CN117677457A - 具有解耦的处理室的增材制造设备和增材制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光相互作用的制造设备，特别是一种用于选择性激光熔化的制造设备。通过设备的主要部件，例如处理室(1)和光学模块(9)，相对于彼此的特殊布置以及通过解耦安装和定位元件的设置，可以在零件制造过程中容易地实现特别高的精度。

Description

具有解耦的处理室的增材制造设备和增材制造方法

技术领域

本发明涉及一种可自动化且基于光相互作用的制造设备，特别是一种具有精度确定的部件的优化布置的用于选择性激光熔化(SLM)的制造设备，从而可以最小化外部干扰和过程中发生的干扰。此外，还提出了一种优化的增材制造方法。

背景技术

现有技术中已知的SLM系统以这样的方式构建，即生产SLM部件所需的各个元件(例如特别是光学模块、构建室、涂布机和Z轴)直接附接至构建室或直接附接到彼此。

然而，这种类型的连接具有以下缺点：当该复合材料中的元件或子部件的相对位置和/或方向改变时，特别是由于热变形或由于力的影响，整体结构会发生不想要的变化。这导致待生产的部件的制造过程中出现偏差和不准确。主要部件结构的变形通常会导致激光束在粉末平面中的位置和方向的点定位误差，这无法再现和补偿或者需要付出非常高的代价才能补偿。

特别是，在具有多个激光扫描仪系统的SLM机器的情况下，粉末平面中各激光束的相对位置也可能存在偏差。此外，粉末床表面(例如位置或方向以及实际层厚度)可能会出现偏差。因此，所制造的部件的质量会受到影响，导致几何缺陷，例如形状和位置偏差、表面质量下降、或冶金缺陷、例如粘结缺陷或气孔。

例如从DE 10 2019 200 680 A1已知一种用于根据选择性激光熔化原理生产模制体的设备。该申请的主题通过引用并入本文。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于增材制造的制造设备，利用该制造设备能够实现待制造的部件的改进的制造质量。另外，本发明的一个目的是提供一种优化的制造工艺，利用该工艺可以实现改进的制造质量。特别地，本发明的一个目的是最小化在SLM部件的制造期间发生的干扰因素和干扰影响，特别是热影响和力影响，从而可以提高待制造的物体的质量。

为了解决该目的，提出了独立权利要求的特征。有利的实施例可以在从属权利要求中发现。

一种用于通过光学相互作用逐层构建粉末材料物体的设备可以包括处理室和至少一个光学模块。特别地，该设备可以利用选择性激光熔化工艺。

可以提供处理室以在构建场地提供工作空间。可以提供至少一个光学模块，其是照射单元的一部分，或者其形成用于对存在于构建场地的区域中的材料进行空间上的选择性照射的照射单元。优选地，光学模块布置在处理室上方并与处理室间隔开。主载体或接收元件可用于实现设备的各个主要部件的中央连接。接收元件或基座元件用作用于接收或支撑设备或制造设备的主要部件的承载单元。主要部件特别包括设备的生产物体所必需的那些部件，即特别是一个或多个光学模块、处理室、涂布机以及Z轴和/或升降装置。有利地，至少一个光学模块在第一接合部处安装或接收在基座元件上。进一步有利地，处理室在间隔开的第二接合部处被接收或安装在基座元件上，与至少一个光学模块解耦。因此，光学模块与处理室分开布置，其中光学模块以及处理室均安装在基座元件上。

因此，处理室的热膨胀不再直接影响间隔开的光学模块。由于设备的所有主要部件优选分开设置并且在基座元件上彼此间隔一定距离，所以主要部件对彼此的热影响或机械影响也被最小化。

优选地，主要部件排他地容纳在基座元件上，并且特别优选地，每个主要部件都仅在为每个主要部件单独设置的一个或多个接合部处被支撑。因此，主要部件或精度确定的部件的布置方式使得它们不会相互影响或者将影响保持在最低限度。

