用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置制造方法及图纸

一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置，具有：材料储存池，其用于容纳能够借助于熔化设备被熔化的粉末状金属材料，其中所述材料在材料储存池中形成粉末床；以及表面加工装置，其用于加工粉末床的表面。根据本发明专利技术，设置有用于确定粉末床的表面的三维地形的装置，所述装置被构造和配置为使得通过获取表面的表面深度信息确定表面的三维地形，其中用于确定粉末床的表面的三维地形的装置与表面加工装置处于信号传输连接，使得粉末床的表面根据用于确定粉末床的表面的三维地形的装置的表示粉末床的表面的三维地形的输出信号被表面加工装置加工。

Device for generating metal components in a powder bed-based manner

A device for generating metal components in a powder bed-based manner has a material storage tank for holding powdered metal materials capable of being melted by means of a melting device, wherein the materials form a powder bed in a material storage tank, and a surface processing device for processing the surface of the powder bed. According to the present invention, a device for determining the three-dimensional topography of the surface of a powder bed is provided, which is constructed and configured so that the three-dimensional topography of the surface can be determined by acquiring surface depth information. The device for determining the three-dimensional topography of the surface of a powder bed is connected with the surface processing device by signal transmission, so that the surface of the powder bed can be determined according to the surface used for determining the powder. A device for representing the three-dimensional topography of a bed surface. The output signal of the three-dimensional topography of the powder bed surface is processed by a surface processing device.

【技术实现步骤摘要】
用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置
本专利技术涉及一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置。
技术介绍
又被称3D打印机的这样的装置是众所周知的，其用于构建三维工件。工件的构建在使用至少一个粉末状金属材料的情况下分层地以计算机控制的方式进行。为了构建三维结构，进行物理熔化过程。所述装置尤其适于形成复杂几何结构。公知的装置具有用于容纳可熔化粉末状金属材料的熔融物的材料储存池，其中材料在材料储存池中形成粉末床，并且借助于熔化设备选择性地根据要生成的组件的横截面被熔化。另外，公知装置具有用于形成粉末床的表面的刮削元件(Abziehelement)，所述刮削元件是根据刮刀的形式来构造的并且定义刮削棱边。刮削元件布置在可移动载体上，其中该载体被构造为使得刮削棱边为了刮削粉末床的表面而可以相对于所述表面在刮削平面内移动。在制造组件期间，粉末床的表面在执行熔化过程以前借助于刮削元件被平滑化。紧接着，粉末状金属材料借助于例如由激光器构成的熔化设备根据要制造的组件的横截面选择性地被熔化。在相应熔化过程以后，为了准备跟随在其后的熔化过程而重新涂覆粉末层，其方式是，附加的粉末被置入到材料储存池中并且借助于刮削元件沿着粉末床的表面被分布和平坦化。为了使粉末床的表面在制造过程中始终位于同一平面内，也就是说，选择性熔化过程同样始终在同一平面内进行，该组件与材料储存池一起被布置在保持装置处，所述保持装置可以垂直于粉末床的表面移动。该保持装置与组件和粉末床一起在每个熔化过程以后都下沉一定幅度，所述幅度对应于在熔化过程中生成的金属层的厚度。例如由DE19533960A1和DE102014222159A1公开了用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置。由EP2942130A1也公开了用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务是改进用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置的功能。该任务通过具有以下特征的本专利技术来解决：一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置，具有：材料储存池，其用于容纳能够借助于熔化设备被熔化的粉末状金属材料，其中所述材料在材料储存池中形成粉末床；以及表面加工装置，其用于加工粉末床的表面；其中，所述装置具有用于确定粉末床的表面的三维地形的装置，所述装置被构造和配置为使得通过获取表面的表面深度信息确定表面的三维地形；以及用于确定粉末床的表面的三维地形的装置与表面加工装置处于信号传输连接，使得粉末床的表面根据用于确定粉末床的表面的三维地形的装置的表示粉末床的表面的三维地形的输出信号在执行熔化过程以前被表面加工装置加工。在用金属构建工件时，作为可重塑材料尤其是使用粉末形式的金属，所述金属被容纳在材料储存池中。金属粉末形成粉末床，该粉末床根据要形成的工件或要形成的三维结构而被用激光器或其它熔化设备照射。通过激光辐射，材料被选择性地熔化，其中在已熔化材料硬化时，分层地形成所期望的工件或所期望的三维结构。在某层熔化并硬化以后，为了准备下一层而必须再次提供具有适用于后续熔化过程、尤其是均匀的表面的粉末床。为了使表面平滑化和均匀化，尤其是可以使用刮刀类型的刀具，所述刀具被引导经过粉末表面。本专利技术由EP2942130A1所基于的思想来解决，即借助于测量装置来测量分层生成的工件的三维地形，以便以此方式识别工件处的缺陷。更确切而言，本专利技术所基于的思想是，通过如下方式来改善该装置的运行安全性和运行精确性：尤其是以光学方式以工序间方法(Inprozess-Verfahren)来确定粉末床的表面的地形、即其三维结构；以及根据结果借助于表面处理装置对粉末床的表面进行加工、尤其是平滑化或结构化。如果在确定表面的地形时确定：存在足够均匀并且对紧接着的熔化过程而言合适的表面，则可以相应地执行熔化过程。如果不存在相应表面，则可以以所需方式对表面进行加工、例如结构化、尤其是平滑化。在从现有技术中公知的装置中，事后检测工件的各层处的差错，而在本专利技术中，事前、即在熔化过程以前将粉末床的表面加工为使得在生成组件时事先避免由粉末床的不合适、尤其是不均匀的表面造成的差错。通过这种方式来显著改善相应装置的运行安全性和运行精确性。本专利技术因此使得能够在进行中的制造工艺期间对粉末床表面的质量进行工序间监控以及必要时进行工序间加工。在使用相应测量方法的情况下，本专利技术使得能够对即使对低对比度的小表面偏差也进行识别以及实现了高测量精度。本专利技术的另一优点在于，在使用相应测量方法的情况下，可以实现高的侧面分辨能力和高的测量速度。根据相应要求，粉末床的表面可以通过加工装置以任意方式被加工、例如被结构化、尤其是被平滑化，以便提供对于后续熔化过程而言合适的表面。用于确定粉末床的表面地形的装置适宜地被固定地安装在所述装置中，并且以控制技术被结合到所述装置的控制设备中，这如本专利技术的一个有利的改进方案中所规定的那样。根据本专利技术，“以控制技术结合到所述装置的控制设备中”应当被理解为，所述装置中的过程按照根据本专利技术规定的地形确定来进行。这例如可以进行得使得在分层构建金属组件期间，仅当根据本专利技术规定的地形确定已经得出粉末床的表面平滑得足以无问题地执行熔化过程或者所述表面在测量以后已经通过处理装置被平滑化以后才释放或触发熔化过程。以控制技术的结合例如也可以被构造为使得当地形确定得出粉末床的表面未平滑或平坦得足以无问题地执行熔化过程时，熔化过程被抑制和/或输出错误信号。表面地形的确定可以根据任何合适的运行或测量原理来进行，其中例如且尤其是可以使用从制造测量技术中公知的测量方法、例如根据DIN2271的气动距离测量或者声或光传播时间测量。根据本专利技术，特别优选的是以无接触方式工作、可快速执行并且具有高测量精度的光学测量方法。从这种意义而言，本专利技术的一个有利的优选方案规定，用于确定粉末床的表面地形的装置具有光学装置，所述光学装置被构造和配置为使得粉末床的表面的地形通过获取表面深度信息而被确定。在此，可以使用任何合适的光学测量方法、例如利用共焦彩色距离传感器进行的距离测量、图案投影、以及例如白光干涉测量法和偏折法。为了能够快速、简单和精准地执行熔化过程，本专利技术的一个有利的改进方案规定，熔化设备具有至少一个激光器和/或至少一个电子束熔化设备，其激光束或其电子束为了选择性地熔化粉末状材料而能够以受控制设备控制的方式沿着粉末床的表面移动并且能够在其强度方面被改变。本专利技术的另一有利的改进方案规定，表面加工装置具有至少一个平滑化设备以用于使粉末床的表面平滑化。相应的平滑化设备的构造本身是本领域技术人员众所周知的，并且因此在此不予以进一步阐述。根据本专利技术的另一有利的改进方案，用于确定粉末床的表面地形的装置被构造和配置为测量粉末床的表面，并且具有至少一个能进行3D测量的测量装置。在该实施方式中，表面的地形通过测量该表面而被确定。在前述实施方式中，可以使用任何合适的测量装置或测量方法。就此而言，本专利技术的一个有利的改进方案规定，测量装置被构造成光学测量装置或者具有光学测量装置。相应的测量装置使得能够以无接触方式、以高精度并且以高速度测量粉末床的表面并且因此特别适于确定表面的地形。本专利技术的一个非常有利的改进方案中规定，光学测量装置具有至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置(2)，具有：材料储存池(4)，其用于容纳能够借助于熔化设备被熔化的粉末状金属材料，其中所述材料在材料储存池中形成粉末床(6)；以及表面加工装置，其用于加工粉末床(6)的表面；其特征在于，所述装置具有用于确定粉末床(6)的表面的三维地形的装置，所述装置被构造和配置为使得通过获取表面的表面深度信息确定表面的三维地形；以及用于确定粉末床(6)的表面的三维地形的装置与表面加工装置处于信号传输连接，使得粉末床的表面根据用于确定粉末床(6)的表面的三维地形的装置的表示粉末床(6)的表面的三维地形的输出信号在执行熔化过程以前被表面加工装置加工。

【技术特征摘要】
2017.08.16 DE 102017118720.0;2017.08.21 DE 10201711.一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置(2)，具有：材料储存池(4)，其用于容纳能够借助于熔化设备被熔化的粉末状金属材料，其中所述材料在材料储存池中形成粉末床(6)；以及表面加工装置，其用于加工粉末床(6)的表面；其特征在于，所述装置具有用于确定粉末床(6)的表面的三维地形的装置，所述装置被构造和配置为使得通过获取表面的表面深度信息确定表面的三维地形；以及用于确定粉末床(6)的表面的三维地形的装置与表面加工装置处于信号传输连接，使得粉末床的表面根据用于确定粉末床(6)的表面的三维地形的装置的表示粉末床(6)的表面的三维地形的输出信号在执行熔化过程以前被表面加工装置加工。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于确定粉末床的表面的地形的装置被固定地安装在所述装置(2)中，并且以控制技术被结合到装置(2)的控制设备中。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于确定粉末床的表面的地形的装置具有光学装置，所述光学装置被构造和配置为使得粉末床(6)的表面的地形通过获取表面深度信息而被确定。4.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，熔化设备具有至少一个激光器(8)和/或至少一个电子束熔化设备，其激光束(10)或其电子束为了选择性地熔化粉末状材料而能够以受控制设备(12)控制的方式沿着粉末床(6)的表面移动并且能够在其强度方面被改变。5.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，表面加工装置具有至少一个用于使粉末床(6)的表面平滑化的平滑化设备(17)。6.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，用于确定粉末床的表面的地形的装置被构造和配置为测量粉末床的表面，并且具有至少一个能进行3D测量的测量装置。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，测量装置被构造成光学测量装置或者具有光学测量装置。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，光学测量装置具有至少一个光学传感器，所述光学传感器与分析设备(24)处于数据传输连接，所述分析设备被构造为和配置为使得从传感器的输出数据中借助于3D重建方法，粉末床(6)的表面的地形被重建。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，光学传感器被构造为扫描粉末床(6)的表面。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，光学传感器被布置在能够相对于粉末床(6)的表面移动的载体(20)上。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，光学传感器被构造成线传感器(18)并且具有传感器元件的线形布置。12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，载体(20)能够相对于材料储存池(4)线性地移动。13.根据权利要求10至12之一所述的装置，其特征在于，载体(20)能够相对于材料储存池(4)尤其是以雨刮器方式转动移动。14.根据权利要求3至13之一所述的装置，其特征在于，设置有照射设备以用于在至少一个被传感器检测的区域中照射粉末床(6)的表面。15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，照射设备被构造和配置为以不同照射角照射粉末床(6)的表面，并且分析设备被构造和配置为根据明暗恢复形状法来分析光学传感器的在以不同照射角照射时获得的输出信号。16.根据权利要求8至15之一所述的装置，其特征在于，光学传感器被构造和配置为以不同观察角来观察粉末床(6)的表面处的测量位置。17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，分析设备(24)被构造和配置为根据立体三角定位法来分析光学传感器的输出信号。18.根据权利要求8至17之一所述的装置，其特征在于，至少一个光学传感器被构造成点式测量距离传感器，并且粉末床(6)的表面的地形通过确定传感器与由传感器检测的相应测量位置处的表面之间的距离而被确定。19.根据权利要求14至18之一所述的装置，其特征在于，传感器与照射设备一起被集成为传感器/照射单元。20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，传感器/照射单元布置在载体处。21.根据权利要求8至20之一所述的装置，其特征在于，分析设备(24)被构造和配置为根据光学传感器的输出信号检查和/或测量要制造组件的通过熔化粉末形成的横截面。22.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，表面加工装置具有至少一个用于使粉末床(6)的表面成形的刮削元件(32)，其中所述刮削元件(32)是根据刮刀形式来构造的并且定义刮削棱边(34)，其中所述刮削元件(32)或每个刮削元件(32)都布置在可移动的载体(36)处，并且其中载体(36)被构造为使得刮削棱边(34)为了刮削粉末床(6)的表面而能够相对于所述表面在刮削平面(x-y平面，图3)内移动，其中所述刮削元件(32)或每个刮削元件(32)都以能够沿着垂直于刮削平面的调节轴(z轴，38)相对于载体(36)被调节的方式布置在载体(36)处以用于调整刮削棱边(34)的刮削位置，其中刮削位置相对于载体(36)在刮削过程期间至少分阶段地为固定的或者根据高频振动能够在零位周围改变，并且其中给调节轴(38)分配有驱动设备(40)。23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，刮削棱边(34)由至少两个在刮削棱边(34)的长度方向上彼此并排且彼此接界地布置的刮削元件(44-50)构成。24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，刮削棱边(34)由多个在刮削棱边(34)的长度方向上彼此并排且彼此接界地布置的刮削元件(44-50)构成。25.根据权利要求23或24所述的装置，其特征在于，给刮削元件(44-50)中的至少两个、优选刮削元件(44-50)中的每个都分配有单独的可独立激励的驱动设备。26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，至少一个驱动设备被构造成压电执行器。27.根据权利要求22至26之一所述的装置，其特征在于，具有用于激励该驱动设备的控制设备(12)。28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，具有用于对粉末床(6)的表面的地形进行三维测量的测量装置(18)。29.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，测量装置(18)与用于激励该驱动设备(40)的控制设备(12)处于信号传输连接，使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱蒙德·沃尔克，
申请(专利权)人：业纳工业计量德国公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE