本发明涉及增材制造机器(也被称为3d打印机)的领域。更具体地，本发明涉及在所述机器中喷射粉末。
背景技术：
根据已知技术，通过用粉末进行“3d”打印而制备部件。预先使用cao工具将部件切成切片。然后在工作表面上以连续层的形式铺展粉末，每个层在被下一层覆盖之前经历熔融和凝固阶段。为此，例如通过激光束供应能量使得能够在粉末层中形成与待制造部件的切片对应的固体。待制造部件通常被板支撑，随着部件切片的熔融和凝固所述板在制造腔内移动，从而能够形成下一个粉末层。所述板因此限定目标表面，即激光束(或任何其它能量供应)可以到达其所有点的表面。
通常根据线将粉末置于工作表面上，通常为辊或刮刀的铺展设备相对于粉末线横向移动因此实现粉末的铺展。
文献us5597589描述了进行上述技术的一个示例。更具体地，根据该示例，制造机器包括粉末分配器(在该情况下由金属制成)，所述粉末分配器能够分配粉末部分。辊能够任选地铺展粉末。激光束选择性地烧结与待制造部件的第一切片对应的第一层。然后逐层重复所述过程。
必须在工作表面上在铺展设备的前方分配粉末。例如，粉末位于罐中，铺展设备在移动时从所述罐回收位于其前方的粉末，当罐清空时通过活塞系统升高罐的水平，如例如文献wo93/08928中所述。还已知的是例如通过倾泻臂在铺展设备的前方分配粉末线，所述倾泻臂的长度基本上对应于铺展设备的长度，如上述文献us5597589中所述。
其所存在的一个问题是粉末的管理。
其原因在于，特别在航空领域，对于每个制造的部件需要识别制造中所使用的粉末批次。在发现粉末批次缺陷的情况下，该识别能够例如定位具有缺陷批次的制造部件。因此，当机器中使用的粉末批次改变时，在安装和使用新一批次之前需要保证除去残留在机器中(残留在机器的供应回路中以及残留在机器内部的暴露于粉末的表面上)的前一批次的所有粉末。
因此，需要帮助在两个粉末批次之间清洗机器。
此外，对于待制造部件而言，通常使用的粉末量大于最终熔融和凝固从而构成部件的粉末量。特别地，这些过量粉末能够保证粉末层合适地覆盖目标表面。更具体地，通常从工作表面的固定区域开始(例如从粉末罐开始或从上方设置有倾泻臂的区域开始)铺展粉末层。此外，该区域的尺寸不可调节而是由铺展设备或倾泻臂的长度决定。最后，无论待制造部件的尺寸和几何结构如何，整个制造腔充满了围绕部件的未熔融粉末。此外，通常的实践是为每个层提供溢流越过目标表面的过量粉末，特别是为了保证整个目标表面都的确被粉末层覆盖。
因此，为了制造部件而被固定的粉末量通常比最终熔融的粉末量多得多。这种固定增加了部件的制造成本。
文献wo2005/097476提出填充沿着两个轨道移动的槽，并且在两个轨道之间的长度上填充所述槽，所述槽适合于待制造部件的尺寸。然而，在该方案中，只能调节与两个轨道之间分配的粉末长度相关的参数，限制了粉末管理的可能性。
因此，还需要改进粉末管理从而限制制造部件本身不必要的粉末量。
技术实现要素：
为此，本发明的第一主题是提供增材制造机器，所述增材制造机器具有简化的粉末供应回路从而帮助清洗。
本发明的第二主题是提供一种增材制造机器，所述增材制造机器帮助识别所使用的粉末批次。
本发明的第三主题是提供一种增材制造机器，所述增材制造机器能够以增加的精度计量分配的粉末量。
本发明的第四主题是提供一种增材制造机器，所述增材制造机器能够缩短制造时间。
本发明的第五主题是提供一种增材制造机器，所述增材制造机器缩短清洁机器所需的时间。
本发明的第六主题是提供一种增材制造机器，所述增材制造机器减少被熔渣污染的粉末量，因此降低所述粉末的循环成本。
根据第一方面，本发明提供一种增材制造机器，所述增材制造机器通过完全或部分选择性地熔融粉末而增材制造部件并且包括：
-水平工作平面，所述水平工作平面旨在接收粉末层，
-至少一个设备，所述设备用于在所述工作平面上铺展所述粉末层并且能够相对于所述工作平面沿着轨迹在工作平面上方移动，所述轨迹包括至少一个平行于纵向水平方向的分量；
-至少一个系统，所述系统用于在所述工作平面上沉积粉末并且包括至少一个用于接收粉末的滑动件和至少一个粉末注射器；
接收滑动件能够相对于所述工作平面沿着至少一个横向水平方向在收缩位置和展开位置之间平移移动，在所述收缩位置下接收滑动件在用于在工作平面上铺展的设备的轨迹的外部延伸，在所述展开位置下接收滑动件至少部分地延伸进入用于在工作平面上铺展的设备的轨迹。
注射器则设置在接收滑动件的上方，从而将粉末分配至在收缩位置和展开位置之间移动的接收滑动件上。
所述机器还可以具有单独考虑或组合考虑的如下特征：
-沉积系统能够在机器上移动，从而能够从机器中取出，特别是为了清洗并且保证粉末批次的最佳监控；
-所述机器包括至少两个用于沉积粉末的系统，能够优化铺展设备的移动，从而缩短制造时间和/或沉积两种材料；
-所述机器包括这样的系统：所述系统在注射器相对于接收滑动件的轨迹的任一点处调节由注射器分配的粉末量，使得特别能够根据待制造部件及其在工作平面上的位置而调节分配的粉末量；
-接收滑动件包括接收表面，所述接收表面旨在接收来自注射器的粉末，当接收滑动件处于展开位置时所述接收表面与工作平面齐平。为此，例如，接收滑动件相对于工作平面在沿着横向水平方向延伸的凹槽中移动。
根据第二方面，本发明提供一种增材制造方法，所述增材制造方法使用上述机器通过完全或部分选择性地熔融粉末而增材制造部件。所述方法特别包括如下阶段：
-在注射器相对于接收滑动件的沿着横向水平方向的轨迹的任一点处确定待分配的粉末量；
-使接收滑动件从收缩位置移动至展开位置；
-在注射器相对于接收滑动件的轨迹的任一点处调节由注射器分配的粉末量；
-在工作平面上通过铺展设备铺展粉末。
根据接收滑动件相对于工作平面在沿着横向水平方向延伸的凹槽中移动的实施方案，所述方法还可以包括如下阶段：
-收集未铺展的过量粉末；
-在凹槽中接收过量粉末。
附图说明
根据本发明的示例性实施方案的描述并且结合附图，本发明的其它特征和优点将变得清楚，在附图中：
图1为根据一个示例性实施方案的包括粉末分配系统的增材制造机器内的工作平面的三维示意图。
图2至图4为根据另一个示例性实施方案的粉末分配系统分别在三个不同位置的横截面示意图。
图5和图6为图2至图4的粉末分配系统的替代形式的简化示意图。
图7为根据第一个示例性实施方案的图1的工作平面的示意性俯视图。
图8为显示图7的粉末分配轮廓的图。
图9为根据第二个示例性实施方案的图1的工作平面的示意性俯视图。
图10为显示图9的粉末分配轮廓的图。
具体实施方式
图1中示意性地局部显示了从粉末材料出发通过完全或部分选择性地熔融而增材制造部件的机器1的内部。所使用的材料可以例如是金属的或塑料的。更具体地，图1中显示了机器1内的对应于腔底部的工作平面2。优选地，腔内的气氛相对于所使用的材料为惰性。
为了清楚和简要的目的，工作平面2在此被认为是水平的。然后限定纵向水平轴线x和横向水平轴线y，所述纵向水平轴线x和横向水平轴线y平行于工作表面2并且彼此正交。形容词“纵向”及其替代形式在下文中表示平行于纵向轴线x的任何方向；同样地，形容词“横向”及其替代形式在下文中表示平行于横向轴线y的任何方向。
更具体地，工作平面2在构成机器1的腔的底部的底块3的上表面上形成。
机器1包括外壳(图中未显示)，所述外壳在工作平面2的下方沿着竖直轴线延伸并且通往腔。为此，块3包括开口4，外壳与该开口一致地设置。外壳通常用于引导部件支撑板(也未显示)，部件在制造过程中置于所述部件支撑板上。随着通过熔融和凝固相应层的粉末形成部件切片，所述板竖直降低进入外壳，使得板上的预定高度的粉末层通过开口4从工作平面2突出。底块3的开口4则限定目标表面5，即粉末容易在其中熔融从而形成待制造部件的表面。换言之，目标表面5代表容易被例如激光束攻击从而熔融粉末并且制造部件的所有点。通常地，部件支撑板的上表面平行于工作平面2。因此，对于第一粉末层，目标表面5对应于部件支撑板的上表面。
机器1还包括熔融系统(未显示)，所述熔融系统能够使粉末熔融然后凝固。所述熔融系统例如是向目标表面4发送光束的激光，从而至少部分地熔融粉末。
机器1还包括设备6，所述设备6用于铺展粉末层并且以相对于工作平面2至少沿着纵向轴线x可移动的方式安装在腔中。在此处所示实施例中，铺展设备6为刮刀类型。然而，铺展设备6可以是任何类型，例如辊。铺展设备6可以按照初始极限位置和最终极限位置之间的最大路程沿纵向移动，所述初始极限位置位于目标表面5的一侧，所述最终极限位置位于目标表面5的另一侧。在下文中，铺展设备6在工作平面2上的轨迹定义为铺展设备6的所有点在工作平面2上的所有轨迹。
所述机器还包括用于在工作平面2上分配粉末的系统7。沉积系统7包括用于接收粉末的滑动件8和粉末注射器9。
注射器在此表示这样的注射器：其粉末出口孔的尺寸远小于工作平面2和目标表面5的尺寸。注射器9因此可以被称为点式注射器。
滑动件8能够相对于工作平面2沿着至少一个横向方向例如在凹槽10中平移移动。更具体地，凹槽10在底块3中形成并且通往工作平面2，设置在处于初始极限位置的铺展设备6和目标表面5之间。凹槽10的横向距离足以延伸完全进入铺展设备6在工作平面2中的轨迹并且沿横向超过至少一侧。
当在水平平面中观察时，接收滑动件8被安装成相对于工作平面2例如在凹槽10中在如下两个位置之间横向滑动：
-收缩位置，在所述收缩位置下接收滑动件8在铺展设备6在工作平面2上的轨迹的外部延伸；
-展开位置，在所述展开位置下接收滑动件8至少部分地延伸进入铺展设备6在工作平面2上的轨迹。
应理解不是只有一个展开位置而是有多个展开位置，处于展开位置的滑动件8不一定整个延伸进入铺展设备6在工作平面2上的轨迹。
同样地，不是只有单个收缩位置而是有多个收缩位置，在收缩位置下滑动件8不再处于铺展设备6的轨迹中。
还更具体地，接收滑动件8包括上表面11，所述上表面11形成粉末的接收表面。接收表面11与工作平面2齐平，因此当接收滑动件8处于展开位置时接收表面11与工作平面2连贯。因此，当滑动件8处于展开位置时，接收表面11处于铺展设备6的轨迹上，即沿纵向移动的铺展设备6经过接收表面11。
粉末注射器9设置在接收滑动件8的上方，从而当滑动件8在收缩位置和展开位置之间移动时将粉末分配至接收表面11。更具体地，至少沿着横向方向，注射器9相对于底块3固定，因此相对于工作平面2固定。接收滑动件8然后相对于工作平面2并且因此相对于注射器9沿横向移动，注射器9在滑动件8的上表面11上分配粉末线l。
因此，当接收滑动件8处于展开位置时，注射器9在其接收表面11上分配粉末，铺展设备6的纵向移动能够将粉末从接收滑动件8铺展到至少一部分目标表面5上。
根据一个实施方案，注射器9相对于工作平面2完全静止，简化了分配系统7的设计。
在一个替代形式中，注射器9可以沿着竖直轴线z相对于工作平面2平移移动，正如下文所解释的。
当需要改变粉末批次时，包括接收滑动件8和注射器9的粉末分配系统7被证明是特别有利的。其原因在于，由于注射器9相对于工作平面2静止，注射器9可以例如通过简单的管以简单和直接的方式连接至粉末罐，所述管一方面直接连接至罐另一方面直接连接至注射器9。因此，粉末分配回路包括有限数目的部件。可以从机器1内的腔中除去粉末分配系统7并且用不具有任何粉末残留的新系统进行更换。安装也不具有任何粉末残留的新管从而将新的分配系统7连接至包括新批次粉末的罐。
图2至图4中显示了特别旨在帮助除去和更换的分配系统7的示例性实施方案。
根据该实施例，分配系统7包括护套12，所述护套12以可除去方式固定至机器1的框架。护套12例如为具有基本横向轴线的圆筒形状，近端13打开并且远端14关闭，形容词“远”和“近”在此必须参考铺展设备6进行理解。护套12因此通过锁定系统15固定至框架，所述锁定系统15可以在锁定位置和解锁位置之间操作，在所述锁定位置下将护套12刚性地固定至机器1的框架，在所述解锁位置下能够在机器1的框架上除去和安装护套12。例如，锁定系统15将护套12连接至底块3。
根据该实施例，凹槽10从远端13开始延伸从而与护套12连续。
根据该实施例，注射器9包括头16和连接件17，所述头16的出口位于护套12内，所述连接件17在护套12的外部可及从而连接至粉末罐(未显示)。例如，可以一方面在粉末罐的出口处另一方面与注射器9的连接件17有利地组装柔性联接件从而将注射器9直接联接至罐。任选地，计量漏斗可以介于罐和注射器9的连接件17之间。
接收滑动件8被安装成沿着横向轴线y在护套12上通过驱动系统18而平移。驱动系统18例如包括马达19，所述马达19能够通过无止螺杆设备20使滑动件8平移移动。优选但是不一定地，马达19不应与粉末接触从而避免任何污染。例如，马达19设置在护套12的外部或者设置在护套12内的分离室中。
驱动系统18能够使滑动件8在收缩位置和展开位置之间移动。最具体地，根据图2至图4的示例性实施方案，当滑动件8处于“最终”收缩位置时，其整个存在于护套12内，其原因将在下文解释。
现在将描述图2至图4的包括粉末分配系统7的机器的示例性实施方案。
从最终收缩位置(图2)开始，驱动系统18的马达19启动，从而引起滑动件8从远端14朝向近端13进行受控平移移动。特别地，滑动件8的移动速度受控。伴随地，注射器9打开从而在滑动件8的接收表面11上分配粉末。
滑动件8因此移动并且通过打开近端13离开护套12(图3)，注射器9在接收表面11上沉积粉末线l。滑动件8然后跨越护套12的内部和凹槽10。
马达19继续引起滑动件8移动并且离开护套12，然后发现滑动件8处于展开位置(图4)，在所述展开位置下滑动件8例如整个离开护套12。可以但是不一定被粉末线l完全覆盖的整个接收表面11因此位于铺展设备6的轨迹上。
一旦铺展设备6越过粉末线l从而进行铺展并且在目标表面5上至少部分地形成层，滑动件8通过驱动系统18再次移动至最终收缩位置，在最终收缩位置下滑动件8整个容纳在护套12内。
当必须改变粉末批次时，将锁定系统15设置于解锁位置，并且使注射器9的连接件17与柔性联接件脱离。然后可以从机器1中取出包括整个粉末分配系统7的护套12从而清洗粉末残留然后将其重新置入机器1。然后将新的粉末批次装入干净的罐，并且重新将干净的柔性联接件一方面与罐的出口成一体并且另一方面与注射器9的连接件17成一体。
护套12可以设置在机器上使得近处开口13在腔内通往机器的惰性气氛，而护套12的无需处于惰性气氛的剩余部分(特别是注射器的连接件17)位于腔的外部。因此，护套12在腔的外部可及，帮助联接至罐以及除去和更换分配系统7。
根据另一个实施方案，接收滑动件8除了可以横向移动之外还可以相对于工作平面2竖直移动。该替代形式特别在图5和图6中显示，其中分配系统7以简化方式显示，省略了护套12和驱动系统18。根据该另一个实施方案，注射器9设置在滑动件8的接收表面11的竖直上方使得其粉末出口孔位于与工作平面2相同的高度处。换言之，在注射器9的出口孔和工作平面2之间竖直测得的距离实际为零。调节注射器9的出口孔的直径使得离开出口孔的粉末仅分配在接收表面11上而不分配在围绕凹槽10的工作平面2上。滑动件8在收缩位置下在凹槽10中降低靠近凹槽的底部，使得接收表面11位于凹槽10内。处于收缩位置的滑动件8的接收表面11和工作平面2之间的初始距离已知并且通过滑动件8在凹槽10中的竖直移动进行调节。如上所述，滑动件8在凹槽10中从收缩位置(图5中的虚线)朝向展开位置(图5中的实线)横向平移移动，在所述展开位置下接收表面11不与工作平面2齐平。由于注射器9已经在接收表面11上分配粉末，可以以增加的精度控制和知晓分配的粉末体积。其原因在于，注射器9相对于工作平面2设置的高度使得在接收表面11上形成的粉末线的高度对应于接收表面11和工作平面2之间的已知且受控的距离。因此，由于凹槽10的纵向尺寸已知并且通过控制由注射器9在滑动件的接收表面11上分配的粉末线l的横向尺寸，可以知晓由注射器9分配的粉末线l的体积。然后滑动件8可以竖直移动，使得粉末线l可及从而被铺展设备6铺展。对于铺展设备6来说，粉末线l可以完全可及(在该情况下滑动件8竖直移动直至接收表面11与工作平面2齐平)或者通过使滑动件8竖直移动预定高度而以预定体积部分可及。
在该另一个实施方案的替代形式中，注射器9可以位于离工作平面2的非零竖直距离处。在凹槽中降低的滑动件8则能够对由注射器9分配的粉末线l的铺展进行控制，只要沉积的粉末量保持小于凹槽可以容纳的粉末量，铺展在纵向上受到凹槽10的限制。
机器1还可以包括在每条待形成的粉末线l之间清洗滑动件8(更特别是其接收表面11)的系统，从而保证精确地知晓注射器9在每条线处分配的粉末量。例如，清洗系统可以是凹槽10中的抽吸系统，或者是例如设置在上述实施方案的护套12的近端13处的形成刮刀的刮板。刮板被设计成当滑动件8从收缩位置朝向展开位置移动时刮板不对粉末线l产生作用，而是只有当滑动件8朝向收缩位置移动时才对粉末线l产生作用，从而清洗接收表面11上的可能的粉末残留和熔渣，即不希望的粉末团块，并且呈现用于新的粉末线的干净的接收表面11。粉末残留则落入凹槽10，并且辅助设备(例如抽吸设备或振动设备)能够从凹槽10中排出粉末残留。
粉末分配系统7还能够以增加精度控制和调节工作平面2上分配的粉末量。
为此，分配系统7可以包括在注射器9相对于滑动件8的轨迹的任一点处(即沿着接收表面11上的粉末线l的横向方向的任一点处)调节注射器9在滑动件8上分配的粉末量的设备。
调节设备能够例如通过在任何时刻控制和调节滑动件8的移动速度和/或注射器9的通过量来调节滑动件8上分配的粉末量。根据一个实施方案，注射器9能够相对于工作平面2因此相对于滑动件8沿着竖直方向移动。更具体地，注射器9的出口孔和滑动件8的接收表面11之间的竖直距离可调节。调节设备则用于调节注射器9的高度。其原因在于，在该实施方案中，粉末基本上通过重力从注射器9中落下。分配在接收表面11上的粉末呈现斜坡的形式，所述斜坡连接接收表面11和注射器9的出口孔。当粉末斜坡阻挡注射器9的流出粉末的出口孔时，粉末不再流动。此外，当注射器9与接收表面11接触时，接收表面11阻挡注射器9的流出粉末的出口孔；粉末不再流动。应理解注射器9的出口孔的尺寸经过调节使得接收表面11和粉末斜坡产生该障碍。因此，注射器9的高度变化使得能够改变注射器9出口处的粉末通过量。
因此，在滑动件8上的同一个粉末线l上，粉末量可以变化。
例如，可能希望在粉末线l的横向端部处分配比其它地方更大的粉末量，从而限制“舌头”现象。其原因在于，在铺展设备经过的过程中，位于铺展设备6的轨迹的横向端部处的粉末倾向于朝向侧面散开，因此工作平面2上的粉末层的纵向边缘不是直线。
因此，借助于粉末分配系统7，在滑动件8从收缩位置朝向展开位置移动的过程中通过调节由注射器9分配的粉末量，铺展设备6的轨迹上存在的粉末量因此得以调节。
在一个替代形式中或者与用于清洗滑动件8的系统结合，借助于调节设备，机器可以包括用于识别铺展设备6经过之后滑动件8的接收表面11上的残留粉末量的系统。例如，识别系统可以包括接收表面11上的残留粉末高度的传感器。调节设备因此可以根据残留量调节接收表面11上分配的粉末量从而达到预定量，在注射器9的轨迹的任一点处均是如此。在一个替代形式中，机器可以包括用于核实接收表面11上沉积的粉末量的系统，所述系统能够以闭环形式控制由注射器输送的粉末通过量。
图7和图8中示意性显示了图1的分配系统7的示例性实施方案，特别是为了最小化舌头效应。因此，粉末线l已经分配在滑动件8上，所述滑动件8通过在凹槽10中平移从收缩位置(图7的虚线)朝向展开位置(图7的实线)移动。然后随着滑动件8的移动通过注射器9将粉末线l分配在整个接收表面11上。滑动件8上在粉末线l的横向端部la和lb处分配的粉末量大于其它地方分配的粉末量。例如，通过使粉末注射器9沿着其相对于滑动件8的轨迹竖直移动从而调节粉末量。因此，考虑分别靠近粉末线l的横向端部la和lb的两个点a和b和基本上位于粉末线l的中间的第三点c，三个点a、b和c沿横向对齐，点a和b处的粉末高度大于点c处的粉末高度，根据粉末线l上的横向位置变化的粉末高度轮廓则例如为抛物线状。
粉末分配系统7还能够根据在目标表面5上制造的部件的待熔融和凝固的切片t的形状、几何结构和/或位置而调节粉末量。
图9和图10中示意性地显示了分配系统7的示例性实施方案，其中待熔融和凝固的切片t具有比目标表面5的横向尺寸更小的横向尺寸并且呈现沿横向倾斜的边缘。因此，粉末层不需要覆盖整个目标表面5，也不需要沿着横向方向铺展相同的粉末量。因此，使用粉末分配系统7调节注射器9在滑动件8上分配的粉末量使得分配的粉末线l不覆盖滑动件8的整个接收表面11，而是根据切片t的横向尺寸调节粉末线l的横向尺寸。此外，当滑动件8处于展开位置时，粉末线l的端部la和lb还被设置成对应于待熔融和凝固的切片t的横向端部。最后，粉末分配系统7沿横向调节注射器9在滑动件8上分配的粉末量从而适应切片t的几何结构，横向端部lb处的粉末量小于粉末线l的端部la处的粉末量。根据粉末线l上的横向位置变化的粉末高度轮廓则例如从端部la朝向端部lb降低。
在一个替代形式中，机器1可以包括例如沿着纵向方向设置在目标表面5的两侧的两个粉末分配系统7。因此，当铺展设备6从第一初始极限位置将目标表面5上的第一粉末层铺展至最终极限位置时，其可以从该最终极限位置(作为第二初始极限位置)重新出发从而铺展下一个粉末层。由于在每个新层时无需使铺展设备6返回至同一个初始极限位置，铺展设备6的移动达到最小化。
根据该替代形式，底块3中的凹槽10可以与用于排出过量粉末的系统一起使用。其原因在于，从第一粉末分配系统7的粉末线l开始，铺展设备6铺展粉末层并且调节其纵向路程从而使其越过第二粉末分配系统7的凹槽10。未铺展的过量粉末则可以通过落入第二粉末分配系统7的凹槽10而得以回收。可以使用排出系统使得落入凹槽10的粉末排出并且任选循环以重新注射。另一个粉末分配系统7的凹槽10可以相似地连接至粉末排出系统。
排出系统可以例如包括在接收表面11的相反侧设置在接收滑动件8下方的收集元件。因此，当接收滑动件8在相应凹槽10中移动时，收集元件排出落入凹槽的粉末。例如，可以调节收集元件从而当滑动件8从展开位置朝向收缩位置移动时排出凹槽中的粉末。其原因在于，粉末因此从与滑动件8处于收缩位置相同的一侧离开，因此容易在该侧为用于回收过量粉末的罐或排出系统的任何元件提供位置。
所述机器还可以包括两个铺展设备6，每个铺展设备6指派给一个粉末分配系统7并且各自在目标表面5上铺展一部分粉末层。
每个粉末分配系统7可以使用同一种材料或不同材料的粉末。