三维物体的附加制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及三维物体的附加制造方法。
【背景技术】
[0002]自由成型制造或附加制造是通过对施加到工作台的粉末层的选定部分进行连续熔合来形成三维物品的方法。根据该技术的方法和设备公开于US 2009/0152771中。
[0003]这种设备可包括工作台、粉末分发器、激光枪、控制元件以及控制计算机，其中，工作台上待形成三维物品，粉末分发器布置成将薄粉末层铺设在工作台上以形成粉末床，激光枪用于将能量释放至粉末以进行粉末的熔合，控制元件用于控制由激光枪在粉末床上方释放的射线以通过粉末床的部分熔合形成三维物品的横截面，以及控制计算机中存储有与三维物品的相继的横截面相关的信息。三维物品通过对由粉末分发器连续铺设的粉末层的相继形成的横截面进行相继熔合来形成。
[0004]存在着对于能够在不牺牲最终产品的材料性质的情况下越来越快地构造出三维物体的附加制造技术的需求。
【发明内容】
[0005]根据各种实施方式，本发明的目的在于提供在不牺牲最终产品的品质的情况下通过自由成型制造或附加制造实现三维物体的快速生产的方法和设备。上述目的通过根据本文中所提供的权利要求书的方法中的特征来实现。
[0006]在根据本发明各种实施方式的第一方面中，提供了用于通过对粉末床的部分进行连续熔合而形成至少两个分离的三维区域的方法，其中粉末床的部分对应于三维区域的连续横截面。该方法包括以下步骤:提供三维区域的至少一个模型;将第一粉末层应用到工作台上;在工作台上方引导来自第一能量束源的第一能量束，以使得第一粉末层根据相对应的模型在第一选定位置中熔合以形成三维区域的第一横截面，其中第一能量束在第一方向上熔合具有平行的扫描线的第一区域并且在第二方向上熔合具有平行的扫描线的第二区域;在第二方向上熔合第二区域中的扫描线中的至少一个之前，立即在第一方向上熔合第一区域中的扫描线中的至少一个;将第二粉末层应用到至少部分熔合的第一粉末层上;在工作台上方引导能量束，以使得第二粉末层根据相对应的模型在第二选定位置中熔合以形成三维区域的第二横截面，其中能量束在第三方向上熔合具有平行的扫描线的第一区域并且在第四方向上熔合具有平行的扫描线的第二区域；以及在第四方向上熔合另一区域中的扫描线中的至少一个之前，立即在第三方向上熔合第一区域中的扫描线中的至少一个。
[0007]本发明各种实施方式的一个非限制性优点在于，因为在特定物体内的扫描速度可在不影响构造温度的情况下增加，因此能够减少制造时间。这是因为用于熔合单个区域中的特定粉末层的两个相邻扫描线被另一区域中的至少另一扫描线中断。这意味着与相邻扫描线被一个接一个熔合的情况相比扫描速度能够增加。当熔化特定区域中的特定层中的两个相邻扫描线时使用太高的速度则可能导致太高的构造温度，而这转而可能影响到材料的机械性质。两个后续层中的扫描方向相对于彼此旋转也可产生得到改善的机械性质，从而消除通过使用用于覆盖的层的相同扫描方向而可能以其他方式放大的缺陷。
[0008]在本发明示例性和非限制性实施方式中，“另一”区域为第二区域。这意味着第一层和后续层中的扫描顺序是相同的。在本发明另一示例性实施方式中，另一区域为第三区域，这意味着第一层和后续层中的扫描顺序是不同的。至少这些实施方式的优点在于，扫描顺序可被设置成通过尽可能少的制造时间实现构造温度间隔。
[0009]在本发明仍另一示例性实施方式中，第一区域和第二区域处于单个三维物体内。这意味着单个物体可具有物理上彼此分离的横截面。在另一示例性实施方式中，第一区域和第二区域被提供在两个分离的三维物体中，这意味着两个确切的三维物体被制造。
[0010]仍进一步地，根据各种实施方式，本发明的另一优点在于，本发明方法可应用于当一个三维物体被制造时或数个三维物体被制造时的这两种情况。
[0011]在仍另一示例性实施方式中，第一方向和第二方向为平行的。在又另一示例性实施方式中，第三方向和第四方向为平行的。这意味着相同粉末层中的至少两个区域可用具有相同方向的扫描线熔合。该实施方式的优点可在于，因为对于第一区域和第二区域而言能量束的设定中的许多设定是相同的，因此其节省了一些时间。
[0012]在根据本发明仍另一示例性实施方式中，第一方向和/或第二方向相对于第三方向和/或第四方向旋转角度α，其中1° SaS 179°。至少该实施方式的优点在于，在用于不同物体的第一单个层内可存在不同的扫描方向，并且当熔合下一粉末层时，那些扫描方向可被旋转角度a。对于从一个层至另一层的不同物体而言，旋转角度可为不同的。当待被制造出的物体的形状不同以使得对于具有不同形状的不同物体的扫描方向可减少总构造时间时，这可为有利的。
[0013]在本发明仍另一示例性实施方式中，至少一个三维物体的至少一个层中的扫描线可为直线的。在另一示例性实施方式中，至少一个三维物体的至少一个层中的扫描线可为蜿蜒的。至少该实施方式的优点在于，材料性质可通过对于三维物体中的后续层用蜿蜒的扫描线替代直线扫描线而得到更进一步的改善。
[0014]在仍另一示例性实施方式中，至少第一扫描区域的至少一个层中的扫描线用来自第一能量束源的第一能量束熔合，并且第二三维区域的至少一个层用来自第二能量束源的第二能量束熔合。至少该实施方式的优点在于，多个能量束源还可减少制造时间。另一优点在于，用于三维物体中的不同层的不同能量束可消除因来自单个能量束源或其偏转机构的小的重复缺陷而被放大的缺陷。
[0015]在仍另一示例性实施方式中，第一能量束从第一电子束源发射，并且第二能量束从第一激光束源发射。在另一示例性实施方式中，第一能量束从第一电子束源发射，并且第二能量束从第二电子束源发射。在又另一示例性实施方式中，第一能量束从第一激光束源发射，并且第二能量束从第二激光束源发射。诸如激光束源和电子束源的不同类型的能量束源的使用可更进一步地改善三维物体的材料特性因为。在示例性实施方式中，当使用相同类型的两个能量束源时，它们在粉末输出和/或最大偏转角度上可能不同。这可用于修整最终产品的材料性质。
[0016]在本发明仍另一示例性实施方式中，第一能量束和第二能量束至少同时熔合第一三维区域和第二三维区域。这可实际上通过同时使两个能量束冲击在确切相同的位置处来进行。另一种方式为用第一能量束进行第一熔化扫描，并随后用第二能量束熔化已熔合的轨迹的至少一部分。在又另一实施方式中，第一能量束用于完成第一扫描线，并且第二能量束用于完成第二扫描线，其中第一扫描线和第二扫描线布置在离彼此预定距离处。这些实施方式可进一步减少制造时间和/或改善最终产品的材料特性。
[0017]在根据本发明各种实施方式的另一方面中，提供了用于通过对粉末床的部分进行连续熔合而形成至少一个三维物体的方法，其中粉末床的部分对应于三维物体的连续横截面。该方法包括以下步骤:提供至少一个三维物体的模型；将第一粉末层应用到工作台上；在工作台上方引导来自第一能量束源的第一能量束，以使得第一粉末层根据相对应的模型在第一选定位置中熔合以形成至少一个三维物体的第一横截面，其中第一能量束在第一方向上熔合具有平行的扫描线的第一物体；以及在熔合第一物体中的第一扫描线之后，在预定时间间隔内在第一方向上熔合第一物体中的第一层中的第二扫描线，其中至少一个中间扫描线在该时间间隔内在另一预定位置处熔合，并且其中第一扫描线和第二扫描线彼此相邻。
[0018]在本发明的至少该实施方式中，记载了特定物体中的两个相邻扫描线之间的时间处于预定时间间隔内。这是为了确保构造温度不超过或不低于预定温度间隔。在太相邻的扫描线之间等待太长时间可导致三维物体的太多冷却由此导致太低的构造温度，并且两个相邻扫描线之间的太短的时间可导致三维物体的不充分冷却由此导致太高的构造温度。对于特定三维物体的特定层的两个相邻扫描线之间的时间周期可在相对于第一扫描线和第二扫描线的另一位置处用于中间扫描线。该实施方式的优点在于，因为对于特定物体的两个相邻扫描线之间的时间用于在不同位置处扫描，因此可减少制造时间。