用于生产三维工件的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于生产三维工件(15)的装置(1)，该装置包括用于接纳原料粉末(9)的支撑件(7)；构建室壁(11，11a，11b)，该构建室壁基本上竖直地延伸并被设计成侧向地界定和支撑被施加到支撑件(7)上的原料粉末(9)；辐照单元(17)，该辐照单元用于利用电磁辐射或粒子辐射对被施加到支撑件(7)上的原料粉末(9)进行选择性地辐照，以便利用生成逐层构建方法在支撑件(7)上生产由原料粉末(9)制成的工件(15)，其中，辐照单元(17)包括至少一个光学元件；和竖直移动装置(31)，该竖直移动装置被设计成使辐照单元(17)相对于支撑件(7)竖直地移动。构建室壁(11，11a，11b)和支撑件(7)被设计成在辐照单元(17)的竖直移动期间以固定的方式连接在一起，使得竖直移动相对于支撑件(7)以及相对于构建室壁(11，11a，11b)进行。

Device and method for producing 3D workpiece

The invention relates to a device (1) for producing a three-dimensional workpiece (15), which comprises a support (7) for receiving the raw material powder (9); a construction chamber wall (11, 11a, 11b), which extends vertically and is designed to define and support the raw material powder (9) applied to the support (7) laterally; an irradiation unit (17), which is used to utilize electromagnetic radiation or particles Radiation selectively irradiates the raw material powder (9) applied to the support (7) to facilitate the production of a work piece (15) made of the raw material powder (9) on the support (7) by a layer by layer construction method, wherein the irradiation unit (17) comprises at least one optical element; and a vertical moving device (31) designed to make the irradiation unit (17) vertically relative to the support (7 Mobile. The construction chamber walls (11, 11a, 11b) and supports (7) are designed to be connected in a fixed manner during the vertical movement of the irradiation unit (17), so that the vertical movement is carried out relative to the supports (7) and relative to the construction chamber walls (11, 11a, 11b).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产三维工件的装置和方法
本专利技术涉及一种用于生产三维工件的装置和方法。特别地，本专利技术涉及一种用于借助于增材逐层构建方法生产三维工件的装置和方法。
技术介绍
在用于制造三维工件的增材方法、特别是增材逐层构建方法中，已知将最初不定形的或形状中性的模料(例如原料粉末)逐层施加到承载器上并通过特定位置的辐照(例如，通过熔融或烧结)对该模料进行固化，以便最终获得具有期望形状的工件。辐照可以借助于例如呈激光辐射的形式的电磁辐射进行。在开始状态下，模料最初可以呈颗粒、粉末或液体模料的形式并且可以选择性地或者换句话说通过辐照而对该模料的特定位置进行固化。模料可以包括例如陶瓷、金属或塑料材料以及还包括这些材料的混合物。增材逐层构建方法的变型涉及所谓的粉末床熔融，在该粉末床熔融中，特别是使金属和/或陶瓷的原料粉末材料固化以形成三维工件。为了生产单独的工件层，进一步已知的是将呈原料粉末层的形式的原料粉末材料施加到承载器上并根据当前待生产的工件层的几何形状对该原料粉末材料进行选择性地辐照。激光辐射穿透原料粉末材料并例如通过进行加热(引起熔融或烧结)而将该原料粉末材料固化。一旦工件层被固化，就将新一层的未处理的原料粉末材料施加到已经生产的工件层上。为此，可以使用已知的涂布器装置或粉末施加装置。然后再次对目前位于最上面且尚未被处理的原料粉末层进行辐照。因此，工件逐步地被逐层构建，每一层均限定了工件的横截面区域和/或轮廓。在这方面，进一步已知的是使用CAD或类似的工件数据，以便基本上自动地制造工件。EP2333848B1中描述了一种辐照单元或辐照系统，该辐照单元或辐照系统可以用于例如用于通过对原料粉末材料进行辐照来生产三维工件的装置中。辐照系统包括辐射源(特别是激光源)和光学单元。由辐射源发射的处理光束被提供到光学单元，该光学单元包括扩束单元和呈扫描器单元的形式的偏转装置。在扫描器单元内，衍射光学元件被设置在偏转镜的前面，其中，衍射光学元件可移动到光束路径中，以便将处理光束分成多个子处理光束。然后偏转镜用于使子处理光束偏转。应当理解，上面讨论的所有方面同样可以在本专利技术的范围内提供。用于生产三维工件的已知装置例如在EP2961549A1和EP2878402A1中找到。那些文献中描述的装置各自包括承载器，该承载器可以沿竖直方向逐层向下降低。每当一层原料粉末被完全辐照并在施加下一个粉末层之前，承载器的相应的竖直移动在这些已知的装置中进行。因此，可以确保辐照单元的共焦平面始终位于待固化的原料粉末层中(例如，在最上层中)。在上述的已知装置中，承载器的竖直可移动性需要致动元件或提升机构。提升机构尤其必须承载和移动待构建的工件和周围的粉末材料。取决于设备的尺寸和相应的构建空间的尺寸，所使用的提升机构由此可以达到其负载极限，这将需要更复杂并因此更昂贵的提升机构。此外，由提升机构移动的重量在构建过程期间改变。这可能导致调节行程在提升机构的两次调节操作之间不能保持不变，这导致原料粉末层的层厚度的不期望的偏差。
技术实现思路
相应地，本专利技术的目的在于提供一种增材逐层构建方法的解决方案，该解决方案减少或克服了上述问题和其他相关的问题，其中，该解决方案提供了例如即使在大的构建空间的情况下也能简单且精确地控制原料粉末层的层厚度的可能性。该目的通过具有专利权利要求1的特征的装置以及具有专利权利要求14的特征的方法来实现。相应地，根据第一方面，本专利技术涉及一种用于生产三维工件的装置。装置包括承载器和构建室壁，该承载器用于接纳原料粉末，该构建室壁基本上竖直地延伸并被适配成侧向地界定和支撑被施加到承载器上的原料粉末。装置进一步包括辐照单元，该辐照单元用于利用电磁辐射或粒子辐射对被施加到承载器上的原料粉末进行选择性地辐照，以便通过增材逐层构建方法在承载器上生产由原料粉末制成的工件，其中，辐照单元包括至少一个光学元件。装置进一步包括竖直移动装置，该竖直移动装置被适配成使辐照单元相对于承载器竖直地移动，其中，构建室壁和承载器被适配成在辐照单元的竖直移动期间以固定的方式彼此连接，使得竖直移动相对于承载器以及相对于构建室壁进行。因此，承载器可以提供水平表面，原料粉末可以被逐层施加到该水平表面上，也就是说形成水平层。因此，构建室壁可以用于侧向地界定构建室。构建室可以具有例如由构建室壁限定的圆形、椭圆形、多边形或矩形、特别是正方形的横截面。原料粉末可以由构建室壁界定和支撑，使得该原料粉末由构建室壁保持成形，使得该原料粉末不会在侧部处向下流出。在本公开中，术语构建室应理解为意指空间区域，在该构建室中进行原料粉末层的施加，并且该构建室在底部处由承载器界定以及在侧部处由构建室壁界定。构建室可以表示容积，该容积以气密的方式被封闭，并且该容积在顶部处通过合适的覆盖区域以及可选地通过相应的密封装置以气密的方式被封闭。覆盖区域可以与辐照单元一起竖直地移动。然而，构建室也可以在顶部处开口，因此并未限定一个明确限定的容积。例如，构建室可以具有在顶部处开口的立方体的形状。构建室可以位于装置的外壳的内部和/或外壁的内部。此外，除了构建室之外，其他构建室可以作为装置的一部分位于外壳的内部。本文中所描述的构建室可以是具有例如在每种情况下大于50cm的侧部长度的构建室。换句话说，承载器的两个正交的侧部长度中的至少一个可以是至少50cm。此外，承载器的两个正交的侧部长度中的至少一个可以是至少100cm。因此，本文中所使用的承载器可以是例如具有1mx1m的底部面积的承载器。辐照单元的光学元件可以是例如扫描单元、聚焦单元和/或F-θ透镜。辐照单元可以进一步包括辐射源，诸如例如电子束源或激光器。然而，由辐照单元发射的辐射还可以从位于辐照单元外部的辐射源供应到辐照单元。为此，例如可以使用镜子、光纤和/或其他光导装置。承载器可以以固定的方式连接到装置的底部。装置的底部可以包括例如装置的底板。在装置的构造之后和/或在装置的操作期间(即，在构建过程期间)，底部可以被适配成不可移动。特别地，底部可以相对于竖直方向不可移动。术语“不可移动”在此意味着相对于在其中构造装置的周围环境的不可移动性。例如，竖直移动装置可以包括提升装置。竖直移动装置可以包括一个或多个液压致动器和/或机械致动器。在竖直移动期间，辐照单元可以独立于构建室壁上下移动。特别地，构建室壁可以被构造成使得该构建室壁不与辐照单元机械联接，特别是不与辐照单元一起上下移动。借助于构建室壁的这种不可移动性，可以确保位于该构建室壁中的原料粉末在竖直移动期间不受机械影响，特别是在构建室的边缘区域中不存在对原料粉末的不期望的干扰。因此，可以确保原料粉末的表面在辐照单元的竖直移动之前和之后具有相同(大部分水平和平坦)的结构。此外，如果构建室壁在构建过程期间不相对于原料粉末移动，则可以避免在构建室壁/原料粉末界面处的机械摩擦损失并因此避免在构建室壁/原料粉末界面处的能量损失。构建室壁可以被适配成完全侧向地包围被施加到承载器上的原料粉末并在所有侧部上界定和支撑原料粉末。“在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产三维工件(15)的装置(1)，所述装置包括：/n-用于接纳原料粉末(9)的承载器(7)，/n-构建室壁(11，11a，11b)，所述构建室壁基本上竖直地延伸并被适配成侧向地界定和支撑被施加到所述承载器(7)上的所述原料粉末(9)，/n-辐照单元(17)，所述辐照单元用于利用电磁辐射或粒子辐射对被施加到所述承载器(7)上的所述原料粉末(9)进行选择性地辐照，以便通过增材逐层构建方法在所述承载器(7)上生产由所述原料粉末(9)制成的工件(15)，其中，所述辐照单元(17)包括至少一个光学元件，和/n-竖直移动装置(31)，所述竖直移动装置被适配成使所述辐照单元(17)相对于所述承载器(7)竖直地移动，其中，所述构建室壁(11，11a，11b)和所述承载器(7)被适配成在所述辐照单元(17)的竖直移动期间以固定的方式彼此连接，使得竖直移动相对于所述承载器(7)以及相对于所述构建室壁(11，11a，11b)进行。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170324 DE 102017205027.61.一种用于生产三维工件(15)的装置(1)，所述装置包括：
-用于接纳原料粉末(9)的承载器(7)，
-构建室壁(11，11a，11b)，所述构建室壁基本上竖直地延伸并被适配成侧向地界定和支撑被施加到所述承载器(7)上的所述原料粉末(9)，
-辐照单元(17)，所述辐照单元用于利用电磁辐射或粒子辐射对被施加到所述承载器(7)上的所述原料粉末(9)进行选择性地辐照，以便通过增材逐层构建方法在所述承载器(7)上生产由所述原料粉末(9)制成的工件(15)，其中，所述辐照单元(17)包括至少一个光学元件，和
-竖直移动装置(31)，所述竖直移动装置被适配成使所述辐照单元(17)相对于所述承载器(7)竖直地移动，其中，所述构建室壁(11，11a，11b)和所述承载器(7)被适配成在所述辐照单元(17)的竖直移动期间以固定的方式彼此连接，使得竖直移动相对于所述承载器(7)以及相对于所述构建室壁(11，11a，11b)进行。


2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述构建室壁(11，11a，11b)被适配成完全侧向地包围被施加到所述承载器(7)上的所述原料粉末(9)并在所有侧部上界定和支撑所述原料粉末(9)。


3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其中，所述构建室壁(11，11a，11b)刚性地连接到所述承载器(7)和/或所述装置(1)的底部(5)，或者其中，所述构建室壁(11，11a，11b)能够拆卸地连接到所述承载器(7)和/或所述底部(5)并被适配成在构建过程完成时从所述承载器(7)上拆下，以便移除成品工件(15)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(1)，所述装置进一步包括粉末施加装置(21)，所述粉末施加装置被适配成将所述原料粉末(9)逐层施加到所述承载器(7)上。


5.根据权利要求4所述的装置(1)，其中，所述竖直移动装置(31)被适配成使所述辐照单元(17)与所述粉末施加装置(21)一起竖直地移动。


6.根据权利要求4所述的装置(1)，所述装置进一步包括另一个竖直移动装置，所述另一个竖直移动装置在机械上独立于所述竖直移动装置(31)并被适配成使所述粉末施加装置(21)竖直地移动。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(1)，所述装置进一步包括控制单元(33)，所述控制单元被适配成以下述方式对所述竖直移动装置(31)进行控制：根据待施加的相应的原料粉末层的期望厚度，该方式使得所述辐照单元(17)相对于所述承载器(7)以及相对于所述构建室壁(11，11a，11b)的高度是能够竖直调节的。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置(1)，所述装置进一步包括至少一个气体入口(23)和至少一个气体出口(25)，所述气体入口被适配成将气体引入由所述构建室壁(11，11a，11b)限定的构建室(13，13a，13b)中，所述气体出口被适配成吸入从所述气体入口(23)引入的气体，其中，所述气体入口...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尼·亚当·克洛尔，杰萨·罗林克，博多·哈克，比尔克·霍佩，
申请(专利权)人：SLM方案集团股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE