CN117897246A - 用于增材制造三维构件的制造设备以及制造方法 - Google Patents

用于增材制造三维构件的制造设备以及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于增材制造三维构件(30)的制造设备(10)，所述三维构件优选是金属和/或陶瓷的三维构件，所述增材制造通过借助至少一个涂覆单元(12)逐层施加和借助至少一个照射单元局部选择性固化构建材料来进行，该制造设备包括构造平台(19)，其中，构造平台(19)具有：带有至少一个上开口的上区段(20)，在所述上区段上能构建构件(30)；以及带有至少一个能关闭的下开口的下区段(21)。

Description

用于增材制造三维构件的制造设备以及制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于增材制造三维构件的制造设备、一种相应的制造方法以及一种相应的系统。
背景技术
用于通过逐层施加和局部选择性固化构建材料来增材制造三维构件的制造设备和相应的方法原则上由现有技术已知。为了逐层施加通常设有至少一个相应的涂覆单元。为了局部选择性固化通常提供至少一个相应的照射单元(例如包括至少一个激光器)。
此外已知的是，在构造平台上构建三维构件，所述构造平台可由支架(构造平台支架)保持和/或移动。这样的制造设备例如由WO2014/044705A1已知。在那里描述了一种具有构造空间的制造设备，在所述构造空间中制造三维物体。此外，描述了用于容纳所制造的物体和围绕该物体的未固化的粉末的容器。该容器又围绕一体积并且在其向下指向的一侧上是开放的。该容器的开放的一侧能由关闭元件关闭，并且所制造的物体和围绕该物体的未固化的粉末连同关闭元件一起是能从构造空间出来从下方通过开放的一侧推入到容器中的。从而能将在能关闭的容器中的所制造的物品和围绕该物品的粉末从制造设备中取出，而粉末不会从容器中漏出。所述用于取出的方法在应用中被认为是相对耗费的且不实用的。
此外，关于现有技术应参阅US2008/0241404A1，其也公开一种用于制造三维物体的设备。然而那里的设备不是利用照射单元(例如包括至少一个激光器)工作，而是利用液体作为(局部施加的)粘合剂用以构成所期望的三维结构(按照“粘结剂喷射”原理)。该方法原则上必须满足不同于利用照射单元或者说利用粉末的局部照射来工作的方法的条件，使得那里的考虑原则上是不能转移到利用照射单元来工作的制造设备上。例如，如也在US2008/0241404A1的图1中可见的那样：要制造的物体(在那里以附图标记18表示)在一定程度上在粉末床中“飘浮”，也就是说尤其不必通过构造平台来支撑。对此，在US2008/0241404A1中可行的是，在被称为构造平台的结构的上侧上构造相对细密的网格。通过该网格则应能在制造过程之后移除多余的粉末。但这种网格不是能容易地转移到利用局部照射来工作的方法(例如激光烧结)上的。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种用于增材制造三维构件的制造设备的尽可能简单且尽管如此有效的解决方案，所述增材制造通过借助至少一个涂覆单元逐层施加和借助至少一个照射单元局部选择性固化构建材料来进行，其中，三维结构(和/或未固化的粉末)的移除应是能尽可能简单且以相对低的耗费来实施的。此外，本发明的任务在于，提出一种相应的制造方法以及一种相应的系统。
借助照射单元局部选择性固化在此尤其应理解为这样的方法，照射单元在所述方法中聚焦地照射个别位置。优选地，这包括利用来自一个或多个激光器或激光二极管的激光束进行照射和必要时进行扫描。
该任务尤其是通过权利要求1的特征来解决。
尤其地，该任务通过一种用于增材制造(优选金属和/或陶瓷的)三维构件的制造设备来解决，所述增材制造优选通过借助至少一个涂覆单元(作为制造设备的组成部分)和优选借助至少一个照射单元(作为制造设备的组成部分)局部选择性固化构建材料来进行，该制造设备包括构造平台，构造平台具有：带有至少一个(必要时不能关闭的)上开口的上区段，构件能(尤其直接地)构建在所述上区段上；以及带有至少一个能关闭的下开口的下区段。
本发明的构思在于，提供如下构造平台，所述构造平台在上区段(三维构件构建在所述上区段上)中具有至少一个上开口并且在下区段中具有至少一个能关闭的下开口。在上开口与下开口之间优选地存在用于容纳粉末的容纳区域(具有例如至少1立方厘米或至少10立方厘米或至少100立方厘米和/或最大25000立方厘米、必要时最大5000立方厘米的容量)。由此能以简单且有效的方式实现三维构件的移除(不必同时一起移除更大量的粉末，如例如在WO2014044705A1中)。
