电磁辐射9的束的能量密度。通过在热阻高的第二部分2B中施加低激光功率和低扫描速度，第二部分2B具有足够的用于冷却的时间。因此，在第一部分2A中的激光功率和/或扫描速度可以高于在第二部分2B中的激光功率和/或扫描速度。

图4示出了根据本公开的用于固化物体2的部分22的一部分的两个后续扫描路径S7和S8。与扫描路径S8和S9相对应的电磁辐射9的束的两个随后的移动围成角度α。当角度α相对小时，扫描路径S9至少部分地由于电磁辐射9的束在表面水平L处的宽度而与扫描路径S8重叠。角度α越小，两个随后扫描路径S8和S9重叠越多。这导致在相应部分22中的热输入能量更高。为了避免每个给定部分的热输入过高，控制装置23被布置用于在层2’的所选择部分的固化期间控制偏转装置15，使得当角度α小于预定角度时，电磁辐射9的束的移动被延迟。

此外，为了实现根据本公开的每个给定的空间体素的热输入之间的时间增加，控制装置23被布置用于在层的所选择部分的固化期间控制偏转装置15，使得在第一部分2A中的电磁辐射9的束沿不同方向的后续移动围成第一角度α，并且使得在第二部分2B中的电磁辐射9的束沿不同方向的后续移动围成大于第一角度α的第二角度α。

此外，设备1被布置用于通过将气体通过开口6提供到处理室3中或通过处理室3来实现在处理室3内的气流方向上的气体流动。在根据本公开的实现每部分热输入之间的时间增加的附加方式中，控制装置23被布置用于在层2’的所选择部分的固化期间，考虑处理室3中的气体流动的气流方向，控制激光装置7和偏转装置15，使得在物体2的制造期间，独立于电磁辐射9的束沿着表面水平L的移动方向来实现在第一部分2A和第二部分2B中的预定热速率输入。

图5示出了用于使用前述设备1通过增材制造来制造物体2的方法101。在固化的第一步骤103中，粉末材料4的层的所选择部分通过激光装置固化。在移动步骤105期间，电磁辐射9的束通过偏转装置15根据相应的扫描路径沿着表面水平L移动。随后，在方法101的控制步骤107期间，考虑用于将热量从层的所选择部分的第一部分2A传导出去的第一部分2A热阻和用于将热量从层的所选择部分的第二部分2B传导出去的第二部分2B热阻，激光装置7和偏转装置15由控制装置23控制，第二部分2B热阻高于第一部分2A热阻。

在控制步骤107期间，控制装置23被布置成控制激光装置7和/或偏转装置15，以便实现不同的方式来实现每给定部分的热输入之间的时间增加，如前所述。

图6示出了使用上述设备1通过增材制造来制造物体2的另一种方法201。方法201包括固化步骤103、移动步骤105和控制步骤107，如前面对方法101所述。

在移动步骤105之前，方法201还包括以下步骤：通过使用所提出的方式中的一种或多种来实现每个部分的热输入之间的时间增加，考虑第一部分2A热阻和第二部分2B热阻，来计算104偏转装置15的过程设置。计算步骤104由处理器单元27中包括的计算单元执行。过程设置包括用于沿着表面水平L移动电磁辐射9的束的矢量。在移动步骤105之后并且在控制步骤107之前，过程设置在接收步骤106期间由控制装置23接收，之后，在控制步骤107期间，控制装置23根据过程设置来控制偏转装置15。

在根据过程设置控制107偏转装置15之后，在检测步骤108期间，由检测布置25测量层2’的所选择部分的温度。在接收步骤109期间，由处理器单元27接收检测到的温度，之后，在计算步骤104期间基于检测到的温度计算偏转装置15的更新的过程设置，其中，更新的过程设置包括用于沿表面水平L移动电磁辐射9的束的更新的矢量。在接收步骤106期间接收更新的过程设置，并且在控制步骤107期间，控制装置23根据更新的过程设置控制偏转装置15。

分别循环地重复计算104、移动105、接收106、控制107、检测108和接收109的步骤环，直到生产物体2。

Claims (15)

