【技术实现步骤摘要】
用于生产三维工件的设备、模块化系统和方法
[0001]本申请是申请日为2020年3月2日、申请号为202080019020.7(国际申请号为PCT/EP2020/055395)、名为“用于生产三维工件的装置和方法”的进入中国国家阶段的PCT申请的分案申请。
[0002]本专利技术总体上涉及一种工艺腔室、设备、模块化系统、方法，特别是包括在设备中的安全装置和定位系统，以及用于生产三维工件和/或在生产三维工件时使用的系统。
技术介绍
[0003]在增材层(additive layer)方法中，工件通过生成一系列固化和相互联接的工件层来逐层生产。这些工艺可通过原材料的类型和/或为了生产工件而固化所述原材料的方式来区分。
[0004]例如，粉末床熔融是一种增材层工艺，通过该工艺可将粉状原材料，特别是金属和/或陶瓷原材料加工成复杂形状的三维工件。为此，将原材料粉末层施加到载体上，且根据待生产的工件的所需几何形状以位置选择的方式使原材料粉末层经受例如激光辐射。激光辐射穿透粉末层而引起加热，从而使原材料粉末颗粒熔化或烧结。然后，进一步将原材料粉末层连续地施加到载体上已经经受激光加工的层上，直到工件具有所需的形状和尺寸为止。选择性激光熔化或激光烧结特别地可用于基于CAD数据生产原型、工具、替换零件或医疗假体(例如，牙齿或矫形假体)。
[0005]另一方面，熔融沉积成型或材料喷射代表了不同类型的增材层工艺。在这种情况下，未固化的原材料供应到一种类型的打印头，该打印头将所述材料沉积到载体上，然后在载体上固化。
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于通过增材层构造方法来生产三维工件的设备，所述设备包括：载体，所述载体适合于接收用于生产所述三维工件的材料；材料供应单元，所述材料供应单元适合于向所述载体供应材料和/或向位于所述载体的顶部上的先前材料层供应材料，层沉积机构，所述层沉积机构用于使所供应的材料形成为位于所述载体的顶部上的材料层和/或形成为位于所述载体的顶部上的先前材料层上的材料层，固化装置，所述固化装置适合于固化供应到所述载体的材料和/或固化供应到位于所述载体的顶部上的先前材料层的材料，以生产所述三维工件，气体供应单元，所述气体供应单元适合于将保护气体供应到由所述固化装置固化的材料层的区域，工艺腔室，所述工艺腔室包括所述气体供应单元和所述固化装置，移动单元，所述移动单元适合于使所述工艺腔室相对于所述载体移动，以及定位系统，所述定位系统适合于确定所述工艺腔室相对于所述载体的位置，其中，所述工艺腔室进一步包括以下一个或多个：气流装置，所述气流装置适合于在由所述固化装置固化的材料层的区域的表面上方形成气流，加热单元，所述加热单元适合于加热供应到所述载体上的材料，以及安全装置或安全装置的一部分，所述安全装置或安全装置的一部分适合于在所述设备操作期间防止工艺排放物释放到所述工艺腔室的周围，其中，所述工艺腔室的所述气流装置、所述加热单元和所述安全装置或安全装置的一部分中的至少一项适合于独立于所述工艺腔室的移动方向操作。2.根据权利要求1所述的设备，所述工艺腔室进一步包括材料供应单元；所述材料供应单元包括端部部分，特别是大体环形形状的端部部分，所述大体环形形状的端部部分位于所述工艺腔室的第一侧处，其中，所述材料供应单元适合于通过所述端部部分将材料供应到所述载体，在所述载体上材料由所述工艺腔室加工以生产所述三维工件，以及开口，所述开口位于所述工艺腔室的第一侧处，所述工艺腔室用于加工被供应到所述载体上的材料以生产所述三维工件，其中，所述端部部分围绕所述开口。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述材料供应单元包括钟形形状的结构，通过所述钟形形状的结构能够将材料供应到所述载体，并且其中，所述端部部分形成所述钟形形状的结构的端部。4.根据前述任意权利要求所述的设备，其中，所述工艺腔室包括多壁结构，并且其中，在所述多壁结构的第一壁和第二壁之间形成第一空腔，所述第一空腔包括在所述材料供应单元中或联接到所述材料供应单元。5.特别是根据权利要求4所述的设备，所述设备用于通过增材层构造方法来生产三维工件，所述工艺腔室包括气体抽取单元和/或气体引入单元，其中，在所述多壁结构的第三壁和第四壁之间形成第二空腔，其中，所述第二空腔布置成沿着远离所述工艺腔室的中心部分的方向位于所述第一空腔的径向向外侧，并且其中，所述第二空腔包括在所述气体抽
