通过选择性激光熔化技术生成三维构件的方法和加工机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过选择性激光熔化技术生成三维构件的方法。本发明也涉及一种通过选择性激光熔化技术生成三维构件的加工机，所述加工机包括过程室。
【背景技术】
[0002]选择性激光恪化技术(英文是“selective laser melting”，也称为:SLM选区激光熔化技术)涉及到一种生成制造方法，在这种方法中，一种(金属的)粉末材料借助于激光在定义的部位上重恪(umschmelzen)。选择性激光恪化技术能够制造具有几乎可任意造型的三维构件几何形状的构件，为了制造出三维构件，选择性激光熔化技术在任何情况下都是逐层地执行，也就是说，选择性激光熔化技术实现逐层地成型焊接。在这里，首先将材料粉末作为薄层分布在基板上，在这个粉末床第一层的材料粉末通过激光根据要制造的构件的额定轮廓在所需要的部位上重熔并且凝固成第一固定材料层之后，基板下降或移动了第一层的值并且涂覆新的(第二)层。在这一层上相应地重复激光熔化，其中，当前最上层的已重熔的材料与紧贴其下布置的固定材料相连接。上述过程这样频繁地重复，直至完全制造出要生成的构件为止。
[0003]为了简单地取出已制成的构件，可以在基板上或基底上构建出比较易损的支撑结构，所述支撑结构承载着原本的构件。这个支撑结构可以在取出构件之后例如手工清除。必要时，根据要生成构件的几何形状(例如在悬垂的情况下)，也可以生成其它支撑或者说支撑结构并且在使用构件之前可以将其清除。
[0004]在此，激光熔化在过程室中进行，所述过程室典型被密封封闭，并且，在所述过程室中可以设定尽可能均匀的气氛，其中，熔化粉末材料所需要的激光通过过程室窗口射入到过程室中。为了使激光束可以在用于希望的构件几何形状所需要的部位上作用于粉末材料，激光束典型地通过扫描装置偏转。
[0005]由于连续的激光射入，必要时可能需要目标明确的导热，用以避免由于热感应的固有应力而在几何形状方面与额定几何形状有偏差以及特别是产生凝固裂纹，并且特别是用以禁止不希望的材料结构(例如粗粒)。
[0006]为了操纵或控制这个不利的后果已知的是，在构件通过激光熔化而制成之后，对构件进行热处理。例如，这种热处理可以按照公开的W02012/055398 A1在外部的加热装置(炉子)中执行，构件在制成之后放入到加热装置内，或者，必要时，在已清除剩余的、未重熔的材料粉末之后，在过程室自身内执行所述热处理。
[0007]EP 2 415 552 A1也公开了对制成的构件进行加热的技术，用于紧接在选择性激光熔化技术之后对其材料特性进行最佳化。在此，这种加热借助于加热线圈进行，所述加热线圈与要生成的构件在同一选择性激光熔化技术过程中产生并且因此与已制造的构件一起位于材料粉末内。在清除掉材料粉末之后，加热线圈为了耦入加热功率而与电源连接。
[0008]要产生的构件的加热场所也可以在选择性激光熔化技术期间就已经间接被影响，其方式是，例如加热基板或者为了冷却目的而在固定装置内安装了热交换器。在EP 2 415552 A1中也公开了这样的方式:在该方式中，构件被保持件支持或者说保持，所述保持件可在支承部位上冷却工件，从而使构件的敏感区域不会遭受高温。
[0009]在以选择性电子束恪化技术(“selectiveElectron Beam Melting”，SEBM)形式的生成制作方法中，代替于激光束而借助于电子束进行熔化材料粉末，可以通过偏转电子束而在原本制造过程的准备阶段和/或后续阶段中影响导热。
[0010]此外，W02012/055398 A1说明了通过在过程室内使用反应气体使通过选择性激光熔化技术所制造的构件的材料成分发生目标明确的变化，其中，成分的变化应用于提高构件的可受热能力。
[0011]然而，在选择性激光熔化技术的情况下，与原理相关地降低了:在生成构件期间触及到过程区域进而有效地局部地(也就是当下)影响该过程的可能性。
【发明内容】
[0012]本发明的任务是，如此改善通过选择性激光熔化技术来生成三维构件的方法和加工机，使得能够提高采用加工机所生成的构件的品质。
[0013]该任务通过前面提到的方法解决，该方法包括这些步骤:
[0014]-在生成三维构件期间通过选择性激光熔化技术生成至少一个过程影响装置；以及
[0015]-激活所述过程影响装置，用于在制成三维构件之前对构件已制成区域产生影响。
[0016]通过与构建出三维构件同时生成的过程影响装置并且将其在制成构件之前激活，能够以有利的方式直接地(特别是局部地)影响到三维构件的生成。在此，过程影响装置在其仍被粉末材料包围时(也就是说，在剩余的、未重熔的材料粉末从过程室中清除之前)就被激活。以这种方式能够大大提高了选择性激光熔化方法的品质能力以及通过这种方法所生成的构件的品质。特别是，通过在这里说明的方法可以生成这样的过程影响装置:所述过程影响装置能够根据其个别的几何形状方面的特点以适合的方式方法影响要制造的构件。过程影响装置以典型的方式在构件制成之后不再需要且被清除。
[0017]例如，通过过程影响装置可以在热和/或化学方面对构件的已制成区域产生影响。如果采用过程影响装置对工件的制成区域在热方面产生影响(其方式例如是，在制成区域中制造所希望的热分布或者确定的导热)，则能够有利地防止或者至少很显著地减轻了:产生热裂纹、构件延迟调整、粗粒形成和/或产生不希望的金属相等等。此外，通过对已制成区域的热影响也可以减少了热膨胀问题，所述热膨胀问题特别是在用于选择性激光熔化技术的加工机的传统加热的基板区域内能够被调整。如果采用过程影响装置在化学方面对制成区域产生影响(其方式是，例如将反应气体引导至构件的已制成区域)，则能够目标明确地对构件的金属特性产生影响。因此，不仅在热影响的情况下而且在化学影响情况下都能够改善或者说提高激光熔化方法的品质和所制成的三维构件的品质。
[0018]在这里说明的方法中，构件和过程影响装置以典型的方式通过执行激光熔化技术的加工机的一个激光器或者通过多个同时工作的激光器在同一过程室中生成。在使用借助电扫描仪(Galvanoscanner)偏转的、唯一激光器或者说唯一激光束的情况下，由于原理所导致的较小偏转速度必要时可能会产生不利影响。提高偏转速度的可能性例如是:激光器阵列(就可控激光矩阵的意义而言)、多边形扫描仪、或者固态扫描仪(Solid StateScanner)。在此，构件和过程影响装置以典型的方式由同一种材料粉末生成。不言而喻，在三维构件制成之后，借助于过程影响装置同样能够进行传统的后处理。
[0019]在一个优选的变型中，过程影响装置在生成时与执行激光熔化技术的加工机的功能接口相连接。通过这个功能接口，在加工机的过程室内部所生成的过程影响装置与一般来说设置在过程室外部的供应装置共同作用。供应装置用于给过程影响装置供应为了对构件已制成区域产生影响所需要的媒介。按照这个方法变型，过程影响装置在与功能接口相连接的状态下生成，从而过程影响装置紧接着在其制成之后以及还在(继续)制造原本构件或者说产品期间能够投入运行。因此，这不需要的是:过程影响装置在附加的方法步骤中与功能接口或者说与供应装置相连接。
[0020]在另一个优选的变型中，过程影响装置在生成时分别通过导入端和导出端与功能接口相连接。因此，从供应装置出发经由功能接口以及经由与功能接口相连接的过程影响装置导入端以及进一步经由过程影响装置以及其与功能接口相连接的导出端又回到供应装置，能够形成了功能回路。在这个功能回路中，由供应装置所提供的媒介能够被传播用于对已制成区域产生影响。
[0021]优选的是，在另一个变型中，生成电导体用作过程影响装置，所述电导体接触到构件的已制成区域或者与这个区域间隔开。通过在一个部位或者多个部位(优选至少两个部位)上与至少部分生成的构件相接触的电导体，能够使构件或者还没有完全制成的构件的构件区域通过给电导体加载电流进行传导式加热。以这种方式还能够在构件制成之前对构件生成进行热影响。在此，电导体能够通过其导入端或导出端被构造成电压生成装置的供应装置供给电流，从而在构件的电流流经区域内发生加热。在这种情况下，这个或者这些一般来说薄的电导体在一定程度上是金属粉末中的电流或者说电流路径用的优选路径。一般来说，电导体的密度和其导电能力大于包围的金属粉末的密度和导电能力。
[0022]在一个优选变型中，电导体如此生成，使得该电导体为了形成感应回路而至少部分地包围该三维构件的已制成区域。如果过程影响装置包围三维构件或已制成区域，则电导体为了影响过程而能够作为感应器或者说作为感应加热器来用于加热已制成区域内的构件。在此，电导体一般来说由构造成电压生成装置的供应装置供给交替施加的直流电或者具有预先给定频率的交流电，从而在被电导体包围的构件已制成区域内感应出交流电，所述交流电造成的结果是感应式加热该构件的制成区域。按照本发明，还可以在构件制成之前对电导体或者说感应器供给电流(然而在时间上是在构造成过程影