用于选择性增材制造设备的具有狭槽的螺母的制作方法

本发明涉及选择性增材制造的一般领域。

背景技术：

选择性增材制造包括通过在粉状材料(金属粉末、陶瓷粉末等)的连续层中固结选定区域来构建三维物体。经固结的区域对应于三维物体的连续横截面。通过使用能量源进行的全部或部分选择性熔化，例如逐层来进行固结。

可以使用设计成在滑块内滑动的条带将粉状材料或粉末从粉末储罐运输到制造区域。

一些粉末可能会悬浮进入周围的大气中，因此工作环境可能对设备的机械部件有害。涉及移动的传递(例如条带在滑块内的移动的传递)的部件尤其如此。

从现有技术中已知使用螺杆-螺母系统来使条带移动。悬浮在环境中的材料会阻塞螺杆与螺母之间的间隙。这些粉末的沉积物减小然后消除螺杆-螺母系统中的机械游隙。需要经常更换部件。

因此，需要一种用于使条带移动的系统，当该系统在包含悬浮材料粉末的环境中操作时表现出更长的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的总体目的是克服现有技术的限制。

特别地，目的是提出一种用于使条带移动的系统，当该系统在包含悬浮材料粉末的环境中操作时表现出更长的使用寿命。

为此，特别地，本发明提出了一种用于在选择性增材制造设备中移动用于运输粉末的条带的螺母，所述螺母具有沿着第一轴线延伸的螺纹孔，其特征在于，所述螺母包括狭槽，所述狭槽从螺母的外表面穿过螺母的厚度至螺纹孔的内表面，并沿着穿过第一轴线的平面在螺纹孔的至少一个螺距上延伸。

有利地，所述螺母具有以下单独考虑或组合考虑的各种特征：

-狭槽从螺母的垂直于第一轴线的端部开始沿着第一轴线延伸；

-两个狭槽各自从螺母的一个端部开始沿着第一轴线延伸；

-狭槽沿垂直于第一轴线并垂直于第二轴线的第三轴线的宽度至少为操作环境中悬浮颗粒的最大尺寸的三倍；

-狭槽沿第三轴线的宽度在500微米至10000微米之间；

-狭槽沿第三轴线的宽度在1000微米至2000微米之间。

-螺母的外表面是沿着第一轴线延伸的圆柱体；

-螺母的外表面是圆柱体，该圆柱体还具有沿着第一轴线延伸的两个凹槽，每个凹槽由平行于第二轴线的第一矩形和平行于第三轴线的第二矩形形成，这两个凹槽位于与狭槽完全相对的区域中。

本发明还涉及一种使选择性增材制造设备的条带运动的系统，该系统包括如上所述的螺母和条带，所述螺母固定至所述条带以防止螺母相对于条带旋转，用于移动的系统还包括螺杆，该螺杆包括接合在螺母的螺纹孔中的螺纹，螺母中的狭槽位于相对于第一轴线与条带完全相对的区域中。

有利地，所述用于移动的系统具有以下单独考虑或组合考虑的各种特征：

-销，该销设计成容纳在螺母的狭槽中，以防止螺母相对于条带围绕第一轴线旋转；

-条带的下部包括凹口，该凹口设计成接收螺母的位于两个凹槽之间的部分；

-半壳，该半壳设计成牢固地固定至条带，并以足够的机械游隙包围螺母，以在将所述螺母安装到螺杆上时允许螺母的自动调节。

本发明还涉及一种用于选择性增材制造三维物体的设备以及这种设备的用途，该设备具有如上所述的用于移动的系统，增材制造在增材制造粉末的基础上进行，狭槽沿垂直于第一轴线并垂直于第二轴线的第三轴线的宽度至少为增材制造粉末的最大颗粒尺寸的三倍。

附图说明

通过下面的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，这些描述仅是示例性的而非限制性的，应结合附图进行阅读，其中：

-图1是用于在增材制造设备中分配粉状材料的系统的示例的示意图；

-图2a、图2b、图2c、图2d示出了根据本发明一个方面的用于选择性增材制造设备的螺母的不同视图；

-图3是根据本发明一个方面的用于使选择性增材制造设备的条带运动的系统的示例的示意图；

-图4是根据本发明一种可能实施方案的具有用于使条带移动的系统的增材制造设备的示意图。

具体实施方式

用于使条带移动的系统

图1示出了用于使条带33移动的系统26的示例。

系统26包括计量装置31，所述计量装置31通过喷嘴36分配一定量的粉末。

条带33可以在螺杆35的作用下在滑块32内移动。条带33沿螺杆35的方向平移移动。借助于使条带移动的系统(30特别地包括螺母)，螺杆35的旋转驱动条带33在滑块32内平移移动。

滑块32位于制造区域附近，并在计量装置31和限制条带平移行进的端部37之间延伸。

在装载阶段中，条带33在喷嘴36下方移动。当喷嘴36输送一定量的粉末时，条带33朝向端部37移动，使得在条带33上沉积粉末层。

当粉末已经沉积在为此目的而设置的整个条带33上时，条带移动至抵靠端部37。在该位置，覆盖条带33的粉末层面向制造区域和待制造的物体，并且可以散布在物体的上一个制造层上。

用于选择性增材制造设备的螺母

图2a、图2b、图2c、图2d示出了用于选择性增材制造设备的螺母的不同视图。

螺母1具有沿着第一轴线a延伸的螺纹孔2。图2a示出了螺母1的垂直于轴线a的端部7a的视图。

垂直于第一轴线a的第二轴线b在图2a中示出，垂直于第二轴线b并垂直于第一轴线a的第三轴线c也被示出。

图2a中的两个箭头d表示沿着第二轴线b穿过螺母1的横截面。该横截面在图2b中示出。

图2b示出了第一轴线a和螺纹孔2，已经示出了螺纹孔2的螺纹。螺纹中两个连续顶点之间的距离6表示螺距6。

螺母1的外表面4是螺母1的相对于第一轴线a位于径向外侧的表面。

螺母1的内表面5是螺母1的相对于第一轴线a位于径向内侧的表面，并且对应于由螺纹孔的螺纹限定的表面。

螺母1包括狭槽3a、3b，该狭槽3a、3b沿着第一轴线a在螺纹孔2的至少一个螺距6上延伸，所述狭槽沿着第二轴线b从螺母1的外表面4穿过螺母至由螺纹孔2限定的内表面5。

狭槽3a、3b沿第二轴线b的方向使螺纹孔2的内部空间和螺母1的外部空间连通。

在增材制造设备中，可以将螺母1放置在螺杆35上，使得狭槽3a、3b在竖直平面中朝向螺母1的底部。粉状材料的沉积物，即阻塞螺杆35与螺母1之间间隙的粉末颗粒，可以沿着表面5被带向狭槽3a、3b。然后，沉积物可以在重力作用下落入狭槽3a、3b并离开间隙。这缓解了减小和消除螺杆-螺母系统中机械游隙的现象。这延长了螺杆-螺母系统在包含悬浮增材制造粉末的环境中的使用寿命。

狭槽3a、3b可以有利地不沿着螺母的螺纹的整个长度延伸，从而不防止螺杆的部分旋转能转换成螺母的平移能。

螺母1沿第一轴线a的狭槽不延伸的长度应足够长，以使安装在螺纹孔2中的螺杆不会使螺母1进一步变形或打开，并且还应足够长，以确保将螺杆的旋转能转换为螺母的平移能。

螺纹孔2可包括一个或多个螺纹。在任何情况下，狭槽3a、3b均沿着第一轴线a在螺纹孔2的每个螺纹的至少一个螺距6上延伸。这使得可以确保阻塞螺杆与螺母之间的间隙并沿着表面5被夹带的粉末颗粒的所有轨迹都穿过狭槽3a、3b。

图2b示出了螺母1的端部7a和在其相对端的端部7b。两个端部7a、7b之间的距离对应于螺纹孔2和螺母1的长度。

螺母1中的狭槽3a、3b可以有利地从螺母1的端部7a或端部7b开始沿着第一轴线a延伸。端部7a和7b均是垂直于第一轴线a的平坦表面。

在这种情况下，狭槽3a、3b在端部7a或端部7b处可见。狭槽3a、3b使螺纹孔2的内部空间沿着第二轴线b的方向与螺母1的外部空间连通，但在图2b的截面中也沿着倾斜方向连通。

如果将螺母1设置在增材制造设备内，使得狭槽3a、3b在竖直平面中朝向增材制造制备的基底或底部，则可以增加在重力作用下落入狭槽3a、3b的沉积物的数量。在这种情况下，沉积物向外排出的角度更多。

螺母可以有利地包括两个狭槽3a、3b，每个狭槽从螺母1的一个端部7a、7b开始沿着第一轴线a延伸。

在将螺母1设置在增材制造设备内以排出在间隙中积聚的粉末沉积物的情况下，两个狭槽的存在增加了可从中排出沉积物的螺杆的面积。因此增加了排出的沉积物的数量。

这样的螺母在图2b中示出，其中示出了两个狭槽3a和3b。在这些狭槽之间保留一定厚度的螺母材料8。该厚度8需要足够大，以使装配在螺纹孔2中的螺杆不会使螺母1进一步变形或打开，并且还需要足够大，以使螺杆的部分旋转能转化为螺母1的平移能。

图2c示出了螺母1沿着第二轴线b从两个狭槽3a、3b和一定厚度的材料8的侧面观察的仰视图。狭槽3a被示出为从端部7a开始延伸，狭槽3b被示出为从端部7b开始延伸。

图2d示出了根据图2a和图2c的视图构造的螺母1的立体图。

狭槽3a、3b具有沿第三轴线c的宽度，该宽度可以适合于在操作环境中悬浮存在的粉末的特性。

通常，在增材制造设备的环境中并因此在螺母的环境中悬浮的粉末颗粒的尺寸在0至200微米之间。

可以设计狭槽3a、3b，使得沿第三轴线c的宽度为粉末颗粒的最大直径的三倍。以这种方式，存在于狭槽中的三个颗粒不会在第三轴线c的方向上被卡住。存在于狭槽中的两个颗粒更不会在第三轴线c的方向上被卡住。该特征可以减小狭槽被粉末颗粒阻塞的可能性，并且可以提高螺母1排出积聚在螺杆-螺母间隙中的粉末颗粒的能力。

因此，沿第三轴线c的宽度可以选择成大于600微米。

沿第三轴线c的宽度也可以选择成等于500微米至10000微米之间的值，并且有利地等于1000微米至2000微米之间的值。

螺母1可以具有圆柱形状，并且在这种情况下，外表面4精确地对应于沿着第一轴线a延伸的圆柱体。

螺母1可以具有其他形状。例如，沿着第一轴线a延伸并且具有两个也沿着第一轴线a延伸的凹槽9a、9b的圆柱形状。每个凹槽9a、9b限定平行于第二轴线b的第一矩形和平行于第三轴线c的第二矩形。这两个凹槽位于与狭槽3a、3b完全相对的区域中。图2a和图2d示出了两个凹槽9a和9b。

如此限定，外表面4的形状具有位于两个凹槽9a、9b之间的部分10，该部分10从外表面4的其余部分突出。例如，该部分可以插入位于条带下方的条带的壳体中。以此方式，螺母所呈现和保持的位置是：狭槽3a、3b在竖直平面中朝向增材制造设备的基底和底部。此外，螺母1的这种限定较小体积的形状允许在增材制造设备中更容易地安装和移除螺母。

用于使条带移动的系统

图3是用于使选择性增材制造设备的条带移动的系统示例的示意图。

用于移动的系统30包括如上所述的条带33和螺母1。将螺母固定在条带上，从而防止螺母相对于条带旋转。

用于移动的系统30还包括螺杆35，该螺杆35的螺纹接合在螺母1的螺纹孔2中。

该系统设计成使得螺母中的狭槽3a、3b位于相对于螺杆35的轴线与条带33完全相对的区域中。

有必要防止螺母相对于条带旋转，从而通过螺杆的旋转来控制条带的平移移动。这种防止旋转还使得狭槽3a、3b的位置总是保持在相同的区域中。因此，在增材制造设备的整个操作过程中，可以保持狭槽3a、3b在竖直平面中朝向增材制造设备的基底和底部。

防止螺母相对于条带旋转的一种可能性是使用销11，所述销11被设计成容纳在螺母1的狭槽3a、3b中。销的一个端部因此沿着第一轴线a的方向接合在狭槽3a、3b中。可以选择足够长的销，以使另一个端部从狭槽3a、3b突出，并且能够容纳在条带33的孔中或容纳在牢固地固定至条带33的部件中。

使用圆柱形销(销的直径小于狭槽沿第三轴线c的方向的宽度)可以在螺母1与销之间具有机械游隙。这使得结构更易于组装和拆卸，同时确保防止螺母1旋转。

防止螺母旋转的另一种可能性是将螺母1的位于两个凹槽9a、9b之间的部分10定位在条带的凹口中。以这种方式，部分10抵靠凹口，从而防止螺母相对于条带围绕轴线a旋转。

这样的凹口可以容易地将螺母1定位在用于排出粉末沉积物的位置。此外，可以通过选择比螺母1的位于两个凹槽9a、9b之间的部分10稍宽的凹口来获得机械游隙。这使得可以固定螺母1相对于条带33的角度位置而无需在第一轴线a和第二轴线b的方向上严格定位。

螺母被半壳12包围，该半壳12牢固地固定至条带33。半壳12的内部尺寸略大于螺母1的外部尺寸，并且被设计成在螺母与半壳之间存在机械游隙。机械游隙足以使得螺母在螺杆35上自动对准。

以这种方式，螺母以浮动方式安装，从而增加了螺母螺纹的使用寿命。

在所有方向上，半壳12的内部尺寸都略大于螺母1的外部尺寸。特别地，沿着第一轴线a，螺母相对于半壳存在平移机械游隙。当螺母沿第一轴线a的一个方向移动时，螺母在由该平移机械游隙允许的行进终点抵靠半壳，然后防止螺母移动。这使得条带33移动。

半壳12包括切口13，该切口13设计成与螺母1中的狭槽3a、3b相对。这使得从狭槽3a、3b中掉落的颗粒沉积物继续朝着增材制造设备的基底和底部掉落。

选择性增材制造设备

图4中的选择性增材制造设备21包括：

-支撑件(例如平板23)，在该支撑件上依次沉积增材制造粉末(金属粉末、陶瓷粉末等)的各层，从而制造三维物体(图中枞树形状的物体22)，

-用于分配粉状材料的系统26，其设计成在分层辊或散布机上提供制造粉末。分配系统26包括计量装置31、滑块32和条带33。

-用于将所述金属粉末分布在板上的装置24，该装置24具有例如分层辊和/或散布机25，用于散布各个连续的粉末层(沿着双箭头a的移动)，

-组件28，其具有能量源211，例如激光束和/或电子束，用于(全部或部分)熔化散布的细层，由能量源211产生的能量与粉末平面中散布的细层接触。

-控制单元29，其根据预存储的信息(存储器m)来控制设备21的各个部件，

-机构210，其在沉积层时使板23的支撑件下降(沿着双箭头b的移动)。

设备21的部件布置在密封腔室217内，如果使用电子束，密封腔室217可以连接到惰性气体回路和/或至少一个真空泵218。