取单元和/或所述气体引入单元中，或者所述第二空腔联接到所述气体抽取单元和/或所述气体引入单元，所述气体抽取单元和/或所述气体引入单元配置成从所述工艺腔室的中心部分抽取气体和/或给所述工艺腔室的中心部分引入气体。6.根据权利要求5在从属于权利要求4时所述的设备，其中，所述第二壁与所述第三壁成一体。7.根据权利要求4至6中任一项所述的设备，其中，在所述多壁结构的第五壁和第六壁之间形成第三空腔，并且其中，工艺气体通过所述第三空腔引入到所述工艺腔室中和/或从所述工艺腔室抽取出去。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述固化装置偏离所述工艺腔室的中心轴线，其中，所述中心轴线定义成垂直于由所述工艺腔室的所述开口限定的平面且穿过所述开口的中心点。9.根据前述任意权利要求所述的设备，其中，所述层沉积机构布置在所述工艺腔室的第一侧处，且适合于使所供应的材料形成为位于所述载体的顶部上的材料层。10.根据前述任意权利要求在从属于权利要求4时所述的设备，其中，所述层沉积机构布置成邻近所述第一空腔且位于所述第一空腔的径向内侧，以用于通过所述层沉积机构控制通过所述第一空腔向所述载体供应材料。11.根据前述任意权利要求特别是在从属于权利要求2时所述的设备，所述设备进一步包括第一密封件，所述第一密封件布置在所述工艺腔室的第一侧处且布置在所述端部部分和所述开口之间，以用于在使用所述工艺腔室时产生第一气体涡流。12.根据权利要求5或权利要求6至11中任一项在从属于权利要求5时所述的设备，特别是根据权利要求2所述的设备，所述设备进一步包括第二密封件，所述第二密封件布置在所述工艺腔室的第一侧处且位于所述第二空腔的径向外侧。13.根据前述任意权利要求所述的设备，特别是根据权利要求2所述的设备，所述设备进一步包括第三密封件，所述第三密封件布置在所述工艺腔室的第一侧处且位于所述材料供应单元的所述端部部分的径向外侧，以用于在使用所述工艺腔室时产生第二气体涡流。14.根据前述任意权利要求所述的设备，其中，所述材料供应单元包括材料供给几何结构，所述材料供给几何结构适合于在所述材料供应单元的端部部分中均匀地分布待供应到所述载体的材料。15.根据前述任意权利要求所述的设备，所述设备进一步包括环形形状的筛网，所述环形形状的筛网联接到所述材料供应单元或与所述材料供应单元成一体，其中，所述筛网适合于在所述材料供应单元的端部部分中均匀地分布待供应到所述载体的材料。16.根据权利要求4或权利要求5至15中任一项在从属于权利要求4时所述的设备，特别是根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一空腔包括分段，所述分段用于通过所述端部部分的不同部段向所述载体提供不同材料。17.根据权利要求16所述的设备，其中，根据所述工艺腔室在所述载体上方的移动方向，能够将材料从所述端部部分的所述不同部段中的一个部段供应到所述载体。18.根据权利要求16或17所述的设备，其中，具有第一颗粒尺寸的第一材料能够通过所述不同部段中的第一部段供应到所述载体，且具有第二颗粒尺寸的第二材料能够通过所述不同部段中的第二部段供应到所述载体，所述第二颗粒尺寸不同于所述第一尺寸，其中，所
述第二部段不同于所述第一部段。19.根据前述任意权利要求所述的设备，其中，当所述工艺腔室包括所述气流装置时，所述气流装置布置在所述工艺腔室的第一侧处且包括工艺气体引入单元和工艺气体抽取单元，所述工艺气体引入单元和所述工艺气体抽取单元彼此相对布置，以用于分别将工艺气体引入到所述工艺腔室中和将工艺气体从所述工艺腔室抽取出去，以及其中，所述设备进一步包括移动机构，所述移动机构适合于改变所述工艺气体引入单元和所述工艺气体抽取单元在所述工艺腔室的第一侧处的位置。20.根据权利要求19所述的设备，所述设备进一步包括大体圆形的结构，所述大体圆形的结构包括凹槽，其中，所述结构布置成位于所述工艺气体引入单元和所述工艺气体抽取单元的径向内侧、朝向所述工艺腔室的中心部分，并且其中，包括凹槽的所述结构适合于将工艺气体从所述工艺气体引入单元引导到所述工艺气体抽取单元。21.根据权利要求20所述的设备，所述设备进一步包括大体半圆形的部段，所述大体半圆形的部段配置成在防止工艺气体进入所述工艺腔室的内部部分的位置处覆盖所述凹槽。22.根据前述任意权利要求所述的设备，所述设备进一步包括颗粒收集器，所述颗粒收集器适合于收集供应到所述载体上的材料的颗粒，但是所述颗粒不包括在待生产的三维工件中。23.根据权利要求22在从属于权利要求18至20中任一项时所述的设备，其中，所述颗粒收集器布置成邻近所述工艺气体抽取单元且位于所述工艺气体抽取单元的径向内侧。24.根据权利要求19至21中任一项或者权利要求22或23在从属于权利要求19时所述的设备，所述设备进一步包括工艺气体过滤器，所述工艺气体过滤器(i)布置成邻近所述工艺气体抽取单元且位于所述工艺气体抽取单元的径向内侧和/或(ii)与所述工艺气体抽取单元成一体。25.根据前述任意权利要求特别是在从属于权利要求2时所述的设备，其中，当所述工艺腔室包括所述加热单元时，所述加热单元布置成(i)位于所述工艺腔室的内部部分内和/或(ii)位于所述材料供应单元的端部部分的径向内侧和/或在径向外侧毗邻或邻近所述材料供应单元的端部部分。26.根据前述任意权利要求所述的设备，其中，当所述工艺腔室包括所述加热单元时，所述加热单元具有大体圆形的形状。27.根据前述任意权利要求所述的设备，其中，当所述工艺腔室包括所述加热单元时，所述加热单元与所述工艺腔室的中心轴线同轴地对齐，其中，所述中心轴线定义成垂直于由所述工艺腔室的开口限定的平面且穿过所述开口的中心点。28.根据前述任意权利要求所述的设备，其中，当所述工艺腔室包括所述加热单元时，所述加热单元能够在所述工艺腔室的内部部分内移动。29.根据前述任意权利要求所述的设备，所述设备进一步包括一个或多个管道，所述一个或多个管道用于在所述工艺腔室的外围布置一个或多个传感器，以用于在使用所述工艺腔室生产所述三维工件期间获得工艺参数。30.根据权利要求29所述的设备，所述设备包括：所述一个或多个传感器，所述一个或多个传感器适合于感测所述工艺腔室相对于所述载体的位置，
其中，所述设备适合于基于所述工艺腔室相对于所述载体的感测位置来生成传感器信号，以及其中，所述移动单元适合于基于所述传感器信号而使所述工艺腔室相对于所述载体移动。31.一种模块化系统，所述模块化系统用于与根据前述任意权利要求所述的设备一起使用，其中，所述模块化系统包括：底座模块，所述底座模块包括一个或多个第一元件，所述一个或多个第一元件位于所述底座模块的表面上；一个或多个衬底模块，所述一个或多个衬底模块用于在所述衬底模块的第一表面上接收用于通过增材层构造方法来生产三维工件的待加工材料，其中，所述衬底模块包括一个或多个第二元件，所述一个或多个第二元件位于所述衬底模块的第二表面上，其中，所述第一表面与所述第二表面相对，其中，所述第二元件的形状适合于与所述底座模块的所述第一元件配合，以用于临时固定所述底座模块与所述一个或多个衬底模块；以及一个或多个模块化元件，所述一个或多个模块化元件用于(i)当材料被所述一个或多个衬底模块接收时支撑材料和/或(ii)将材料限制在所述一个或多个衬底模块上的区...
【专利技术属性】
技术研发人员：比尔克，
申请(专利权)人：SLM方案集团股份公司，
类型：发明
国别省市：
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