用于制造三维物体的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量束(4)固化的建筑材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，其中检测装置(13)被配置为检测通过使固化区域(7)中的建造材料(3)至少部分地蒸发而产生的飞溅颗粒(8‑10)，能量束(4)在所述固化区域(7)中照射建造材料(3)。

Equipment for manufacturing three-dimensional objects

The invention relates to a device (1) for additive fabrication of three-dimensional objects (2) by selectively irradiating and solidifying layers of building materials (3) solidified by an energy beam (4) layer by layer, in which the detection device (13) is configured to detect spattering particles (8 10) generated by evaporating at least part of the construction material (3) in the solidified region (7), and the energy beam (4) in the solid. The construction materials are irradiated in the chemical region (7) and (3).

【技术实现步骤摘要】
用于制造三维物体的设备
本专利技术涉及一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助于能量束固化的建造材料构成的层来添加式地制造三维物体的设备。
技术介绍
其中提供能量束来选择性地照射并由此固化在建造平面中的建造材料层的设备在现有技术中是众所周知的。通过依次照射建造材料层，来添加式地制造物体。为了固化建造材料，能量通过能量束在固化区域中消耗。根据各种参数，例如能量束功率或能量束强度，固化区域中的(粉末状)建造材料可以被烧结或熔化，从而被固化。从现有技术中进一步已知，建造材料中消耗的能量的量对于过程质量和物体质量是至关重要的，因为如果在建造材料中消耗的能量不足或超过限定的间隔或值，可能导致在要建造的物体上的偏差或负面影响。特别地，建造材料中消耗的能量过多可能导致建造材料的部分蒸发，其中产生了飞溅颗粒，并且所述飞溅颗粒分布在固化区域中以及周围，损害了过程和物体质量，即污染建造材料已蒸发的区域周围的粉末床。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种设备，其中与飞溅颗粒的产生有关的信息的生成得到改善。该目的通过根据权利要求1的设备来实现。本专利技术的有利实施例受从属权利要求的约束。本专利技术描述的设备是用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助于能量束固化的粉末状建造材料(“建造材料”)构成的层来添加式地制造三维物体、例如技术结构件的设备。相应的建造材料可以是金属、陶瓷或聚合物粉末。相应的能量束可以是激光束或电子束。相应的设备可以例如是选择性激光烧结设备、选择性激光熔化设备或选择性电子束熔化设备。该设备包括在其操作期间使用的多个功能单元。示例性功能单元是过程室、照射装置和流产生装置，所述照射装置被配置为使用至少一个能量束来选择性地照射布置在过程室中的建造材料层，所述流产生装置被配置为产生至少部分地以给定的流动特性流过过程室的气态流体流，所述流动特性例如是给定的流动轮廓、流速等。气态流体流在流过过程室时能够携带未经固化的颗粒状建造材料，特别是在设备运行期间产生的烟雾或烟雾残余物。气态流体流通常是惰性的，即通常为惰性气体流，所述惰性气体例如是氩气、氮气、二氧化碳等。本专利技术基于如下思想，即提供一种检测装置，该检测装置被配置为检测例如通过使能量束在其中照射建造材料的固化区域中的建造材料至少部分地蒸发而产生的飞溅颗粒。因此，检测装置被配置为至少监测固化区域，即在其中能量束照射建造材料的区域，其中可以检测到飞溅颗粒。因此，可以通过检测装置来检测在制造过程中产生的飞溅颗粒。在本申请的范围内提及的飞溅颗粒通常是在制造过程中从建造材料体积脱离的在制造过程中产生的建造材料颗粒和/或残余物的聚集体。飞溅颗粒是由于建筑材料层中的能量消耗而产生的，其中建造材料颗粒的聚集体被抛出建造材料的体积之外。例如，其中(例如通过激光束)消耗能量的一定体积的建造材料被局部加热(即在固化区域)成建造材料部分地蒸发。由于建造材料的部分蒸发，产生飞溅颗粒并且飞溅颗粒以基本上任意的方式加速。所产生的飞溅颗粒的(局部)整体形成飞溅图案，例如导致飞溅颗粒在建造平面中即粉末床上的撞击点(impact)的分布。因此，飞溅颗粒的检测允许导出关于过程和物体质量的信息，并且还允许在制造过程期间控制至少一个过程/工艺参数。通过本专利技术，例如在执行制造过程中，可以“在线”监测飞溅颗粒的产生和/或控制过程参数。因此，可以将通过用能量束照射而在建造材料中消耗的能量与飞溅颗粒是否产生相关联。此外，当检测到飞溅颗粒时，可以控制、特别是减少消耗的能量。这允许控制过程参数，特别地是在建造材料中消耗的能量，其中可以确保能量被选择得足够高以适当地固化建造材料，但不能太高而导致建造材料的部分蒸发。根据设备的第一实施例，检测装置被配置为检测和/或确定在固化区域中产生的飞溅颗粒的喷射特性。飞溅颗粒的喷射特性表明建造材料是否被恰当地固化，或者建造材料的一部分是否已被蒸发而导致建造材料在固化区域中的不理想的固化。基于飞溅颗粒的喷射特性，可以获得关于过程质量的信息，因为在飞溅颗粒的过度喷射过程中，建造材料未被恰当地固化，而导致待建造物体的缺陷和/或偏差。因此，可以控制特定的过程参数，特别是建造材料中消耗的能量，以确保满足限定的过程质量。该设备可以进一步改进成使得检测装置被配置为检测飞溅颗粒的量和/或尺寸和/或速度和/或飞溅颗粒在建造平面上的撞击点和/或飞溅颗粒在建造平面上的撞击点的图案。在本申请的范围内的术语“建造平面”是指其中可以通过能量束照射建造材料的平面。由于飞溅颗粒的速度与单个飞溅颗粒的质量相关，因此飞溅颗粒的速度的检测允许确定单个飞溅颗粒的量。例如，较轻的飞溅颗粒通常比较重的飞溅颗粒移动得更快。因此，通过检测飞溅颗粒的速度，可以通过飞溅颗粒的质量来确定飞溅颗粒中所含的建造材料的量。当检测到飞溅颗粒的量和/或尺寸和/或速度和/或飞溅颗粒在建造平面上的撞击点和/或飞溅颗粒在建造平面上的撞击点图案时，可以获得三维物体的制造过程是否在合适的过程参数下进行的信息。因此，可以减少能量束照射时蒸发的建造材料的量，特别地是使其最小化，以防止产生飞溅颗粒，飞溅颗粒的产生对待建造的物体的结构完整性产生负面影响，并且还污染与固化区域相邻的区域中的粉末床，其中飞溅颗粒降落并在建造材料的平面表面中产生缺陷，例如建造材料中的坑或飞溅颗粒在正在建造的物体上降落导致在物体中损害物体质量的缺陷。此外，检测装置可以被配置为确定建造材料在固化区域中的蒸发程度。因此，检测装置允许确定建造材料在固化区域中蒸发的等级或程度。在确定蒸发程度后，相应过程参数的控制是可能的，从而确保建造材料适当地固化而不是蒸发。检测装置还可以被配置为经由至少一种算法、特别是图像分析算法来确定蒸发程度。因此，检测装置能够进行建造平面(即，固化区域)的图像检测，其中通过至少一种算法评估或确定蒸发程度。通过使用例如图像分析算法，可以量化或表征在使用能量束照射时产生的飞溅物的飞溅图案和/或喷射特性。这允许有助于建造材料中消耗的能量的各种过程参数的优化控制和/或调节，因为可以通过检测装置瞬时地确定或监测调整此类过程参数的效果。该设备可以进一步改进成使得其中设置控制单元，所述控制单元被配置为根据至少一个检测到的飞溅颗粒和/或检测到的飞溅颗粒在建造平面上的撞击点和/或飞溅颗粒在建造平面上的撞击点图案和/或确定的蒸发程度来控制至少一个过程参数，优选地能量束的参数，特别地是能量束功率和/或能量束强度和/或光斑尺寸和/或扫描速度。所描述的实施例允许针对在建造材料中、特别是在固化区域中消耗的能量“在线”监视和控制过程参数。例如，如果检测到表示固化区域中太多能量被消耗的飞溅图案，则可以相应地调整相关的过程参数以减少在固化区域中消耗的能量，从而避免建造材料蒸发。为了减少在建造材料中消耗的能量，特别地可以改变写入速度(扫描速度)——即能量束在建造材料上被引导的速度，和/或改变能量束在建造材料上的光斑尺寸。也可以定义检测到的飞溅颗粒的阈值，例如，数量和/或尺寸，其中如果满足阈值，则控制过程参数。因此，可以避免或减少对过程质量的负面影响。另外，设备的控制单元可被配置成根据过程室中的至少一个环境参数来控制至少一个过程参数。环境参数例如是或包括气体(特别是过程气体和/或氧气)的流、温度(特别是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助于能量束(4)固化的建造材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，其特征在于，所述设备包括检测装置(13)，所述检测装置被配置为检测通过使固化区域(7)中的建造材料(3)至少部分地蒸发而产生的飞溅颗粒(8‑10)，能量束(4)在所述固化区域(7)中照射建造材料(3)。

【技术特征摘要】
2017.08.04 EP 17184929.21.一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助于能量束(4)固化的建造材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，其特征在于，所述设备包括检测装置(13)，所述检测装置被配置为检测通过使固化区域(7)中的建造材料(3)至少部分地蒸发而产生的飞溅颗粒(8-10)，能量束(4)在所述固化区域(7)中照射建造材料(3)。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置(13)被配置为检测和/或确定在所述固化区域(7)中产生的飞溅颗粒(8-10)的喷射特性。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述检测装置(13)被配置为检测所述飞溅颗粒(8-10)的尺寸和/或数量和/或速度，和/或飞溅颗粒在建造平面(6)上的撞击点(12)，和/或飞溅颗粒(8-10)在建造平面(6)上的撞击点(12)的图案。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述检测装置(13)被配置成确定所述固化区域(7)中的建造材料(3)的蒸发程度。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述检测装置(13)被配置成通过至少一种算法、特别是图像分析算法确定蒸发程度。6.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括控制单元(14)，所述控制单元被配置为根据至少一个检测到的飞溅颗粒(8-10)和/或检测到的飞溅颗粒(8-10)在建造平面(6)上的撞击点(12)和/或飞溅颗粒(8-10)在建造平面(6)上的撞击点(12)的图案和/或确定的蒸发程度控制至少一个过程参数，优选地是能量束(4)的参数，特别是能量束功率和/或能量束强度。7.根据权利要求6所述的设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·贝希曼，T·伯克斯，P·舒曼，J·韦纳，MC·埃伯特，A·波普，
申请(专利权)人：CL产权管理有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE