操作辐照系统的方法、辐照系统以及用于生产三维工件的设备技术方案

在操作辐照系统(10)的方法中，该辐照系统用于用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末的层进行辐照以生产三维工件(110)，根据待生产的工件(110)的对应层的几何形状，确定用电磁辐射或粒子辐射选择性地辐照的原料粉末层(11)的区域是否受到颗粒杂质的影响或基本不受到颗粒杂质的影响。在用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末层(11)的区域进行选择性地辐照时，以如下的方式控制由辐射束(14a，14b)施加到原料粉末层(11)的区域上的能量密度：在确定原料粉末层(11)的区域受到颗粒杂质影响的情况下的能量密度高于在确定原料粉末层(11)的区域基本上不受到颗粒杂质影响的情况下的能量密度。不受到颗粒杂质影响的情况下的能量密度。不受到颗粒杂质影响的情况下的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】操作辐照系统的方法、辐照系统以及用于生产三维工件的设备


[0001]本专利技术涉及一种操作辐照系统的方法，该辐照系统用于用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末的层进行辐照以生产三维工件。此外，本专利技术涉及一种此类的辐照系统。最后，本专利技术涉及一种用于生产三维工件的设备。

技术介绍

[0002]粉末床熔融是逐层增材工艺，通过该逐层增材工艺可以将粉状的，特别是金属和/或陶瓷的原料加工成复杂形状的三维工件。为此，原料粉末层被施加到载体上，并根据待生产的工件的所需几何形状以位置选择性的方式经受激光辐射。穿透粉末层的激光辐射引起加热，并因此使原料粉末颗粒熔化或烧结。然后，进一步的原料粉末层被连续地施加到载体上的已经经受激光处理的层上，直到工件具有所需的形状和尺寸。基于CAD数据，粉末床熔融可用于原型、工具、更换部件、高价值部件或医疗假体(例如，牙科假体或矫形假体)的生产或修复。
[0003]如EP 3 321 003 B1中所描述的用于通过粉末床熔融来生产三维工件的示例性设备包括容纳载体的加工室，该载体用于接纳原料粉末。提供了辐照装置，以将电磁辐射或粒子辐射选择性地辐照到载体上的原料粉末上，以生产工件。保护性气流被引导通过加工室，以在加工室内建立所需的气氛并从加工室排出杂质。
[0004]当在粉末床熔融设备的载体上建立三维工件时，引入到原料粉末中的辐射能量导致原料粉末熔化和/或烧结。具体地，在辐射束撞击在原料粉末上的区域中产生熔化原料的熔池。在原料粉末的熔化过程中，产生焊接烟雾，该焊接烟雾通常形成含有轻质颗粒杂质的烟雾羽流，例如烟雾颗粒、分散的原料粉末颗粒和煤烟颗粒。尽管轻焊接烟雾颗粒的主要部分通过被引导通过加工室的气流夹带而从加工室排出，但是轻质颗粒杂质的烟雾羽流仍然可能不期望地对辐射束进行屏蔽和/或散射，该辐射束在撞击到待辐照的原料粉末上之前被引导通过烟雾羽流。
[0005]此外，原料从熔池的蒸发可能导致飞溅颗粒从熔池喷射。然而，以熔化形式从熔池喷射并随后固化的飞溅颗粒通常太重而不能被引导通过加工室的气流夹带，因此这些飞溅颗粒沉积在刚刚选择性辐照的原料粉末层的未辐照的原料粉末的表面上或刚刚生成的工件层的表面上。因此，这些固化的飞溅颗粒可能导致待产生的工件中的缺陷和/或不规则性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种操作辐照系统(该辐照系统用于用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末的层进行辐照以生产三维工件)的方法以及使得能够生产高质量工件的这种辐照系统。此外，本专利技术涉及一种用于生产三维工件的设备，该设备使得能够生产高质量工件。
[0007]在操作辐照系统(该辐照系统用于用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末的层进行辐照以生产三维工件)的方法中，根据待生产的工件的对应层的几何形状，用电磁辐射或粒子辐射选择性地辐照的原料粉末层被细分为多个区域。例如，原料粉末层可以被细分为多个条带。条带可以基本上彼此平行地延伸。此外，条带可以基本上垂直于被引导穿过原料粉末层的气流的流动方向延伸，以去除颗粒杂质。另外地或替代地，还可以想到将原料粉末层细分为多个条带，这些条带可以基本上平行于被引导穿过原料粉末层的气流的流动方向延伸。原料粉末层区域可以对于在生产工件时待辐照的所有原料粉末层而保持固定，或者可以根据通过对原料粉末层中的相应的一个原料粉末层进行选择性地辐照来生产的工件层的尺寸、形状和/或位置而变化。
[0008]对于至少一个区域，在用电磁辐射或粒子辐射对所述区域进行选择性地辐照之前，确定所述区域是否受到颗粒杂质的影响或基本上不受到颗粒杂质的影响。在本申请的上下文中，术语“受到颗粒杂质影响”应理解为表示原料粉末层区域的如下的状态：该状态可能损害通过对原料粉末层区域进行选择性地辐照而产生的工件层部分的质量。因此，在本申请的上下文中，术语“基本上不受到颗粒杂质影响”应理解为表示原料粉末层区域的如下的状态：该状态使得能够通过对基本上没有由颗粒杂质引起的缺陷和不规则性的原料粉末层区域进行选择性地辐照来生产工件层部分。
[0009]用于将电磁辐射或粒子辐射选择性地辐照到原料粉末层上的辐照系统可以包括辐射束源(特别是激光束源)并且另外地可以包括至少一个光学单元，至少一个光学单元用于分裂、引导和/或处理由辐射束源发射的至少一个辐射束。光学单元可以包括光学元件，诸如物镜和扫描仪单元，该扫描仪单元优选地包括衍射光学元件和偏转镜。辐照系统可以用单个辐射束对原料粉末层进行辐照。然而，也可以想到，辐照系统将两个或更多个辐射束辐照到原料粉末层上。
[0010]原料粉末层可以通过粉末施加装置施加到载体的表面上，该粉末施加装置移动穿过载体以分布原料粉末。载体可以是刚性固定的载体。然而，优选地，载体被设计成可在竖直方向上移位，使得当工件在原料粉末的层中构建时，载体可以随着工件的建造高度的增加而在竖直方向上向下移动。此外，载体可以设置有冷却装置和/或加热装置，冷却装置和/或加热装置被配置成对载体进行冷却和/或加热。载体和粉末施加装置可以被容纳在加工室内，该加工室可以与环境气氛密封。通过经由气体入口将气流引入加工室中，可以在加工室内建立惰性气体气氛。在气流被引导通过加工室并穿过施加到载体上的原料粉末层之后，气流经由气体出口从加工室排出。施加到加工室内的载体上的原料粉末优选地为金属粉末，特别是金属合金粉末，但也可以是陶瓷粉末或包含不同材料的粉末。粉末可以具有任何合适的颗粒尺寸或颗粒尺寸分布。然而，优选的加工颗粒尺寸<100μm的粉末。
[0011]在最近层或后续层中可以影响原料粉末层区域的颗粒杂质可以是颗粒，例如固化的飞溅颗粒，这些颗粒太重和/或太大而不能通过被引导通过加工室的气流夹带而从加工室移除，因此这些颗粒沉积在刚刚选择性辐照的原料粉末层的(仍然)未辐照的原料粉末的表面上，或者沉积在刚刚通过对所述原料粉末层进行选择性地辐照而产生的工件层的表面上。如果在对原料粉末层进行辐照时产生的颗粒杂质沉积在原料粉末层的仍然待辐照的部分中，这些颗粒杂质可能已经影响通过对所述原料粉末层部分进行选择性地辐照而产生的工件层部分的质量。然而，通过对所述原料粉末层部分进行选择性地辐照而产生的工件层
部分的质量也可能受到颗粒杂质的影响，颗粒杂质是在对前一原料粉末层进行辐照时产生的，并且覆盖有/结合到所述原料粉末层部分的原料粉末中。
[0012]替代地或另外地，预期影响原料粉末层的区域的颗粒杂质可以是较轻的颗粒，例如，焊接烟雾颗粒、分散的原料粉末颗粒和煤烟颗粒，这些颗粒通常形成源自熔化原料粉末的熔池的烟雾羽流，该熔化原料粉末的熔池在辐射束撞击在原料粉末上的区域中产生。轻质颗粒杂质的烟雾羽流可以对辐射束进行屏蔽和/或散射，该辐射束在撞击到待辐照的原料粉末层上之前被引导通过烟雾羽流。这也可能影响通过对原料粉末层的区域进行选择性地辐照而产生的工件层部分的质量。
[0013]在用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末层的至少一个区域(已经确定该区域是否受到颗粒杂质的影响或基本上不受到颗粒杂质的影响)进行选择性地辐照时，由辐射束施加到原料粉末层的区域上的能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.操作辐照系统(10)的方法，所述辐照系统用于用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末的层进行辐照以生产三维工件(110)，所述方法包括以下步骤：
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根据待生产的所述工件(110)的对应层的几何形状，将用电磁辐射或粒子辐射选择性地辐照的原料粉末层(11)细分为多个区域；
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对于至少一个区域，在用电磁辐射或粒子辐射对所述区域进行选择性地辐照之前，确定所述区域是否受到颗粒杂质的影响或基本上不受到颗粒杂质的影响；以及
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在用电磁辐射或粒子辐射对所述原料粉末层(11)的所述区域进行选择性地辐照时，以如下的方式控制由辐射束(14a，14b)施加到所述原料粉末层(11)的所述区域上的能量密度：在确定所述原料粉末层(11)的所述区域受到颗粒杂质影响的情况下的能量密度高于在确定所述原料粉末层(11)的所述区域基本上不受到颗粒杂质影响的情况下的能量密度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过对被引导穿过所述原料粉末层(11)的所述区域的辐射束(14a，14b)的功率、焦点直径和焦点形状中的至少一个和/或扫描速度和扫描图案中的至少一个进行适当地调整来控制施加到所述原料粉末层(11)的所述区域上的能量密度，根据所述扫描速度和所述扫描图案，所述辐射束(14a，14b)被引导穿过所述原料粉末层(11)的所述区域。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据被引导穿过所述原料粉末层(11)的气流的流动方向(F)和/或根据基于被引导穿过所述原料粉末层(11)的气流的流动速度、被引导穿过所述原料粉末层(11)的气流的气体流动分布和/或颗粒杂质的颗粒重量确定的飞溅轨迹来执行所述原料粉末层(11)的区域是否受到颗粒杂质影响或基本上不受到颗粒杂质影响的确定。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述原料粉末层(11)的从所述原料粉末层(11)的上游边缘(30)沿被引导穿过所述原料粉末层(11)的所述气流的所述流动方向(F)延伸一预定距离和/或从上游辐照开始位置(32)沿被引导穿过所述原料粉末层(11)的所述气流的所述流动方向(F)延伸一预定距离的区域被视为所述原料粉末层(11)的基本上不受到颗粒杂质影响的区域。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中：
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在开始所述三维工件(110)的生产之前和/或在所述三维工件(110)的生产期间，用电磁辐射或粒子辐射选择性地辐照的所述原料粉末层(11)被细分为多个区域；和/或
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在开始所述三维工件(110)的生产之前和/或在所述三维工件(110)的生产期间来执行所述原料粉末层(11)的区域是否受到颗粒杂质影响或基本上不受到颗粒杂质影响的确定。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，根据通过用电磁辐射或粒子辐射对所述原料粉末层(11)进行辐照而产生的工件层的几何形状和/或根据通过用电磁辐射或粒子辐射对前一原料粉末层(11)进行辐照而产生的工件层的几何形状来执行所述原料粉末层(11)的区域是否受到颗粒杂质影响或基本上不受到颗粒杂质影响的确定。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，根据以下中的至少一个来执行所述原料粉末层(11)的区域是否受到颗粒杂质影
响或基本上不受到颗粒杂质影响的确定：由所述辐照系统(10)旨在施加到所述原料粉末层(11)上的能量密度的值的范围、在所述原料粉末层(11)的周围存在的压力、形成被引导穿过所述原料粉末层(11)的所述气流的气体的类型、所述原料粉末层(11)的厚度、被引导穿过所述原料粉末层(11)的所述气流的流量、包含在所述原料粉末层(11)中的材料、辐射束(14a，14b)撞击到所述原料粉末层(11)上的角度、辐射束(14a，14b)穿过所述原料粉末层(11)的移动方向，特别是相对于被引导的所述气流的所述流动方向(F)穿过所述原料粉末层的移动方向、以及与气流入口和/或所述原料粉末层(11)的上游边缘的距离。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，根据多个辐射束(14a，14b)相对于彼此的辐照位置(14ba，14aa至14ag)来执行所述原料粉末层(11)的区域是否受到颗粒杂质影响或基本上不受到颗粒杂质影响的确定。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，在对所述原料粉末层(11)的被确定为受到颗粒杂质影响的区域进行选择性地辐照时，根据颗粒杂质对所述区域的干扰程度而使由辐射束(14a，14b)施加到所述原料粉末层(11)的所述区域上的能量密度变化。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，在由辐射束(14a，14b)对所述原料粉末层(11)的被确定为受到由另一辐射束(14a，14b)产生的颗粒杂质影响的区域进行选择性地辐照时，与由另一辐射束(14a，14b)施加到所述原料粉末层(11)上的能量密度相比，增加由辐射束(14a，14b)施加到所述区域上的能量密度。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，在对所述原料粉末层(11)的被确定为受到颗粒杂质影响的区域进行选择性地辐照时，随着颗粒杂质对所述区域的干扰程度而使由辐射束(14a，14b)施加到所述原料粉末层(11)的所述区域上的能量密度以离散的增量和/或连续地增加。12.用于用电磁辐射或粒子辐射对原料粉末的层进行辐照以生产三维工件(110)的辐照系统(10)，所述辐照系统(10)包括控制装置(18)，所述控制装置被配置成：
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根据待生产的所述工件(110)的对应层的几何形状，将...

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