用于借助于生成式制造加速生产物体的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于由粉末状的构造材料逐层地构造三维物体(3)的方法，所述方法借助于分别在层的对应于物体的横截面的各部位上依次固化粉末状的构造材料的层来实现，其中，所述固化通过引入热能来实现并且所述方法对于每层都具有下列步骤：提供粉末状的构造材料层的步骤；将涂敷的构造材料预加热到低于所述材料固化时的温度的预热温度的步骤；以及借助于电磁辐射或粒子辐射(7)固化所涂敷的层的步骤，其中，在所述固化步骤中，在预定的时间段期间，预定的时间段的起始与所述固化步骤的开始重合，每单位面积引入的热量随着时间减小且能通过随着时间单调递减函数来描述。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于借助于生成式制造来逐层构造三维物体的方法以及所属的设备。特别地，本专利技术涉及一种减少生产持续时间的此类方法和此类设备。
技术介绍
例如在EP1486317B1中描述了用于逐层地生成式制造三维物体的方法。在粉末用作为制造的起始材料时，所述粉末通过引入热能来烧结或者熔化，使得构造过程通常如此进行，使得制作待制造物体的被分解成多层的CAD模型，并且接着根据所述CAD模型的横截面逐层地固化所述构造材料。对于每个粉末层进行下列构造过程：在将粉末状的构造材料层涂敷到已固化的层上之后，将新涂敷的粉末层首先借助于辐射加热预加热到低于固化时的温度的工作温度。由此将辐射(例如激光束)定向到已预加热的层上以便选择性地固化构造材料。在制成物体的所有层之后，冷却该物体并从包围物体的非固化的粉末中去除物体。上述的制造方法主要用于快速生产原型或模型。用于原型或模型制造的方法的优点是，所述方法允许制造大范围的原型或模型，而不必以高成本事先制造生产工具，该生产工具适配于相应待制造的模型的类型。因此，相比于传统的方法，可以在相对较短的时间内进行原型或模型的制造，因此术语“快速原型”用于这种方法。由于生成式制造方法的普遍性，越来越多地考虑，也将这种方法用于产品的成批制造。因为，例如相比于注塑成型方法，不再依赖于存在专门适配于待制造的产品的工具，生成式逐层的制造方法特别适用于生产小批量或用于生产定制的适配产品，因为可以以最小的成本改变产品的几何形状和产品性能。对于这种成批生产，术语“快速制造”也已被接受。对于物体的成批生产，特别地必须满足两个边界条件：首先，必须提供稳定的产品质量。这由EP1486317B1给出，其中在成批生产期间一起制造并测量试验构件。此外，必须加速制造过程，因为通过顺序地逐层建造，生成式制造方法本来比诸如注塑成型的传统方法更慢。这在EP1896246B1中已经存在用于过程加速的途径。在EP1896246B1中提出交换容器，在该交换容器中制造物体，并且该交换容器在制造设备的制造过程结束之后可以被取下，以便在制造设备外面进行冷却，并且可以将制造设备立即再一次用于新的制造过程。虽然通过根据EP1896246B1中的方法已经可以实现显著地加速制造过程(冷却过程可能需要几个小时)，因此通过在EP1896246B1中的设备，顺序的逐层建造没有被加速。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种设备和方法，所述设备和方法允许更快速地、顺序地逐层制造物体。该目的通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求8所述的设备实现。本专利技术的进一步改进方案在从属权利要求中给出。本专利技术基于如下思想，即如果利用粉末层可以在曝光过程期间进一步加热，那么用于将新涂覆的粉末层预加热到工作温度所必需的时间可以减少。但是，由于构件的机械性能和其几何形状通过粉末层的在曝光的时间点上的温度来影响，所以在这种方法的情况下，粉末层的在曝光时间点的温度与额定的预热温度(工作温度)偏离越大,在曝光时引入的热能就必须越大。当在固化时粉末材料太冷时，那么将进行不完全固化，这例如减小物体的垂直于层(沿z方向)的断裂伸长率。此外，在太小的预热温度时，构件的尺寸小于额定尺寸，因为包围待制造的物体的粉末的较小份额在物体的边缘区域中一起固化。附图说明下面通过参照附图的实施例描述本专利技术。其中：图1示出根据本专利技术的用于由粉末状的构造材料逐层地制造三维物体的设备；图2示出一曲线图，该曲线图示出用于z拉伸棒的预试验的z断裂伸长率与曝光时间点相关的变化曲线；图3示出一曲线图，该曲线图示出根据DINISO527-1和DIN-ISO527-2型1B的拉伸棒的预试验的横截面面积与曝光时间点的相关性；图4示出给出前因子的时间相关性的曲线图，在从一层的曝光开始起的时间段内，由激光器发射的光功率应该乘以该前因子；图5示出一曲线图，该曲线图示出用于以z拉伸棒的试验运行的z断裂伸长率与曝光时间点相关的变化曲线，其中，由激光器发射的光功率在从曝光开始起的12秒的时间周期期间逐渐减小；以及图6示出一曲线图，该曲线图示出用于以z拉伸棒的试验运行的横截面面积与曝光时间点相关性的变化曲线，其中，由激光器发射的光功率在从曝光开始起的12秒的时间段期间逐渐减小。具体实施方式参照图1首先描述根据本专利技术的设备的结构，所述设备用于借助于生成式层建造方法来制造三维物体。如图1中所示，在构造支架2上逐层地制造待制造的物体3。构造支架2形成底部，且框架1形成向上开口的容器的侧壁，在该容器中进行构造过程。构造支架2与升降机构4连接，该升降机构可以沿竖直方向移动构造支架。框架1以其上端部包围构造区域5，在该构造区域中发生固化。在构造区域5上方设置有涂布器11，该涂布器用于将粉末材料的层涂敷在构造区域中。在此，作为粉末材料可以使用所有能借助于热导入来固化的粉末，例如聚合物粉末、金属粉末、陶瓷粉末或者也可以是由不同材料组成的复合材料粉末。此外，填料和/或添加剂可以加入到所述粉末中。此外，图1示意性地示出涂抹装置12，该涂抹装置能沿水平方向移动并且用于使已涂敷的粉末层平滑。另外，设有构造为激光器6的照射装置，该激光器产生激光束7，所述激光束可以通过偏转装置8被定向到构造区域5中的任意点上。通过激光束7对在构造区域中的粉末材料的作用，可以选择性地加热粉末材料，使得粉末材料由此在对应于待制造的物体3的横截面的那些部位处固化。此外，根据本专利技术的设备包括在构造区域5上方的加热装置9，该加热装置将新涂敷的粉末层预加热到工作温度，该工作温度低于所述粉末材料发生固化时的温度。优选地，加热装置(9)是辐射加热装置(例如一个或多个辐射加热器)，该辐射加热装置可以通过发射电磁辐射将热能大面积地引入到新涂敷的粉末层中。附图标记10表示控制设备，该控制设备与激光器6、偏转设备8、涂布器11、涂抹装置12和升降机构4连接，并且控制构造过程。在图1中没有示出壳体，该壳体包围框架1、升降机构4、激光器6、偏转装置8、涂布器11和涂抹装置12。下面，描述用于逐层生成式构造三维物体的根据本专利技术的方法的过程：首先，借助于升降机构4将构造支架2移动到一位置中，在该位置中，构造支架2的上侧或设置在构造支架上的构造平台的上侧紧紧位于框架1上棱边的下方。接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由粉末状的构造材料逐层地构造三维物体(3)的方法，所述方法借助于分别在一个层的对应于物体的横截面的各部位上依次地固化粉末状的构造材料的各层来实现，其中，所述固化通过引入热能来实现并且所述方法对于每层都具有下列步骤：在构造支架(2)上或者在选定的部位上之前已经固化的层上提供粉末状的构造材料层的步骤；将涂敷的构造材料预加热到低于所述材料固化时的温度的预热温度的步骤；以及借助于电磁辐射或粒子辐射(7)固化所涂敷的层的步骤，其中，固化辐射入射区域依次掠过所述层的所有对应于物体的横截面的部位，使得所述粉末在这些部位通过由辐射引入的热能来固化，其特征在于，在固化步骤中，在预定的时间段期间，在固化辐射入射区域中每单位面积引入的热量随着时间减小且可通过随着时间单调递减的函数来描述，所述预定的时间段的起始与所述固化步骤的开始重合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.02 DE 102013224693.51.一种用于由粉末状的构造材料逐层地构造三维物体(3)的方
法，所述方法借助于分别在一个层的对应于物体的横截面的各部位上
依次地固化粉末状的构造材料的各层来实现，其中，所述固化通过引
入热能来实现并且所述方法对于每层都具有下列步骤：
在构造支架(2)上或者在选定的部位上之前已经固化的层上提供
粉末状的构造材料层的步骤；
将涂敷的构造材料预加热到低于所述材料固化时的温度的预热温
度的步骤；以及
借助于电磁辐射或粒子辐射(7)固化所涂敷的层的步骤，其中，
固化辐射入射区域依次掠过所述层的所有对应于物体的横截面的部
位，使得所述粉末在这些部位通过由辐射引入的热能来固化，
其特征在于，
在固化步骤中，在预定的时间段期间，在固化辐射入射区域中每
单位面积引入的热量随着时间减小且可通过随着时间单调递减的函数
来描述，所述预定的时间段的起始与所述固化步骤的开始重合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固化借助于至少一个
光子束或粒子束实现，所述光子束或粒子束被依次地定向到所述层的
待固化的部位。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固化借助于电磁辐射
实现，并且所述固化辐射入射区域是面状的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，依据经验以
如下方式确定所述单调递减的函数，即，对构造材料层的温度变化在
加热到低于固化时的温度的温度时在预试验中进行确定，在所述预试
验中
-制造多个待制造的物体(3)或多个试样体，
-在从一个层的固化步骤开始起的不同时间点上，固化所述待制

\t造的物体(3)或试样体的横截面，以及
-在构造过程结束之后，确定所述待制造的物体(3)的或试样体
的性能，以及
-基于所述待制造的物体(3)的或试样体的所确定的性能，确定
上述函数以及所述预定的时间段的长度，根据所述函数在预定的时间
段期间减小每单位面积引入的热量。
5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·帕特尔诺斯特，
申请(专利权)人：EOS有限公司电镀光纤系统，
类型：发明
国别省市：德国;DE