产生三维物体的方法和设备技术

从由粒子组成的介质（１２）中建立三维物体（３０）的方法，该三维物体例如是模型、模具、成品、半成品和其他的东西，产生若干横截面层（２５），每一层表示将被制作的物体的一个截面，由此，通过在介质上面移动的能量发生装置（２２ａ），根据控制器（２０）发出的信号，使得在所选区域中正处于最顶层中的粒子至少互相连接或者互相连接后再和前一层的互相连接，而在各层中没有被连接的粒子则被清除，其特征在于： 至少包括一个电极（２２ｂ）的所述能量发生装置（２２ａ）形成电路中的一极，而电路中的另一极是由所述的介质（１２）构成的，当这些电极连接至少一个电源（４０）时，所述介质（１２）为电导体或半导体，由此在所述电极和所述介质（１２）之间形成能量波，例如，至少有电弧或垫的形式，通过改变所述被选区域（２５）中的所述粒子的物理特性，连接所述介质的材料粒子。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及产生三维物体的一种方法和设备，例如模型、模具、成品、半成品或其它的一些物体，借助在介质上移动的能量发生装置，根据控制器发出的信号，在其最顶层中把介质的选定区域结合在一起，从而产生所要制造的某个物体的若干个截面层。在设计机件期间，希望能得到正在建立的元件的三维几何图形的形象化视图，有时还需要其物理表示。尤其在使用CAD(计算机辅助设计)进行工作的时候，更需要这样的形象化视图，由此，可以直接使用计算机的信息，在制造过程中不需要人的干预(CAM计算机辅助制造)。如果在设计中出现错误，就会增加和制造有关的错误的费用，因为设计中的错误将出现在自动制造的产品上。在复杂的三维几何图形中，例如内燃机的汽缸头，复杂装置中几个相互作用部件的组合，例如电机的零件，在制造过程中一般都要求尽早接触物理模型和原型，以例能够进行实际的构造。大公司通常都有其制造模型和原型的部门。而较小的公司则求助于专门的模型厂家来制造原型，或者，由于费用太高而不做原型就生产新的产品。一般情况下，在制造成品之前，产生模型以便能够看到细节和装配情况，甚至把模型用于市场销售的目的是很重要的。目前的原型制造过程通常是费时和昂贵的。国际申请WO 88/02677提出了一种方法和装置，有选择地烧结一个粉末层以产生包括若干烧结层的零件。在该装置中使用了激光束，根据控制器发出的控制信号，在存放必须被烧结的材料的容器上扫描，即，借助激光束，在被激光束射中的地方熔化材料。在每一个烧结步骤之后，传送新的材料，用于下一步的烧结。例如，每个被烧结的层表示某个由计算机产生的模型中的一层。由于在产生模型时使用了激光技术，其费用是很高的。通过DE-A1-3430114，了解到一种用于产生三维模型的设备。这种设备使用了一组焊丝，把若干焊丝层焊接在一起就产生了一个模型。这种制造方法费时、清晰度不高，而且难以产生模槽一类的东西。本专利技术的目的是产生一种能在费用合理和生产速度快的情况下制造模型、原型或成品的设备。该设备甚至能用许多不同的材料来制造模型/产品。借助能量发生装置来实现上述的目的，该装置至少包括一个电极，形成电路中电极的一端，而电路中的另一个电极由所述的介质构成，当这些电极连接至少一个电源时，介质是导体或半导体，由此在电极和介质之间形成了能量波，例如，至少采用电弧或热的形式，通过改变所选区域中的粒子的物理特性来连接介质的材料粒子。下面将结合附图中所示的实施例对本专利技术的进行更加清楚的描述。附图说明图1是根据本专利技术、用于产生三维物体的一种设备的一个透视图。图2至图4是在三个不同的制造阶段开始阶段、生成阶段和结束阶段中，沿着图1所示设备的线A-A截取的截面图。图5是根据本专利技术改进设备的一个透视图。图5b是沿图5中线Vb-Vb截取的一个放大的截面图。图6是电极(电焊条)装置的一个实施例。图7是图6所示电极装置一部分的放大视图。图8是本专利技术另一个实施例的顶视图。图9是在图8中沿线IX-IX截取的截面图。图10是图8中沿线X-X截取的放大截面图。图11给出了等离子电极装置的一个实施例。图12给出了等离子电极装置的另一个实施例。图13是图12所示装置的一个截面图。图1所示用于制造三维产品的设备10包括顶部开口、由再循环装置13提供粉末材料12的容器11，沿着容器11上的导轨18在X方向上可移动的滑架14，以及滑架14上、在Y方向上可移动的滑架15。再循环装置13包括传输器16，把粉末12从围绕容器11的较低部分的收集箱17送到撒料器21。撒料器也可沿着容器的上边缘28移动，和滑架15一样，在Y方向上是可转移的。撒料器21可能连接滑架15。回收尺26连接撒料器，在和容器11的上边相同的水平上排除多余的粉末材料12。容器11内部有一个可升降的板子23，借助驱动电机19的升降装置24从上顶位置(即正在容器的上边缘28下面的一个起始位置)下降到较低的底部位置(即一个终止位置)，反之亦然。控制器20控制板子23的下降，对应撒料器所撒粉末层的厚度。升降装置甚至可以用液压机构来控制。在Y方向上可转移的滑架15支持具有电极22b的电极装置22a，而滑架14和15以及电极装置22a的激活都是由控制器20根据计算机29中的某个CAD-CAM-程序发出的信号进行控制的。粉末材料12包括电传导材料，例如某种金属粉末/颗粒、粉末或颗粒形式的导电塑料等一类东西。材料甚至可以包括非传导成分，例如塑料、纤维、不同类型的粉末或颗粒和填料等等，因此能得到不同的特性，例如连接后合金的加强或形成，例如可通过烧结来实现。甚至遇到电极发出的热而变硬的导电液体材料也可以使用。当激活电极装置22a时，连接电源40，而导电材料12则接地。由此，粉末材料12和正位于其上的电极22b之间出现电弧，使材料12和位于加热区域内的材料结合，因此形成了一个有界线的结合部分25。下面将结合图2到图4描述根据本专利技术的方法的一个简化的操作周期。在第一阶段中(图中没有给出)，第一个稍微厚一点的粉末层12被提供给位于容器11中其最上端位置上的板23以便保护该板。在粉末的撒放方面，任何多余的粉末都在同时被扫除，并且，如果粉末材料不是自压缩的，则可以用某种压缩滚筒来进行压缩(图中没有给出)。多余的粉末被送到容器边缘28以上并落下到收集箱17中。压缩滚筒也可以用作被连接表面的一种抹平装置和/或冷却装置。甚至一块板、一个独立的滚筒或类似的东西都可以用作矫平、压缩和/或冷却介质。象水这样的液体介质可用于冷却。通过压缩，成品的孔隙度减少了。通过冷却，可防止第一层和各个最后层的温差。在图2所示的阶段中，电极装置22a已经产生了第一个被连接的区域25，在撒料器的纵向上通过开口27提供新的粉末层。清扫尺26使得粉末层变平，这样，粉末表面就有一个准确的平面。已经集中在尺26前面的多余粉末越过容器的边缘28被送到收集箱17，而尺26则经边缘28回到其静止位置。图3表示工作的瞬间，即当电极装置22a正在将要被烧结的区域上沿X方向和/或Y方向移动时。电源40在导电的粉末材料12和电极22b之间产生一个电位差，使得在电极22b与粉末12之间产生了例如以电弧形式的能量释放。电弧产生的热把粉末粒子融化在一起并且把该融化区域和上一层的融化区域并接起来。当使用塑料粉末时，可以采用吸收装置来吸出在融化期间可能形成的气体。活动区，即粉末融化的区域，最好能置于真空之下，或者当使用金属粉末时，置于某种保护性的气体(例如氩(Ar))中，该保护性气体将产生某种保护性的环境。气体可以由电极22b上的开口提供，也可以由滑架15附近的管口提供。板23可以被穿孔或者由能渗透的材料做成，使之能通过保护性的气体，这些气体在一个轻度的过压下被送入空间42，该空间被限定在板的下面。保护性的气体被迫通过松散的粉末并从粉末表面上出来。考虑到环境的问题，整个工作区域最好是密封的。粉末的提供和烧结进行了很多次，或者直到所需的物体(例如模型30，在这里是一把锤子)被完成。当造模的过程完成时，根据图4，电极22b和撒料器21被放在其静止的位置上。板23被升高，使得所有松散的粉末都被清除掉。如果使用有渗透性的板23，一股强大的气流可能会通过其出口，使得粉末“被流体化”，同时，当底板23升高时，多余的粉末流过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·拉尔森，
申请(专利权)人：阿卡姆股份公司，
类型：发明
国别省市：