特别优选地，处理室经由多个接合部安装到基座元件，其中每个接合部与第一接合部(光学模块安装在第一接合部处)间隔开，并且其中特别优选地，多个接合部基本上布置在一水平面上。

特别优选地，基座元件具有参考平面，主要部件相对于该参考平面布置和定位，并且该参考平面的相对位置被用作位置信息，例如以补偿变形。

换句话说，所有相关部件优选地附接至基座元件，并且设备的一平面被用作每个主要部件的参考平面，该平面被定义为共同的参考平面并且特别优选地是光学模块的参考平面。

通过主要部件的这种特征性布置，特别是光学模块和处理室直接在基座元件上彼此间隔开和分离，使得这些部件的热和机械影响可以最小化，从而显著提高了该设备的制造质量。

该设备的各个主要部件，例如处理室、光学模块、升降装置和构建筒，可以彼此分开地安装，并且优选地直接安装在基座元件上。优选地，该安装允许各个部件的热膨胀而不将显着的力引入到基座元件中，使得主要部件可以在预定公差范围内自由变形，而不会由此将力或变形引入到其他主要部件或基座元件中。例如，为此目的可以减少主要部件的支撑点，使得它们分别例如在它们自己的支承点处安装在基座元件上，使得在热变形的情况下，连接的主要部件的主体不引入或仅引入最小的力到基座元件上。另外，可以设计容纳的主要部件的支承点，使得提供间隙，特别是在竖直方向上，使得在连接的主要部件在竖直方向上热膨胀时不会将力引入到基座元件中。特别地，通过将各个主要部件分开地布置在同一基座元件上，可以最小化主要部件之间相互的热和机械影响，从而可以提高待生产的部件的质量。

主要部件中的至少一个，例如处理室、光学模块、升降装置和/或构建筒，可以以热解耦的方式安装在基座元件上。例如，可以通过使用由隔热材料制成的部件来实现在基座元件上的热解耦安装。特别地，例如由陶瓷或玻璃或纤维增强塑料制成的隔热板和盘可以用作支承点或接合部处的中间元件。另外，可以使用由隔热塑料制成的隔板。通过该有利的实施例，可以进一步减少对基座元件的热影响。因此，主要部件之间的相互影响也可以显着降低。特别地，处理室的热变形是必要的，因此特别优选的是，至少处理室经由隔热材料(例如陶瓷板或塑料盘)安装在至少一个支承点或接合部(优选每个)处。

还可以在第二接合部处设置冷却装置以用于冷却该接合部。第二接合部是处理室与基座元件的(一个或多个)接合部，其与第一接合部分离。例如，冷却通道可以设置在支承板或支撑板中，其允许一个第二接合部(或多个第二接合部)的主动冷却或温度控制，从而最小化或主动影响处理室对基座元件和其他主要部件的热影响。被动冷却也是可行的，使得例如可以提供冷却片来冷却一个第二接合部(或多个第二接合部)，并且因此有助于减少处理室对基座元件的热影响。

优选地，设备的主要部件可以与处理室热耦合和机械耦合。特别地，设备的主要部件可以与处理室分开地设置在基座元件上。特别地，还可以在光学模块和处理室之间设置一个或多个适配器元件，用于相对环境进行气密和/或不透激光的屏蔽。适配器元件优选地布置在处理室上方和光学模块下方。由于适配器元件设置为光学模块和处理室之间的中间元件，并且适配器元件可以特别柔性地设计并且能够气密地屏蔽从光学模块到处理室的传输区域，因此可以实现光学模块与处理室的柔性连接以及热解耦和机械解耦。优选地，适配器元件直接连接至光学模块并且直接连接至处理室。因此，即使处理室的强烈加热也不会导致对光学模块的影响。有利地，适配器元件以允许处理室和适配器元件之间在水平面以及竖直面内的相对运动的方式连接到处理室。为此，可以在连接处设置密封环和/或膜。通过使用与密封环和/或膜结合的可移位轴承(优选地在水平方向以及竖直方向)，可以释放所连接的处理室的相对运动。因此，处理室的变形不会经由适配器元件传递至光学模块，而是通过适配器元件的特定连接以气密和/或不透激光的方式进行补偿。可以最大限度地减少部件相互之间的热和机械影响，从而显着提高部件的制造质量。

特别有利的是适配器元件的柔性设计，使得可以实现处理室无机械应力地相对光学模块相对运动。为此目的，适配器元件可以例如具有伸缩状结构和/或由柔性材料制成。特别地，适配器元件包括至少一个膜和/或至少一个密封环，以使得能够与处理室和/或光学模块机械和热解耦。

特别优选地，适配器元件具有集成的保护玻璃，以保护光学模块免受处理室的被颗粒污染的处理气氛的影响。特别优选地，保护玻璃刚性地连接至光学模块，以防止保护玻璃相对于光学模块的相对位移，从而确保部件的制造精度。特别优选地，适配器元件设置在光学模块和处理室之间并且与光学模块和处理室连通。

各个主要部件可以具有共同的参考平面。各个主要部件可以通过共同的参考平面彼此对准，特别是通过由不随温度变化的材料(temperature-invariant material)制成的定位元件。不随温度变化的材料例如是因瓦合金或纤维增强塑料，例如碳纤维增强塑料或玻璃纤维增强塑料。例如，也可以使用陶瓷或玻璃。由于各个主要部件都有一个共同的参考平面，因此可以相对于一个共同的参考平面来确定主要部件的位置和位移以及方向，从而能够精确地确定主要部件的位置和方向，并且其中，例如，相对于参考平面的位移的补偿可以经由机器控制并且因此通过调节束路径来实现。为了能够尽可能精确地确定主要部件的位置和方向，也可以相对于为各个主要部件设置的定位元件来执行各个主要部件相对于共同的参考平面的相对位置。由于定位元件由不随温度变化的材料制成并且这些定位元件直接连接到共同的参考平面，因此定位元件基本上表现出不随温度变化。因此，各个定位元件为各个主要部件的位置和方向的计量确定提供参考点或参考尺度。因此，通过确定相对于定位元件的相对位置和方向，可以以简单且可靠的方式确定主要部件的位移或方向。优选地，定位元件从基座元件顶部处的共同的参考平面竖直向下延伸到设备中、到达处理室并且到达升降装置和/或构建筒。

主要部件中的至少一个可以有利地通过定位元件耦合到共同的参考平面，用于确定相应部件的定向或定位的偏差。定位元件可以有利地直接设置在共同的参考平面处并且延伸到相应的主要部件。主要部件与定位元件之间的连接点可用于计量确定主要部件的位置和方向变化。有利地，以这种方式可以实现主要部件相对于共同的参考平面的位置和方向的精确确定。

主要部件的位移可以通过测量装置以电子方式记录并直接和/或同时在机器控制系统中计算。因此，可以补偿所确定的位移，特别是光学模块的光束路径的调整，以便提高部件的制造质量。

各个主要部件可以至少部分地经由定位元件直接机械地连接到共同的参考平面，以设定到共同的参考平面的恒定距离。这种进一步的扩展使得例如可以通过由不随热变化的材料组成的定位元件来固定或定位浮动安装的主要部件，使得例如在共同的参考平面和定位元件与主要部件的连接点之间的竖直方向上始终可以实现恒定的距离。浮动轴承进而允许主要部件膨胀，而与定位元件的连接点保持为固定点。特别地选择到定位元件的连接点，使得主要部件的位移对待制造部件的部件质量具有尽可能小的影响。

共同的参考平面可以有利地是光学模块的参考平面。参考平面的这种特别有利的定义使得能够简单且有效地确定主要部件的位置和方向以及精确的补偿。

特别有利地，基座元件被设计成使得其形成包围(特别是完全包围)处理室的框架。这使得主要部件、特别是处理室能够特别有利地安装在基座元件上。此外，热膨胀可以由基座元件补偿，至少达到可预定的最大值。

有利地，该设备可具有至少一个用于制备粉末材料的涂布机。涂布机可包括对准装置。为了保持对准装置的位置和方向恒定，其可以通过定位元件直接连接至参考平面，特别优选机械连接至参考平面。定位元件可以设计为杆、棒或细梁，其由不随温度变化的材料制成(如已经描述的那些材料)。这种特别有利的设计使得可以保持对准装置和共同的参考平面之间的距离基本恒定并且因此基本独立于热膨胀。因此，可以以特别有效的方式实现高部件精度。优选地，定位元件沿着Z轴定向，使得尽可能地防止沿着Z轴的长度变化。

有利地，该设备可以包括Z轴的测量系统，其中为了测量系统的位置和方向的恒定保持，其可以通过定位元件直接连接到(或安装在)参考平面上。测量系统还可以设置为升降装置的测量系统。

有利地，可以提供过程监控系统，例如摄像机系统、粉末床监控系统和/或熔点监控系统，每个过程监控系统耦合到共同的参考平面(优选直接连接到参考平面)。有利地，这些附加的过程监控系统因此独立于处理室布置并且直接连接到或安装在基座元件上。

有利地，提出了一种用于通过如上所述的设备来制造物体的方法，该方法可以包括以下步骤：通过至少一个定位元件来确定至少一个主要部件相对于共同的参考平面的位置和/或方向，因此，可以实现物体的特别精确的制造。

另外，该过程可以包括通过调整光束路径(特别是光学模块)来补偿直接或同时由机器控制系统确定的位移的步骤。因此，可以实现物体的特别精确的生产。

该方法还可以包括使用各个主要部件和与其相关联的定位元件作为参考来确定主要部件的位置和/或方向的步骤。如已经描述的，由不随热变化的材料制成的定位元件被视为相对于共同的参考平面的固定点，因此通过确定主要部件相对相应定位元件的相对距离(或距离变化)能够简单且明显地检测相应主要部件的位置和方向。

在另一个有利的实施例中，处理室可以沿着释放方向在接合部处被释放到基座元件，特别是在竖直方向上，并且可以附加地设置耦合元件，特别是耦合杆，其将沿释放方向的运动耦合到参考平面。耦合杆可以被设计为定位元件并且因此由不随温度变化的材料制成。定位元件也可以被设计为杆，其直接附接至共同的参考平面。该设备还可以具有用于竖向定位构建板的升降装置。另外，可以设置构建筒来引导构建板。升降装置和构建筒均可直接安装至基座元件。所有主要部件可以间隔开且独立于处理室设置，特别是设置在基座元件上。

有利地，各个主要部件可以以解耦的方式连接到基座元件，并且主要部件可以经由共同的参考平面彼此对准。有利地，处理室可以与光学模块分开且独立地安装在基座元件上。处理室可以包括处理室外壳，以在构建过程期间提供相对环境密封的工作空间。

附图说明

图1示出了增材制造设备的剖视图；

图2示出了增材制造设备的涂布机的构造；

图3示出了制造设备热膨胀期间的另一个侧视图；

图4示出了安装有定位元件的设备的另一侧视图；

图5a和图5b示出了另一个制造设备。

具体实施方式

下面结合示例性附图对本发明的实施例进行详细描述。实施例的特征可以全部或部分地组合，并且本发明不限于所描述的实施例。

图1示出了基于光学相互作用的制造设备的示意性实施例，特别是用于选择性激光熔化(selective laser melting，SLM系统)的制造设备，其中待加工的粉末材料被逐层地施加到可移动基板上并通过聚焦激光照射被局部地重熔，从而可以通过连续施加、曝光和熔化进一步的材料层(增材制造)来生成三维工件(待制造的物体)。

为此，制造设备提供至少一个激光光源，该激光光源通过连接到制造设备的控制系统产生光束，并且该光束借助集成在扫描头中的各种光学元件(例如聚焦或漫射透镜、反射镜、滤光器等)通过光束路径被聚焦到待处理的材料层上。然后将光束引导到待处理的材料层上。制造设备具有用于引导光束的光学模块9。

在传统的SLM机器中，出现的问题是主要部件(例如光学模块、构建室(或处理室)、涂布机和升降装置或Z轴)通常直接或至少部分直接连接到或直接附接到构建室或处理室。这样做的缺点是，当元件的相对位置和/或方向改变时(例如由于热膨胀或由于机械变形)，整个系统中会发生不想要的变化，这会扭曲制造过程并因此导致制造误差，这尤其是由于粉末平面中激光束的位置和方向的点定位误差造成的。由于至少部分地彼此直接连接的主要部件的热变形的相互作用，只有付出非常高的代价才能进行补偿。

相反，本发明提出了主要部件的解耦。例如，如图1所示，光学模块9在第一接合部0处直接安装至基座元件3。处理室1与其分开且间隔开地在第二接合部13处直接容纳在基座元件3上。

对于(特别是处理室1的)连接，优选使用隔热材料，例如陶瓷或塑料盘或隔热板作为支承表面的中间元件。第二接合部13是用于将基座元件3连接至处理室1的接合部，因此其优选地实现隔热支承。这使得处理室1能够热解耦，处理室1在系统运行期间加热到例如50℃至80℃。

在图1中，示出了第二接合部13的单个接合部(或支承点)，但是优选地，处理室1也可以经由多个第二接合部(优选地经由四个接合部)安装在基座元件3上。这些第二接合部可以基本上布置在一水平面中，并且处理室1可以(优选排他地)放置在其上，其下侧牢固地连接。第一接合部(光学模块9安装在此)优选地布置在距每个第二接合部一定距离(竖直和/或水平地)处。

优选地，基座元件3具有共同的参考平面2，主要部件相对于该共同的参考平面2布置和定位，并且其相对位置用作位置信息，例如以补偿变形。在有利的实施例中，光学模块9直接容纳在该共同的参考平面2上(例如直接容纳在基座元件3的上侧上)。

另外，设置一个或多个定位元件，其例如竖直向下延伸至主要部件。定位元件例如是定位元件4或8，其被设计成在被固定至共同的参考平面2的同时与主要部件(特别是与处理室1)热解耦和机械解耦。定位元件4可悬挂在处理室1中或侧向布置，以实现处理室1相对于共同的参考平面2的有效定位和定向。有利地，定位元件4不直接连接到处理室，而仅用作用于测量相对距离的距离标尺或相对点。特别地，处理室1、光学模块9、升降装置10和/或构建筒11可以被视为主要部件。

此外，为了进一步提高精度，如果仍然发生热位移，则可以通过测量装置以电子方式确定这些位移，并且可以直接且优选同时地在机器控制系统中计算这些位移。因此，还可以提供附加的过程监控系统12。这些过程监控系统12可以优选地直接连接至共同的参考平面和/或固定至共同的参考平面。有利地，可以提供用于监控设备的摄像机系统以及用于监控粉末床的粉末床监控系统和熔点监控系统，这些系统又直接耦合到共同的参考平面2，使得它们不遭受热位移和机械位移，并提供准确且未改变的数据。

适配器元件14有利地设置在光学模块9和处理室1之间。该适配器元件14允许实现相对环境的气密和不透激光的屏蔽，从而确保来自光学模块9的激光束的最佳地前进到处理室1中。在本文中，适配器元件14被柔性地设计或连接，使得可以在不传递机械应力的情况下实现处理室1相对光学模块9的相对移位。可以通过隔膜或密封环在密封的同时实现相对运动。

适配器元件14在接合部处连接至处理室1，使得允许处理室1和适配器元件14之间在水平面以及竖直面中的相对运动。为此目的，可以在接合部处设置多个密封环和/或隔膜。通过使用与密封环和/或隔膜结合的滑动轴承(优选地在水平方向和竖直方向上)，可以释放所连接的处理室1的相对运动，同时保证密封性。因此，处理室1的变形不会通过适配器元件14传递到光学模块9，而是通过适配器元件14的特定连接以气密和/或不透激光的方式进行补偿。可以最大限度地减少部件之间的相互热影响和机械影响，从而显着提高部件的制造质量。

此外，保护玻璃可以集成在适配器元件14中以保护光学模块免受处理室1中的被颗粒污染的处理气氛的影响。然而，保护玻璃必须刚性地连接至光学模块9以防止保护玻璃相对光学模块的相对位移。

图1还示出了测量系统6，其可用于测量Z轴7并使用定位元件8作为参考。此外，测量系统6还可以用于确定主要部件(例如构建筒11和处理室1)的位置和方向。该测量系统并且优选设备的所有测量系统都参考共同的参考平面2，特别是通过定位元件。以定位元件8作为参考元件，可以实现主要部件的准确位置和姿态确定。定位元件由不随温度变化的材料制成。不随温度变化的材料例如是因瓦合金(invar)或纤维增强塑料，例如碳纤维增强塑料或玻璃纤维增强塑料。

构建筒11包含升降装置10，升降装置10可竖直移动，例如以相对于周向转换(circumferential conversion)升高或降低基板。为了开始构建过程，通过对准装置(或涂布机22)在板上沉积一层材料粉末并使其平整。在成形过程中，在连续施加各层并合并所需部分之后，升降装置10逐渐降低以允许每次在构建场地(construction field)重新施加材料粉末层。

如图1所示，还设置了另外的测量装置5，其可以检测升降装置10的相对位置。在此，例如确定沿竖直方向的位移。与此平行，定位元件8可以设置在测量装置5的侧面，用于确定各个主要部件的相对定位以及测量系统5的位置或零点。因此，定位元件8优选地直接连接到共同的参考平面2。由于定位元件由不随热变化的材料制成，因此它们基本上不会由于热影响而形成，而是保持恒定的长度。因此，定位元件和共同的参考平面2之间的距离可以被认为是基本恒定的。测量装置5用于确定升降装置10的构建平台的位置和方向。为此目的，测量装置5可以存在于例如升降装置10中或平行于升降装置10。测量装置5可以具有布置在升降装置10的筒内的定位元件，以便为位置确定提供恒定基准。特别地，可以使用激光距离传感器作为测量装置5，或者可以使用诸如触摸传感器的触觉测量装置。

每个定位元件提供相对于共同的参考平面的固定点，并且这些固定点用于容易地确定每个主要部件的位移和/或方向变化。与使用固定到共同的参考平面2的尺子或标尺类似，因此可以通过测量或确定主要部件和定位元件之间的相对位置变化来确定相对于共同的参考平面2的位移，并且使用通过机器控制系统确定的位移来补偿光束路径，以便在制造工件时实现最准确的部件精度。

如图1所示，两个定位元件8侧向布置并与处理室1间隔开，由此这些定位元件可用于例如确定升降装置10和/或筒11的位置，还用于确定处理室1的位置。通过提供两个间隔开且平行的定位元件8，可以在两个不同侧上确定主要部件的位置，从而可以容易且精确地确定位置的变化以及方向的变化。

处理室1在第二接合部13处牢固地连接到基座元件3。然而，从图1中可以看出，处理室1的热变形会导致处理室1的中心相对于共同的参考平面2移位。还为处理室1提供至少一个(优选两个)定位元件4。定位元件被设计成与处理室1热耦合和机械耦合。当处理室1的位置改变时，定位元件4的固定点可用于确定处理室1的精确位置和方向。

如图1所示，基座元件3可以有利地包括基板或基部元件、放置在基板上的侧壁、以及盖部分，光学模块9附接到盖部分。优选地，基座元件3的组成部分彼此牢固地连接以形成稳定的框架。

因此，建议将处理室1提供为封闭的框架或基座元件3，其容纳或支撑所有主要部件。各个部件通常包括具有光学模块9的光学系统、处理室1或构建室、升降装置10和构建筒11。这种特定的设计导致独立的力流(force flow)并且在施力方面没有部件受到另一个部件的影响。此外，部件可以彼此精确对准。

另外，定义一个平面作为整个系统的共同的参考平面2。有利地，这是光学系统或光学模块9的参考平面。诸如主要部件之类的精度确定元件直接且热稳定地耦合到该平面。热稳定性可以通过定位具有低热膨胀系数的元件(例如由因瓦合金制成)来实现。特别优选地，光学模块9相对于参考平面2(和接收元件3)的位置和方向也可以是可调节的，例如通过竖直和/或水平可调节轴承调节。

图2是本发明的一个有利实施例，其可以单独使用或与图1所示的实施例结合使用。图2所示的是对准装置或粉末层制备单元。该对准装置可以被认为是精度确定的部件或者也可以被认为是主要部件。具有涂布机22的刮唇(scraper lip)20的对准装置是粉末层准备单元的一部分，其可用于整平基板(或构建板)上的材料粉末。为了对准刮唇20，其在直的对准梁21上移动。释放刮唇的紧固并且可以将刮唇压靠在对准梁21上。在此过程中，对准梁21的几何位置、定位和定向被转移至刮唇20。然后重新激活刮唇20的紧固。因此，刮唇再次被固定住(rigid)。现在重要的是对准梁21的位置在机器运行期间不改变，使得刮唇20总是能够以可再现且无误差的方式与其对准。在工件的堆积过程中，在有缺陷的粉末涂层中，对准误差是直接可见的。

对准梁21的位置和方向的精确保持是通过对准梁21在两侧经由固定至其上的定位元件23连接来实现的，并且定位元件23又直接连接或安装在共同的参考平面2上。此外，定位件23由低热膨胀系数的材料制成。因此，定位元件23特别是由不随温度变化的材料制成。不随温度变化的材料例如是因瓦合金或纤维增强塑料，例如碳纤维增强塑料或玻璃纤维增强塑料。

另一个精度确定的部件是Z轴7的测量系统。这里，热位移也会导致不正确的测量，这反过来又会直接影响待生产的部件的精度和冶金完整性。这是通过经由定位元件8将测量系统直接连接到共同的参考平面2(或者至少部分地在定位元件处支撑它)来避免的。理想地，定位元件在此也由具有低热膨胀系数的材料制成。

图3和图4示出了本发明的进一步的实施例，其中图3示出了处理室1的热膨胀。通过将处理室1在第二接合部13处安装在基座元件3上，其中这些第二接合部13仅存在于下侧，可以在不将应力引入到基座元件3中的情况下实现处理室1在竖直方向上的膨胀。柔性连接的适配器元件14使得能够在不将应力引入到基座元件3或光学模块的情况下在处理室1的顶侧的水平和竖直方向上膨胀。

在图3中，因此设置了适配器元件14，其使得光学模块9和处理室1之间能够解耦，其中光学模块9和处理室1均被安装在基座元件上。因此，即使在处理室1热膨胀的情况下，也可以实现来自光学模块9的精确光束引导。

为了进一步提高精度，如图4所示，可以附加地提供由不随温度变化的材料制成的定位元件，这使得能够精确确定主要部件、特别是处理室1的位置和方向。不随温度变化的材料例如是因瓦合金或纤维增强塑料，例如碳纤维增强塑料或玻璃纤维增强塑料。例如，也可以使用陶瓷或玻璃。

图5a和图5b显示了另一个制造设备。图5a显示了由于工艺热(process heat)而热膨胀的处理室。由于未提供主要部件的解耦，因此激光束的焦点会发生偏移。图5b显示变形不仅发生在竖直方向，而且还发生在水平方向，因此激光束发生复杂的移位。热变形和机械变形会导致部件制造的严重不准确。

Claims (20)

1.一种通过光学相互作用将粉末材料逐层形成物体的设备，特别是根据选择性激光熔化的方法，其中所述设备包括：

用于在构建场地的区域中提供工作空间的处理室(1)，

用于在空间上选择性地照射存在于构建场地的区域中的材料的照射单元的至少一个光学模块(9)，

用于竖向定位构建板以支撑所述构建场地的升降装置(10)，以及

用于所述设备的各个主要部件的联合连接的集体接收元件(3)，其中

所述光学模块(9)在第一接合部处布置在所述接收元件(3)上，并且所述处理室(1)在至少一个间隔开的第二接合部处与所述光学模块(9)分开地布置在接收元件(3)上。

2.根据权利要求1所述的设备，其中

所述各个主要部件(例如处理室(1)、光学模块(9)、升降装置(10)和/或构建筒(11))彼此分开安装，并且优选直接安装在所述接收元件(3)上。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述主要部件(例如处理室(1)、光学模块(9)、升降装置(10)和/或构建筒(11))中的至少一个以热解耦的方式安装在所述接收元件(3)上，特别是通过隔热材料安装在所述接收元件(3)上。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

用于冷却所述接合部的冷却单元至少设置在所述第二接合部处。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述处理室(1)仅在一个支承点处安装在所述接收元件(3)上和/或其中所有功能载体与所述处理室(1)分开安装。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述设备的所述主要部件与所述处理室(1)热解耦和机械解耦，并且在所述光学模块(9)和所述处理室(1)之间设置适配器元件(14)以用于将光束引导区域相对环境进行气密和/或不透激光地屏蔽。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述适配器元件(14)被柔性地设计，使得所述处理室(1)无机械应力地相对于所述光学模块(9)相对移位成为可能。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述适配器元件(14)包括膜和/或密封环。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述适配器元件(14)包括集成的保护玻璃，以保护所述光学模块(9)免受被颗粒污染的处理气氛的影响，并且其中优选地，所述保护玻璃刚性地连接到所述光学模块(9)以避免所述保护玻璃相对所述光学模块(9)的相对移位。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中

所述各个主要部件具有共同的参考平面(2)，并且所述各个主要部件通过所述共同的参考平面(2)相对于彼此对准，特别是通过由不随温度变化的材料(例如因瓦合金和/或纤维增强塑料)制成的定位元件相对于彼此对准。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述主要部件中的至少一个通过定位元件耦合至所述共同的参考平面(2)，用于确定相应部件的定向或定位的偏差。

12.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述主要部件的位移通过测量装置(5)以电子方式确定，并且优选地直接和/或同时在机器控制中计算，以便补偿所确定的位移，特别是通过调整光束路径补偿所确定的位移。

13.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述各个主要部件至少部分地经由定位元件直接机械地连接到所述共同的参考平面(2)，以设定到所述共同的参考平面的恒定距离。

14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中

所述光学模块(9)的参考面为所述共同的参考平面(2)。

15.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述接收元件(3)是至少包围所述处理室(1)的框架，并且其中所述接收元件(3)优选地还包围所述升降装置(10)和/或所述构建筒(11)。

16.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述设备还包括用于制备所述粉末材料的涂布机(22)，所述涂布机(22)包括对准装置，其中，

为了保持所述对准装置的位置和方向恒定，所述对准装置通过定位元件(23)直接连接至所述共同的参考平面(2)。

17.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

所述设备包括Z轴(7)的测量系统(6)，并且为了测量系统(6)的位置和方向的恒定保持，所述测量系统(6)通过定位元件(23)直接连接到所述共同的参考平面(2)。

18.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，其中

提供过程监控系统(12)(例如摄像机系统、粉末床监控系统和/或熔点监控系统)，每一过程监控系统(12)耦合到所述共同的参考平面(2)。

19.利用根据前述权利要求中至少一项所述的设备制造物体的方法，其中使用定位元件确定至少一个主要部件相对于所述共同的参考平面(2)的位置和/或方向，并且

通过调整所述光学模块(9)的光束路径来补偿直接和/或同时通过机器控制系统检测到的位移。

20.根据权利要求19所述的方法，其中

为了确定所述主要部件的位置和方向，将与每个主要部件相关联的定位元件用作参考。