用于添加式地制造三维物体的设备的制作方法

本发明涉及一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化建造材料层来添加式地制造三维物体的设备，所述建造材料可以通过能量束固化，所述设备包括可沿着行进路径在至少两个位置之间移动的至少一个模块。

背景技术：

其中使用能量束来照射当前建造材料层的限定区域从而固化材料的这种设备从现有技术是已知的。所述材料容纳在可沿着行进路径在两个位置之间移动的至少一个模块中。模块可以例如被构建为计量分配模块，并且可以在例如模块在设备内使用的第一位置和例如再填充站的第二位置之间移动，在第二位置中向计量分配模块内再填充建造材料。还有可能的是，模块是其中逐层建造物体的建造模块，其中建造模块可在设备内的第一位置和例如操纵站内的第二位置之间移动，在操纵站中拆取出已经建造好的物体。此外，从现有技术中已知使用过程气体，特别是惰性气体，例如氩气，以避免建造材料与环境空气、特别是环境空气中所含的氧气接触。

为了例如当含有建造材料的模块从设备内或设施内的一个位置移动到设备内或设施内的另一位置时确保材料不与氧气接触，在含有建造材料的相应的模块上放置罩盖。此外，可以在模块内的材料上方产生一定量的过程气体，使得一定体积的过程气体(即“海”)位于建造材料上方，并避免建造材料与环境空气接触。

因此，当模块从第一位置移动到第二位置时，位于模块的腔室内部上方的过程气体保护团或层可能形成涡流。

因此，本发明的目的是相应地确保建造材料不与环境空气接触或改善模块的惰性化。

技术实现要素：

该目的通过根据权利要求1所述的设备来实现。本发明的优选实施例受从属权利要求的约束。

本发明基于以下思想：使用流产生单元，所述流产生单元被配置为至少部分地沿着模块的行进路径在第一位置和第二位置之间产生到模块上的过程气体流。因此，通过本发明，在模块沿着行进路径从第一位置移动到第二位置期间，可以维持或恢复位于建造材料上方的过程气体团或层。因此，相应地避免或防止建造材料与环境空气接触或受环境空气污染。因此，模块可以沿着行进路径移动，而没有使位于建造材料上方的过程气体层产生涡流的风险。显而易见的，可以将流产生单元布置成仅在行进路径的一部分或多个部分上产生到模块上的过程气体流，或者可以沿着模块的路径在第一位置和第二位置之间连续产生过程气体流。

本文描述的设备是通过依次逐层地选择性照射和固化粉末状建造材料(“建造材料”)层来添加式地制造三维物体、例如技术部件的设备，所述建造材料可以通过能量束来固化。相应的建造材料可以是金属、陶瓷或聚合物粉末。相应的能量束可以是激光束或电子束。相应的设备可以例如是选择性激光烧结设备、选择性激光熔化设备或选择性电子束熔化设备。

该设备包括在其操作期间使用的多个功能单元。示例性功能单元是过程室、被配置为使用至少一个能量束选择性地照射设置在过程室中的建造材料层的照射装置、以及被配置为产生以给定的流动特性至少部分地通过处理室的气态流体流的流产生装置，所述给定的流动特性例如是给定的流动轮廓/分布、流速等。气态流体流能够在流过过程室时夹带未经固化的颗粒状建造材料，特别是在设备操作期间产生的烟雾或烟雾残留物。所述气态流体流通常是惰性的，即通常是惰性气体流，所述惰性气体例如是氩气、氮气、二氧化碳等。

根据设备的优选实施例，模块在第一位置至少部分地集成在设备的过程室中，并且其中模块在第二位置处于过程室外侧。因此，模块在第一位置至少部分地集成在过程室中，其中设备的该过程室是其中执行制造循环或建造过程的至少主要步骤的腔室。例如，建造模块的建造平面位于过程室内，其中经由能量束在建造平面上照射建造材料。显而易见的，所述过程室是经惰性化的，使得模块在第一位置至少部分地集成在过程室中时处于惰性化的空间。每当模块移动到第二位置即过程室外部时，模块离开在过程室内维持的惰性化环境。因此，需要通过由流产生单元产生的到模块上的过程气体流以预定的间隔维持或恢复建造材料上方的过程气体保护层。

该设备可以进一步改进成使得流产生单元连接到引导结构、特别地是通道，或者包括引导结构，所述引导结构配置成沿着至少一部分行进路径向模块上引导和分配过程气体。根据该实施例，提供一种引导结构，所述引导结构覆盖模块沿着从第一位置到第二位置的路线移动的行进路径的至少一部分。流产生单元与引导结构连接或包括引导结构，其中过程气体流可以沿着行进路径连续地或在预定位置被引导和分布到模块上。因此，引导结构用于引导和分布由流产生单元产生的过程气体，其中过程气体被引导到模块以维持或恢复在模块内含有的建造材料上方的过程气体保护层。

引导结构优选地构造为或包括至少壁元件和/或通道和/或喷嘴，在所述至少壁元件和/或通道和/或喷嘴中过程气体被引导或通过所述至少壁元件和/或通道和/或喷嘴将过程气体分布到模块。引导结构可以包括具有圆形或三角形或任何任意截面的壁元件。

特别优选的是，引导结构至少部分地在第一位置和第二位置之间延伸，其中引导结构位于模块的行进路径上方。因此，当引导结构沿着行进路径移动时，引导结构、特别地是通道相应地位于模块的行进路径上方或模块上方。流产生单元产生经由引导结构引导或分布的过程气体流，因此可以从上方经由引导结构将过程气体流引导或分布到模块上。因此，建造材料上方的过程气体层可以沿着行进路径连续地或在预定位置被维持或恢复，其中新鲜过程气体从位于模块的行进路径上方的引导结构流到模块上。此外，还可以相对于所述模块以预定角度引导过程气体流。例如，产生与模块平行地延伸的过程气体流也是可行的。

根据该设备的另一个优选实施例，提供一种控制单元，其配置成控制至少一个流动特性，特别是至少一个气体出口的开启状态和/或气体压力和/或气体流量和/或气体流速和/或温度。控制单元优选地被配置成根据所确定的参数来确定至少一个流动特性的至少一个参数和控制。在改变流动特性或流动特性中的至少一个流动特性时，可以调节到模块上的过程气体流。因此，过程气体流可以相对于当前情况而变化。

因此，控制单元配置成控制沿着行进路径定位的至少一个出口例如喷嘴的打开状态。通过气体出口或通过引导结构的过程气体流可以进一步在气体流量和/或气体流速和/或气体压力方面变化。因此，控制单元被配置成相应地调节多快的气体和多少气体流入模块中或流到模块上以维持或恢复位于建造材料上方或模块室内的过程气体团或层。因此，引导结构中的至少一个开口可以至少部分地打开和/或关闭，这取决于过程气体流到模块上的需要。

显而易见的，如果模块是空的，即不含有任何建造材料，也可以维持或恢复模块内的保护性过程气体层。也就是说，例如，如果计量分配模块是空的并且正被移动到再填充站，则仍然需要维持或恢复惰性化以允许将建造材料补充到仍然惰性的计量分配模块中的步骤。

此外，可以通过控制单元经由适当的温度调节来控制流到模块上的过程气体的温度。因此，如果环境和在模块内建造材料之间产生温度差，则可以通过位于建造材料上方的过程气体保护层来隔离材料。此外，模块内的建造材料可以通过过程气体流调节到限定的温度，因为过程气体流的温度可以由控制单元控制并且因此建造材料或模块内的建造物体的温度控制是可能的——通过位于建造材料上方的过程气体层或流到模块中或流到模块上的过程气体和模块内的建造材料之间的温度交换。例如，在建造作业完成之后，内部具有物体的建造模块可以移动到操纵站中，其中可以通过过程气体流以预定的方式冷却建造的物体，因为控制单元适当地调节过程气体流的温度。

根据设备的另一优选实施例，控制单元被配置成根据模块的位置来控制至少一个流动特性。这允许将过程气体分布和/或引导到模块当前定位于其中的准确位置。因此，可以沿着引导结构、即沿着行进路径设置多个气体出口。控制单元被配置为根据模块的位置来打开和/或关闭多个气体出口中的每一个气体出口。因此，控制单元打开模块位于其下方的对应的气体出口，从而在模块上产生过程气体流，其中，其它出口被关闭以节省否则将流入到模块周围的环境的过程气体。

该设备可以进一步改进成使得至少一个传感器被配置为确定与模块附近和/或模块的室内部的过程气体的量有关的信息，其中控制单元被配置为接收传感器信息，并根据传感器信息来控制至少一个流动特性。

通过该实施例，模块附近和/或模块的室内部的过程气体的量可以被确定并且被发送到控制单元，其中根据传感器信息来控制至少一个流动特性。因此，可以相应地评估是否需要或需要多少过程气体流到模块上或流入模块的腔室。如果模块的腔室内或附近的过程气体的量足够多以确保建造材料与环境空气隔离，则可以相应地降低流动特性，其中如果对模块的附近和/或模块的腔室内的过程气体的量的评估导致需要过程气体，则可以增加相应的流动特性以确保建造材料与环境空气的隔离。

该设备的另一个实施例建议在第一和/或第二位置中移除模块的罩盖并露出模块的腔室，其中流产生单元被配置成产生至少部分地进入模块的腔室内的过程气体流。

根据该实施例，可以在第一和/或第二位置移除模块的罩盖。这允许例如当模块需要行进较长距离和/或存储在模块存储器中时，覆盖模块的腔室。可以移除罩盖并露出模块的腔室，因此需要过程气体流以将建造材料与环境空气隔离。因此，流产生单元产生至少部分地到模块的腔室中的过程气体流，以确保建造材料不与环境空气起反应或被环境空气污染。

此外，可以改进设备使得第一位置在计量分配室和/或建造室和/或溢流室内，并且其中第二位置在操纵站和/或再填充站和/或过滤站内，并且其中所述行进路径至少部分地在隧道结构内延伸。

根据该实施例，该模块可以是计量分配模块和/或移动模块和/或溢流模块。溢流模块是接收通过覆盖建造模块的建造平面而输送的多余建造材料的模块。因此，第一位置可以在过程室内，其中计量分配模块定位成模块的腔室作为计量分配室或建造模块位于建造室的位置中或溢流模块位于溢流室的位置。因此，第二位置在操纵站和/或再填充站和/或过滤站内，其中相应的模块根据需要从第一位置行进到第二位置。显而易见地，第一位置和第二位置可相反地实施。因此，可以任意地重定义或切换第一和第二位置。优选地，第一位置和第二位置通过隧道结构链接，其中流产生单元可以部分地集成到隧道结构中，以将由流产生单元产生的过程气体流分布和/或引导到模块上。

根据前述实施例，模块是计量分配模块并且腔室是含有建造材料的计量分配室，或者模块是建造模块并且腔室是建造室，或者模块是溢流模块并且腔室是溢流室。因此，如前所述，该模块可以是用于制造三维物体的设备的任何模块。

此外，本发明涉及包括至少两个本发明的设备的设施，其中第一位置至少部分地位于第一设备内，并且第二位置至少部分地位于第二设备内。

附图说明

参考附图(图1)描述本发明的示例性实施例，其中，唯一的图、即图1示出了根据示例性实施例的用于添加式地制造三维物体的设备的侧视原理图。

具体实施方式

图1示出了一种用于通过依次逐层选择性地照射和固化由能借助于能量束固化的建造材料构成的层来添加式地制造三维物体的设备1，所述设备包括可沿行进路径5在第一位置3和第二位置4之间移动的模块2。设备1还包括流产生单元6，所述流产生单元6被配置为沿着模块2的行进路径5在第一和第二位置3，4之间产生到模块2上的过程气体7的流。

随后，第一位置3指其中模块2至少部分地布置在设备1的过程室(未示出)内的位置。第二位置4指设备1的过程室外侧的位置。显然，两个位置可以被切换为第一位置3在外侧，而第二位置4在设备1的过程室内。

附图还示出了设备1包括引导结构8，引导结构8构造成将过程气体7的流引导和分布到多个气体出口9。引导结构8位于行进路径5上方，因此当模块2从第一位置3移动到第二位置4时位于模块2上方。在附图中示出了第三位置10，其中模块2被描绘为虚线形状，其中第三位置10是第一位置3和第二位置4之间的位置。

当模块2在第三位置10中时，模块2位于引导结构8下方并且因此位于所述多个或某些气体出口9的下方。当模块2离开过程室的惰性气氛时，过程气体7的流由流产生单元6产生，以维持或恢复模块2的腔室12内的过程气体7的层11。过程气体7的层11将腔室12内的建造材料13与大气分隔开。

设备1还包括控制单元14，控制单元被配置为控制过程气体7的流的至少一个流动特性。此外，设备1包括传感器15，所述传感器15与控制单元14链接以使得由传感器15确定的传感器信息可以被发送到控制单元14或由控制单元14接收。因此，控制单元14被配置成控制过程气体7的流的流量和流速。根据传感器15的传感器信息，控制单元14可以调节在第三位置10中流到模块2上的过程气体7的量。第三位置10当然仅仅是示例性的并且可以是任何位置，其中模块2至少部分地在引导结构8下方。传感器信息可以因此包含与腔室12内或模块2附近的过程气体7的量相关的信息。因此，控制单元14可以调节过程气体7流的流动特性，使得可以维持或恢复保护性过程气体7的层11，以确保建造材料13不与环境空气接触。

此外，控制单元14可以根据模块2的当前位置来控制气体出口9的打开状态。因此，可以仅打开在第三位置10中的模块2上方的那些气体出口9以节省过程气体7，例如氩气。在图中所示的情况下，只有位于腔室12上方的一组气体出口16被打开，其它气体出口9关闭。当模块2沿着行进路径5行进时，相应地采用相邻气体出口9的打开状态，以确保只有模块2上方的气体出口9被打开以补充层11中的过程气体7。

控制单元14还被配置成通过适当的加热和/或冷却装置来控制过程气体7的流的温度。因此，建造材料13或例如腔室12内的建造物体可以相应地进行回火。