1.一种用于通过按层顺序逐层增材制造来生产物体(2)的设备(1)，所述设备(1)包括：

-处理室(3)，所述处理室(3)用于接收粉末材料(4)的浴，所述粉末材料(4)的浴能够通过暴露于电磁辐射(9)而固化；

-支撑件(5)，所述支撑件(5)用于相对于所述粉末材料(4)的浴的表面水平(L)定位所述物体(2)的部分；

-固化装置(7)，所述固化装置(7)被布置为生成电磁辐射(9)的束，所述电磁辐射(9)的束用于固化所述粉末材料(4)的层的所选择部分；

-偏转装置(15)，所述偏转装置(15)被布置用于沿着所述表面水平(L)移动所述电磁辐射(9)的束；以及

-控制装置(23)，所述控制装置(23)被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，基于将热量从所述层的所选择部分的第一部分(2A)传导出去的第一部分(2A)热阻和将热量从所述层的所选择部分的第二部分(2B)传导出去的第二部分(2B)热阻，控制所述固化装置(7)和所述偏转装置(15)，其中，所述第二部分(2B)热阻高于所述第一部分(2A)热阻。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述控制装置(23)还布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，控制所述偏转装置(15)，使得所述固化从所述第一部分(2A)进行到所述第二部分(2B)。

3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中，所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置(15)，使得在改变所述电磁辐射(9)的束的移动方向之前，所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中移动第一距离，并且使得在改变所述电磁辐射(9)的束的所述移动方向之前，所述电磁辐射(9)的束在所述第二部分(2B)中移动第二距离，其中所述第二距离大于所述第一距离，优选地，所述第二距离超过预定距离。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置(15)，使得当改变所述电磁辐射(9)的束的移动方向时，所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中的移动被延迟了第一延迟，并且使得当改变所述电磁辐射(9)的束的移动方向时，所述电磁辐射(9)的束在所述第二部分(2B)中的移动被延迟了第二延迟，其中所述第二延迟大于所述第一延迟，优选地，所述第二延迟超过预定延迟。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置(15)，使得所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中的后续移动围成角度(α)，其中，当所述角度(α)小于预定角度时，所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中的所述移动被延迟。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述第一部分热阻和所述第二部分(2B)热阻基于所述粉末材料(4)的浴的热阻和所述物体(2)的所述部分的热阻。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述固化装置(7)和所述偏转装置(15)，使得用于所述第二部分(2B)的所述电磁辐射(9)的束的能量密度低于用于所述第一部分(2A)的所述电磁辐射(9)的束的能量密度，优选地，其中，用于所述第二部分(2B)的所述能量密度低于预定能量密度，优选地，其中，用于所述第一部分(2A)的所述电磁辐射(9)的束的光斑形状、光斑尺寸和/或阴影间距不同于所述第二部分(2B)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)被布置用于在所述处理室(3)内实现气流方向上的气体流动，并且其中，所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，基于所述处理室(3)中的所述气体流动的气流方向，控制所述固化装置(7)和所述偏转装置(15)，使得在所述物体(2)的制造期间，实现在所述第一部分(2A)和所述第二部分(2B)中的预定热速率输入，而无需考虑所述电磁辐射(9)的束沿所述表面水平(L)的移动方向。

9.一种使用设备(1)通过按层顺序逐层增材制造来制造物体(2)的方法(101)，所述设备(1)包括：

-处理室(3)，所述处理室(3)用于接收粉末材料(4)的浴，所述粉末材料(4)的浴能够通过暴露于电磁辐射(9)而固化；

-支撑件(5)，所述支撑件(5)用于相对于所述粉末材料(4)的浴的表面水平(L)定位所述物体(2)的部分；

-固化装置(7)，所述固化装置(7)被布置为生成所述电磁辐射(9)的束，所述电磁辐射(9)的束用于固化所述粉末材料(4)的浴的层的所选择部分；

-偏转装置(15)，所述偏转装置(15)被布置用于沿着所述表面水平(L)移动所述电磁辐射(9)的束；以及

-控制装置(23)，所述控制装置(23)被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，基于将热量从所述层的所选择部分的第一部分(2A)传导出去的第一部分(2A)热阻和将热量从所述层的所选择部分的第二部分(2B)传导出去的第二部分(2B)热阻，控制所述固化装置(7)和所述偏转装置(15)，所述第二部分(2B)热阻高于所述第一部分(2A)热阻；

其中，所述方法(101)包括以下步骤：

-通过所述固化装置(7)固化(103)所述粉末材料(4)的浴的所述层的所选择部分；

-通过所述偏转装置(15)沿着所述表面水平(L)移动(105)所述电磁辐射(9)的束；以及

-通过所述控制装置(23)，基于将热量从所述层的所选择部分的第一部分(2A)传导出去的第一部分(2A)热阻和将热量从所述层的所选择部分的第二部分(2B)传导出去的第二部分(2B)热阻，控制(107)所述固化装置(7)和所述偏转装置(15)，其中，所述第二部分(2B)热阻高于所述第一部分(2A)热阻。

10.根据权利要求9所述的方法(101)，其中，所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置(15)，使得所述固化从所述第一部分(2A)进行到所述第二部分(2B)，其中，在所述控制步骤(107)期间，控制所述偏转装置(15)，使得所述固化从所述第一部分(2A)进行到所述第二部分(2B)。

11.根据权利要求9或10所述的方法(101)，其中，所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置(15)，使得在改变所述电磁辐射(9)的束的移动方向之前，所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中移动第一距离，并且使得在改变所述电磁辐射(9)的束的移动方向之前，所述电磁辐射(9)的束在所述第二部分(2B)中移动第二距离，其中所述第二距离大于所述第一距离，其中，在所述控制步骤(107)期间，控制所述偏转装置(15)，使得在改变所述电磁辐射(9)的束的所述移动方向之前，所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中移动所述第一距离，并且使得所述电磁辐射(9)的束在所述第二部分(2B)中移动第二距离，其中所述第二距离大于所述第一距离。

12.根据权利要求9、10或11所述的方法(101)，其中，所述控制装置(23)还被布置为在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置(15)，使得当改变所述电磁辐射(9)的束的移动方向时，所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中的移动被延迟了第一延迟，并且使得当改变所述电磁辐射(9)的束的移动方向时，所述电磁辐射(9)的束在所述第二部分(2B)中的移动被延迟了第二延迟，其中所述第二延迟比所述第一延迟更长，其中，

在所述控制步骤(107)期间，控制所述偏转装置(15)，使得当改变所述电磁辐射(9)的束的所述移动方向时，所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中的所述移动被延迟了所述第一延迟，并且使得当改变所述电磁辐射(9)的束的所述移动方向时，所述电磁辐射(9)的束在所述第二部分(2B)中的所述移动被延迟了第二延迟，其中所述第二延迟比所述第一延迟更长。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法(101)，其中，所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述偏转装置(15)，使得所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中的不同方向上的后续移动围成第一角度(α)，并且使得所述电磁辐射(9)的束在所述第二部分(2B)中的不同方向上的后续移动围成大于所述第一角度(α)的第二角度(α)，其中，在所述控制步骤(107)期间，控制所述偏转装置(15)，使得所述电磁辐射(9)的束在所述第一部分(2A)中的不同方向上的后续移动围成所述第一角度(α)，并且使得所述电磁辐射(9)的束在所述第二部分(2B)中的不同方向上的后续移动围成大于所述第一角度(α)的所述第二角度(α)。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法(101)，其中，所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间控制所述固化装置(7)和所述偏转装置(15)，使得用于所述第二部分(2B)的所述电磁辐射(9)的束的能量密度低于用于所述第一部分(2A)的所述电磁辐射(9)的束的能量密度，其中，在所述控制步骤(107)期间，控制所述偏转装置(15)，使得用于所述第二部分(2B)的所述电磁辐射(9)的束的所述能量密度低于用于所述第一部分(2A)的所述电磁辐射(9)的束的能量密度。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法(101)，其中，所述设备(1)被布置用于在所述处理室(3)内实现气流方向上的气体流动，并且所述控制装置(23)还被布置用于在所述层的所选择部分的固化期间，基于所述处理室(3)中的气体流动的方向，控制所述固化装置(7)和所述偏转装置(15)，其中，在所述控制步骤(107)期间，基于所述处理室(3)中的所述气体流动的所述方向，控制所述固化装置(7)和所述偏转装置(15)，优选地，使得独立于所述电磁辐射(9)的束沿所述表面水平(L)的移动方向来实现在所述第一部分(2A)和所述第二部分(2B)中的预定热速率输入。