用于添加式地制造三维物体的设备制造技术

本发明专利技术提供一种用于通过依次逐层地选择性地照射和固化由能借助能量源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，包括适于确定从建造平面发出的辐射的至少一个参数的确定装置，其中设置了光学单元，光学单元适于将从建造平面发出的辐射的至少一部分引导到确定装置的确定单元并减少辐射的被引导的至少一个部分中的至少从建造平面的固化区的中央部分发出的辐射。本发明专利技术还涉及用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量源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的确定装置和用于操作操作至少一个用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量源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的方法。

Equipment for the Additive Manufacturing of Three-Dimensional Objects

The present invention provides a device for additive fabrication of three-dimensional objects by selectively irradiating and solidifying layers of building materials that can be solidified by energy sources layer by layer in turn, including a determination device suitable for determining at least one parameter of radiation emitted from the construction plane, in which an optical unit is provided, and an optical unit suitable for the arrival of radiation emitted from the construction plane. A small portion is directed to the determination unit of the determination device and reduces radiation emitted from at least the central portion of the solidified zone of the construction plane in at least one of the guided portions of the radiation. The invention also relates to a device for additive manufacturing of three-dimensional objects by successively selectively irradiating and solidifying layers of building materials that can be solidified by energy sources, and a device for operating at least one device for additive manufacturing of three-dimensional objects by successively selectively irradiating and solidifying layers of building materials that can be solidified by energy sources. Method of body equipment.

【技术实现步骤摘要】
用于添加式地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能量源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，该设备包括适于确定从建造平面发出的辐射的至少一个参数的确定装置。
技术介绍
通常从现有技术已知此类设备，其中通过能量源——特别是诸如激光束或电子束的能量束——来固化建造材料。能量束用于选择性地照射布置在建造平面中的建造材料，其中被照射的建造材料通常被加热至规定温度，规定温度例如是可取决于在添加式制造过程中使用的建造材料的至少一个化学和/或物理参数的烧结温度或熔化温度。此外，从现有技术已知从建造平面发出辐射，例如辐射在建造平面上的反射，特别是用于固化建造材料的能量束的反射。另外，由于建造材料中消耗的能量而从建造平面发出辐射，例如，由于建造材料被加热至规定的过程温度如熔化温度或烧结温度而从建造平面发出的热辐射。为了获得与建造平面的被直接照射的区域——所谓的固化区——中的建造材料的固化表现有关的信息，确定并评估从建造平面发出的辐射的至少一个参数。另外，不仅观察到从固化区(或多个固化区)发出的辐射，而且观察到来自与由于从固化区向所谓的相邻区中的传热而发热的与固化区相邻的区的辐射。与从固化区和相邻区发出的辐射有关的参数的评估提供了与过程品质和/或物体品质有关的信息，例如所述至少一个相邻区中的固化区的温度或固化区与所述至少一个相邻区之间的温度梯度。因此，从建造平面发出的辐射的至少一个参数指示制造过程和/或添加式地制造的物体的特性，例如物体中的机械应变。在确定从固化区和至少一个相邻区发出的辐射的所述至少一个参数时，从固化区和所述至少一个相邻区发出的辐射的不同强度可能带来难度，因为用于确定所述至少一个参数的相应检测器可能在确定与所述至少一个相邻区有关的所述至少一个参数的同时被来自固化区的辐射过调制，因为从所述至少一个相邻区接收的信号比从所述至少一个固化区接收的信号低。
技术实现思路
一个目的在于提供一种用于添加式地制造三维物体的设备，其中改善了从固化区和至少一个相邻区发出的辐射的至少一个参数的确定，特别是改善了从固化区发出的辐射与从所述至少一个相邻区发出的辐射之间的比例。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固化由能借助能量源——例如，能量束，特别是激光束或电子束——固化的粉末状的建造材料(“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为金属、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。设备可包括在其运行期间使用的多个功能单元。示例性的功能单元为：过程室；照射装置，其适于使用至少一个激光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，其适于产生具有给定的流动特性——例如，给定的流动轮廓、流速等——的至少部分地流经过程室的气态流体流。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，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的流，例如氩气、氮气、二氧化碳等的流。本专利技术基于以下思想：光学单元适于将从建造平面发出的辐射的至少一部分引导到确定装置的确定单元并减少辐射的至少一个被引导部分中至少从建造平面的固化区的中央部分发出的辐射。因而，光学单元用于将从建造平面发出的辐射引导到用于确定辐射的所述至少一个参数的确定装置。此外，光学单元适于减少被收集并引向确定装置的确定单元的辐射中所包含的从固化区的中央部分发出的辐射。在减少从固化区的中央部分发出的辐射——例如，能量束的特别是在布置于建造平面中的(金属)建造材料表面上反射的部分——时，可以观察到所述至少一个相邻区，即可以确定从所述至少一个相邻区发出的辐射的所述至少一个参数。通过减少从固化区的中央部分发出的辐射，进一步确保了从至少一个相邻区或从固化区的周边区发出的辐射——例如，辐射比例——与从固化区的中央部分发出的辐射——例如，辐射比例——相比增加。同样，固化区定义为建造平面的建造材料在其中被直接照射以固化建造材料的区，特别是建造材料在该区中被烧结或熔化。从建造平面——即，从固化区——发出的辐射的分布通常不是均匀的，而且随建造平面中的位置而变化。由于固化区的中央部分通常接收最大量的能量，所以固化区的中央部分与整个固化区或整个建造平面相比被加热至最高温度。因而，与固化区相邻的区或固化区的周边区将接收比固化区的中央部分低的量的能量(在典型的照射模式中)。除了接收较低量的能量以外，相邻区或周边区由于热传递而被加热。也可以的是，根据束形状，能量束的斑点分布不是均匀的，例如以高斯模式分布。其中从建造平面——特别是从固化区——发出的辐射的不均匀分布引起比较低的辐射量的这些区也可理解为本申请的范围内的相邻区或周边区。因而，术语“固化区的中央部分”指的是固化区的接收比至少一个相邻区高的量的能量的部分。关于均匀的强度分布，例如顶部热分布，中央部分可视为固化区的接收均匀强度的整个部分，而相邻区或周边区可至少部分地包围中央部分，从而接收比较低的量的能量。根据设备的第一实施例，从固化区的中央部分发出的辐射被熄灭/消隐(blank)。通过熄灭从固化区的中央部分发出的辐射，光学单元可仅将从相邻区或周边区发出的辐射引导到确定单元，其中来自中央部分的辐射被熄灭，例如，被吸收。因而，可以将从相邻区或周边区发出的辐射与从固化区的中央部分发出的辐射分离。换言之，通过熄灭从中央部分发出的辐射，仅从相邻区或周边区发出的(所述比例的)辐射被引导到确定装置的相应确定单元。因而，相应的辐射与从建造平面发出的整个辐射隔离，并且因此从相邻区发出的辐射的孤立确定和评估或分析是可行的。这允许提供与相邻区或周边区中的冷却表现和/或温度有关的信息。因而，可以获得与这些区中的添加式地建造的物体的特性——即机械特性——有关的信息，该信息通常无法获取，因为它们被强得多的信号或从中央部分发出的更高量的辐射覆盖或过调制。光学单元可包括至少一个第一反射镜和至少一个第二反射镜，其中第一反射镜布置在从固化区的中央部分发出的辐射的束路径中。相应的束路径从固化区的中央部分延伸到确定单元，其中第一反射镜布置成使得从中央部分发出的辐射入射在第一反射镜上并且至少经由光学单元减少。因此，光学单元包括至少一个第一反射镜和至少一个第二反射镜，以将从相邻区或周边区发出的辐射引导到确定装置。第一反射镜布置在从固化区的中央部分发出的辐射的束路径中，以熄灭或减少从固化区的中央部分发出的辐射。因此，第一反射镜不是用于反射从固化区的中央部分发出的辐射，而是仅用于减少从固化区的中央部分发出的辐射(的比率)，特别是熄灭从固化区的中央部分发出的辐射。第一反射镜可包括两面，其中第一面面向建造平面并且第二面面向确定装置的相应确定单元(关于束路径)。反射镜的第一面可布置成使得从固化区的中央部分发出的辐射入射在第一反射镜的第一面上，其中在中央发出的辐射的比例至少减少，优选地被熄灭。因此，第一反射镜的第一面的(对于从中央部分发出的辐射的波长而言的)不透明/不反本文档来自技高网...

【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能量源固化的建造材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，包括适于确定从建造平面(6)发出的辐射(8)的至少一个参数的确定装置(13)，其特征在于光学单元(19)，所述光学单元适于将从所述建造平面(6)发出的辐射(8)的至少一部分引导到所述确定装置(13)的确定单元(14，15)，并减少所述辐射(8)的被引导的所述至少一个部分中的至少从所述建造平面(6)的固化区(9)的中央部分发出的辐射(10)。

【技术特征摘要】
2017.12.08 EP 17206272.11.一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量源固化的建造材料(3)构成的层来添加式地制造三维物体(2)的设备(1)，包括适于确定从建造平面(6)发出的辐射(8)的至少一个参数的确定装置(13)，其特征在于光学单元(19)，所述光学单元适于将从所述建造平面(6)发出的辐射(8)的至少一部分引导到所述确定装置(13)的确定单元(14，15)，并减少所述辐射(8)的被引导的所述至少一个部分中的至少从所述建造平面(6)的固化区(9)的中央部分发出的辐射(10)。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，从所述固化区(9)的中央部分发出的辐射(10)被熄灭。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述光学单元(19)包括至少一个第一反射镜(20)和至少一个第二反射镜(23)，其中，所述第一反射镜(20)布置在从所述固化区(9)的中央部分发出的辐射(10)的束路径中。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一反射镜(20)包括面向所述建造平面(6)的第一面(21)和面向所述确定装置(13)的第二面(22)，其中，所述第二面(22)至少部分是弯曲的。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一反射镜(20)的弯曲呈凸形，特别是呈球形。6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二反射镜(23)呈环形，其中环形部分围出孔洞(24)。7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二反射镜(23)包括渐缩的截面。8.根据权利要求3至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二反射镜(23)的面向所述第一反射镜(20)的面(25)是弯曲的，特别是呈凹形。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述光学单元(19)是旋转对称的。10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于定位单元(28)，所述定位单元适于将所述光学单元(19)——特别是第一反射镜(20)——选择性地移动到束路径中。11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述确定装置(13)适于结合在所述光学单元(19)处于第一位置的状态下确定的至少一个参数和在所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·洪策，MC·埃伯特，T·伯克斯，F·措伊尔纳，P·舒曼，T·克劳斯纳，
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