用于制造三维物体的设备制造技术

本发明专利技术涉及用于通过选择性地固化逐层施加的构造材料(4)来制造三维物体(3)的一种设备(1)以及一种方法。为了改进生产过程、特别是优化热引入，提出使用具有至少两个功能开口(18、19)的加热元件(6)，其中，所述至少两个功能开口中的一个功能开口用作材料通道(18)并且所述至少两个功能开口中的另一个功能开口同时用作辐射通道(19)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于通过选择性地固化逐层施加的构造材料来制造三维物体的一种设备以及一种方法。
技术介绍
由现有技术已知大量用于通过选择性地固化逐层施加的构造材料来制造三维物体的设备和方法。在这里，例如可称为激光烧结或选择性壳模烧结。实施这样的层构造方法所利用的设备也称为快速成型系统。这些层构造方法用于由可固化的材料(如树脂、塑料、金属或陶瓷)制成的逐层构造的构件，并且例如用于加工技术原型。在此，可以借助于添加的加工方法直接由CAD数据制造三维物体。在这样的层构造方法中，逐层地进行物体的构造，亦即构造材料的各层连续地相叠地涂覆。在施加相应的下一个层之前，选择性地固化在相应的层中的相应于待加工的物体的部位。所述固化例如通过借助于辐射源局部地加热大多粉末状的层原料来进行。通过有针对性地将辐射以适当的方式引入到期望的区域中，可以产生精确限定的、任意相像的物体结构。在此，层厚度也是可调节的。这样的方法特别是能用于制造三维物体，其方式是，相继地产生多个薄的、单独构造的层。典型地，将待固化的构造材料预先加热到低于处理温度的温度。接着，借助于附加的能量引入达到处理温度。例如在激光烧结过程中，塑料材料被预先加热到低于烧结温度的温度。于是，由激光引入的能量仅有助于用于熔化粉末微粒的差值热量。所述预先加热在许多情况下通过加热构造平台来进行。但是，在这样的“从下方”预先加热的情况下，随着构件高度越来越高，预先加热的热流由于损耗和粉末填料的越来越大的体积而减少。其他方法也导致在构造材料中不期望的不均匀的温度分布。这特别是也适用于这样的方法，其中，所述预先加热通过“从上方”供热来进行。在此，能暂时加热的装置安放在构造层的上方。通过加热曲线的复杂控制和其他耗费的措施尝试在待预先加热的构造材料中达到均匀的温度分布。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，改进制造过程、特别是优化热引入。所述任务通过按照权利要求1所述的设备或者通过按照权利要求9所述的方法得以解决。本专利技术的有利的实施方案在从属权利要求中给出。下面与设备相关地解释的优点和构造方案按意义也适用于按照本专利技术的方法并且反之亦然。本专利技术提出，不再继续遵循由现有技术已知的、周期制造的工作步骤，在所述工作步骤中，在一个周期之内，在材料涂覆之后首先进行预先加热并且接着进行选择性地固化，之后才在一个接着的新的周期之内再一次进行材料涂覆。取而代之，本专利技术提出连续的制造过程，其中，同时进行施加构造材料、预先加热和通过局部地加热构造材料而选择性地固化，也就是说，在同一个待加工的物体的不同部位上或者说也在多个物体上同时制造，如果在所述构造平台上制造多个物体的话。按照本专利技术的设备包括设置在x-y平面内的构造平台，在该构造平台上逐层地产生至少一个三维物体，所述设备包括至少部分地覆盖所述构造平台的加热元件，用以将热能引入到构造材料中，以及所述设备包括至少一个辐射源，用以通过局部加热来选择性地固化构造材料。所述加热元件具有至少两个能同时使用的功能开口，其中，所述至少两个功能开口中的一个功能开口构造为材料通道并且所述两个功能开口中的另一个功能开口构造为辐射通道。按照本专利技术，所述设备包括多个驱动装置，用以产生在如下三个部件中的至少两个部件之间沿x方向和/或y方向的能相互独立地控制的相对运动，所述三个部件为所述构造平台、所述加热元件、所述至少一个辐射源。相应地，按照本专利技术的方法包括如下步骤：在设置在x-y平面内的构造平台上逐层地产生至少一个三维物体，借助于至少部分地覆盖所述构造平台的加热元件将热能引入到构造材料中，为了选择性地固化而通过辐射源局部地加热构造材料以及在使用至少两个功能开口的情况下使构造材料和辐射能同时通过所述加热元件。按照本专利技术，所述方法包括借助于多个驱动装置产生在所述设备的如下三个部件中的至少两个部件之间沿x方向和/或y方向的能相互独立地控制的相对运动，所述三个部件为所述构造平台、所述加热元件、所述至少一个辐射源。本专利技术的基本构思在于使用用于预先加热构造材料的加热元件，该加热元件的特点在于功能开口，所述功能开口用作材料通道和辐射通道，因此亦即用作用于施加构造材料的涂层开口和用作用于局部地加热构造材料的光照开口。如果这样的加热元件以适当的方式相对于构造平台运动，则可以进行同时施加构造材料、预先加热和选择性地固化并且因此非周期地、不中断地制造所述至少一个物体。换言之，一个或多个物体的构造连续地进行，其中，构造速度通过在构造平台和加热元件之间的相对运动来确定。处于不同的制造过程阶段中的物体区域的几何布置结构、特别是所述物体区域的间距通过在加热元件中的功能开口的布置结构来确定，特别是通过所述功能开口相互的间距来确定。例如在第一物体区域中，形式为刚施加的粉末填料的构造材料可以通过加热元件预先加热，而在沿运动方向设置在第一物体区域下游的第二物体区域中借助于穿过光照开口的辐射能恰好使层n固化。同时在沿运动方向处于第二物体区域下游的第三物体区域中，通过加热元件对在那里先前刚固化的构造层进行后加热，而在处于第三物体区域下游的第四物体区域中将引导穿过涂层开口的、用于下一个层n+1的其他构造材料施加到已经存在的层n上。在此，这些物体区域可以是一个物体的区域，然而或者也可以是不同的物体的区域，如果多个物体设置在所述构造平台上的话。用于预先加热的供热“从上方”进行，由此，不出现通过构造平台供热的缺点。同时进行优选非暂时的供热，亦即不是当所述加热元件如在现有技术中那样短时间地处于构造层上方时才进行供热，而是通过新式的连续的工作方式能持久地实现供热。因此，按照简单的方式和方法来实现对热引入的优化。同时，制造过程总体上得以改进。通过产生在所参与的部件：构造平台、加热元件和辐射源之间的多个相对运动，在相应方法步骤中的不同工艺条件的时间上的作用以简单的方式并且非常灵活地相互协调和优化。由此，制造过程总体上能进一步优化。已经证实为特别有利的是辐射通道的运动与辐射源的运动的脱耦。换言之，辐射源可以以不同于加热元件的速度在构造平台或处于其上的构造材料的上方运动。特别是如果辐射能量的引入通过光照开口进行，而不完全照亮该开口，而如果取而代之在该开口的边界的内部对设置在该开口下方的构造材料进行有针对性地照射，例如激光沿着限定的轨迹曲线加热构...

【技术保护点】
用于通过选择性地固化逐层施加的构造材料(4)来制造三维物体(3)的设备(1)，‑所述设备包括设置在x‑y平面内的构造平台(2)，在该构造平台上逐层地产生至少一个三维物体(3)，‑所述设备包括至少部分地覆盖所述构造平台(2)的加热元件(6)，用以将热能(11)引入到构造材料(4)中，‑所述设备包括至少一个辐射源(7、14)，用以通过局部加热来选择性地固化构造材料(4)，其中，所述加热元件(6)具有至少两个能同时使用的功能开口(18、19)，其中，所述至少两个功能开口中的一个功能开口构造为材料通道(18)并且所述至少两个功能开口中的另一个功能开口构造为辐射通道(19)，‑所述设备包括多个驱动装置(15、21)，用以产生在如下三个部件中的至少两个部件之间沿x方向和/或y方向的相对运动，所述三个部件为所述构造平台(2)、所述加热元件(6)、所述至少一个辐射源(7、14)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.23 DE 102013109162.81.用于通过选择性地固化逐层施加的构造材料(4)来制造三维
物体(3)的设备(1)，
-所述设备包括设置在x-y平面内的构造平台(2)，在该构造平
台上逐层地产生至少一个三维物体(3)，
-所述设备包括至少部分地覆盖所述构造平台(2)的加热元件
(6)，用以将热能(11)引入到构造材料(4)中，
-所述设备包括至少一个辐射源(7、14)，用以通过局部加热来
选择性地固化构造材料(4)，
其中，所述加热元件(6)具有至少两个能同时使用的功能开口(18、
19)，
其中，所述至少两个功能开口中的一个功能开口构造为材料通道
(18)并且所述至少两个功能开口中的另一个功能开口构造为辐射通
道(19)，
-所述设备包括多个驱动装置(15、21)，用以产生在如下三个部
件中的至少两个部件之间沿x方向和/或y方向的相对运动，所述三个
部件为所述构造平台(2)、所述加热元件(6)、所述至少一个辐射源
(7、14)。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，
-所述设备包括第一驱动装置(15)，用以产生在所述构造平台(2)
和所述加热元件(6)之间沿x方向和/或y方向的相对运动，以及
-所述设备包括第二驱动装置(21)，用以产生在所述至少一个辐
射源(7、14)和所述加热元件(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·弗鲁特，
申请(专利权)人：FIT股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE