用于制造三维物体的装置和方法制造方法及图纸

一种用于通过经由电磁辐射或粒子辐射使粉末状构造材料逐层固结来制造三维物体的装置，其具有：可调节高度的托架，在托架上构建物体，托架的水平尺寸限定构造范围。此外，照射装置设置用于将辐射在构造范围内引导到构造材料的对应于物体横截面的施加层区域上。控制单元控制照射装置以使构造材料的粉末颗粒在辐射撞击到构造材料上的部位处结合在一起。选择性加热装置设计成使得能够在先和/或在后地将构造范围的任何指定局部表面加热到稳态温度，该稳态温度显著高于构造范围的在局部表面以外的至少一部分的温度。控制单元致动选择性加热装置以使局部表面与构造范围的边缘相距预定的最小距离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及增材制造装置和方法，特别地涉及用于通过经由施加能量使粉末状构造材料选择性地逐层固结来制造三维物体的装置和方法。
技术介绍
这种方法例如被用于快速成型、快速加工或者快速制造。此类方法的示例已知的名称为“选择性激光烧结或者激光熔融”。对此，通过用激光束选择性地照射而使粉末选择性地固结，其中，由激光束引入到材料中的热能被用于使材料完熔融全或者表面熔融，从而使粉末颗粒在接下来的冷却之后连结在一起。除了激光辐射以外，例如也能够使用其它的电磁辐射或者电子束来施加能量。EP 1583626B1描述了一种装置和一种方法，除了更快的制造速度要求之外，利用所述装置和所述方法还以高精度制造物体。特别地，当使粉末状构造材料层固结以便生成正在生产的物体的横截面时，提出替代地使能量束对准在物体的横截面的不同区域。特别地，在制造过程期间，由热成像摄像头记录待固结的粉末层，并且在分析粉末层中的温度分布之后具体地在粉末层中的各个部位处校正温度。然而，确定由能量束输入能量之后的热能传播的性质和方式所需的计算使得该方法相对复杂。尤其是当粉末层的温度在能量束撞击到粉末层上之前明显低于通过粉末状材料的熔化而使粉末状材料进行固结所处的温度时，在通过生成分层构造的方法所制造的物体中会产生本应通过EP 1583626B1中的方法而有所减小的应力。因此，尤其是但不仅是金属粉末材料会出现这样的应力问题。
技术实现思路
因此，本专利技术所要解决的问题是提供用于制造三维物体的改进装置和改进方法。优选地应该能够以最简单可行的方式生产无应力部分。通过根据权利要求1所述的装置和根据权利要求13所述的方法来解决该问题。在从属权利要求中描述了本专利技术的其它改进。在此，也能够通过在下文或从属权利要求中描述的方法特征来进一步改进装置，反之亦然。根据本专利技术，一种用于通过经由电磁辐射或者粒子束使粉末状构造材料逐层固结来制造三维物体的装置包括：可调节高度的托架，在所述托架上构建物体，并且所述托架的水平尺寸限定了构造范围；照射装置，其用于将电磁辐射或者粒子辐射在构造范围内引导到构造材料的对应于物体横截面的施加层区域上；以及控制单元，其用于控制照射装置，以使得构造材料的粉末颗粒在电磁辐射或者粒子辐射撞击到构造材料上的部位处结合在一起。特别地，设置有选择性加热装置，所述选择性加热装置设计成使得能够将构造范围的任何指定的局部表面加热到稳态温度。所述稳态温度显著高于构造范围的在所述局部表面以外的至少一部分的温度。控制单元还设计成使其控制选择性加热装置，以使得局部表面与构造范围的边缘相距预定的最小距离d。在这样的装置中，不需要使整个构造范围升至高温，以便减小熔化的材料与其周围环境尤其是周围的未固结粉末材料之间的温差，并且因此减少了应力开裂。替代地，通过与构造范围的边缘相距最小距离，保护装置免受高温影响，其中，包围正在生产的物体的未固结粉末状构造材料用作隔热体。而且，能够选择性地加热、也就是仅在选定的部位处加热构造范围中的粉末层。稳态温度能够例如是恰好在供应用于固结的能量之前的未固结构造材料的温度。而且，稳态温度还能够是被调节成使得已经固结的固体横截面只能缓慢冷却的温度。优选地，稳态温度比构造材料的活化温度(即，在所述活化温度下，通过改变粉末的化学和/或物理性质使
粉末颗粒结合在一起从而在冷却之后得到固体)低最多200℃，尤其优选地低最多150℃，并且非常优选地低最多100℃。由于将构造材料预加热到尽可能接近活化温度的稳态温度，因此通过照射装置输入的能量主要用于实际的固结处理而并未过多地用于粉末的预加热。由此就能以总体更加可控的方式来实施固结处理。优选地，控制单元具有数据存储介质，在所述数据存储介质中存储的材料参数值与至少一种构造材料的热特性相关，优选地与多种构造材料的热特性相关。这使其特别地能够根据在装置中使用的构造材料来控制加热处理。进一步优选地，控制单元在操作中(即，在制造过程期间)针对正在使用的构造材料根据存储在所述数据存储介质中的材料参数值来建立与构造范围的边缘相距的最小距离。以这种方式，能够根据包围正在生产的物体的一定量的未固结构造材料的相应隔热性质来设定与构造范围的边缘相距的最小距离。通常在本专利技术的语境中，与构造范围的边缘相距的最小距离应当保持为尽可能小，以免不必要地阻塞构造范围中的空间。另一方面，该最小距离应当具有足够的尺寸，以保护装置的其它区域免于因过高的温度应力而受损。优选地，控制单元在操作中根据待固结的物体横截面的形状建立要选择性加热的局部表面的形状，尤其是其形状和/或尺寸。以这种方式，由选择性加热装置加热的粉末层的表面能够被特别有效地限制到绝对必要的程度，这就提高了能量效率。而且，控制单元在操作中优选地建立局部表面以使其面积范围大于待固结的物体横截面的面积范围。以这种方式，不仅加热待固结的物体横截面，而且还加热包围待固结的物体横截面的粉末部分，以使得在物体横截面的边缘处从正在固结的部位处消散的热量减少。这同样导致减小热应力和/或防止在物体横截面的边缘处的粉末的不充分固结。在本专利技术的一个优选实施例中，选择性加热装置在操作中将电磁辐射尤其是激光辐射和/或粒子辐射引导到构造材料的表面上。以这种
方式，能够选择性地加热固结材料且无需使用复杂的附加结构诸如加热管或者加热电阻。而且，能够以高位置选择性实施加热。尤其是当使用激光辐射进行选择性加热并且该激光辐射的波长与照射装置的辐射的波长相同时，只要照射装置也使用激光，就能够将来自于生成固结辐射所用的相同激光源的激光辐射用于选择性加热。优选地，由容器包围构造范围，另外还设有冷却和/或加热装置以用于冷却和/或加热该容器。由于容器的加热，因此能够附加地将热量供应至粉末状构造材料，使得选择性加热装置的尺寸能够更小。通过包围构造范围的容器的冷却，能够逐渐地带走热量，并且能够保护容器周围的装置免受构造范围中的热量影响。由于冷却，因此能够通过将容器壁冷却至指定的温度值而特别地在容器的周围建立稳定的热条件。而且，由于适当的冷却，因此能够减小与构造范围的边缘相距的上述最小距离。优选地，根据所确定的(即测量或者计算得到的)冷却的冷却参数值来实现这样的减小。用于制造三维物体的装置还能够具有温度测量装置，所述温度测量装置至少在构造范围的局部区域中、优选地在构造范围的边缘附近执行温度测量。优选地，控制单元能够相应地控制在制造过程期间由选择性加热装置供应的热量，以使得在至少一个操作状态中(也就是不必在一层中的整个制造过程期间，而是在需要时，甚至是暂时的)加热构造范围的局部表面所达到的最小稳态温度比由温度测量装置传送到控制单元的温度高出一预定量。通过监测温度，由选择性加热装置对构造材料的加热能够特别地调整为适应指定时间时的装置中的特定状态。特别地，控制单元也能够控制选择性加热装置，从而将局部表面加热到最小稳态温度，所述最小稳态温度比由温度测量装置传送到控制单元的温度高出至少300℃，优选地高出至少400℃，尤为优选地高出至少800℃。以这种方式，根据所使用的构造材料，稳态温度能够设定成尽可能接近活化温度。优选地，控制单元控制选择性加热装置，以使得在将照射装置的
电磁辐射或者粒子辐射引导到构造材料上之前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过经由电磁辐射或者粒子辐射使粉末状构造材料(11)逐层固结来制造三维物体(3)的装置(100)，所述装置具有：可调节高度的托架(2)，在所述托架上构建物体(3)，并且所述托架的水平尺寸限定了构造范围(5)；照射装置(6，9)，其用于将电磁辐射或者粒子辐射在所述构造范围(5)内引导到构造材料的对应于物体横截面(30)的施加层区域上；控制单元(10)，其用于控制所述照射装置(6，9)，以使得构造材料(11)的粉末颗粒在电磁辐射或者粒子辐射撞击到构造材料上的部位处结合在一起，其特征在于，所述装置具有选择性加热装置(18a，18b)，所述选择性加热装置设计成使得能够将所述构造范围(5)的任何指定的局部表面(19)加热到稳态温度，所述稳态温度显著高于所述构造范围(5)的在所述局部表面(19)以外的至少一部分的温度，其中，所述控制单元(10)设计成使其致动所述选择性加热装置(18a，18b)，以使所述局部表面(19)与所述构造范围(5)的边缘相距预定的最小距离(d)。

【技术特征摘要】
2015.02.18 DE 102015202964.61.一种用于通过经由电磁辐射或者粒子辐射使粉末状构造材料(11)逐层固结来制造三维物体(3)的装置(100)，所述装置具有：可调节高度的托架(2)，在所述托架上构建物体(3)，并且所述托架的水平尺寸限定了构造范围(5)；照射装置(6，9)，其用于将电磁辐射或者粒子辐射在所述构造范围(5)内引导到构造材料的对应于物体横截面(30)的施加层区域上；控制单元(10)，其用于控制所述照射装置(6，9)，以使得构造材料(11)的粉末颗粒在电磁辐射或者粒子辐射撞击到构造材料上的部位处结合在一起，其特征在于，所述装置具有选择性加热装置(18a，18b)，所述选择性加热装置设计成使得能够将所述构造范围(5)的任何指定的局部表面(19)加热到稳态温度，所述稳态温度显著高于所述构造范围(5)的在所述局部表面(19)以外的至少一部分的温度，其中，所述控制单元(10)设计成使其致动所述选择性加热装置(18a，18b)，以使所述局部表面(19)与所述构造范围(5)的边缘相距预定的最小距离(d)。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述稳态温度比构造材料(11)的活化温度低最多200℃，优选地低最多150℃，尤为优选地低最多100℃。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述控制单元(10)具有数据存储介质，在所述数据存储介质中存储的材料参数值与至少一种构造材料的热特性相关，优选地与多种构造材料的热特性相关。4.根据权利要求3所述的装置，其中：所述控制单元在操作中针对正在使用的构造材料(11)根据存储在所述数据存储介质中的材料参数值来建立所述最小距离(d)。5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的装置，其中，所述控制单元(10)在操作中根据待固结的物体横截面(30)的形状建立所
\t述局部表面(19)的形状。6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的装置，其中，所述控制单元(10)在操作中建立所述局部表面(19)以使其面积范围大于待固结的物体横截面(30)的面积范围。7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的装置，其中，所述选择性加热装置(18a，18b)在操作中将电磁辐射尤其是激光辐射(18c)和/或粒子辐射引导到构造材料(11)的表面上。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述照射装置(6，9)将激光辐射(7)引导到构造材料(11)的表面上并且所述选择性加热装置(18a，18b)的激光辐射(18c)的波长与所述照射装置(6，9)的辐射的波长相同。9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的装置，所述装置还具有包围所述构造范围(5)的容器(1)，其中，所述装置包括用于冷却和/或加热所述容器(1)的冷却和/或加热装置。10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的装置，所述装置优选地在所述构...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·奥伯霍费尔，
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