按照本发明的另一(原则上独立的、然而优选能与上述方面结合的)方面，对于上述任务提出一种用于增材制造三维构件的(尤其是上述类型的)制造设备，所述增材制造优选通过借助至少一个涂覆单元逐层施加和优选借助至少一个照射单元局部选择性固化构建材料来进行，该制造设备包括：构造平台、用于构造平台的支架、以及构造井，在所述构造井中，支架在高度上是能相对变化的，其中，支架具有支承装置，所述支承装置部分地布置在构造井之外，并且当支架在高度上相对改变(例如相对于例如静止的构造井不向上或向下移动)时，所述支承装置在构造井壁的凹部中运动，凹部在支承装置的上方和下方是能由覆盖件——覆盖件尤其包括覆盖带或由其形成——来覆盖的(或者是由覆盖件覆盖的)，(更确切地说优选在支架或构造平台的每个位置中，尤其是相对于构造井)。
前述段落的方面的优选构思在于，通过支架或者说支承装置能实现以简单的方式调设或者说改变支架或构造平台的高度。通过就此而言原则上必要的凹部不仅在支承装置的上方而且在支承装置的下方被覆盖，能以简单的方式实现向下移除(例如多余的)粉末，而粉末不会通过这样的凹部(非期望地)离开构造井。尤其是结合涉及构造平台的上开口或下开口的上述方面从而实现：能以简单的方式实现粉末的有效的排出，并且尤其能实现所制造的三维构件的有效且简单的移除。
尤其地，三维构件是能直接构建在构造平台的上区段(例如具有至少一个上开口的相应的板)上的(或者在按照本发明的方法中直接构建在那里)，也就是说尤其是在要构建的物体的下侧与构造平台的上侧之间不存在间距，如例如由于位于其下的粉末层。
可存在至少2个或至少4个或至少10个和/或最多100个或最多50个或最多20个(必要时不能关闭的)上开口。
在一个实施形式中存在仅一个(尤其是中央的或布置在边缘区域中的)下开口，然而在替代的实施形式中也可存在至少2个或至少4个和/或最多10个下开口。开口优选应理解为连续的(没有材料的)面区段。
上区段优选(除了所述至少一个上开口之外)是平的(或者说平坦的)。
支架可具有支承装置作为整体组成部分。也可行的是，支架具有(例如能在构造井之内移动的)支架元件，所述支架元件与支承装置连接和/或被该支承装置支撑，其中，该支承装置优选至少部分地布置在构造井之外。支架必要时也可仅包括支承装置(或者说由该支承装置形成)。支架和/或支架元件和/或支承装置可构造为一件式的或多件式的。尤其是支架可具有至少两个部分，其中一个部分(至少主要地)布置在构造井之内并且另一部分(至少主要地)布置在构造井之外(其中，主要优选是指相应的主要重量份额)。
在一个具体的实施形式中，上区段包括(尤其是至少在上侧、必要时也在下侧是平的)板或者由这样的板形成。
替代地或附加地，下区段可由锥体或截锥构成或包括这样的锥体或截锥。优选地，在锥体或截锥的中间布置有(尤其是正好一个)开口。
下区段可延伸直至上区段的高度上。
下区段的重心优选位于上区段重心下方至少5厘米或至少10厘米。
下区段优选不包括如下表面，构件构建或能构建在所述表面上。替代地，但可设想的是，下区段构成这样的表面的至少一定的部分(优选地然而小于50面积％、更优选地小于20面积％或小于5面积％)。
替代地或附加地，支架可包括锥体或截锥，其中，优选地在锥体或截锥的中间布置有开口。在这种解决方案中，能以简单的方式实现多余粉末(所述粉末通过至少一个上开口到达)的收集，其中，尤其是在锥形或截锥形状的情况下能在需要时实现粉末的进一步排出(向下，穿过构造平台并且必要时穿过支架)。
在一个具体的实施形式中，构造平台可具有两部分，即上板和支撑或者说保持上板的区段，该区段尤其是以锥形或截锥形状的形式。
在实施形式中，支架(尤其是支架元件)可包括用于关闭构造平台下区段的开口的关闭装置，(和/或相反地，尤其是在如下意义上：构造平台或者说其下区段具有用于关闭支架的开口的关闭装置；必要时支架和构造平台也可具有彼此对应的结构，使得通过这些结构的结合能实现相应的开口、尤其是构造平台的开口或支架的开口的关闭)。
在实施形式中，上区段具有至少一个、或至少两个、和/或最多50个、优选最多10个开口。替代地或附加地，下区段具有正好一个或多于一个开口和/或最多10个、必要时最多4个开口。
在一个实施形式中，上区段的至少一个开口构造为弧形的、优选圆弧形的，其中，优选地，多个开口构成一个圆，所述圆由至少一个连接片、优选地至少两个或至少四个连接片中断，必要时(尤其是彼此同中心地)构造有多个这样的圆。通过这样的方式能特别优选地打印至少在底面或第一层的区域中环形的构件。必要时，如果不同的旋转对称构件在彼此内部制造或者构件由多个环组成，那么可产生多个环。
上区段(尤其是与在上述段落中所阐释的弧形开口的可行性相结合)可例如构造成圆形的(替代地卵形的、尤其是椭圆形的)。
也可设想的是，至少一个开口(或多个并排的开口共同地)笔直地延伸，例如矩形形状地(必要时也正方形地)。在实施形式中，(必要时笔直延伸的)开口可构造成相对长形的(例如具有开口宽度的至少2倍或至少5倍那么大的长度)。
替代地或附加地，构造平台的上区段也可具有多边形的、尤其是四边形的(按照实施方案矩形或正方形的)形状。
尤其地，具有带角的(例如矩形的)接触面的构件能在相应的带角的(矩形的)框架上制造。
具有盘形横截面的构件必要时可构建在盘上。
上区段(例如盘或圆或矩形)必要时可如此大，使得仅在边缘处存在至少一个上开口。在这种情况下，必要时不是所有粉末都能流出。那么必要时可将一部分连同三维物体一起(例如通过相应的筒)取出。
原则上，对于构造平台的上区段来说任何(也非规则几何形状的)形状都是可行的。
优选地，上区段然而构造成，使得(多余的)粉末的大部分(亦即多余粉末的至少50重量％、优选至少80重量％或至少95重量％)能向下通过(足够大的)开口流出。相应的开口必要时可位于在第一层中不需要被制造的任何位置。
在实施形式中，上区段的至少一个开口具有至少1.0平方毫米、优选至少1.0平方厘米、必要时至少10平方厘米或甚至至少20平方厘米和/或最大500平方厘米的横截面面积。
制造设备优选地具有(尤其是能气体密封的)容器(筒)，所述容器的下端部优选是能由构造平台关闭的，并且所述容器(特别优选地)能从制造设备移除。这样的容器至少原则上由WO2014/044705A1是已知的。而结合上开口以及下开口在此可行的是，构件例如能转移到容器(筒)中，而不会将相对大量的多余材料(所述多余材料必要时可被预先排出)一起移除。容器——那么构件(或多个构件)位于在其中——则是相对轻的，这简化了容器的移除和进一步的运输(和/或存放)。
在实施形式中，尤其是环绕构造井和/或至少局部在构造井的区段、优选凸缘区段之下设有收集装置，以便收集多余的构建材料。为此可设有至少一个(或者多个)开口，所述开口例如布置(例如在所述凸缘区段中)成，使得由推动单元移动的材料能通过相应的开口下落并且随后必要时能(进一步在下部)被收集。
构造井在其下端部处可以是如此结束的或是能如此结束的，使得通过下区段的至少一个开口排出的构建材料能容纳在构造井中，其中，这样所容纳的构建材料必要时能借助(尤其是主动的)冷却装置冷却和/或能与所收集的构建材料相结合(或者能被与之分离地容纳和/或移除)。通过这种措施能以简单的方式收集并且必要时移除在制造过程中剩余的构建材料的部分，例如通过以下方式：推动单元(涂覆单元)将粉末的一部分推出构建区域之外，和/或通过以下方式：(例如在构建过程结束时向下排出粉末。
所收集的构建材料(尤其如上所述)优选能导回给制造过程(或者说制造设备或者相应的包括相应设置的制造设备的设施)。
构造井壁(或在构造井壁中)的凹部优选包括缝隙或者由这样的缝隙形成。
凹部、尤其是缝隙优选在以下(竖直的)长度或者说高度上延伸，所述长度或者说高度至少大约等于支架相对于构造井的移动路径(必要时最大等于这样的移动路径的1.5倍或最大等于这样的移动路径的1.2倍)，和/或在构造井高度的至少50％上延伸。
(用于凹部的)覆盖件优选地可包括带，所述带与支架(尤其是支承装置)连接。带可环绕地构造或者具有两个端部，所述两个端部例如与支承装置连接。
此外，上述任务通过一种用于增材制造至少一个三维构件的制造方法来解决，所述增材制造通过(优选借助至少一个涂覆单元)逐层施加和(优选借助至少一个照射单元)优选局部选择性固化构建材料来进行，该方法使用上述制造设备，该方法包括如下步骤：
a)将构建材料供给到构造平台上，直至构建材料的最上层至少(尤其是准确地)位于上区段的上表面的高度上，尤其是从而填充在上区段与下区段之间的空间；
b)构建构件；和
c)打开下区段以排出剩余的构建材料。
优选地，在步骤c)之后将构造平台与容器连接，所述容器在其下端部处优选由构造平台(或者说其具有能关闭的下开口的下区段)关闭。
在实施形式中，可在步骤b)中将多余的材料收集在收集装置中并且必要时可与在步骤c)中所排出的材料汇集(或者至少部分地、必要时完全相对于该所排出的材料被单独容纳和/或移除)。
优选地，在构建所述至少一个构件时使至少一个上开口和开始层彼此协调，尤其是使得在构建所述至少一个构件时开始层不是直接(沿竖直方向)布置在所述至少一个上开口之上。在实施形式中，至少一个构件的开始层的至少一个区段相比于上开口的至少一个区段而言与构造平台的表面中心的距离可以是更远的。替代地或附加地，至少一个构件的开始层的至少一个区段相比于上开口的至少一个区段而言与构造平台的表面中心的距离可以是更小的。上区段的表面中心优选地应理解为面重心(例如在圆形形状的情况下的圆心)。
作为独立的(然而优选改进的)按照方法的方面，为了解决上述任务提出一种用于增材制造至少一个三维构件的(尤其是上述类型的)制造方法，所述增材制造优选通过借助至少一个涂覆单元逐层施加和优选借助至少一个照射单元局部选择性固化构建材料来进行，该方法使用上述类型的(尤其是根据第二方面的)制造设备，该方法包括如下步骤：构建构件；以及至少部分地在构造井中(或者说之内)至少暂时容纳在涂覆期间被运出构造平台之外的构建材料和/或在制造过程之后被移除的构建材料。
此外，上述任务尤其是通过一种包括上述制造设备以及构建材料的系统来解决，该系统尤其是用于实施上述制造方法，其中，构建材料优选包括金属组分和/或陶瓷组分。
原则上，制造设备设置为，处理包括金属组分和/或陶瓷组分的构建材料。优选地，构建材料具有至少50重量％、更优选地至少80重量％、还更优选地至少90重量％的金属和/或陶瓷。
必要时可利用激光衍射方法(尤其是借助根据ISO 13320或ASTM B822的激光衍射测量)来确定粒度或者说颗粒尺寸。替代地或附加地，可通过(例如借助显微镜)测定和/或利用动态图像分析(优选根据ISO 13322-2、必要时借助莱驰科技有限公司(RetschTechnology GmbH)的XT)来确定颗粒尺寸。如果由二维图像(例如显微镜、尤其是电子显微镜)确定颗粒尺寸，那么优选地考虑由二维图像产生的相应的直径(最大直径或等效直径)。
构建材料的单个颗粒的(中等)粒度或者说颗粒尺寸优选是d50颗粒尺寸。在中等颗粒尺寸中，指示d(数值)代表以下颗粒的数量(以质量和/或体积百分比)，所述颗粒小于或等于所指示的粒度或者说颗粒尺寸(亦即在50μm的d50的情况下，50％的颗粒具有＜50μm的大小)。粒度优选地通过单个颗粒的直径来确定，所述直径又可以是相应的最大直径(＝颗粒的每两个点的所有间距的上确界)、或者是筛网直径、或者是(尤其是与体积相关的)等效球体直径。
构建材料优选具有至少50nm、更优选至少200nm和/或最大300μm、必要时最大80μm的(中等)粒度。
构建材料的各个颗粒可以是(至少大致)相同大小的或者可存在颗粒尺寸分布。
优选地，构建材料是熔化温度至少300℃、优选至少500℃、必要时至少800℃和/或高达1000℃、或者必要时更高的材料。
(粉末形的)构建材料优选包括至少一种金属和/或至少一种陶瓷材料和/或至少一种塑料(优选是聚合物)。金属例如可包括铝、钛、镍、铁、钨、钼和/或其合金。特别优选地，(粉末形的)构建材料包括铜。优选地，构建材料至少10重量％、更优选地50重量％、还更优选地至少80重量％、还更优选地至少99重量％或99.99重量％或100重量％由一种(尤其是上述金属中的一种)或至少一种(尤其是上述金属中的多种)金属组成。
优选地，构造平台设计成，使得未固化的构建材料能通过构造平台的(至少一个上)开口向下流动并且能被容纳在由构造平台本身限界的体积(例如容器)中，其中，该体积又是能(向下)被关闭的。在构建工作开始时构造平台可被填充粉末，使得相应的上开口(或者相应的多个上开口)被粉末关闭并且(连同关闭的粉末一起)形成构造平面。然而构件(或者说用于制造构件的开始层)必要时仅(直接)构造在构造平台的如下区域上，这些区域不是由开口形成(即使该开口在确定的时刻被粉末填充)。在完成构建工作之后，可打开在构造平台的体积(收集容器)中的(相应的)下开口并且(未固化的)构建材料因此能漏出。
构造平台(尤其是通过该构造平台形成的收集容器)优选设计成，使得多余的构建材料能通过推板(或者说推动单元)被推入到构造平台(收集容器)的内部体积中。(下)开口优选地也使构建材料(在需要时)从该区域中漏出。
在实施形式中，制造设备包括运输容器(运输筒)，所述运输容器此外优选地包括构造平台或能与该构造平台连接。必要时，构造平台可由支架容纳或者移动到照射区域中。在那里必要时可供应粉末，并且可开始物体的固化。如果构件(或多个构件)的构建完成了，那么可将构造平台放置在运输筒之下。作为下一步，必要时可将未固化的粉末向下排出(例如到支架中)，并且可将物体(连同构造平台)提高到运输容器(运输筒)中。现在必要时又可移除运输筒，其中，粉末残留在制造设备中(例如至少首先在支架中)。
新的运输容器(运输筒)必要时可插入到制造设备中。先前构建工作的可能的旧粉末可被循环并且被供应给当前的构建工作。替代地或(至少部分)附加地，所述旧粉末可被转移到外部粉末处理装置上并且必要时可从该外部粉末处理装置出发被供应给构建工作。
构造平台的上区段和下区段可在结构上彼此分离，尤其是相互连接，使得它们也能彼此远离。例如，上区段也可(根据应用的情况)与相应适配的下区段连接。
构造平台的上区段和下区段可构成一个共同的(整体地相互连接的)单元并且尤其是不能无破坏地彼此分离的。
本发明的另外的实施形式由从属权利要求得出。
附图说明
在下面根据实施例描述本发明，根据附图详细阐释这些实施例。
在此：
图1示出用于逐层构建三维物体的制造设备的示意图、部分描述为横截面；
图2a示出按照图1的制造设备在构造井的区域中的局部；
图2b示出在不同角度下的来自图2a的局部；
图2c示出在不同角度下的来自图2a的局部；
图2d示出来自图2a的局部的水平剖面(在斜视图中)；
图2e示出没有构造井的壁的来自图2a的局部的斜视图；
图3示出在构造平台的不同位置中的按照图1的实施形式；
图4示出在另一位置中的按照图1的实施形式；
图5示出在另一位置中的按照图1的实施形式；
图6(局部地)示出具有位于在其上的构件的构造平台的实施形式的斜视图；
图7示出按照图6的构造平台，至少主要没有构件；
图8(至少局部地)示出具有构件的构造平台的替代的实施形式；
图9示出在另一位置中的按照图1的实施形式；
图10示出在另一位置中的按照图1的实施形式；
图11示出在另一位置中的按照图1的实施形式；
图12示出在另一位置中的按照图1的实施形式；
图13示出在另一位置中的按照图1的实施形式；
图14示出在另一位置中的按照图1的实施形式；
图15示出制造设备的替代的实施形式；
图16示出具有另外的设备的按照图1的制造设备的实施形式；
图17示出具有另外的设备的按照图1的制造设备的实施形式；
图18示出具有另外的设备的按照图1的制造设备的实施形式；
具体实施方式
在如下描述中对于相同和相同作用的部件使用相同的附图标记。
图1示出制造设备10、例如激光烧结设备的一个实施形式。
制造设备10包括照射单元11和涂覆单元12(例如包括推板和用于逐层施加粉末材料的设备)，所述照射单元和所述涂覆单元是相应的照射和涂覆单元100的组成部分。(粉末形的)构建材料可通过(例如漏斗形或者说漏斗状的)供应装置13施加并且随后必要时通过(未详细示出的)推板逐层地分布。此外，制造设备10具有构造井14，支架15在所述构造井中能(竖直)移动。所述支架15具有支承装置16以及支架元件17。支架元件17具有锥形形状或截锥形状。
在支架17的上方(在按照图1的位置中)存在运输容器18，所述运输容器在下方是能通过具有上区段20以及下区段21的构造平台19(尤其是气体密封地)关闭的。具体地，上区段20具有至少一个上开口22，并且下区段21具有至少(或者在此正好)一个下开口23。上区段20和下区段21在此构造为单独的构件(然而相互连接)。然而，上区段20和下区段21也可由一个共同的构件(例如不能彼此分离)构成。
所述至少一个上开口22(或多个上开口22)是不能关闭的(但替代地可以是这种情况)。下开口23是能关闭的(尤其是气体密封)。优选地，运输容器18(通过所安上的构造平台19)因此总体上是能优选气体密封地关闭的。
支架17能在构造井14之内(在高度上)移动，这借助图2a-图2e进一步阐释。
在图2a中首先示出构造井壁24以及包括支承装置16的支架15。如可见的那样，支承装置16并且因此支架15穿过构造井壁24。具体地，在构造井壁中为此设有至少一个(或者按照实施方式多个)缝隙25(参见图1)，支承装置16能在所述缝隙之内移动。这些缝隙25总体上分别形成一个(长形的)凹部，粉末(在没有其他措施的情况下)可通过所述凹部穿过构造井壁24到达该区域中。为了防止(或者至少减少)这种情况，制造设备10具有带26(参见图2b、图2c和图2e)，所述带不仅布置在支承装置16的上方而且布置在支承装置的下方(更确切地说在支承装置16的每个可能的高度上)。通过(在此三个)转向装置——例如以圆柱体27的形式——能使在支承装置16上的带转向。由此能实现：能移动支承装置(并且因此能移动支架15)，使得缝隙25通过带26(既在支承装置16的上方又在支承装置的下方)保持被覆盖。由此能通过简单的方式防止(或者至少相应地减少)：粉末穿过井壁。尤其地，在支承装置16的下方区域因此也能被用于收集和保存构建材料。
图3示出在另一位置中(即在如下位置中)的按照图1的制造设备10，包括运输容器18和构造平台19的单元在所述位置中布置(或者说放置)在构造井14之上。而在该状态中，运输容器18与构造平台19还相互连接。
在图4中示出的另一位置中，构造平台19与运输容器18分离并且处于如下位置中，在所述位置中能逐层地施加构建材料(并且构建物体)。为了实施相应的过程，照射和涂覆单元100(参见图5)移动到相应的位置(在构造井14之上)中。在此之前(同样参见图5)运输容器18(不含构造平台19)已从构造井14上方的位置移开。
图6示出按照图1的实施形式中的构造平台19，该构造平台具有(局部示出的)构件30(所述构件在此构造为旋转对称的)。具体地，构造平台或者说其上区段20具有上开口22，其中，上开口22在这种情况下包括多个弧形的开口和一个中央的圆形的开口(其他几何形状是可设想的)。换言之，(至少在按照图6的实施形式中)提出多个开口22，这些开口构造多个(在此两个)环形结构，其中，环形结构被相应的接片中断。此外设有一个中央的(圆形的)开口22。
图7示出按照图6的构造平台19和构件30的最下部的区段(或者其他形状的构件、例如以扁平环的形式)。此外，按照图6和7设有至少一个通道31(优选地多个通道31)，例如用于使冷却和/或加热流体通过。
在按照图1的实施形式中也可使用另外的构造平台19，例如按照图8的构造平台。在那里设有以下开口22(相对靠近构造平台的边缘)，这些开口构成一个共同的环形结构(被接片中断)。此外不存在另外的开口。从而能特别优选地制造盘形的构件30(或者总体上制造以下构件，该构件具有盘形的最下部的涂覆平面)。
在按照图5的位置中，能实施制造过程。为此，在构造平台19的上区段20的上侧与下区段21的下开口23(在此在关闭状态中)之间的体积33首先被填充粉末。从而构造一(平坦的)表面，所述表面部分地由上区段20的固定结构的上侧形成并且部分地由构建材料形成，所述构建材料的表面与该上侧齐平地结束。
优选地，构件的结构然而仅施加到上区段20的(固定的)上侧上(逐层地通过涂覆和相应的照射)。
图9则示出处于后期阶段中的制造过程。尤其地，在图6中也可见的构件30也已经至少部分(或者甚至大部分)制成。按照图5和图9，为此，支架15已在构造井14内部逐渐向下移动，从而能逐层地施加并且(局部)固化。
总之，在开始时一直用粉末填充在构造平台19内部的区域，直至已经形成平的粉末床，所述粉末床与构造平台19的表面齐平地结束。这样的填充过程可通过涂布机臂实现。替代地或附加地也可设想(独立的)计量单元。
紧接着随后是构建过程。
如也还在图9中可见的那样，围绕构造井14布置有收集区域35。在涂覆或者说施加构建材料时，被运出构建区域(或者构造平台19)之外的构建材料被收集到收集区域35中。具体地，构建材料可穿过开口36到达(落下)。一个或多个开口36优选地通过凸缘区段37构造在构造井14的上端部上。
收集区域35就此而言优选地形成溢流容器。在那里所收集的构建材料必要时(优选在稍后的时刻)可与在支架15之下的收集区域38汇集(替代地，相应的材料也可被单独移除、例如吸走)。
在图10中示出按照图1的制造设备10的另一位置，更确切地说，具体地在如下时刻，构件30的构建过程在所述时刻刚刚结束。照射和涂覆单元100在此还位于在构造井14之上。在构造井的上端部与构造平台19的下区段21之间的体积在此完全被构建材料(要么以固化的形式或者说由构件30形成，要么还作为多余的粉末)填充。
图11现在示出类似于图10的位置，其中，然而照射和涂覆单元100已从在构造井14上方的区域移开并且在那里现在布置(放置)有一(必要时另外的)运输容器18。此外，在图11中可见的是，所述多余的粉末现在通过构造平台19的下开口23以及通过在支架14中与之对应的开口被收集在支架15下方、然而在构造井14内部的收集区域中。在该区域中设有冷却装置40，以便相应地冷却粉末(以便抵消可能有问题的放热)。冷却装置可具有至少一个用于使冷却介质通过的流体通道和/或至少一个电冷却元件(例如珀耳帖元件)。可选的冷却介质必要时可通过主动冷却装置(例如包括热泵)冷却。冷却装置的这种主动部件优选布置在构造井14之外。
基于例如在图2e中示出的带26，构造井1的该(下部)区域能以简单的方式用作用于构建材料的收集区域。
图12示出制造设备的另一位置，支架15或构造平台19在所述位置中(相对于图11)进一步(相对可见地)向上移动，使得还有另外的构建材料现在存在于支架15下方的区域中。
构建材料可尤其是通过重力向下流出(可选地也可设想的是，通过在构造平台19上方相应的超压和/或在构造平台19下方的负压来辅助流出)。替代地或附加地，此外可有利的是，使构造平台19和/或支架15振动(或流化)，以便改善粉末的流动特性。
在此，在任何情况下有利的是，构建材料储存或至少可储存在如下构造井14中，所述构造井先前已经在构建工作期间用作用于构建材料的边界。
构建材料在排出时可始终通过一个或多个开口流出，所述开口位于构造平台密封件的边界之内(其中，该密封件必要时可布置在支架15中)。因此，构造平台19或支架15在此没有(完全)向下从构造井14中拉出，从而也没有构建材料能侧向地(例如在密封件之外)流出。构建材料始终在这样的密封件之内流出。粉末也没有例如通过在井壁中的(侧面的)开口被移除。因此，总体上能以简单的方式移除、尤其是排出多余的构建材料。
上述相对于井壁或者说井内壁的密封件可优选地围绕构造平台19的外边缘(例如在根据图6的实施形式中由下区段21的上外边缘限定)周向布置。
图13示出制造设备10的如下状态，在所述状态中，所有构建材料都已被排出，更确切地说排出到构造平台19或支架15下方的区域中。此外，在该状态中，所构建的构件30布置在运输容器18中，该运输容器在下方由构造平台19关闭。
图14示意性地示出如下位置，在所述位置中，包括运输容器18和构造平台19的单元已从构造井14或支架15移开。构造井14在该位置中可可选地被关闭装置50(例如板)关闭，必要时气体密封地关闭。
包括运输容器18和构造平台19的(容器)单元在下文中也称为筒52。该筒可以是优选向外密封的，例如在惰性气体下(或者说具有被容纳的惰性气体)。筒52除了能关闭的下开口23(所述下开口通过构造平台19形成)之外还可具有另一个开口51(尤其是在筒或者说运输容器18的上区段上)，例如以便移除和/或供应气体(例如供应惰性气体)。
在保护气体/惰性气体下在筒52(包括运输容器18和构造平台19)内部取出构件30仅是可选的。用于移出构件的一般方案原则上也可与经典的手套箱(Glove-box)解决方案相结合，如在图15中示出的那样。在这种情况下，则可省去支架15的支架元件17或(根据观点)构造平台的下区段21。在任何情况下，在此也可通过支承装置16(所述支承装置在这种情况下限定支架)移动构造平台19。
而在例如图1和14中示出的变型方案中，构造平台19能与支架15分离，从而当筒52或者说构造平台19与构造井14分离时，筒52(和必要时还有构造井14)能保持气体密封。
因此，优点在于，在筒52(或者新的筒)再对接的情况下，在构造井14内大气的污染相对小，因为仅相对小体积的上述大气能到达构造井14中(例如在阀的区域中)。
在按照图1和图14的实施形式中(例如)，必要时可预先移除在构造井14与构件30之间的构建材料(与要制造的构件的几何结构如何实现无关)，从而能实现相对简单地将构件转移(推压)到筒52中。如果未预先移除构建材料，那么构建材料柱将残留在筒中或者说必须转移(推压)到筒中，同时其始终与相应的壁接触。则这可导致关于密封和其他功能性的问题。
然而总体上可设想的是(参见图15)，不需要分成构造平台19和支架15这两个部分。此外，移除过程可(除了与该分成两个部分相关的操作方式)如上所述的那样进行。
图16示出按照图1的制造设备10以及清洁装置60和保存装置61。具体地，可将筒52转移到清洁装置60中并且随后通过旋转(或至少在旋转的辅助下)将其清洁。在(可选的)清洁过程之后，筒随后可布置在保存装置61中或上。
图17又示出根据图1的实施形式，然而具有(可选的)导回装置70。导回装置70包括输送机构，从而将(尤其是在其下开口处)从构造井14移除的构建材料又供应给涂覆和照射单元100。这可在进行中的构建工作或者说制造过程期间进行，和/或在这之后或者说在随后的制造过程之前进行。
尤其地，构建材料在制造过程进行期间还可位于支架15下方、但是在构造井14之内。先前制造过程的构建材料的(可选的)冷却和运走可(但不是必须)与紧接着的制造过程的制造过程并行地进行。
替代地或附加地，(参见图18)也可设有(布置在构造井或者说制造设备10之外的)构建材料保存装置(容器)80，从构造井14和/或收集区域35中收集的粉末(在外部)被收集在所述构建材料保存装置中。然后构建材料又可从保存装置80或(可选地)另一保存装置81供应给过程、具体地供应给涂覆和照射单元。
在这一点上应指出的是：以上描述的所有部分，本身单独地和以任何组合的方式(尤其是在附图中示出的细节)作为本发明的重要部分请求保护。对其的修改对于本领域技术人员而言是熟悉的。
附图标记列表
10 制造设备
11 照射单元
12 涂覆单元
13 供应装置
14 构造井
15 支架
16 支承装置
17 支架元件
18 运输容器
19 构造平台
20 上区段
21 下区段
22 上开口
23 下开口
24 构造井壁
25 缝隙
26 带
27 转向装置
30 构件
31 通道
33 体积
35 收集区域
36 开口
37 凸缘区段
38 收集区域
40 冷却装置
50 关闭装置
51 开口
52 筒
60 清洁装置
61 保存装置
70 导回装置
80 保存装置
81 保存装置
100 照射和涂覆单元

Claims (18)

1.用于增材制造三维构件(30)的制造设备(10)，所述三维构件优选是金属和/或陶瓷的三维构件，所述增材制造通过借助至少一个涂覆单元(12)逐层施加和借助至少一个照射单元局部选择性固化构建材料来进行，该制造设备包括构造平台单元(19)，其中，构造平台单元(19)具有：带有至少一个上开口的上区段(20)，所述上区段在制造过程期间朝向该构件(30)；以及带有至少一个能关闭的下开口的下区段(21)。
2.用于增材制造三维构件(30)的制造设备(10)，该制造设备尤其是根据权利要求1所述的制造设备，所述增材制造通过借助至少一个涂覆单元(12)逐层施加和借助至少一个照射单元(11)局部选择性固化构建材料来进行，该制造设备包括：构造平台单元(19)、用于构造平台单元(19)的支架(15)以及构造井(14)，在所述构造井中支架(15)在高度上是能相对变化的，其中，支架(15)具有支承装置(16)并且部分布置在构造井(14)之外，并且当支架(15)在高度上相对变化时，该支架在构造井壁(24)的凹部中运动，凹部在支承装置(16)的上方和下方是能由覆盖件覆盖的，覆盖件尤其包括覆盖带或由这样的覆盖带形成。
3.根据权利要求1或2所述的制造设备(10)，其特征在于，所述上区段(20)是板或包括这样的板；和/或所述下区段(21)具有向下逐渐变细的形状、尤其是具有金字塔形状或锥形或截锥形状或者包括这样的形状，优选地在逐渐变细的形状的中间布置有开口；和/或所述支架(15)具有向下逐渐变细的形状、尤其是具有金字塔形状或锥形或截锥形状或者包括这样的形状，优选地在逐渐变细的形状的中间布置有开口。
4.根据上述权利要求之一所述的制造设备(10)，其特征在于，所述支架(15)包括用于关闭下区段(21)的开口的关闭装置，和/或反之亦然。
5.根据上述权利要求之一所述的制造设备(10)，其特征在于，所述上区段(20)具有至少一个、或至少两个、和/或最多50个、优选最多10个开口；和/或所述下区段(21)具有正好一个或多于一个开口和/或最多10个、必要时最多4个开口。
6.根据上述权利要求之一所述的制造设备(10)，其特征在于，所述上区段(20)的至少一个开口是弧形的、优选圆弧形的，优选的是：多个开口构成一个圆，所述圆被至少一个连接片、优选至少两个或至少四个连接片中断，必要时布置有多个这样的圆、尤其是彼此同中心地布置。
7.根据上述权利要求之一所述的制造设备(10)，其特征在于，所述上区段(20)的至少一个开口具有至少1.0平方毫米、优选至少1.0平方厘米和/或最大500平方厘米的横截面面积。
8.根据上述权利要求之一所述的制造设备(10)，其特征在于，设有容器，该容器尤其是能气体密封的，所述容器的下端部是能被构造平台单元(19)关闭的，并且所述容器优选是能从制造设备(10)移除的。
9.根据上述权利要求之一所述的制造设备(10)，其特征在于，尤其是围绕所述构造井(14)和/或至少局部在所述构造井(14)的区段、优选凸缘区段下方设有收集装置(26)，以便收集多余的构建材料。
10.根据上述权利要求之一所述的制造设备(10)，其特征在于，构造井(14)在其下端部处结束或是能结束，使得通过下区段(21)的所述至少一个开口排出的构建材料能容纳在构造井(14)中，这样所容纳的构建材料必要时能借助冷却装置(40)冷却，和/或能与按照紧接在前的权利要求所收集的构建材料结合或者被与之分离地容纳和/或移除，所述冷却装置尤其是主动的冷却装置。
11.根据上述权利要求之一所述的制造设备(10)，其特征在于，尤其是根据两个紧接在前的权利要求之一所收集的构建材料被导回给制造过程。
12.根据上述权利要求2至10之一所述的制造设备(10)，其特征在于，所述凹部包括缝隙或者由这样的缝隙形成，和/或所述覆盖件包括带，所述带与支架(15)、尤其是支承装置(16)连接，并且所述带要么环绕地构造，要么具有两个端部，所述两个端部与支承装置(16)连接。
13.用于增材制造至少一个三维构件(30)的制造方法，所述增材制造通过借助至少一个涂覆单元(12)逐层施加和借助至少一个照射单元(11)局部选择性固化构建材料来进行，该方法使用根据上述权利要求之一所述的制造设备(10)，该方法包括如下步骤：
a)将构建材料供给到构造平台单元(19)上，直至构建材料的最上层至少位于上区段(20)的上表面的高度上，从而填充在上区段与下区段(21)之间的空间；
b)构建构件(30)；和
c)打开下区段(21)以排出剩余的构建材料。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，在步骤c)之后将所述构造平台单元(19)与容器连接，所述容器在其下端部处由构造平台单元(19)关闭。
15.根据权利要求13或14所述的制造方法，其特征在于，在步骤b)期间，将多余的材料收集在收集装置中并且必要时与在步骤c)中所排出的材料汇集。
16.根据权利要求13至15之一所述的制造方法，其特征在于，在构建所述至少一个构件(30)时使至少一个上开口和开始层相互协调，尤其是使得开始层在构建所述至少一个构件(30)时不是直接布置在所述至少一个上开口之上，优选的是：至少一个构件(30)的开始层的至少一个区段相比于上开口的至少一个区段而言与构造平台单元(19)的表面中心的距离更远；和/或至少一个构件(30)的开始层的至少一个区段相比于上开口的至少一个区段而言与构造平台单元(19)的表面中心的距离更小。
17.用于增材制造至少一个三维构件(30)的制造方法，该制造方法尤其是根据权利要求13至16之一所述的制造方法、所述增材制造通过借助至少一个涂覆单元(12)逐层施加和借助至少一个照射单元(11)局部选择性固化构建材料来进行，该方法使用根据权利要求2至12之一所述的制造设备(10)，该方法包括如下步骤：构建构件(30)；以及至少部分在构造井(14)中至少暂时地容纳在涂覆期间被运出构造平台单元(19)之外的构建材料和/或在制造过程之后被移除的构建材料。
18.包括根据前述权利要求1至12之一所述的制造设备(10)以及构建材料(17)的系统，该系统尤其是用于实施根据权利要求13至16之一所述的制造方法，其中，构建材料优选包括金属组分和/或陶瓷组分。
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