制造三维工件的设备和方法技术

提供一种制造三维工件的设备。该设备包括：载体，其被配置成容置多层原材料；以及辐照单元，其配置成产生辐射束并将辐射束引导至最上层的原材料的预定位置以在该预定位置固化原材料。该辐照单元包括：辐射源，其被配置成产生辐射束；第一扫描单元，其被配置成接收辐射束并在最上层的原材料的第一辐照区域上扫描该辐射束；第二扫描单元，其被配置成接收辐射束并在最上层的原材料的第二辐照区域上扫描该辐射束；以及切换单元，其被配置成将由辐射源产生的辐射束引导至第一扫描单元或第二扫描单元。该设备还包括控制单元，其被配置为执行对切换单元控制，以使切换单元从辐射束被引导至第一扫描单元而不被引导至第二扫描单元的第一切换状态切换到辐射束被引导至第二扫描单元而不被引导至第一扫描单元的第二切换状态。

Equipment and method of manufacturing three dimensional workpiece

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造三维工件的设备和方法
本专利技术涉及一种制造三维工件的设备和方法。具体地，本专利技术涉及一种制造三维工件的设备，其中，该设备包括具有至少两个扫描单元的辐照单元。
技术介绍
粉末床熔融技术(powderbedfusion)是一种增材成层工艺(additivelayeringprocess)，通过该工艺可以将粉状的(特别是金属和/或陶瓷)原材料加工成复杂形状的三维工件。为此，基于待制造的工件的期望几何形状，将原材料粉末层施加到载体上并且以位选择(site-selective)的方式对该原材料粉末层进行辐射(例如激光或粒子辐射)。穿入粉末层的辐射引起升温，并因此引起原材料粉末颗粒的熔融或烧结。然后，将原材料粉末层依次施加到已经进行了辐射处理的载体上的层之上，直到工件具有期望的形状和尺寸。基于CAD数据，粉末床熔融技术可用于制造样板、工具、替换零件、高价值组件或诸如牙科或整形外科假体之类的医学假体。粉末床熔融技术的示例包括选择性激光熔融(SelectiveLaserMelting,SLM)和选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering,SLS)。除了上述粉末床熔融技术之外，还已知其他增材制造技术，根据该增材制造技术，通过辐射束来对多层原材料进行固化，其中，原材料不一定要以粉末的形式提供，而是可以例如以多层流体的形式提供。在这种增材制造技术的最新发展中，期望在所有的三个维度上增加所制造的工件的最大尺寸，这就必须提供更大面积的原材料。因此，除其他外，增加了在其上施加有原材料的载体的尺寸。为了处理该原材料面积的增加，各个设备的辐照单元需要能够基本辐照到整个最上层的原材料。解决该问题的一种选择是增加辐照单元与最上层的原材料之间的距离(在z轴方向上)，并且提供作为辐照单元的一部分的一个扫描单元以扫描整个区域。另一种选择是提供可移动的辐照单元，其中，辐照单元的扫描单元在原材料区域上平行于载体的方向(即，在x轴方向上和/或y轴方向上)移动。然而，这些解决方案的一个缺点是辐射束所涉及到的位置的精度会降低，因此，所制造的工件的质量会下降。另一种选择是提供多个辐射源，这些辐射源中的每一个向相应的扫描单元发射辐射束。但是，这种解决方案很昂贵，而且如果不能够同时应用的话，效率不够高。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种解决上述问题和/或其他相关问题的设备和方法。通过根据权利要求1的设备和权利要求11的方法来实现该目的。根据第一方面，提供了一种制造三维工件的设备。该设备包括：载体，其被配置成容置多层原材料，以及辐照单元，其被配置成产生辐射束并将辐射束引导至最上层的原材料的预定位置以在该预定位置固化原材料。辐照单元包括：辐射源，其被配置成产生辐射束；第一扫描单元，其被配置成接收辐射束并在最上层的原材料的第一辐照区域上扫描该辐射束；第二扫描单元，其被配置成接收辐射束并在最上层的原材料的第二辐照区域上扫描该辐射束；以及切换单元，其被配置成将由辐射源产生的辐射束引导至第一扫描单元或第二扫描单元。该设备还包括控制单元，其被配置为执行对切换单元的控制，以从辐射束被引导至第一扫描单元而不被引导至第二扫描单元的第一切换状态切换到辐射束被引导至第二扫描单元而不被引导至第一扫描单元的第二切换状态。该设备可以包括第一垂直移动装置，其被配置成在完成固化原材料层之后使载体(沿负z轴方向)下降。在下降之后，可以将新的原材料层施加到先前的层之上，并且可以通过辐射束辐照该新的层。另外或可替换地，该设备可以包括第二垂直移动装置，其被配置成在完成固化原材料层之后升高(沿z正方向)辐照单元或至少升高辐照单元的扫描单元。辐照单元可以包括激光器，辐射束可以是激光束。可以通过周围的空气并且可选地借助诸如镜子、透镜、棱镜之类的光学组件将辐射束引导至相应的扫描单元。另外或可替换地，可以通过一束或多束光纤将辐射束引导至相应的扫描单元。由于辐射束可以被引导至各个扫描单元，因此辐射源不一定要紧密靠近扫描单元而设置(例如在同一支撑构件上)。第一辐照区域和第二辐照区域可以各自具有基本为矩形的形状。可以通过各个扫描单元的可移动镜子的最大偏转来限定第一辐照区域和第二辐照区域。换句话说，可以将辐照区域限定为由各个扫描单元能够辐照到的最大可能区域。可以在第一辐照区域和第二辐照区域重叠的区域处设置重叠区域。切换单元可以被配置成使得该切换单元只能将辐射束同时引导至一个扫描单元，而不能同时引导至多于一个的辐照单元。当然，根据本公开的全部内容，切换单元和控制单元不仅可以被配置成从第一切换状态切换到第二切换状态，而且还可以被配置成从第二切换状态切换到第一切换状态。通过同时将一个辐射源产生的辐射束仅引导至第一扫描单元和第二扫描单元中的一个，可以有效地利用辐射源，并且可以避免使该辐射束受到同时发生的另一熔融过程所产生的熔融残留物的负面影响。切换单元可以包括光引导构件，该光引导构件被配置成从与第一切换状态相对应的第一位置移动到与第二切换状态相对应的第二位置；其中，在该第一位置处，光引导构件不干扰辐射束；在该第二位置处，光引导构件被配置成将辐射束引导至第二扫描单元并且阻挡到第一扫描单元的光束路径。由于在第二位置处光引导构件阻挡了到第一扫描单元的光束路径，因此辐射束不会被同时引导至第一扫描单元和第二扫描单元。因此，提供这样的光引导构件代表了提供在第一切换状态和第二切换状态之间进行切换的切换单元的简便而有效的方式。光引导构件可以是可移动镜子。可移动镜子可以例如沿着移动轴移入辐射束或移出辐射束。可替换地，可移动镜子可以相对于旋转轴旋转(即折叠)入辐射束以及旋转出辐射束。该设备还可以包括用于沿着流动方向在出气口和进气口之间产生气流的出气口和进气口，其中，第一扫描单元和第二扫描单元基本沿着流动的方向布置。出气口和进气口可以各自以开口的形式设置。例如，出气口和/或进气口可以包括狭缝。出气口和/或进气口可以设置在例如该设备的处理室的壁中。此外，出气口和/或进气口可以分别设置在出气口臂和/或进气口臂中。出气口臂和/或进气口臂可以被配置成使得它们可以紧密靠近最上层的原材料，以产生紧密靠近最上层的原材料的气流。流动方向可以与最上层的原材料平行。例如，流动方向可以是(正或负)x轴方向。尽管会存在气流不仅仅在一个方向上的层流的情况，但是应当理解，气流具有一个基本优先的方向，该方向对应于气流的方向。例如，气流方向可以被限定为沿着进气口和出气口布置的方向。用于气流的气体可以是诸如氮气之类的惰性气体。通过产生气流，可以去除(即带走)辐射束的固化过程产生的熔融残留物。第一扫描单元可以被配置成沿着第一方向和垂直于第一方向的第二方向来改变辐射束的方向，以在第一辐照区域上扫描辐射束。第二扫描单元可以被配置成沿着第一方向和第二方向改变辐射束的方向，以在第二辐照区域上扫描辐射束。第一方向和第二方向都可以平行于最上层的原材料。例如，第一方向可以是x轴方向，第二方向可以是y轴方向(反之亦然)。为了沿着第一方向和第二方向改变辐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造三维工件的设备，包括：/n载体(2)，所述载体被配置成容置多层原材料(4)；以及/n辐照单元，所述辐照单元被配置成产生辐射束(6)，并将所述辐射束(6)引导至最上层的所述原材料(4)的预定位置以在所述预定位置处固化所述原材料(4)，其中，所述辐照单元包括：/n辐射源(10)，所述辐射源被配置成产生所述辐射束(6)；/n第一扫描单元(12)，所述第一扫描单元被配置成接收所述辐射束(6)，并在最上层的所述原材料(4)的第一辐照区域(26)上扫描所述辐射束(6)；/n第二扫描单元(14)，所述第二扫描单元被配置成接收所述辐射束(6)并在最上层的所述原材料(4)的第二辐照区域(28)上扫描所述辐射束；以及/n切换单元(16)，所述切换单元被配置成将所述辐射源(10)产生的所述辐射束(6)引导至所述第一扫描单元(12)或所述第二扫描单元(14)，/n其中，所述设备还包括控制单元(18)，所述控制单元被配置成执行对所述切换单元(16)的控制，以使所述切换单元从第一切换状态切换到第二切换状态，在所述第一切换状态中，所述辐射束(6)被引导至所述第一扫描单元(12)而不被引导至所述第二扫描单元(14)，在所述第二切换状态中，所述辐射束(6)被引导至所述第二扫描单元(14)而不被引导至所述第一扫描单元(12)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造三维工件的设备，包括：
载体(2)，所述载体被配置成容置多层原材料(4)；以及
辐照单元，所述辐照单元被配置成产生辐射束(6)，并将所述辐射束(6)引导至最上层的所述原材料(4)的预定位置以在所述预定位置处固化所述原材料(4)，其中，所述辐照单元包括：
辐射源(10)，所述辐射源被配置成产生所述辐射束(6)；
第一扫描单元(12)，所述第一扫描单元被配置成接收所述辐射束(6)，并在最上层的所述原材料(4)的第一辐照区域(26)上扫描所述辐射束(6)；
第二扫描单元(14)，所述第二扫描单元被配置成接收所述辐射束(6)并在最上层的所述原材料(4)的第二辐照区域(28)上扫描所述辐射束；以及
切换单元(16)，所述切换单元被配置成将所述辐射源(10)产生的所述辐射束(6)引导至所述第一扫描单元(12)或所述第二扫描单元(14)，
其中，所述设备还包括控制单元(18)，所述控制单元被配置成执行对所述切换单元(16)的控制，以使所述切换单元从第一切换状态切换到第二切换状态，在所述第一切换状态中，所述辐射束(6)被引导至所述第一扫描单元(12)而不被引导至所述第二扫描单元(14)，在所述第二切换状态中，所述辐射束(6)被引导至所述第二扫描单元(14)而不被引导至所述第一扫描单元(12)。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述切换单元(16)包括光引导构件，所述光引导构件被配置成从与所述第一切换状态相对应的第一位置移动到与所述第二切换状态相对应的第二位置，其中，在所述第一位置处，所述光引导构件不干扰所述辐射束(6)；以及在所述第二位置处，所述光引导构件被配置成将所述辐射束(6)引导至所述第二扫描单元(14)并阻挡到所述第一扫描单元(12)的光束路径。


3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述光引导构件是可移动镜子。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，还包括出气口(20)和进气口(22)，所述出气口和所述进气口用于在所述出气口(20)和所述进气口(22)之间沿流动方向产生气流，
其中，所述第一扫描单元(12)和所述第二扫描单元(14)基本沿着所述流动方向布置。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述第一扫描单元(12)被配置成沿着第一方向以及与所述第一方向垂直的第二方向改变所述辐射束(6)的方向，以在所述第一辐照区域(26)上扫描所述辐射束(6)，以及所述第二扫描单元(14)被配置成沿着所述第一方向和所述第二方向改变所述辐射束(6)的方向，以在所述第二辐照区域(28)上扫描所述辐射束(6)。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述第一扫描单元(12)和所述第二扫描单元(14)在相对于与最上层的所述原材料(4)平行的方向上分别被固定地设置。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，毗邻所述第一扫描单元(12)和所述第二扫描单元(14)设置另外的第一扫描单元(12)和另外的第二扫描单元(14)，其中，沿着与布置所述第一扫描单元(12)和所述第二扫描单元(14)的方向平行的方向布置所述另外的第一扫描单元(12)和所述另外的第二扫描单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德·米勒，
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