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多层由能借助能量束(4)固化的建造材料(3)来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，其具有构造成产生能量束(4)的照射装置(5)，其中所述能量束(4)沿所述能量束(4)的光束路径(6)传播到建造平面(7)上，其中所述能量束(4)在至少一个固化区(8)中照射建造材料(3)，其中设置了探测装置(11)，所述探测装置构造成探测从与所述固化区(8)相邻的至少一个相邻区(9，10)发出的辐射(12b)或探测从所述固化区(8)发出的辐射(12a)和从相邻区(9，10)发出的辐射(12b)。本发明专利技术还涉及用于所述设备的探测装置和保护镜以及用于操作所述设备的方法。

【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多层能借助能量束固化的建造材料来添加式地制造三维物体的设备，其具有构造成产生能量束的照射装置，其中能量束沿光束路径传播到建造平面上，其中能量束在至少一个固化区中照射建造材料。
技术介绍
由现有技术公知此类设备，其中能量束选择性地照射建造材料层，其中建造材料通过使用能量束的照射来固化。能量束经由照射装置产生并且沿光束路径被引导到建造平面上。换而言之，能量束被选择性地引导到位于建造平面中的建造材料的表面上，其中能量束被引导到其上的建造材料的表面的部分被照射并由此固化。通过相继选择性地照射若干层，添加式地建造了三维物体。能量束沿其被引导的建造平面中的路径称为能量束路径(“写入路径”)，而光束路径指的是能量束沿着其从照射装置、尤其是从照射装置的束源经光学元件行进到建造平面的路径。换而言之，能量束路径是建造平面中的能量束的位置的变化。此外，由现有技术已知检测固化区中的温度以生成与制造过程的品质、尤其是被照射的建造材料是否适当地固化有关的信息。过程品质和/或在制造过程中建造的物体的结构参数还取决于与固化区相邻的区中的温度。尤其是，如果固化区与相邻区之间的温度梯度超过规定值，则会发生对建造物体的品质的负面影响，例如建造物体的体积中的裂缝。
技术实现思路
因此，一个目的是提供一种设备，其中改进了制造过程。该目的通过根据权利要求1所述的设备创造性地实现。本专利技术的有利实施例记载于从属权利要求。本文所描述的设备为一种用于通过依次逐层地选择性地照射和固化多层能借助能量束固化的粉末状的建造材料(“建造材料”)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。相应的设备可以为例如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。设备包括在其运行期间使用的若干功能单元。示例性的功能单元为：过程室；照射装置，其构造成使用至少一个能量束选择性地照射设置在过程室中的建造材料层；和流产生装置，其构造成产生以给定的流动特性——例如给定的流动轮廓、流速等——至少部分地流经过程室的气态流体流，例如气体流。所述气态流体流在流经过程室的同时能够携带未固化的建造材料颗粒，尤其是在设备运行期间产生的烟雾或烟雾残留物。所述气态流体流典型为惰性的，也就是典型为惰性气体例如氩气、氮气、二氧化碳等的流。探测装置可包括扫描单元，其构造成将从建造平面发出的辐射引导到探测装置的至少一个传感器、尤其是摄像机。本专利技术基于以下思想：提供了一种探测装置，其构造成探测从邻近固化区定位的至少一个相邻区发出的辐射或探测从固化区发出的辐射以及从相邻区发出的辐射。因此，设备允许探测从与固化区相邻的区发出的辐射，以便产生与制造过程对与固化区中的建造材料相邻的建造材料的影响有关的信息。因此，可以产生与相邻区直接关联的信息，而在现有技术中仅可以获取与固化区有关的信息并推测对与固化区相邻的区的影响。其中能量束直接照射建造材料的区在本申请的范围中被称为“固化区”。与固化区相邻的区(“相邻区”)尤其与固化区热接触，使用能量束照射固化区从而提高固化区中的建造材料的温度导致相邻区中的温度由于热接触而升高。例如，相邻区直接接触或包围固化区。本申请的范围中的术语“发出”或“发射”指的是辐射在表面处的反射以及由物体或体积——例如一定体积的建造材料——进行的辐射、例如归因于加热该物体的热辐射的产生和释放。尤其是，探测到的辐射沿其行进的探测到的辐射的光束路径与能量束路径不同。探测到的辐射的光束路径指的是从建造平面中的建造材料发出的辐射沿其行进的路径。尤其是，发出的辐射从建造平面行进到探测装置、例如探测装置的光学传感器。因此，设备被设计成，与现有技术中不一样，用于获取信息的辐射——即探测到的辐射——并非在建造平面处反射或在建造平面中产生并且沿与用于沿反方向照射建造材料的能量束相同的光束路径行进。相反，探测装置设置成使得探测到的辐射的光束路径与能量束的光束路径不同。因此，探测到的辐射并不行经照射装置的光学构件，例如用于将能量束准直和/或聚焦到建造平面上的光学构件。典型照射装置的此类光学构件包括过滤单元、例如防反射涂层，其过滤宽范围的波长谱以便主要允许使用该波长的能量束或接近该波长的能量束的辐射通过。探测到的辐射指的是已由建造平面发出的辐射，尤其是热辐射和反射的辐射，该辐射被引向探测装置或经由探测装置探测。这意味着对宽范围的波长谱的过滤，在其中探测到的辐射沿与用于照射建造材料的能量束相同的光束路径行进的设备中发生信息损失。根据设备的该实施例，探测到的辐射不沿与能量束相同的光束路径行进，从而允许使用不具有或具有允许更宽波长谱的辐射通过的其它过滤单元(涂层)的光学构件。此外，可在不需要干涉能量束的光束路径的探测装置的情况下探测辐射。根据设备的一个实施例，探测装置构造成探测至少一个固化区和/或至少一个相邻区的温度和/或确定至少一个固化区与至少一个相邻区之间的温度梯度。当然，取决于要建造的物体，可存在多个固化区和多个相邻区。探测装置不仅能够在固化区中而且还能够在至少一个相邻区中进行温度的探测。这实现了与使用能量束的照射对相邻区中的建造材料的影响有关的信息的生成。尤其是，可以直接探测相邻区的温度并且因此确定固化区与相邻区之间的热通量。相邻区由此由于与被直接照射以能量束的固化区热接触而被加热。基于探测到的相邻区的温度和固化区的温度或例如两个相邻区的温度，可确定建造材料和物体中的热应变和/或机械应力。此外，可推测建造材料和/或物体中发展缺陷——例如裂缝——的趋势。温度和/或温度梯度的探测允许设备的用户调节各种参数，尤其是诸如能量束的强度和/或功率的束参数，以便避免导致建造材料中的应力的高于预定值的温度梯度。该设备还可通过设置控制单元来改进，所述控制单元构造成根据探测到的温度和/或所确定的温度梯度来调节或设定至少一个过程参数。因此，控制单元可基于探测到的温度和/或所确定的温度梯度来设定或调节各种过程参数。控制单元对过程参数的控制允许至少半自动化的过程控制，其中控制单元可根据探测到的温度和/或所确定的温度梯度来自动控制相应过程参数。过程参数可被控制成使得过程品质提高，尤其是减轻或避免对建造材料和/或物体的负面影响。特别地，控制单元可构造成根据尤其是超过预定阈值的探测到的温度和/或所确定的温度梯度来控制、尤其是降低至少一个固化区中的温度，和/或控制、尤其是升高至少一个相邻区中的温度，和/或减小至少一个固化区与至少一个相邻区之间的温度梯度。因此，可以通过直接控制固化区中的温度以及直接或间接控制至少一个相邻区的温度来减小物体中的机械应力或热应变。由于热接触，可通过加热固化区来间接加热相邻区。此外，可经由能量束或相应的温度元件——例如辐射加热器或水加热器——来加热相邻区。可根据探测到的温度和/或所确定的温度梯度来直接控制相应温度。例如，如果温度梯度低于规定阈值，则可以提高固化区的温度。如果温度梯度高于规定阈值，则控制单元可减小特定工艺参数，例如能量束的强度或功率，以降低固化区中的温度。此外，可以例如通过使用加热元件——例如辐射加热器或流体加热器——加热相邻区来直接控制一本文档来自技高网...

【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多层能借助能量束(4)固化的建造材料(3)来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，所述设备具有构造成产生能量束(4)的照射装置(5)，其中所述能量束(4)沿所述能量束(4)的光束路径(6)传播到建造平面(7)上，其中所述能量束(4)在至少一个固化区(8)中照射建造材料(3)，所述设备的特征在于具有探测装置(11)，所述探测装置构造成探测从与所述固化区(8)相邻的至少一个相邻区(9，10)发出的辐射(12b)或探测从所述固化区(8)发出的辐射(12a)和从相邻区(9，10)发出的辐射(12b)。

【技术特征摘要】
2017.08.25 EP 17187997.61.一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化多层能借助能量束(4)固化的建造材料(3)来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，所述设备具有构造成产生能量束(4)的照射装置(5)，其中所述能量束(4)沿所述能量束(4)的光束路径(6)传播到建造平面(7)上，其中所述能量束(4)在至少一个固化区(8)中照射建造材料(3)，所述设备的特征在于具有探测装置(11)，所述探测装置构造成探测从与所述固化区(8)相邻的至少一个相邻区(9，10)发出的辐射(12b)或探测从所述固化区(8)发出的辐射(12a)和从相邻区(9，10)发出的辐射(12b)。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，探测到的辐射沿其行进的光束路径(12)不同于所述能量束(4)沿其行进的光束路径(6)。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述探测装置(11)构造成探测至少一个固化区(8)和/或至少一个相邻区(9，10)的温度和/或确定至少一个固化区(8)与至少一个相邻区(9，10)之间的温度梯度。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于具有控制单元(17)，所述控制单元构造成根据探测到的温度和/或所确定的温度梯度来调节或设定至少一个过程参数。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述控制单元(17)构造成根据尤其是超过预定阈值的探测到的温度和/或所确定的温度梯度来：控制、尤其是降低至少一个固化区(8)中的温度；和/或控制、尤其是升高至少一个相邻区(9，10)中的温度；和/或减小至少一个固化区(8)与至少一个相邻区(9，10)之间的温度梯度。6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，所述控制单元(17)构造成根据环境参数和/或所述能量束(4)的路径速率和/或所述建造材料(3)的状态来控制所述温度和/或所述温度梯度。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于具有数据存储器，所述数据存储器构造成存储至少一个参数，尤其是温度和/或温度梯度。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于具有扫描单元(13)，所述扫描单元构造成使从所述至少一个固化区(8)和/或所述至少一个相邻区(9，10)发出的辐射(12a，12b)偏转到所述探测装置(11)。9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，通过将所述至少一个固化区(8)和/或所述至少一个相邻区(9，10)在所述探测装置(11)的测量单元(14)上成像，使所述扫描单元(13)与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·措伊尔纳，C·迪肯，S·洪策，
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