具有加热装置的增材制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于制造固体制品的增材制造装置（1），包括激光生成单元（3），原料供应单元（4），容纳原料（6）并且具有暴露于待由激光生成单元（3）在操作时发射的激光束（8）的原料表面（7）的原料容器（5），以及控制单元（9）。加热装置（2）包括用于加热原料表面（7）以形成预加热原料表面（17）的加热表面（12）。激光生成单元（3）设置有引导单元（13）以便根据存储在与所控制单元（9）相关联的存储单元（11）中的固体制品（10）的计算机生成的模型来将激光束（8）引导至预加热原料表面（17）上。由激光生成单元（3）生成的激光束（8）穿过加热表面（12）至预加热原料表面（17）上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有加热装置的增材制造装置
本专利技术涉及一种包括加热装置的增材制造装置和用于操作增材制造装置的方法。这种增材制造装置可以被构造为用于制造三维固体制品的选择性烧结装置。
技术介绍
选择性烧结装置（如在US4863538A中阐述的实例）包括可选择在目标区域中发射光束以用于从作为原料的粉末生产出固体制品的激光器或者其它定向能量源。粉末以逐层的方式被分配到目标区域中。施加到目标区域中的粉末上的激光束选择性地对粉末进行烧结以生产烧结层。各层以逐步的方式连接在一起直到形成完整部件。该部件嵌入在粉末中直到将其粉末容器中取出并且将其与粉末分开。粉末能够是塑料、金属、陶瓷粉末或者复合材料中的一种。控制机构操作以便移动激光束的目标并且对激光进行调制以便选择性地对分配到仅仅在对设置在限定边界内的粉末进行烧结以生产部件的期望层时搜索到的目标区域中的粉末层进行烧结。控制机构操作激光以便对顺序粉末层进行选择性地烧结，从而生产包括被烧结在一起的多个层的完整部件。该边界与相应层中的部件的横截面相对应。该边界能够由从CAD（计算机辅助设计）或者CAM（计算机辅助制造）软件获得的计算机生成的模型限定。加热装置能够用在增材制造装置中以用于在使用US4863538A的装置来执行选择性激光烧结方法时加热粉末。烧结是指旨在通过施加热能而将大量松散颗粒（诸如，粉末）转变成固体的任何过程。因此，激光烧结方法是使用激光作为对粉末进行烧结的动力源的增材制造技术。例如，在WO9208566A1中已经公开了一种用于制造自由形态的固体制品的激光烧结方法。这种激光烧结方法在以增材的方式应用的情况下则可逐层制造自由形态的固体制品。将粉末逐层转化成固体所需的热能由激光供应。激光束被引导至粉末表面上并且根据预先设定的形状对该表面上的点进行固化，该预先设定的形状通常是通过固体的3D模型的设计而生成的。3D模型由无限多的表面点或者像素组成。通过限定与增材制造装置的工作层相对应的截面平面，截面曲线或者截面平面被生成。如果3D模型是计算机生成的形状，则截面曲线或者截面平面是计算机生成的样条或者平面物体。该平面物体由多个坐标对限定。在使用笛卡尔坐标系的情况下，样条或者平面物体由在x、y方向上限定截面曲线或者截面平面的位置的多个坐标对限定。z方向对于截面曲线而言是恒定的并且与打印机中的层的位置相对应。z坐标随着每层完成而增加。因此，如果达到固体的高度从而达到3D模型的z坐标的最大值，则完全制造出固体。将粉末转化成固体包括通过激光束的热能进行的颗粒的至少部分局部熔化过程。通过熔化暴露于激光束的层中的颗粒的至少表面，邻近的颗粒形成结合部，一停止供应热能（即，当将激光束引导至层上的另一点时）结合部就固化。如果在将激光束引导至特定表面点上以便熔化最上层的选择部分从而由此生成固体制品的层以前对最上面的粉末层进行预加热，则能够减少热应力和所需的激光功率。根据WO9208566A1，环形辐射加热器被提供用于对粉末表面进行预加热。然而，激光所提供的热能会导致应力现象。因此，通过激光烧结来制造固体制品会如WO9208566A1所述的导致固体层卷曲和翘曲。这些翘曲和卷曲效应归因于收缩效应和不均匀冷却。不均匀冷却还可能导致层的烧结部分的意外增长。这种意外增长可能导致固体制品的一些尺寸超出最初预见的公差，从而增加废料。为此，在WO9208566A1中已经想到改善热能在粉末的表面上的分布以及对层进行预加热以减少热应力。已经提出环形加热元件代替多个板形加热表面，板形加热表面不能与用于生成固体制品的粉末筒体的圆形横截面相对应。这种设置特别地预见了具有供激光束不受阻碍地通过的中央开口的截头锥形加热元件。在文献DE102005024790A1中示出了增材制造装置的另外的现有技术加热装置。该文献示出了由通过使用在20℃的温度下热扩散率大于1.5*10-4m2/s的材料（特别是石墨箔）而具有低的热惰性的材料组成的辐射加热器。中央开口被设置用于允许激光束穿过加热装置到待烧结的粉末的表面上以进行多层烧结过程。维护材料的精确温度以确保三维物体的良好质量的问题已经被认识到并且通过允许快速而准确地调整和控制温度的加热元件而得到解决，然而，一个尚未解决的问题是在粉末表面上提供均匀的温度分布。在文献EP2839948A1中还输出了在加热元件中可以预见到用于激光束的功能开口以及用于材料供应并且还用于附加IR辐射源的功能开口。这意味着，加热元件不能在整个粉末表面上提供均匀的热供应。因此，不均匀的温度分布仍然至少会产生被构造为用于材料供应的开口的加热元件的部分。当必须为每层供应新的粉末材料时，该开口不能关闭。此外，用于激光束并且用于IR加热元件的开口未被构造为加热元件。加热元件的加热模块被构造为设置在功能开口之间或者与功能开口相邻的独立的可控加热模块。为此，即使使用了根据EP2839948A1构造的加热元件，整个粉末表面也不会到达均匀温度。为此，可靠的产品质量还不能通过现有技术加热装置中的任一个而实现。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于改善通过增材制造方法制造的固体制品的产品质量的装置和方法。具体地，本专利技术的目的是提供一种用于获得具有可预见的物理特性的固体制品的装置和方法。因此，本专利技术要解决的问题是在最上面的粉末层的整个粉末表面上提供更均匀的温度分布。传统辐射加热器的使用会导致粉末表面上的温差，该温差能够与目标温度偏离约15摄氏度。用于制造固体制品的增材制造装置包括激光生成单元（特别是二极管激光生成单元），原料供应单元，容纳原料并且具有暴露于由激光生成单元在操作时发射的激光束的原料表面的原料容器，控制单元，以及用于加热原料表面以便形成预加热原料表面的加热装置。激光生成单元设置有引导单元，该引导单元根据存储在与控制单元相关联的存储单元中的固体制品的计算机生成的模型来将激光引导至预加热原料表面上。由激光生成单元生成的激光束穿过加热表面至预加热原料表面上。对于待透射通过加热装置的加热表面的激光束，加热表面的至少一部分对于激光束具有透光性。换言之，加热表面的至少一部分能透射激光束。因此，加热装置在暴露于激光束的原料表面上连续地延伸。有利地，波长能够在紫外光到远红外光的范围内，因此在100nm到1mm并且包括1mm的波长范围内。因此，紫外光的波长在小于100nm到约380nm并且包括约380nm的范围内。因此，远红外光的波长在约30μm到约1mm并且包括约1mm的范围内。根据优选实施例，波长能够在可见光到中红外光的范围内，因此在约400nm到30μm并且包括30μm的波长范围内。因此，可见光的波长在小于400nm到约750nm并且包括约750nm的范围内。因此，中红外光的波长在约3μm到约30μm并且包括约30μm的范围内。在该范围内，能够有利地采用CO2激光。根据优选实施例，波长能够在可见光到近红外光的范围内，因此在小于400nm到3μm并且包括3μm的波长范围内。因此，可见光的波长在小于400nm到约750nm并且包括约750nm的范围内。因此，近红外光的波长在大于750nm到约3μm并且包括约3μm的范围内。根据特别优选的实施例，波长能够在近红外光的范围内，因此在约750nm到3μm并且包括30μm的波长范围内。根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造固体制品的增材制造装置（1），包括激光生成单元（3）；供应单元（4）；原料容器（5），所述原料容器（5）容纳原料（6）并且具有暴露于待由所述激光生成单元（3）在操作时发射的激光束（8）的原料表面（7）；控制单元（9）；其中，加热装置（2）包括用于加热所述原料表面（7）以便形成预加热原料表面（17）的加热表面（12），其中，所述激光生成单元（3）设置有引导单元（13）以便根据所述固体制品（10）的计算机生成的模型而将所述激光束（8）引导至所述预加热原料表面（17）上，所述模型存储在与所述控制单元（9）相关联的存储单元（11）中，其特征在于，由所述激光生成单元（3）生成的所述激光束（8）穿过所述加热表面（12）至所述预加热原料表面（17）上，其中，所述加热表面（12）在所述原料表面（7）上连续地延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.17 EP EP15172624.71.一种用于制造固体制品的增材制造装置（1），包括激光生成单元（3）；供应单元（4）；原料容器（5），所述原料容器（5）容纳原料（6）并且具有暴露于待由所述激光生成单元（3）在操作时发射的激光束（8）的原料表面（7）；控制单元（9）；其中，加热装置（2）包括用于加热所述原料表面（7）以便形成预加热原料表面（17）的加热表面（12），其中，所述激光生成单元（3）设置有引导单元（13）以便根据所述固体制品（10）的计算机生成的模型而将所述激光束（8）引导至所述预加热原料表面（17）上，所述模型存储在与所述控制单元（9）相关联的存储单元（11）中，其特征在于，由所述激光生成单元（3）生成的所述激光束（8）穿过所述加热表面（12）至所述预加热原料表面（17）上，其中，所述加热表面（12）在所述原料表面（7）上连续地延伸。2.根据权利要求1所述的增材制造装置，其中，所述加热表面（12）对于所述激光束（8）而言是透明的或者是能透射的。3.根据权利要求1或者2所述的增材制造装置，其中，所述加热表面（12）对于波长范围在100nm至1mm并且包括1mm的光而言是透明的或者是能透射的。4.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造装置，其中，所述加热表面（12）能够由加热元件（40）加热。5.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造装置，其中，所述加热表面（12）与所述预加热原料表面（17）之间的距离小于200mm。6.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造装置，其中，所述加热表面（2）或者所述原料容器（5）能够移动以便允许原料分配单元（16）在任何方向上在所述加热表面（12）与所述预加热原料表面（17）之间经过。7.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造装置，其中，所述加热表面（12）包括不粘涂层。8.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造装置，其中，所述加热表面（12）包含透明导电氧化物、纳米线网络、纳米管或者玻璃材料的组中的元件中的至少一个。9.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造装置，其中，所述原料（6）包括粉末。10.根据权利要求9所述的增材制造装置，其中，所述粉末包含聚合物，所述聚合物在暴露于所述激光束时发生烧结过程，其中，所述粉末能够包含聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：C冯布格，
申请(专利权)人：芯特技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH