用于增材制造三维构件的制造设备的工艺腔的加热/冷却制造技术

本发明专利技术涉及一种用于通过借助于至少一个涂层单元(13)层式地施加并且借助于至少一个照射单元选择性地加固结构材料的位置来增材制造三维构件的制造设备，所述制造设备包括具有至少一个热反射装置、特别是热反射层(20a、20b)的工艺腔(17)，所述热反射装置屏蔽所述工艺腔(17)内部的表面的至少一个区段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造三维构件的制造设备的工艺腔的加热/冷却
本专利技术涉及一种用于通过层式地施加并且局部选择性地加固结构材料来增材制造三维构件的制造设备。本专利技术还涉及一种用于运行对应的制造设备的方法以及一种用于制造对应的制造设备的方法。
技术介绍
用于通过层式地施加并且局部选择性地加固结构材料来增材制造三维构件的制造设备和对应的方法由现有技术原则上已知。为了层式地施加，通常设置有至少一个对应的涂层单元。为了局部选择性地加固，通常提供对应的照射单元(例如包括至少一个激光器)。在很多应用中，在运行制造设备时可以达到相对高的温度(例如500℃或更大)。经常例如将结构区置于提高的温度，以便简化或总的来说首先能实现(在确定的材料中)增材制造。为了减少对应的热负荷例如按照DE102013222339Al提出：将用于驱动用于平台的承载设备的竖直驱动装置通过壁隔开，该壁包括热绝缘材料。此外，在WO2017/075285Al描述一种壁，该壁应是可冷却的。然而，在这里重点不是去除不希望的热，而是经调节的冷却，以便(通过凝结)改善制造过程。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提供一种尽可能简单的并且然而有效的解决方案，以便减少或完全避免由于在工艺腔中生成的热的可能的影响或或者说损坏。所述任务特别是通过一种按照权利要求1所述的制造设备解决。所述任务特别是通过一种制造设备解决，所述制造设备用于通过借助于至少一个涂层单元层式地施加并且借助于至少一个照射单元(特别是包括至少一个激光器)局部选择性地加固结构材料来增材制造三维构件，所述制造设备包括具有至少一个热反射装置、特别是热反射层的工艺腔，所述热反射装置屏蔽所述工艺腔内部的表面的至少一个区段。本专利技术的核心构思在于，设置有热反射装置(特别是层)，从而可以使所述制造设备的确定的区域与在工艺腔中产生的热隔离。由此，可以以简单的方式避免或至少减少(如例如驱动装置的)可能敏感的区域的不希望的过热。以简单的方式，也可以当高的热量输入(特别是在结构区的区域中)进行时运行所述制造设备。由此，可以减少特别是在制造时和/或在运行中的成本。所述制造设备(除了至少一个涂层单元以及至少一个照射单元之外)优选包括至少一个用于构造三维构件的(结构)平台。此外，可以设置有用于构造平台的下降装置(起重装置)，从而能制造三维构件的分别新的平面。为了这种调节，可以设置有对应的调节驱动装置(竖直驱动装置)。此外，特别是设置有至少一个用于使所述制造设备的结构区升温的加热装置(例如通过照射和/或通过对应的加热装置、例如电阻加热装置和/或以经加热的流体工作的加热装置)。作为加热辐射器或者说加热元件优选使用至少一个基于激光器的元件、例如包括至少一个对应的激光二极管阵列、特别是基于VCSEL(竖直腔面发射激光器，VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)。这样的元件从小的面出发产生非常强烈地对准的辐射。在此，各个激光器元件可以有针对性地能操控或被操控，由此可以非常良好地控制在结构区表面上的辐射分布和因此温度。优选地，特别是从上面实现(用于使结构区升温的)照射。备选地或附加地，进行从下面(例如对底板)的加热、必要时通过电阻加热装置并且同时从上面、可能经由至少一个加热辐射器对粉末床表面或者说结构区的加热。具体而言，(粉末状的)结构材料可以从下面被预热并且附加地(通过从上面照射)使所述结构材料置于其过程温度(在该过程温度中，于是照射单元最后起作用，以便局部加固结构材料)上。从上面加热是特别有利的，因为由此可以以简单的方式获得极为有效的或适当的加热。特别是认识到：例如经加热的底板从一定结构高度起失去了相关性，即使所述底板可能对于维持确定的温度场是有利的。所述照射单元优选包括至少一个激光器。所述至少一个涂层单元优选包括至少一个涂层臂，所述涂层臂优选能水平运动，从而可以层式地施加结构材料。为此，所述材料可以借助于用于结构材料的对应的储存装置(储存容器)来提供。过量的结构材料特别是可以收集在对应的收集装置(收集容器)中。按照本专利技术的(增材)制造设备和对应的制造方法一般特征在于，物体(构件)可以通过逐层地加固(特别是不成形的)结构材料来制造。所述加固可以通过经由以电磁辐射或粒子辐射照射结构材料、例如在激光烧结(“SLS”或“DMLS”)、激光熔化或电子束熔化时将热能输送到结构材料来引起。优选地，制造设备构造为激光烧结或激光熔化设备。在激光烧结或激光熔化时，激光束(激光斑)的作用区域经由层的如下部位运动到结构材料的层上，所述部位对应于该层中的要制造的构件的构件横截面。在此，重复地施加粉末状的结构材料的薄层并且每层中的结构材料通过以至少一个激光束选择性地照射来局部选择性地加固。屏蔽特别是理解为，(相应的)热反射装置至少局部处于热源(例如制造设备的结构区)与表面的要保护的或要屏蔽的区段之间。工艺腔内部的表面可以理解为设置在工艺腔内部、即特别是定义工艺腔的(外)壁的内部的任何表面。因此，这样的(外)壁的内面也在这个意义中设置在工艺腔内部。在这里特别是可以为如下表面，当热反射装置不对应地设置时，所述表面与处于工艺腔内部的(过程)气体发生接触或者说会发生接触。热反射装置可以直接与要屏蔽的区段连接(优选)或者必要时仅间接地或与该要屏蔽的区段隔开间距地设置。结构区特别是理解为用于增材制造的制造设备的工作平面的二维区域(2D部分区域)，在所述二维区域中，所述至少一个照射单元的辐射为了选择性地加固可以射到结构材料上或者说容纳构件的结构容器在所述二维区域中延伸，所述结构容器(也)可以包含(未加固的)结构材料。就这点而言，结构区的面对于制造是可用的。结构区特别是可以理解为最上面的粉末层(2D表面)。结构区优选是圆的、特别是至少基本上是圆形的，但也可以占据其他形状、例如是矩形、特别是方形。优选地，制造设备这样配置，使得首先(为了增材制造)将(粉末状的)结构材料(至少局部地至少在其表面上)预热到相对高的温度(例如大于200℃或大于500℃或大于700℃、必要时大于900℃或大于1000℃、然而必要时也小于950°或小于900℃或甚至小于850℃)并且接着借助于至少一个照射单元选择性地加固。在通过照射源进行照射期间的这样的预热和造成的热能导致：制造设备的部分(其中这是不希望的)变热(并且例如热量不再能够通过气流导出)。在此，通过热反射装置可以实现：制造设备的确定的构件能相对简单地并且有利地制造或者说保持可制造。特别是可以实现：不必使用通过(非常高的)耐热性表征的特别昂贵的材料。按照本专利技术的一个独立的方面(然而该方面特别优选地与热反射装置的上述方面组合)提出：所述制造设备装备有至少一个(主动)冷却装置，所述主动冷却装置特别是包括至少一个冷却板和/或冷却壁。通过这样的冷却装置可以在确定的区域中导出热，这同样(至少在确定的区域中)阻止高的或者说过高的温度的出现。恰好与热反射装置相结合地以有利的方式和方法实现：一方面-经由热反射装置-确定的(必要时特别敏感)的区域被直接保护并且另一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造设备，所述制造设备用于通过借助于至少一个涂层单元(13)层式地施加并且借助于至少一个照射单元(9)局部选择性地加固结构材料来增材制造三维构件，所述制造设备包括具有至少一个热反射装置、特别是热反射层(20a、20b)的工艺腔(17)，所述热反射装置屏蔽所述工艺腔(17)内部的表面的至少一个区段。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181112 DE 102018128243.51.制造设备，所述制造设备用于通过借助于至少一个涂层单元(13)层式地施加并且借助于至少一个照射单元(9)局部选择性地加固结构材料来增材制造三维构件，所述制造设备包括具有至少一个热反射装置、特别是热反射层(20a、20b)的工艺腔(17)，所述热反射装置屏蔽所述工艺腔(17)内部的表面的至少一个区段。


2.按照权利要求1所述的制造设备，其特征在于，设置有至少一个主动冷却装置，所述主动冷却装置特别是包括至少一个冷却板(22a-22d)和/或冷却壁。


3.按照权利要求2所述的制造设备，其特征在于，所述热反射装置(20a)屏蔽工艺腔壁的和/或使所述工艺腔分开的分隔壁(19)的至少一个区段，所述至少一个主动冷却装置与所述热反射装置相对地设置。


4.按照权利要求2或3所述的制造设备，其特征在于，所述热反射装置(20a)屏蔽工艺腔壁的和/或使工艺腔分开的分隔壁(19)的至少一个区段，所述至少一个主动冷却装置设置成，使得所述主动冷却装置与垂直于所述热反射装置的至少一个表面区段的至少一条线相交。


5.按照上述权利要求中任一项所述的制造设备，其特征在于，所述热反射装置(20b)屏蔽所述制造设备的在运行所述制造设备期间运动的部件的至少一个区段、特别是所述涂层单元(15)的涂层臂(14)的至少一个区段。


6.按照上述权利要求中任一项所述的制造设备，其特征在于，所述热反射装置(20a)屏蔽所述至少一个涂层单元(13)的至少一个区段、特别是所述至少一个涂层单元(13)的驱动装置(15)的至少一个区段。


7.按照上述权利要求中任一项所述的制造设备，其特征在于，所述热反射装置(20a)屏蔽工艺腔壁的和/或使工艺腔分开的分隔壁(19)的至少一个区段。


8.按照上述权利要求中任一项所述的制造设备，其特征在于，所述涂层单元(13)、特别是所述涂层单元的驱动装置(15)部分地设置在特别是侧向的分隔壁(19)、特别是分隔板材后面，所述热反射装置(20a、20b)优选至少局部地屏蔽所述分隔壁(19)，进一步优选至少局部地、特别是直接地施加在所述分隔壁(19)上。


9.按照上述权利要求中任一项所述的制造设备，其特征在于，所述热反射装置(20a、20b)材料锁合地与要屏蔽的相应区段连接和/或所述热反射装置(20a、20b)间接或直接与要屏蔽的相应区段连接。


10.按照上述权利要求中任一项所述的制造设备，
其特征在于，所述热反射层(20a、20b)的层厚度为至少10nm、优选至少50nm、必要时至少100nm和/或最大10μm、优选最大1μm、进一步优选最大500nm、进一步优选最大200nm，和/或
其特征在于，
所述热反射装置的材料至少部分地包括：至少一种金属或至少一种金属合...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·迈瓦尔德伊默，A·黑尔姆，M·黑特尔，
申请(专利权)人：AM金属有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE