用于将连续的能量束跳跃式地移位的方法及制造装置制造方法及图纸

在用于将连续的能量束(5)沿着由射束位置(17)的序列形成的照射路径(101)移位的方法中，照射路径(101)设置用于在制造装置(1)的工作区域(9)内将粉末材料(2)在粉末层中固化。在所述方法中，将连续的能量束(5)照射到粉末材料(2)上，以便在增材制造方法的框架内成型构件(4)的层。此外，通过将借助偏转装置(13)对能量束(5)的光学偏转和借助扫描装置(7)对能量束(5)的机械偏转叠加而将能量束(5)在工作区域(9)内移位。机械偏转设计用于将能量束(5)定位在布置在工作区域(9)内的多个照射位置(11)处，其中，照射位置(11)基本上跨越工作区域(9)。光学偏转设计用于将能量束(5)围绕偏转装置(13)的射束区域(15)内的照射位置(11)中的每个照射位置偏转到射束位置(17)的序列的至少一个射束位置上。光学偏转和机械偏转同时或相继改变，以便借助能量束(5)扫描射束位置(17)的序列。此外，偏转装置(13)和扫描装置(7)被控制为使得能量束(5)相继扫描子序列，所述子序列分别包括照射路径(101)的射束位置(17)的序列的至少一个射束位置，其中，能量束(5)通过跳跃式地改变光学偏转而跳过间隔开的子序列之间的区域，从而能量束相继占据空间上彼此间隔开的子序列。间隔开的子序列。间隔开的子序列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将连续的能量束跳跃式地移位的方法及制造装置


[0001]本专利技术涉及一种用于将连续的能量束沿着由射束位置的序列形成的照射路径移位的方法。此外，本专利技术涉及一种用于由粉末材料来增材制造构件的装置。

技术介绍

[0002]特别是金属构件或陶瓷构件的基于激光的增材制造基于通过借助激光照射来使以粉末形式存在的原材料固化。在由粉末材料增材制造构件的过程中，能量束(比如激光束)典型地特别是沿着预定照射路径移位到工作区域内的预定照射位置，以便使布置在工作区域中的粉末材料局部地固化。这特别是在相继布置在工作区域中的粉末材料层中逐层重复，以便最终获得由固化的粉末材料制成的三维构件。
[0003]增材制造方法也称为用于在粉末床中制造构件的基于粉末床的方法、选择性激光熔化、选择性激光烧结、激光金属熔合(LMF)、直接金属激光熔化(DMLM)、激光净成形制造(LNSM)和激光工程净成形(LENS)。因此，在此公开的制造装置被配置成特别是实施上述增材制造方法中的至少一种。
[0004]在此公开的方案此外可以被使用在(金属)3
‑
D打印的机器中。EP 2 732890A1中公开了一种用于制造三维产品的示例性机器。增材制造的优点通常是简单地制造复杂且能个别设定的构件。在此特别是可以实现定义的内部结构和/或具有优化的力流的结构。
[0005]能量束与粉末材料的相互作用中包括比如强度/能量、射束直径、扫描速度、在一部分能量束上的一个位置处的停留时间等参数以及比如粉末材料类型的一部分上的晶粒尺寸分布和化学成分等参数。此外，尤其是由相互作用区周围环境产生的热参数被并入在能量输入中。因此，已制造的构件的层的已固化区域和与相互作用区相邻的同一层的已固化区域与未(或尚未)熔合的并且可以位于构件的结构下方或位于同一层中的粉末材料相比更好地消散引入的热量。如果熔融粉末材料过热，液滴可能从熔体中分离/飞溅，因此，所述液滴可能通常不利地影响产品品质和制造过程。

技术实现思路

[0006]本公开文件的一个方面的任务在于，实现照射方案、特别是实现超出常规扫描装置的限制的照射路径。特别是应该与照射路径的走向无关地避免熔化的粉末过热，，其中，这在引入高能量时也能被确保。此外，一个任务在于，给出一种用于沿着照射路径能灵活地调设连续的能量束的移位的方法以及一种用于由粉末材料来增材制造构件以实施所述方法的装置。
[0007]所述任务中的至少一个任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求14所述的制造装置来解决。进一步方案在从属权利要求中给出。
[0008]在一个方面中，一种用于将连续的能量束沿着由射束位置的序列形成的照射路径移位的方法，所述照射路径设置用于在制造装置的工作区域内将粉末材料在粉末层中固化，所述方法包括以下步骤：
[0009]将连续的能量束照射到粉末材料上，以便在增材制造方法的框架内成型构件的层；以及
[0010]通过将借助偏转装置对能量束的光学偏转和借助扫描装置对能量束的机械偏转叠加而将能量束在工作区域内移位，其中，
[0011]‑
机械偏转设计用于将能量束定位在布置在工作区域内的多个照射位置处，其中，所述照射位置基本上跨越工作区域，以及
[0012]‑
光学偏转设计用于将能量束围绕偏转装置的射束区域内的所述照射位置中的每个照射位置偏转到射束位置的序列的至少一个射束位置上，
[0013]其中，光学偏转和机械偏转同时或相继改变，以便借助能量束扫描射束位置的序列。
[0014]通常，射束区域在此由偏转装置的光学偏转的最大范围来给定。
[0015]在一个另外的方面中，概述的方法可以还包括以下步骤：
[0016]控制偏转装置和扫描装置，以使得
[0017]能量束相继扫描子序列，所述子序列分别包括照射路径的射束位置的序列的至少一个射束位置，其中，能量束通过跳跃式地改变光学偏转而跳过间隔开的子序列之间的区域，从而能量束相继占据空间上彼此间隔开的、特别是热脱耦的子序列。
[0018]通常，在一个另外的方面中，概述的方法可以还包括步骤：将能量束跳跃式地移位到多个离散的射束位置处。
[0019]在一个另外的方面中，一种用于由在工作区域中被提供的粉末材料来增材制造构件的制造装置包括：
[0020]‑
射束产生装置，所述射束产生装置设置用于产生用于照射粉末材料的连续的能量射束，
[0021]‑
扫描装置，所述扫描装置设置用于机械偏转以将能量束定位在多个照射位置处，其中，所述照射位置基本上跨越工作区域，
[0022]‑
偏转装置，所述偏转装置设置用于光学偏转以将能量束围绕射束区域内的所述照射位置中的每个照射位置偏转到射束位置的序列的至少一个射束位置上，以及
[0023]‑
控制装置，所述控制装置与扫描装置和偏转装置作用连接并且设置用于控制偏转装置和扫描装置，以使得光学偏转和机械偏转同时或相继改变，以便通过连续的能量束扫描由射束位置的序列形成的照射路径，其中，照射路径设置用于在工作区域内将粉末材料在粉末层中固化。
[0024]在概述的制造装置中，控制装置在一个另外的方面中可以此外设置用于控制偏转装置和扫描装置，以使得能量束相继扫描子序列，所述子序列分别包括照射路径的射束位置的序列的至少一个射束位置，其中，能量束通过跳跃式地改变光学偏转而跳过间隔开的子序列之间的区域，从而能量束相继占据空间上彼此间隔开的、特别是热脱耦的子序列。
[0025]在所述方法的一些进一步方案中，下述中的至少一个：
[0026]‑
沿着所述照射路径的子序列的数量，
[0027]‑
所述子序列之一中的射束位置的数量，以及
[0028]‑
相继占据的子序列之间的空间间距
[0029]可以通过考虑/确保借助能量束引入到所述子序列中的能量的流散、特别是对照
射持续时间或借助能量束引入到所述子序列中的能量的限制来确定。
[0030]在所述方法的一些进一步方案中，偏转装置和扫描装置可以被控制为使得照射路径的彼此相邻的射束位置在时间上不被相继占据。
[0031]在所述方法和/或制造装置的一些进一步方案中，偏转装置可以在设置用于能量束的通过区域中包括光学的、特别是透明的材料，所述材料具有被调设用于引起光学偏转的光学特性。偏转装置可以特别是包括晶体，在所述晶体内，形成具有声学波长的声波或者调设折射率或折射率梯度以引起光学偏转。
[0032]在一些进一步方案中，所述方法可以包括以下进一步的步骤：
[0033]‑
在光学材料中激发具有声学波长的声波，以用于形成声光衍射光栅，
[0034]‑
将能量束照射到通过区域上，
[0035]‑
在声光衍射光栅处将能量束的大部分、特别是至少80％、优选至少90％在一阶衍射的衍射角下衍射，
[0036]‑
将被衍射的能量束引导到所述射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将连续的能量束(5)沿着由射束位置(17)的序列形成的照射路径(101)移位的方法，所述照射路径设置用于在制造装置(1)的工作区域(9)内将粉末材料(2)在粉末层中固化，所述方法包括以下步骤：将所述连续的能量束(5)照射到所述粉末材料(2)上，以便在增材制造方法的框架内成型构件(4)的层；以及通过将借助偏转装置(13)对所述能量束(5)的光学偏转与借助扫描装置(7)对所述能量束(5)的机械偏转叠加而将所述能量束(5)在所述工作区域(9)内移位，其中，
‑
所述机械偏转设计用于将所述能量束(5)定位在布置在所述工作区域(9)内的多个照射位置(11)处，其中，所述照射位置(11)基本上跨越所述工作区域(9)，以及
‑
所述光学偏转设计用于将能量束(5)围绕所述偏转装置(13)的射束区域(15)内的所述照射位置(11)中的每个照射位置偏转到所述射束位置(17)的序列的至少一个射束位置上，其中，所述光学偏转和所述机械偏转同时或相继改变，以便借助所述能量束(5)扫描所述射束位置(17)的序列，所述方法还包括：控制所述偏转装置(13)和所述扫描装置(7)，以使得所述能量束(5)相继扫描子序列，所述子序列分别包括所述照射路径(101)的射束位置(17)的序列的至少一个射束位置，其中，所述能量束(5)通过跳跃式地改变所述光学偏转而跳过间隔开的子序列之间的区域，从而所述能量束相继占据空间上彼此间隔开的子序列。2.根据权利要求1所述的方法，其中，下述中的至少一个：
‑
沿着所述照射路径的子序列的数量，
‑
所述子序列之一中的射束位置的数量，以及
‑
相继占据的子序列之间的空间间距通过考虑/确保借助所述能量束(5)引入到所述子序列中的能量的流散、特别是对借助所述能量束引入到所述子序列中的能量或照射持续时间的限制来确定。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述偏转装置(13)和所述扫描装置(7)被控制为使得所述照射路径(101)的彼此相邻的射束位置(17)在时间上不被相继占据。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述偏转装置(13)在设置用于所述能量束(5)的通过区域中包括光学的、特别是透明的材料，所述材料具有被调设用于引起所述光学偏转的光学特性，以及其中，所述偏转装置(13)特别是包括晶体，在所述晶体内，形成具有声学波长的声波或者调设折射率或折射率梯度以引起所述光学偏转。5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
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在光学材料中激发具有声学波长的声波，以用于形成声光衍射光栅，
‑
将所述能量束照射到所述通过区域上，
‑
在所述声光衍射光栅处将所述能量束的大部分、特别是至少80％、优选至少90％在一阶衍射中的衍射角下衍射，
‑
将被衍射的能量束引导到所述射束位置(17)的第一射束位置，以及
‑
通过改变所述声学波长来改变所述能量束的光学偏转，其中，特别是进行所述声学波长的离散改变以跳跃式地改变声光偏转，从而使得间隔开的子序列之间的区域、特别是所
述照射路径(101)的在空间上位于所述子序列之间的至少一个射束位置(17)被所述能量束(5)跳过。6.根据权利要求4或5所述的方法，所述方法还包括：
‑
在所述光学材料中激发具有至少两个声学波长的声波、特别是驻波，以用于形成声光衍射光栅，
‑
将所述能量束照射到所述通过区域上，
‑
在所述声光衍射光栅处将所述能量束的大部分、特别是至少80％、优选至少90％在一阶衍射的衍射角下衍射，
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将被衍射的能量束引导到所述射束位置(17)中的至少一个第一射束位置和所述射束位置(17)中的第二射束位置，以及
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优选地通过特别是连续地或以离散的步长改变所述声学波长中的至少一个声学波长来改变所述能量束的光学偏转。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照射路径(101)的空间上不彼此相邻的射束位置(17)在时间上被相继占据，和/或间隔开的子序列在所述工作区域(9)内将所述能量束的至少一个直径或所述能量束的直径的至少50％或所述能量束的直径的至少1.5倍至2倍彼此间隔开地布置，和/或跳过所述工作区域(9)的以下区域，这些区域选自包括所述工作区域(9)的尚未照射的区域、所述工作区域(9)的不被照射的区域和所述工作区域(9)的已照射区域的区域的组。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述扫描装置(7)被控制为使得所述机械偏转将所述能量束(5)定位在照射位置(11)上，而所述偏转装置(13)被控制为使得所述能量束(5)相继占据子序列的射束位置(17)，该子序列完全覆盖相应的照射位置(11)的射束区域(15)、特别是所述射束区域(15)的预定的射束形状。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述扫描装置(7)被控制为使得所述机械偏转将所述能量束(5)连续定位在照射位置(11)的序列上，而所述偏转装置(13)被控制为使得所述能量束(5)相继占据子序列的射束位置(17)，该子序列部分地或完全覆盖相应的照射位置(11)的射束区域(15)、特别是所述射束区域(15)的预定的射束形状。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述偏转装置(13)被控制为使得在所述多个照射位置(11)中的一个照射位置(11)处的能量束(5)移位到射束区域(15)内的多个射束位置(17)以在制造构件(4)期间形成所述射束区域的射束分布，并且所述能量束(5)跳跃式地移位到多个离散的射束位置(17)，其中，所述能量束(5)特别是跳过所述射束区域(15)中的空间上彼此相邻的射束位置(17)、特别是仅在时间上相继占据所述射束区域(15)中的空间上不彼此相邻的射束位置(17)。11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：射入所述能量束(5)，其方式是，所述扫描装置(7)被控制为使得所述能量束(5)根据扫描路径(103)沿着照射位置(11)的子序列定位，并且所述偏转装置(13)同时...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：通快激光与系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：