构造区上的径向流动制造技术

本发明专利技术涉及一种流动系统(40)和流动装置，用于给用于通过逐层施加和在构造区(30)的内部通过多个照射单元选择性固化构造材料来增材式制造三维构件的制造设备(1)的构造区(30)加载流动。本发明专利技术还涉及相应的制造设备和制造方法。所述流动系统包括：外部的导流结构(41)和中央的导流结构(42)，第一流动口(43、44)能与用于从所述制造设备(1)的处理腔(10)中导出气体的气体导出结构(11)导气地连接，并且第二流动口(43、44)能与用于向所述处理腔(10)中供应气体的气体供应结构(12)导气地连接，所述外部的导流结构(41)和所述中央的导流结构(42)构造成用于设置在能够用于制造所述构件(2)的构造区(30)之外，特别是环形的所述构造区(30)沿径向方向(R)延伸并且由构造区空缺限定，所述外部的导流结构(41)构造成用于设置在沿径向方向(R)向外设置在构造区(30)之外的构造区外部区域(33)中，而所述中央的导流结构(42)构造成用于设置在沿径向方向(R)向内设置在构造区(30)之外的构造区空缺区域(31)中，以便特别是产生沿至少一个基本上径向的流动方向(S1、S2)在构造区(30)上流动的气流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】构造区上的径向流动
本专利技术涉及一种用于给用于增材式制造三维构件的制造设备的构造区加载流动的流动系统、一种具有这种流动系统的流动装置、一种用于增材式制造三维物体的制造设备和一种用于增材式制造三维构件的制造方法。
技术介绍
增材式制造设备和相关的制造方法一般性的特征在于，通过逐层固化无定形的构造材料来制造物体(构件)。例如在激光烧结(“SLS”或“DMLS”)、激光熔融或电子辐射熔融中，可以通过用电磁辐射或粒子辐射照射构造材料来向构造材料供应热能来实现所述固化。对于激光烧结或激光熔融，使激光束在构造材料层上的作用区(激光光斑)在所述层的与要制造的构件在该层中的构件横截面相对应的位置上移动。这里，重复地施加粉末状的构造材料的一个薄层并且在每个层中通过用激光束选择性照射来位置选择性地固化构造材料。替代引入热能，也可以通过3D打印、例如通过施加粘合剂或结合剂来选择性固化所施加的构造材料。相应地工作的设备和方法例如用在快速原型、快速模具或增材式制造中。特别是为了照射用于相应较大构件的较大构造区，通常使用多个照射单元。本专利技术一般而言涉及一种通过在构造区内部逐层施加和位置上选择性地固化构造材料来增材式制造三维构件。可以使用不同类型的构造材料，特别是粉末，如例如金属粉末、塑料粉末、陶瓷粉末、砂砾以及填充和/或混合的粉末。通常这种制造设备或3D打印机的构造区总体上从构造区一个边缘到另一个边缘被流动经过，以便通过气体导出制造过程的污物，如飞溅物、烟尘和蒸汽。这里，希望实现层状流动。层状流动能防止流过的气体出现湍流，即涡流，这种湍流对于粉末层在理想情况下平坦和均匀的表面产生不利影响。例如涡流会导致粉末状的构造材料发生移动，就是说在构造区中导致粉末局部减少或局部堆积。这会影响到以构成均匀的层为基础的构造过程。用于将流动在流体力学上描述为层状的或湍流的特征性常数是雷诺数。除了流动速度、流动的流体(气体)的密度和粘度，这个常数取决于流动的特征长度。在流过构造区的情况下，这个长度通过构造区的尺寸给定。在流动速度相同的情况下，在较小的构造区上为层状的流动在较大的构造区上会转变成湍流式的流动。因此，在增材式制造较大的构件时，存在这样的问题，即，在流动不变为湍流的情况下，最大只到构造区或构件的确定尺寸才能实现沿一个方向对流过整个构造区。降低流动速度会对可导出的污物量以及由此对可实现的过程速度产生不利影响。EP2862651A1示出一种流动装置，所述流动装置具有两个在构造区的侧向设置在处理腔的壁部上的气体入口或出口和一个在中央设置在构造区上方的气体出口或入口。将连贯的构造区分成相互重叠的照射区，这些照射区可以分别由分配给照射区的照射单元照射。中央的气体出口或入口下方的构造区范围从上面被所述气体出口或入口遮挡。只有当在中央的气体出口或入口与构造区保持足够的竖直距离时，这个范围对于照射单元的倾斜向下定向的射线才是从侧面出发可到达的。在DE102016209933A1中，相对于命中的激光束相对置的用于给构造区加载流动的喷嘴随激光束和施加装置一起运动。在DE102014218639A1中，为了给构造区加载流动，用于气体的流入口和流出口与照射装置一起在构造区上移动。由现有技术已知的这些解决方案的缺点是，这些解决方案不能实现最佳地引导流动，特别是不能在构造区上方以尽可能小的间距引导流动和/或需要对运动的流动装置和照射单元进行复杂的控制。可实现的制造速度由此受到限制，特别是对于在相应较大的构造区中制造的大型构件而言。此外，对于直接设置在照射单元附近或与照射单元耦合的流动装置，在使用多个照射单元时，在制造过程中存在发生相互妨碍的风险。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是，提供一种流动装置、一种制造设备以及一种相应的用于增材式制造的制造方法，所述流动装置、制造设备和制造方法适用于大型构件，特别是适用于具有空缺区域的构造区。特别是应在高构件质量的同时实现尽可能高的制造速度。所述目的通过根据权利要求1所述的流动系统、根据权利要求11所述的流动装置、根据权利要求13所述的制造设备和根据权利要求18所述的制造方法来实现。所述目的特别是通过一种流动系统来实现，所述流动系统用于给用于通过逐层施加和在构造区的内部利用多个照射单元在位置上选择性地固化构造材料来增材式制造三维构件的制造设备的构造区加载流动，所述流动系统包括：。至少一个外部的导流结构，所述外部的导流结构具有至少一个流动口，以及至少一个中央的导流结构，所述中央的导流结构具有至少一个流动口，至少一个第一流动口能与用于从所述制造设备的处理腔中导出气体的气体导出结构导气地连接，并且至少一个第二流动口能与用于向所述处理腔中供应气体的气体供应结构导气地连接，所述外部的导流结构和所述中央的导流结构构造成用于设置在能够用于制造所述构件的构造区之外，所述特别是环形的构造区沿径向方向延伸并且由优选中央的、不能用于制造所述构件的构造区空缺限定，所述外部的导流结构构造成用于设置在沿径向方向向外设置在构造区之外的构造区外部区域中，而所述中央的导流结构构造成用于设置在沿径向方向向内设置在构造区之外的优选中央的构造区缺口区域中，以便特别是产生沿至少一个基本上径向的流动方向在构造区上流动的气流。本专利技术的一个构思是，利用构造区或要制造的构件的形状，以便将流动系统或流动装置设计成，使得降低流动的特征长度。由此可以防止出现从层状流动向湍流式流动的转变。通过根据本专利技术的流动系统或根据本专利技术的流动装置特别是使得流动在构造区上的流动路程变得尽可能短。这种流动系统或流动装置此外还简单地构成。此外，所述流动系统、特别是中央的导流结构可以直接设置在构造区附近，由此在效果上实现了更好的流动引导。增材式制造三维构件特别是通过在构造区内沿竖直方向逐层施加和在位置上选择性地固化(无定形的)构造材料、优选是粉末来进行。竖直方向特别是(竖直地)平行于制造设备的纵轴线延伸，此时，工作平面优选垂直于竖直方向(水平)延伸。所述纵轴线可以是指制造设备的(圆柱形)处理腔的对称轴线。所述工作平面特别是和位于工作平面内的构造区特别是在(整个)制造过程中保持在(沿竖直方向)相同的高度上。在一个构造区中可以同时制造多个构件。构造区可以是指用于增材式制造的制造设备的工作平面的一个二维的区域(2D部分区域)，在所述区域内用于选择性固化的照射单元的射线可以命中构造材料或者容纳构件的构造容器在所述区域内延伸，所述构造容器(也)包含(未固化的)构造材料。就此而言，构造区的面积能够用于进行制造。构造区特别是可以是指最上面的粉末层(2D表面)。构造区空缺可以是指从构造区中去除的区域，照射单元的射线不到达这个区域或者说构造容器不在这个区域上延伸。构造区范围可以是指(直接)位于构造区上方的三维区域，这个区域具有与构造区相同的延伸尺寸(横截面积或底面积)。构造区空缺区域特别是不属于构造区范围。构造区空缺的面特别是构成构造区空缺区域的横截面。构造区空缺区域可以是指至少部分地由构造区范围环绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.流动系统(40)，用于给用于通过逐层施加和在构造区(30)的内部利用多个照射单元在位置上选择性地固化构造材料来增材式制造三维构件的制造设备(1)的构造区(30)加载流动，所述流动系统(40)包括：/n至少一个外部的导流结构(41)，所述外部的导流结构具有至少一个流动口(43)，以及/n至少一个中央的导流结构(42)，所述中央的导流结构具有至少一个流动口(44)，/n至少一个第一流动口(43、44)能与用于从所述制造设备(1)的处理腔(10)中导出气体的气体导出结构(11)导气地连接，并且至少一个第二流动口(43、44)能与用于向所述处理腔(10)中供应气体的气体供应结构(12)导气地连接，/n所述外部的导流结构(41)和所述中央的导流结构(42)构造成用于设置在能够用于制造所述构件(2)的构造区(30)之外，/n特别是环形的所述构造区(30)沿径向方向(R)延伸并且由优选中央的、不能用于制造所述构件(2)的构造区空缺限定，/n所述外部的导流结构(41)构造成用于设置在沿径向方向(R)向外设置在构造区(30)之外的构造区外部区域(33)中，而所述中央的导流结构(42)构造成用于设置在沿径向方向(R)向内设置在构造区(30)之外的优选中央的构造区缺口区域(31)中，以便特别是产生沿至少一个基本上径向的流动方向(S1、S2)在构造区(30)上流动的气流。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181119 DE 102018129022.51.流动系统(40)，用于给用于通过逐层施加和在构造区(30)的内部利用多个照射单元在位置上选择性地固化构造材料来增材式制造三维构件的制造设备(1)的构造区(30)加载流动，所述流动系统(40)包括：
至少一个外部的导流结构(41)，所述外部的导流结构具有至少一个流动口(43)，以及
至少一个中央的导流结构(42)，所述中央的导流结构具有至少一个流动口(44)，
至少一个第一流动口(43、44)能与用于从所述制造设备(1)的处理腔(10)中导出气体的气体导出结构(11)导气地连接，并且至少一个第二流动口(43、44)能与用于向所述处理腔(10)中供应气体的气体供应结构(12)导气地连接，
所述外部的导流结构(41)和所述中央的导流结构(42)构造成用于设置在能够用于制造所述构件(2)的构造区(30)之外，
特别是环形的所述构造区(30)沿径向方向(R)延伸并且由优选中央的、不能用于制造所述构件(2)的构造区空缺限定，
所述外部的导流结构(41)构造成用于设置在沿径向方向(R)向外设置在构造区(30)之外的构造区外部区域(33)中，而所述中央的导流结构(42)构造成用于设置在沿径向方向(R)向内设置在构造区(30)之外的优选中央的构造区缺口区域(31)中，以便特别是产生沿至少一个基本上径向的流动方向(S1、S2)在构造区(30)上流动的气流。


2.根据权利要求1的流动系统(40)，其特征在于，所述外部的导流结构(41)和所述中央的导流结构(42)构造成用于设置在构造区(30)的上方。


3.根据权利要求1至2所述的流动系统(40)，其特征在于，所述外部的导流结构(41)和/或所述中央的导流结构(42)构造成沿构造区(30)的周向(U)设置成不可动的。


4.根据上述权利要求中任一项所述的流动系统(40)，其特征在于，所述中央的导流结构(42)的壳体(49)的外轮廓、特别是所述至少一个流动口(44)的定向与构造区(30)的限定所述构造区空缺区域(31)的轮廓相适配。


5.根据上述权利要求中任一项所述的流动系统(40)，其特征在于，所述构造区(30)成形为，使得构造区(30)的面重心位于构造区(30)的轮廓之外。


6.根据上述权利要求中任一项所述的流动系统(40)，其特征在于，所述外部的导流结构(41)和/或中央的导流结构(42)分别具有至少一个优选沿径向定向的用于影响气流在构造区(30)上的流动方向的导流元件(45、46)。


7.根据上述权利要求中任一项所述的流动系统(40)，其特征在于，所述中央的导流结构(42)具有至少一个连接口(48)，用于与气体导出结构(11)或气体供应结构(12)连接，并且所述中央的导流结构构造成用于，在连接口(48)和所述至少一个流动口(44)之间将气流从基本上轴向的流动方向转向到径向的流动方向，或相反。


8.根据上述权利要求中任一项所述的流动系统(40)，其特征在于，所述中央的导流结构(42)和/或所述外部的导流结构(41)分别具有多个能打开且能关闭的流动口(43、44)，特别是能打开且能关闭的带有流动口(43、44)的喷嘴，优选配设给构造区(30)的一个确定的径向部段的流动口(43、44)是能打开且能关闭的。


9.根据上述权利要求中任一项所述的流动系统(40)，其特征在于，所述中央的导流结构(42)的至少一个流动口(44)能与气体供应结构(12)连接，并且所述外部的导流结构(41)的至少一个流动口(43)能与气体导出结构(11)连接，此时特别是能产生基本上沿一个径向的流动方向(S1)向外在构造区(30)上流动的气流。


10.根据上述权利要求中任一项所述的流动系统(40)，其特征在于，所述中央的导流结构(42)的第一流动口(44a)能与气体供应结构(12)连接，并且所述中央的导流结构(42)的第二流动口(44b)能与气体导出结构(11)连接，和/或所述外部的导流结构(41)的第一流动口(43a)能与气体供应结构(12)连接，并且所述外部的导流结构(41)的第二流动口(43b)能与气体导出结构(11)连接。


11.流动装置，用于给用于通过逐层施加和在构造区的内部利用多个照射单元在位置上选择性地固化构造材料来增材式制造三维构件的制造设备(1)的构造区加载流动，所述流动装置包括根据权利要求1至10中任一项所述的流动系统，其中
所述外部的导流结构(41)和所述中央的导流结构(42)设置在能够用于制造所述构件(2)的构造区(30)之外，
特别是环形的所述构造区(30)沿径向方向延伸并且由优选中央的、不能用于制造所述构件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·法伊，
申请(专利权)人：AMCM有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE