用于逐层制造三维物体的机器的构造缸组件制造技术

用于通过粉末状材料(74)的激光烧结和激光熔化逐层制造三维物体(71)的机器(70)的构造缸组件(1)，所述构造缸组件具有基本上呈柱形壳状的基体(2)和在所述基体(2)的内侧上能够沿着所述基体(2)的缸轴线(3)移动的活塞(4)，其中，所述活塞(4)在该活塞的上侧上具有用于所述三维物体(71)的生长的衬底(21)，其特征在于，所述基体(2)包括基本上呈柱形壳状的隔离体(5)，该隔离体至少构呈所述基体(2)的内侧，其中，所述隔离体(5)由具有比导热率λΙK的材料制成，其中λΙK≤3W/(m*K)，所述活塞(4)构造有上部分(12)和下部分(14)，其中，所述上部分(12)包括所述衬底(21)，并且其中，所述下部分(14)具有冷却装置(18)、尤其是冷却水通道系统，并且，在所述下部分(14)上设置有由弹性体材料制成的第一密封装置(20)，所述活塞(4)的所述下部分(14)通过该第一密封装置相对于所述基体(2)的内侧气密地密封。本发明专利技术提出一种构造缸组件，通过该构造缸组件能够即使在高温(大约超过500℃)时也实现在活塞和基体之间的改善的气密密封。

A structural cylinder component for making three-dimensional objects by layer by layer

\u7528\u4e8e\u901a\u8fc7\u7c89\u672b\u72b6\u6750\u6599(74)\u7684\u6fc0\u5149\u70e7\u7ed3\u548c\u6fc0\u5149\u7194\u5316\u9010\u5c42\u5236\u9020\u4e09\u7ef4\u7269\u4f53(71)\u7684\u673a\u5668(70)\u7684\u6784\u9020\u7f38\u7ec4\u4ef6(1)\uff0c\u6240\u8ff0\u6784\u9020\u7f38\u7ec4\u4ef6\u5177\u6709\u57fa\u672c\u4e0a\u5448\u67f1\u5f62\u58f3\u72b6\u7684\u57fa\u4f53(2)\u548c\u5728\u6240\u8ff0\u57fa\u4f53(2)\u7684\u5185\u4fa7\u4e0a\u80fd\u591f\u6cbf\u7740\u6240\u8ff0\u57fa\u4f53(2)\u7684\u7f38\u8f74\u7ebf(3)\u79fb\u52a8\u7684\u6d3b\u585e(4)\uff0c\u5176\u4e2d\uff0c\u6240\u8ff0\u6d3b\u585e(4)\u5728\u8be5\u6d3b\u585e\u7684\u4e0a\u4fa7\u4e0a\u5177\u6709\u7528\u4e8e\u6240\u8ff0\u4e09\u7ef4\u7269\u4f53(71)\u7684\u751f\u957f\u7684\u886c\u5e95(21)\uff0c\u5176\u7279\u5f81\u5728\u4e8e\uff0c\u6240\u8ff0\u57fa\u4f53(2)\u5305\u62ec\u57fa\u672c\u4e0a\u5448\u67f1\u5f62\u58f3\u72b6\u7684\u9694\u79bb\u4f53(5)\uff0c\u8be5\u9694\u79bb\u4f53\u81f3\u5c11\u6784\u5448\u6240\u8ff0\u57fa\u4f53(2)\u7684\u5185\u4fa7\uff0c\u5176\u4e2d\uff0c\u6240\u8ff0\u9694\u79bb\u4f53(5)\u7531\u5177\u6709\u6bd4\u5bfc\u70ed\u7387\u03bb\u0399K\u7684\u6750\u6599\u5236\u6210\uff0c\u5176\u4e2d\u03bb\u0399K\u22643W/(m*K)\uff0c\u6240\u8ff0\u6d3b\u585e(4)\u6784\u9020\u6709\u4e0a\u90e8\u5206(12)\u548c\u4e0b\u90e8\u5206(14)\uff0c\u5176\u4e2d\uff0c\u6240\u8ff0\u4e0a\u90e8\u5206(12)\u5305\u62ec\u6240\u8ff0\u886c\u5e95(21)\uff0c\u5e76\u4e14\u5176\u4e2d\uff0c\u6240 The lower part (14) having a cooling device (18), especially the cooling water channel system, and on the lower part (14) is provided with a first sealing device made of elastomeric material (20), the piston (4) of the lower part (14) by the first. Encapsulation device relative to the substrate (2) inside the hermetically sealed. The invention proposes a cylinder assembly, which is able to achieve an improved airtight seal between the piston and the substrate even at a high temperature (around 500 degrees Celsius) through the structural cylinder assembly.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于逐层制造三维物体的机器的构造缸组件
本专利技术涉及用于通过激光烧结或者激光熔化粉末状材料逐层制造三维物体的机器的构造缸组件，所述构造缸组件具有基本上呈柱形壳状的基体和在基体的内侧上能够沿着基体的缸轴线移动的活塞，其中，活塞在它的上侧上具有用于三维物体生长的衬底。
技术介绍
由EP2732890A2已知这种构造缸组件。通过借助激光烧结或者激光熔化(也称为“selectivelasersintering”，选择性激光烧结，或者“selectivelasermelting”，选择性激光熔化)来逐层制造三维物体，能够制造利用传统技术不能达到的物体几何结构(所述传统技术例如是浇铸工艺或者实体的铣削)。在此，在构造柱体(也称为构造室)中的衬底(也称为构造平台)上施加粉末状材料的薄层，然后在选出的位置上通过加工激光束来加热，直到所述粉末状材料被熔化或者被烧结。紧接着，在构造柱体中的衬底下降一个粉末层厚度，施加另一层粉末状材料并且又在选出的位置上通过加工激光束加热，并且如此继续下去。粉末状材料的施加和加热大部分在排除空气的情况下进行，以避免氧化过程，尤其当处理金属粉末状材料时这样进行。由EP2732890A2已知用于这样逐层制造三维物体的机器。在过程室上布置有用于粉末状材料的储备室、构造室以及收集容器。粉末状材料能够通过滑板从储备室被刮涂至构造室并且(在粉末过剩时)被刮涂到收集容器中。构造室包括环状的基体，构造平台在该基体中移动，该构造平台固定在保持结构上。保持结构相对于基体密封。为了构造室的尺寸适配，在机器上的环状基体是能够替换的。为了避免在成品构件中的机械应力，有利的是，在加工激光束起作用之前预加热粉末状材料。然而，无意地加热所述机器的其他构件会妨害制造质量或者甚至损害机器。WO2011/082812A1说明了用于生成地制造三维物体的机器，其中，构造柱体通过隔热装置被保持在板中，支架能够通过升降装置在该构造柱体中移动。借助在该支架之上的加热设备能够在进行激光烧结之前预加热刚刚施加的粉末层。US2013/0004680A1提出，在逐层析出的物体与可移动的保持器上的基础块之间设有桥装置，该桥装置在所述物体和所述基础块之间起隔热作用。EP1347853B1公开了用于借助激光熔化逐层制造三维物体的设备，其中，在气密室中设置有工作室。该工作室设有构造柱体。在该构造柱体中的活塞相对于该构造柱体借助金属活塞环密封。在目标面上方和下方设有加热元件。在加热被施加的层中的粉末状材料来准备激光加工时，构造缸组件的衬底或活塞并且通常还有基体被显著加热。在使用具有高的熔化温度或者说烧结温度的粉末状材料时，如大多数金属和陶瓷那样，这使在活塞和基体之间的气密密封明显变困难。在EP1347853B1中提出的金属活塞环也能够在高温(大约超过500℃)时使用，但必须非常精确地制造。温度梯度会容易地导致活塞或者说活塞环或者还有基体的变形，所述变形实际上几乎不被修正，这会引起不密封性或者甚至造成活塞被卡住。金属活塞环以具有类似于所述活塞环的热膨胀特性的同样为金属的基体为前提，因此在运行中所述基体非常热。
技术实现思路
本专利技术基于下述任务：提出一种构造缸组件，通过该构造缸组件在高温(大约超过500℃)时也能够实现在活塞和基体之间的改善的气密密封。该任务通过开始时提到的类型的构造缸组件解决，其特征在于，所述基体包括基本上呈柱形壳状的隔离体，该隔离体至少构成该基体的内侧，其中，该隔离体由具有比导热率λΙK的材料制成，具有λΙK≤3W/(m*K)，该活塞构造有上部分和下部分，其中，该上部分包括衬底，并且其中，该下部分具有冷却装置、尤其是冷却水通道系统，并且在该下部分上设置有由弹性体材料制成的第一密封装置，活塞的下部分通过该第一密封装置相对于基体的内侧气密密封。根据本专利技术设置，构造缸组件如此构造：即使在所述衬底的区域中设有高温(大约500℃或者更高、尤其在600℃到1000℃之间)用于加热粉末状材料时，所述构造缸组件也能够通过由弹性体材料制成的密封装置密封。一方面设置，所述活塞多件式地构造。在活塞的包括衬底的上部分中允许高温(在该衬底的区域中大多数为500℃或者更高)，以便在激光加工之前加热粉末状材料层。典型地，借助在活塞中的加热装置来设定在衬底上的这种高温；但也能够例如在所述衬底上方设置热辐射器。在活塞的下部分中通过冷却装置来设立较低温度(典型地是45℃或者更低、优选为30℃或者更低)。第一密封装置也固定在该下部分上，该第一密封装置通过在下部分上的冷却装置被冷却。因此在活塞中在上部分(尤其是衬底)和下部分之间存在温度梯度。典型地，通过在活塞中在上部分和下部分之间的陶瓷的隔离构件(例如陶瓷环或者陶瓷盘)来促进这种温度梯度的设立。另一方面设置，构造室组件的基体至少在它的内侧上通过由具有小的导热率λΙK≤3W/(m*K)的材料制成的隔离体构造。基体在第一轴向区段中在它的内侧上在活塞上部分的区域中、尤其在衬底的区域中并且必要时也从处于所述区域上的区域中(在那里所述三维物体已经部分地制造)获得热量输入。然而所述第一密封装置布置在活塞的下部分上，并且在第二轴向区段中从所述基体获得热量输入。然而该第二轴向区段在轴向上处于第一轴向区段下方并且相应地与所述第一轴向区段在轴向上间距开。实际上，上部分的在径向上与隔离体相邻的或者接触到隔离体的结构和第一密封装置的贴靠在该隔离体上的区段典型地在轴向上彼此远离至少5cm并且通常至少7cm。因为基体在它的内侧上的导热率根据该隔离体的材料是非常小的，所以从第一轴向区段中的基体到第一密封装置中的热量输入是小的，并且可以尽量通过冷却装置来补偿，使得第一密封装置的材料仅承受适当的温度(典型地最高200℃，优选最高150℃)。在适当的温度的情况下，第一密封装置由弹性体材料制成，而不会由于起作用的温度损害所述第一密封装置；尤其不需要金属密封装置。通过由弹性体材料制成的第一密封装置能够在用于基体和活塞之间的要密封的局部缝隙宽度的大的公差范围内设立非常好的气密性。不需要用于第一密封装置的特别的制造精度或者该第一密封装置的配合，并且由于温度梯度引起的一般变形不会妨害密封性，或者说所述变形可以通过密封装置材料的弹性容易地补偿。用于第一密封装置的典型材料是硅橡胶(用于直到大约250℃的温度)。通过根据本专利技术的弹性体密封装置能够可靠地确保粉末状材料在排除空气的情况下(在保护气体例如N2或者Ar的环境下，或者也在真空中)进行激光加工；避免了在粉末状材料上的氧化。尤其不需要在过程室中的保护气体的持续过压(通常与持续的保护气体通流连接)。已注意到，隔离体的材料优选也具有小的(线性的)热膨胀系数α，典型地具有α≤3*10-61/K。在构造有根据本专利技术的构造缸组件的机器中，所述下部分耦合到升降装置上用于使活塞在基体中移动。所述上部分直接或者间接(通过中间部分)支承、尤其平放地支承并且典型地也固定在该下部分上。所述活塞(包括衬底在内，并且不包括第一密封装置和可能的其他密封装置和柔性接触元件)优选构造有明显比隔离体的内直径更小的外直径，使得既在冷状态中也在热状态中均不产生相互接触(除了通过第一密封装置和可能的其他密封装置和柔性接触元件之外，包括填料套或者填料封装部在本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于通过粉末状材料(74)的激光烧结和激光熔化逐层制造三维物体(71)的机器(70)的构造缸组件(1)，所述构造缸组件具有基本上呈柱形壳状的基体(2)和在所述基体(2)的内侧上能够沿着所述基体(2)的缸轴线(3)移动的活塞(4)，其中，所述活塞(4)在该活塞的上侧上具有用于所述三维物体(71)的生长的衬底(21)，其特征在于，所述基体(2)包括基本上呈柱形壳状的隔离体(5)，该隔离体至少构成所述基体(2)的内侧，其中，所述隔离体(5)由具有比导热率λΙK的材料制成，其中λΙK≤3W/(m*K)，所述活塞(4)构造有上部分(12)和下部分(14)，其中，所述上部分(12)包括所述衬底(21)，并且其中，所述下部分(14)具有冷却装置(18)、尤其是冷却水通道系统，并且，在所述下部分(14)上设置有由弹性体材料制成的第一密封装置(20)，所述活塞(4)的所述下部分(14)通过该第一密封装置相对于所述基体(2)的内侧气密地密封。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.23 DE 102015211538.01.用于通过粉末状材料(74)的激光烧结和激光熔化逐层制造三维物体(71)的机器(70)的构造缸组件(1)，所述构造缸组件具有基本上呈柱形壳状的基体(2)和在所述基体(2)的内侧上能够沿着所述基体(2)的缸轴线(3)移动的活塞(4)，其中，所述活塞(4)在该活塞的上侧上具有用于所述三维物体(71)的生长的衬底(21)，其特征在于，所述基体(2)包括基本上呈柱形壳状的隔离体(5)，该隔离体至少构成所述基体(2)的内侧，其中，所述隔离体(5)由具有比导热率λΙK的材料制成，其中λΙK≤3W/(m*K)，所述活塞(4)构造有上部分(12)和下部分(14)，其中，所述上部分(12)包括所述衬底(21)，并且其中，所述下部分(14)具有冷却装置(18)、尤其是冷却水通道系统，并且，在所述下部分(14)上设置有由弹性体材料制成的第一密封装置(20)，所述活塞(4)的所述下部分(14)通过该第一密封装置相对于所述基体(2)的内侧气密地密封。2.根据权利要求1所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述隔离体(5)的材料是陶瓷或者玻璃，优选是石英玻璃，特别优选是不透明的石英玻璃。3.根据上述权利要求中任一项所述的构造缸组件(1)，其特征在于，陶瓷的隔离构件、尤其陶瓷隔离板(25)和/或陶瓷环(30)和/或陶瓷盘(31)在所述活塞(4)中布置在上部分(12)和下部分(14)之间。4.根据上述权利要求中任一项所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述第一密封装置(20)构造为液压的或者气动的密封装置，该第一密封装置的外直径能够通过液压液体或者气体的压力来调节。5.根据上述权利要求中任一项所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述活塞(4)具有加热装置(26)，所述衬底(21)能够通过该加热装置来加热，尤其加热到500℃或者更高的温度，其中，所述加热装置(26)布置在所述活塞(4)的所述衬底(21)下方和所述下部分(14)上方，该下部分具有所述冷却装置(18)。6.