用于具有粉状起始材料的增材制造系统的刮刀单元技术方案

本发明专利技术有关于一种用于具有粉状起始材料的增材制造系统的刮刀单元。通过根据本发明专利技术的刮刀单元实现了刮刀的改善的线性度以及相对于建构水平的平行度。刮刀通过可调整的紧固组件悬吊在横梁上，并且进而横梁在一侧上借助于定位轴承且在另一侧上借助于浮动轴承被紧固至引导托架。至引导托架。至引导托架。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有粉状起始材料的增材制造系统的刮刀单元
[0001]本专利技术有关于一种用于具有粉状起始材料的增材制造系统的刮刀单元。通过根据本专利技术的刮刀单元实现了刮刀的改善的线性度以及相对于建构水平的平行度。
[0002]用于工件的增材制造(也称为增材制造(additive manufacturing,AM))的装置以及方法在先前技术是已知的。“生成制造方法”或“3D打印”也被提及。在此，原料可为粉末形式、线材形式或液体。粉末方法包括例如选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)、选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)或电子束熔化(electron beam melting,EBM)。在此的原料由塑料或金属组成。
[0003]在利用粉末形式的原料操作的方法的情况下，材料以层的形式施加到可降低的工作表面上，以便在那里分部熔化或烧结。随后，工作表面降低一个层厚。然后将另一层施加到此层，且此程序如第一层般进行。在此，待熔化或待烧结的部分是以三维工件为逐层建构的方式而选择。
[0004]为了组件的质量，各个层具有均匀(homogeneous)的厚度是重要的。特别是，此层必须在整个平面具有相等的厚度，且还平行于初始位于可降低的工作表面上、且随后位于分别的先前处理的层上的建构层。为了实现这一点，需要对应精确地施加粉末，而这首先需要高精度的刮刀以及刮刀引导。在此，有两个问题在先前技术的刮刀的情况下发生，当刮刀变得越大、建构空间中的温度变得越高时，问题越为严重。问题之一是刮刀的偏转，这会导致刮刀的线性度发生偏差，且因此一般在动作路径的中心造成较薄的粉末层，第二个问题是热膨胀。
[0005]如果增材制造方法初始为纯粹的快速原型化(rapid prototyping)方法，仅供应设计模型，且经常为缩尺(reduced scale)，那么技术同时已发展到可建构更大的功能组件的程度。特别是，除了初始仅由聚合物组成的粉末材料之外，现在还可使用由金属、玻璃以及陶瓷制成的材料。因此，对建构空间大小的需求也随之增加，且随之而来的是所需的刮刀大小，这带来了上述问题。
[0006]此外，金属或陶瓷的加工需要比塑料相对高的熔化或烧结温度。因此，除了更强的激光外，电子束枪(electron beam guns)也被用作这些方法的辐射单元，可将更多的能量输入到粉末中。以这种方式产生的温度也加热分配粉末的刮刀，此粉末已新施加到刚刚固化的最后一层，以形成新的层。在此过程中发生的刮刀的热膨胀在紧固点之间的刮刀中产生应力以及变形。
[0007]在聚合物粉末的情况下，仅在较小程度上固有地发生热问题，因为在那里预热的粉末床中一般仅出现高达大约180℃的温度，而在例如钛以及钛合金的金属的情况下，预热的粉末床表面需要高达1200℃以上的温度。因此，在本专利技术的主要应用领域的金属粉末的电子束方法的情况下出现了最大的问题。其中，例如在刮刀的刀片处，一般在刮刀的中心出现大约400℃的温度，且在其不位于粉末床上方的边缘区域中出现大约50℃的温度。因此，通过造成不同程度的热膨胀，在刀片的悬吊系统以及刀片本身中产生相当大的应力。这会导致线性度的偏差。

技术介绍

[0008]例如，EP 2 010 370 B1描述了一种粉末施加装置，旨在能够产生简单的改变，且在此过程中维持相对于建构水平的平行度。在此，使用可插入框架形状接收装置中的可更换涂层模块。两个刀片经由涂层模块中的腹板在边缘定位。刀片相对于建构水平的设定经由框架形状接收装置进行，涂层模块可通过腹板钩入此接收装置中。因此有仅安装在外侧的刀片在尺寸较大的情况下会偏斜的问题。在发生热变形的情况下，双悬吊对刀片相对于建构水平的线性度以及平行度，具有特别负面的影响，首先是框架形状接收装置中的涂层模块中的刀片，然后是整体装置中的框架形状接收装置。
[0009]专利技术目的
[0010]从这些问题出发，本专利技术的一个目的是提供一种刮刀单元，通过此刮刀单元克服先前技术的装置的缺点。特别是，本专利技术的目的是提供一种装置，此装置即使在大尺寸以及高操作温度的情况下，也能够施加特别均匀且平行于建构水平定向的粉末层。

技术实现思路

[0011]此目的通过如权利要求1所述的刮刀单元实现。较佳的设计变体是附属申请专利范围的目标。
[0012]根据本专利技术的刮刀单元用于具有粉状起始材料的增材制造系统，刮刀单元包括刮刀以及悬吊系统，悬吊系统以可水平移动的方式安装在增材制造系统中。
[0013]如果在本申请中提及刮刀，则此用语包括实际刀片以及与实际刀片形成的组合单元，因此例如在双刀的情况下，是两个刀片以及连接两个刀片的装置。
[0014]悬吊系统包括横梁，横梁在一侧上安装在定位轴承中，且另一侧上安装在浮动轴承中，横梁分别通过定位轴承以及浮动轴承连接到引导托架。
[0015]刮刀以悬吊的方式经由多个紧固装置沿着刮刀的长度紧固在横梁之下，紧固装置允许在刮刀和横梁之间的间距调整，用以使刮刀相对于增材制造系统的建构水平平行定向。为此，根据刮刀的长度，应设置数个紧固装置，以保持紧固装置之间的间距足够短，以防止偏转，且使悬吊式刮刀的线性度能够精确调整。然后可经由整个可调整的紧固装置建立相对于建构水平的平行度。
[0016]重要特点为施加层的平面性(planarity)。在此，通过所使用的金属粉末的粉末粒度(grain size)对最大可达到的位置进行了限制。通过根据本专利技术的刮刀系统，粉末层的平面性目标为对应于小于平均粉末粒径(grain diameter)d
50
一半的偏差。目前用于电子束熔化方法的习用金属粉末的平均粉末粒径d
50
大约为50微米。对于特殊情况，也使用小直径的粉末。因此，针对习用系统操作的精度在于最多25微米、较佳地最多10微米的偏差。
[0017]刮刀可包括单刀、双刀或多刀。单刀、双刀或多刀设置在中间对称地居中的实心块之下，紧固装置通过实心块延伸至横梁。与块的连接借助于水平螺栓以及插入各个刀片之间的间隔组件，发生在设置在垂直紧固装置的区域中的切口(cutouts)内。刀片由具有可挠性的薄金属片组成，其中加工有梳状齿系统，以便刀片能够以灵活的方式适应不平整。预刮刷器定位在平行于刀片的块的侧部上。预刮刷器的下边缘与刀片的下边缘的间距通常高达1毫米，一般大约为0.5毫米。预刮刷器通过在刀片上的粉末、以及促成粉末的第一次分配以及平滑化而达成压力最小化的目的。整个块覆盖着屋顶状的建构，可为平坦的、弯曲的或有
角度的配置。
[0018]引导托架较佳地适用于在增材制造系统中具有扭矩刚性的引导。具有扭矩刚性的引导代表引导支架以扭矩能够从引导支架传输到增材制造系统的方式连接到增材制造系统。因此，只能够在建构水平之上在所提供的方向进行平移移动，而不是在其他空间方向或旋转。
[0019]悬吊系统在增材制造系统中的可水平移动安装可经由例如轨道或导杆进行。可水平移动安装可在每一侧上单独存在或以多个存在，特别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种刮刀单元，用于具有粉状起始材料的增材制造系统，该刮刀单元包括刮刀(1)以及悬吊系统(2)，该悬吊系统(2)以可水平移动的方式安装在该增材制造系统中，其特征在于：
‑
该悬吊系统(2)包括横梁(3)，该横梁(3)在一侧上安装在定位轴承(4)中，且在另一侧上安装在浮动轴承(5)中，
‑
横梁(3)分别通过该定位轴承(4)以及该浮动轴承(5)连接到引导托架(6)，以及
‑
该刮刀(1)以悬吊的方式经由多个紧固装置(7)沿着该刮刀(1)的长度紧固在该横梁(3)之下，该等紧固装置(7)允许在该刮刀(1)和该横梁(3)之间的间距调整，用以使该刮刀(1)相对于该增材制造系统的建构水平平行定向。2.如权利要求1多刮刀单元，其特征在于，该刮刀(1)包括单刀、双刀或多刀。3.如权利要求1或2多刮刀单元，其特征在于，该引导托架(6)适用于在该增材制造系统中的具有扭矩刚性的引导。4.如前述权利要求中任一项多刮刀单元，其特征在于，该横梁(3)配置为中空体。5.如前述权利要求中任一项多刮刀单元，其特征在于，该横梁(3)具有矩形或椭圆形横截面。6.如前述权利要求中任一项多刮刀单元，其特征在于，该定位轴承(4)在该横梁(3)的周围上包围该横梁(3)至少两侧，且防止该横梁(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯腾，
申请(专利权)人：ALD真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：