光学单元和用于制造三维工件的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光学单元，该光学单元在通过射束熔融方法来制造三维工件的系统中使用。该光学单元包括：光学系统，该光学系统用于产生射束并且将射束引导到预定部位处；以及容纳部，该容纳部具有容纳部基部和布置在容纳部基部中的开口，该开口对于射束是可穿透的，使得该射束能够穿过开口。光学单元具有下部部段和上部部段，下部部段包括容纳部基部并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，上部部段连接到下部部段并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，其中，下部部段和上部部段彼此偏移地布置，使得下部部段的侧壁中的第一侧壁与上部部段的侧壁中的第一侧壁不在同一平面中延伸，并且下部部段的侧壁中的第二侧壁与上部部段的侧壁中的第二侧壁不在同一平面中延伸。本发明专利技术还涉及用于制造三维工件的系统。本发明专利技术还涉及用于制造三维工件的系统。本发明专利技术还涉及用于制造三维工件的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学单元和用于制造三维工件的系统


[0001]本专利技术涉及在用于制造三维工件的设备中使用的光学单元以及对应的设备。三维工件的制造可以是通过生成层构造工艺来实现的制造，特别是通过射束熔融工艺来实现的制造。

技术介绍

[0002]在用于制造三维工件的生成工艺中，特别是在生成层构造工艺中，已知将原材料的初始不定形的或中性形状的模塑复合物(例如，原材料粉末)逐层施加到承载部上，并且通过特定部位的照射(例如，通过熔融熔合或烧结)使其固化，从而最终获得具有期望形状的工件。照射可以使用(例如呈激光辐射形式的)电磁辐射来执行。在初始状态下，模塑复合物最初可以呈颗粒、粉末或液体模塑复合物的形式，并且可以作为照射的结果而选择性地固化或换言之在特定部位处固化。模塑复合物可以包括例如陶瓷、金属或塑料材料，也可以包括这些材料的混合物。生成层构造工艺的一个变型涉及粉末床中的所谓的激光射束熔融，其中，特别地，金属和/或陶瓷原材料粉末材料在激光射束的照射下固化成三维工件。
[0003]对于单个工件层的制造，也已知将呈原材料粉末层的形式的原材料粉末材料施加到承载部上，并且选择性地且根据当前待制造的工件层的几何形状对其进行照射。激光辐射穿透原材料粉末材料，并且例如由于加热(加热造成熔融或烧结)而使其固化。一旦工件层固化，新的未加工的原材料粉末材料的层被施加到已经制造的工件层。为此目的可以使用已知的涂布装置或粉末施加装置。随后，对现在最上面的且仍未加工的原材料粉末层进行新的照射。因此，工件被逐层地连续地建造，每一层限定工件的横截面区域和/或轮廓。在这种情况下，进一步已知的是利用CAD或类似的工件数据以基本上自动地制造工件。
[0004]在EP 2 335 848 B1中描述了一种已知的光学照射单元，该光学照射单元可以用于例如通过照射原材料来制造三维工件的设备。已知的照射单元包括射束源(特别是激光源)以及各种光学部件，例如射束扩展器、聚焦单元以及呈扫描单元和透镜形式的偏转装置。
[0005]应当理解，在本专利技术的上下文中，也可以提供以上说明的所有方面，并且根据本公开的光学单元可以特别地包括上面提到的光学部件。
[0006]用于制造三维工件的已知的装置也可以在例如EP 2 961 549 A1和EP 2 878 402 A1中找到。
[0007]随着建造体积的增大和相关的制造更大工件的可能性的增加，如果只使用一种射束源，对应的建造过程需要越来越长的时间。特别地在这种背景下，期望提高加工生产力。这可以通过将多个激光射束同时指向原材料来实现。
[0008]能够同时产生多个激光射束的一种方法是提供多个光学单元，每个光学单元被布置成发射激光射束并将其引导到原材料上的预定位置。
[0009]特别地，在上文描述的提供多个光学单元的情况下以及在仅提供一个光学单元的情况下，用于一个或多个光学单元的空间可能是有限的，因此期望使一个或多个光学单元
尽可能紧凑。换言之，期望能最有效地使用光学部件所占的体积。在多个光学部件侧面相接地布置的情况下，期望光学单元的容纳部被构造成使得光学单元能够侧面相接地简单且节省空间地布置。

技术实现思路

[0010]因此，本专利技术的目的是提供具有改进的几何形状的光学单元和相关设备。
[0011]该目的通过具有权利要求1的特征的光学单元以及具有权利要求7的特征的设备来解决。
[0012]因此，根据第一方面，本专利技术涉及一种光学单元，该光学单元在通过射束熔融工艺来制造三维工件的设备中使用。该光学单元包括：射束光学器件，该射束光学器件用于产生射束并且将射束引导到预定位置；以及容纳部，该容纳部具有容纳部底部以及布置在容纳部底部中的开口，该开口对于射束是可穿透的，使得射束能够穿过开口。光学单元包括下部部段和上部部段，下部部段包括容纳部底部并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，上部部段连接到下部部段并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，其中，下部部段和上部部段彼此偏移地布置，使得下部部段的侧壁中的第一侧壁与上部部段的侧壁中的第一侧壁不在同一平面中延伸，并且下部部段的侧壁中的第二侧壁与上部部段的侧壁中的第二侧壁不在同一平面中延伸。
[0013]射束熔融工艺可能是例如选择性激光熔融或选择性激光烧结。光学单元的射束光学器件可以包括射束源，特别地包括激光射束源。例如，Nd：YAG激光器可以用于该目的，该激光器生成波长为1064nm的激光射束。射束光学器件可以包括适合以成形、偏转或其他方式影响所产生的激光射束的另外的光学元件。特别地，以下非穷举的清单中的一个或多个可以被提供作为光学元件：用于扩展激光射束的射束扩展器、用于沿激光射束的射束方向改变激光射束的聚焦位置的聚焦单元、用于在原材料的顶部层上二维地扫描激光射束的扫描单元、用于对激光射束施加空间调制的用于光的空间调制器(SLM)、用于将激光射束分割成多个部分射束的射束分割单元、以及物镜，例如F
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西塔(θ)透镜。激光射束指向的预定位置可以是原材料的顶部层上的预定位置。
[0014]在光学单元的安装状态下，容纳部底部可以被定向为使得容纳部底部的表面法线指向一个或多个沉积的原材料层的方向。容纳部底部中的开口可以但不一定完全被容纳部底部包围。开口的相关特征是，射束可以穿过开口。例如，开口可以包括嵌板(例如玻璃嵌板)，该嵌板对于射束是可穿透的，特别地对于激光射束的波长是可穿透的。嵌板可以提供光学单元的气密密封。此外，开口也可以仅是未密封的，因此是充满空气的开口或凹部。
[0015]例如，侧壁可以被构造成使得下部部段的两个侧壁和上部部段的两个侧壁平行于如下的平面：该平面与容纳部的底部延伸所在的平面垂直。因此，例如，在在此限定的坐标系的背景下，这些侧壁可以平行于x
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z平面。下部部段的第一侧壁可以平行于上部部段的第一侧壁。类似地，下部部段的第二侧壁可以平行于上部部段的第二侧壁。例如，上部部段的两个侧壁可以相对于下部部段的两个侧壁以相同的距离并且沿相同的方向偏移。该方向可以在此限定为y方向，y方向垂直于第一方向(x方向)。以上限定的偏移可以使得能够实现光学单元的紧凑设计。下部部段和上部部段可以各自基本上呈平行六面体的形式。下部部段沿偏移的方向(即，沿在此限定的坐标系中的y方向)的宽度可以等于上部部段沿偏移的方
向的宽度。
[0016]通常，在此描述的光学单元可以被构造成位于两个另外的相同的光学单元之间，使得各个光学单元的侧壁彼此相邻。
[0017]例如，具有以上描述的形状的、有下部部段和上部部段的光学单元可以被构造成使得另外的相同的光学单元可以与该光学单元相邻地布置，使得该光学单元的下部部段的第二侧壁与另外的光学单元的下部部段的第一侧壁相邻地布置，并且该光学单元的上部部段的第二侧壁与另外的光学单元的上部部段的第一侧壁相邻地布置。
[0018]以上描述的相邻地布置可以表示各个侧壁彼此紧邻，在各个侧壁之间仅存在狭窄的空气间隙。空气间隙的宽度可以小于上部部段的沿着各光学部件彼此相邻地布置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学单元(10)，所述光学单元在用于通过射束熔融工艺来制造三维工件的设备(2)中使用，所述光学单元包括
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射束光学器件(11)，所述射束光学器件用于产生射束并且将所述射束引导到预定位置，以及
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容纳部(14)，所述容纳部具有容纳部底部(16)以及布置在所述容纳部底部中的开口(20)，所述开口对于所述射束是可穿透的，使得所述射束能够穿过所述开口(20)，其中，所述光学单元(10)包括下部部段(32)和上部部段(34)，所述下部部段包括所述容纳部底部(16)并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁(36，38)，所述上部部段连接到所述下部部段(32)并且具有各自平行于所述第一方向延伸的两个侧壁(40，42)，所述下部部段(32)和所述上部部段(34)彼此偏移地布置，使得所述下部部段(32)的侧壁中的第一侧壁(36)与所述上部部段(34)的侧壁中的第一侧壁(40)不在同一平面中延伸，并且所述下部部段(32)的侧壁中的第二侧壁(38)与所述上部部段(34)的侧壁中的第二侧壁(42)不在同一平面中延伸。2.根据权利要求1所述的光学单元(10)，其中，所述光学单元(10)被构造成使得具有相同构造的另外的光学单元(10)能够与所述光学单元(10)相邻地布置，使得所述光学单元(10)的下部部段(32)的第二侧壁(38)与所述另外的光学单元(10)的下部部段(32)的第一侧壁(36)相邻地布置，并且所述光学单元(10)的上部部段(34)的第二侧壁(42)与所述另外的光学单元(10)的上部部段(34)的第一侧壁(40)相邻地布置。3.根据权利要求1或2所述的光学单元(10)，其中，所述下部部段(32)的侧壁(36，38)彼此平行，并且所述上部部段(34)的侧壁(40，42)彼此平行，并且其中，第一连接表面(44)将所述下部部段(32)的第一侧壁(36)连接到所述上部部段(34)的第一侧壁(40)，并且第二连接表面(24)将所述下部部段(32)的第二侧壁(38)连接到所述上部部段(34)的第二侧壁(42)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学单元(10)，所述光学单元进一步包括：
‑
至少一个滚子(18)，所述至少一个滚子被布置在所述容纳部底部(16)上，通过所述至少一个滚子，所述光学单元(10)能够沿着至少所述第一方向滚动，所述第一方向对应于滚动方向。5.根据权利要求4所述的光学单元(10)，其中，所述光学单元(10)包括布置在所述容纳部底部(16)上的至少三个滚子(18)，所述至少三个滚子中的全部滚子沿着垂直于所述滚动方向的方向彼此偏移。6.根据权利要求4或5所述的光学单元(10)，其中，所述容纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿克塞尔，
申请(专利权)人：SLM方案集团股份公司，
类型：发明
国别省市：