根据权利要求5所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述加热装置(26)包括一个或者多个红外加热元件、尤其是加热线圈(27)，在所述一个或者多个加热元件上方设置有具有0.8或者更高的红外吸收能力的红外吸收层(28)，尤其是，其中，所述吸收层(28)由黑铬或者氮化铝钛组成，并且，在所述一个或者多个红外加热元件下方设置有具有0.8或者更高的红外反射能力的红外反射层(29)，尤其是，其中，所述红外反射层(29)包括反射金属层或者反射陶瓷层。7.根据权利要求6所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述红外吸收层(28)构造或者布置在所述衬底(21)的下侧上，并且，所述红外反射层(29)构造或者布置在陶瓷隔离板(25)的上侧上。8.根据上述权利要求中任一项所述的构造缸组件(1)，其特征在于，在所述下部分(14)上在所述第一密封装置(20)上方设置有柔性接触元件、尤其是由石墨织物或者石墨毡制成的填料封装部(48)或者柔性金属弹簧(120)，该柔性接触元件贴靠在所述隔离体(5)的内侧上。9.根据上述权利要求中任一项所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述活塞(4)具有至少两个、优选三个调整元件(40)，通过所述调整元件能够使所述上部分(12)相对于所述下部分(14)定向，用于所述衬底(21)的水平化。10.根据权利要求9所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述活塞(4)还构造有中间部分(13)，其中，所述上部分(12)支承在所述中间部分(13)上，尤其平放地支承在所述中间部分上，并且，借助于所述调整元件(40)能够使所述中间部分(13)相对于所述下部分(14)定向。11.根据权利要求9或10所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述调整元件(40)分别具有一个膨胀元件(50)和一个电加热元件(52)，该膨胀元件的长度(55)能由于温度而变化，所述膨胀元件(50)能够通过该电加热元件被加热，从而通过经由所述电加热元件(52)调节所述膨胀元件(50)的温度并且在所述冷却装置(18)作用在相应调整元件(40)上的情况下，能够调节所述上部分(12)相对于所述下部分(14)或者所述中间部分(13)的局部间距(47)，尤其是，其中，所述膨胀元件(50)包括由形状记忆合金制成的金属件或者甘油膨胀元件。12.根据权利要求9或10所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述调整元件(40)分别包括一个差动螺栓(41)，该差动螺栓以具有第一螺距的第一螺纹区段(42)在所述活塞(4)的所述上部分(12)中或者所述中间部分(13)中的对应螺纹(43)中被引导，并且，以具有第二螺距的第二螺纹区段(44)在所述活塞(4)的所述下部分(14)中的对应螺纹(45)中被引导，尤其是，其中，所述差动螺栓(41)能够通过电动机来调整。13.根据上述权利要求中任一项所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述上部分(12)以能松脱的方式尤其平放地支承在活塞(4)其余部分上。14.根据权利要求10至12中任一项和权利要求13所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述上部分(12)抗扭转地平放地支承在所述活塞(14)的所述中间部分(13)上，并且，所述上部分(12)能够借助于转动操纵的压紧装置(32)轴向地压紧在所述中间部分(13)上。15.根据权利要求14所述的构造缸组件(1)，其特征在于，所述压紧装置(32)包括锁止部(33)和保持部(34)，所述锁止部(33)以能转动的方式支承在所述活塞(14)的所述中间部分(13)中，其中，所述锁止部(33)在第一转动位置中能够导入到所述衬底(21)的下侧上的所述保持部(34)中并且导出，并且，其中，所述锁止部...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·皮格，S·韦伯，
申请(专利权)人：通快激光与系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE