用于逐层地制造三维物体以及用于取出完成制造的物体设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于逐层地制造三维物体以及用于将完成制造的物体从包围该三维物体的保持为未固化的粉末中取出的设备和方法，所述三维物体的制造通过逐层地经由能量引入来固化在相应的层中与待制成的物体的横截面相对应的位置上的构造材料来实现。
【背景技术】
[0002]例如在DE102005024790A1中描述了一种用于逐层地制造三维物体的方法(该方法已知的名称为“选择性激光烧结”)以及一种用于执行该方法的相配的设备。
[0003]W001/10631描述了一种用于将完成制造的物体从包围该物体的、保持为未固化的粉末中取出的设备和方法。在物体完成制造之后，容器(物体在该容器中完成制造)被从工艺腔室中取走并且置于取出站中。在一种实施形式中，该取出站包括压缩空气源，空气流从该压缩空气源中切向地吹过容器的上侧。由于支承架(物体安装在该支承架上)在容器中朝向容器的上侧的方向上的运动，保持为未固化的粉末逐渐地被挤出到容器边缘之外，并且被空气流从完成制造的物体吹走。在此时，物体同时被冷却。在另一种实施形式中，容器以预定的角度倾斜。由于支承架在朝向容器的上侧的方向上的运动，保持为未固化的粉末逐渐地被挤出到容器边缘之外，并且在侧面上缓慢流入到收集容器中。
[0004]在该取出设备中，必须提供用于使支承架运动的单独的驱动装置，由此，该设备变得复杂和尺寸大。此外，借由那里所描述的方法，具有空腔的物体不能完全清除保持为未固化的粉末。
【发明内容】
[0005]本发明的任务在于，提供一种改进的设备和一种改进的方法，用于将该物体从包围该物体的保持为未固化的粉末中取出，该物体通过逐层地固化粉末状的原始材料而制成。
[0006]该任务通过根据权利要求1或8的设备和根据权利要求11或23的方法解决。本发明的进一步扩展方案分别在各项从属权利要求中给出。
[0007]通过容纳在旋转框架中的可更换容器从其竖直的位置出发旋转至少90°的角度实现:保持为未固化的粉末能够完全地从可更换容器中或者从制成的物体的空腔中缓慢流出。优选该“缓慢流出”由施加震动或者撞击支持。整个过程可在保护气体氛围下进行。
【附图说明】
[0008]本发明其他的特征和适用性借助附图由对实施例的描述得出。
[0009]图1以示意性的、局部的剖视图示出用于逐层地制造三维物体的设备的实施例，该设备适用于执行本发明。
[0010]图2以示意性的透视图示出在图1中所示的设备的取出站。
[0011]图3以示意性的透视图示出图2的取出站，该取出站具有嵌入的可更换容器。
[0012]图4以示意性的透视图示出图3的取出站，该取出站在旋转了90°的状态中。
[0013]图5以示意性的透视图示出图3的取出站，该取出站在旋转了180°的状态中。
[0014]图6以示意性的透视图示出图3的取出站，该取出站在旋转了180°的状态中，其中，容器盖与收集容器对接。
[0015]图7示出制成的具有内部通道的物体的示意性的几何结构。
【具体实施方式】
[0016]下面，参照图1地描述一种适用于执行本发明的设备的实施例。在图1中所示出的设备是激光烧结设备或激光熔融设备I。为了构造物体2，该设备包括具有腔室壁4的工艺腔室3。
[0017]在工艺腔室3中设置有向上敞开的容器5，该容器构成为可更换容器，这意味着，该可更换容器能从工艺腔室3中取走并且重新装入到该工艺腔室中。在容器5中设置有能在竖直方向V上运动的支承架6，在该支承架上安装有基板6a，该基板使可更换容器朝下封闭并且由此构成该可更换容器的底部。基板6a可以是与支承架6分开地构成的板，该板固定在支承架6上或者该板可以与支承架6集成在一起地构成。根据所使用的工艺，还能在基板6a上安装构造平台7，物体2在该构造平台上构造。但是，物体2也能在基板6a上构造，那么该基板自身用作为构造平台。
[0018]在图1中，在容器5中、在构造平台7上待构成的物体2示出在工作平面8下方并且处于中间状态中，该物体具有多个已固化的层并且被保持为未固化的构造材料9所包围。此夕卜，在工艺腔室3中设置有储备容器10，用于存储能够通过电磁地辐射被固化的粉末状的构造材料11，以及设置有能在水平方向H上运动的涂覆装置12，用于将构造材料11施加到工作平面8上。
[0019]此外，激光烧结设备I包括使用激光器14的辐照设备13，该激光器产生激光束15，该激光束通过转向设备16转向并且通过聚焦设备17穿过在工艺腔室3的壁中的耦入窗口 18而聚焦到工作平面8上。
[0020]此外，激光烧结设备I包括控制单元19，设备的各个组成部分为了执行构造工艺通过该控制单元协调地控制。控制单元可以包括CPU，该CPU的运行由电脑程序(软件)控制。
[0021]最后，激光烧结设备I包括取出站20，用于将物体2从包围该物体的保持为未固化的粉末9中取出。
[0022]图2是取出站20内部的示意性的透视图。为了简化视图而省略可能存在的壳体。
[0023]取出站20包括具有旋转框架22的固定的支架21。旋转框架22这样安装在支架21上，使得该旋转框架能围绕水平延伸的轴线旋转。在图中所示的示例中，旋转轴线延伸通过两个构成旋转框架22的圆形的环的中心。旋转框架22构成为，使得该旋转框架能够容纳可更换容器5。在旋转框架22上安装有盖25，该盖能够用于封闭被装入到旋转框架22中的可更换容器5。
[0024]在旋转框架22下方在支架21中设置有收集容器23，该收集容器在其上侧具有收集口 24。优选收集口 24是可封闭的，例如能通过(未示出的)闸门封闭。此外，收集容器23可具有(同样未示出的)排出口或吸取口，用于去除所收集的粉末。
[0025]在运行中，首先为了制造物体2而将可更换容器5设置在工艺腔室3中。支承架6下降了所期望的层厚，然后使用涂覆装置13来涂上粉末状的构造材料12的层。接着，待制造的物体的横截面由激光束15扫描，使得在这些位置上的粉末状的构造材料12固化。这些步骤重复直至物体完成制造。
[0026]为了将物体2从包围该物体的保持为未固化的粉末9中取出，可更换容器5被置于取出站20中并且装入到旋转框架22中。图3示出在如下状态中的取出站20，即可更换容器5被装入在该取出站中。在此，盖25使可更换容器5朝上封闭。盖25在其上侧上具有排出口26，用于排出保持为未固化的粉末9ο该排出口 26首先由(在图中未示出的)闸门封闭。
[0027]接着，如在图4中所示的那样，旋转框架22带着容纳在其中的可更换容器5—起绕水平的旋转轴线旋转。在图5中所示的最终状态中(旋转角度180°)，盖25的排出口 26向下指向，并且与收集容器23的收集口 24相对置。在该位置中，盖25的闸门释放排出口 26，并且保持为未固化的粉末9能缓慢流入到位于下方的收集容器23中。物体2构造在构造平台7上并且直接与该构造平台连接(例如，通过将该物体直接烧结在该构造平台上)或者该物体构成在固定于构造平台7上的基板上。因此，S卩使在旋转180°的情况下，该物体也不会落下。
[0028]在可更换容器5将保持为未固化的粉末9排空之后，该可更换容器被从取出站20中取走，盖25被去除，并且物体2被从构造平台7中取下。由此完成所述物体2的取出。
[0029]为了支持粉末9从物体2取下，可将振动传送到物体2上。该震动从外部施加到可更换容器5上，优选施加到设置在可更换容器5中的(保持所述物体的)基板6a或者构造平台7上。在此，优选通过合适的减振措施确保，该震动不会扩散到该设备的其他部件上，例如照明装置或工艺腔室(在该工艺腔室中可能已经在同时制造有另一个物体)，以便不影响该另一个物体的制造精确性。
[0030]替代于振动(即连续的振荡)或者除此之外，也可以将撞击(即单个的依次相继的冲击)传送到物体2上。
[0031]根据用于制造物体的几何数据以及根据不同的工艺参数(例如所使用的粉末的种类和颗粒大小、层厚、被激光辐射的持续时间或粉末在加工期间的温度)可以适当地选择所述震动或撞击的参数并且相应地控制取出设备20。在震动的情况下，所述参数例如是频率、方向、振幅、持续时间或振动的脉冲波型，在撞击的情况下，所述参数例如是各个冲击的强度或方向或各个冲击的时间间隔。所述选择和控制也可以由计算机控制地通过软件进行。
[0032]如在图6中所示的那样，可更换容器的盖25与收集容器23的盖对接。在这种情况下，形成封闭的气体密封的内部空间，该内部空间由可更换容器5和收集容器23构成并且可以用保护气体填充，使得可更换容器5的排空在保护气体氛围下进行。因为物体2和粉末9在取出时通常还是热的，由此能避免不期望的反应。但是替代地，取出站20的整个内部也能用保护气体填充。如果盖25的排出口 26和/或收集容器23的收集口 24构成为可封闭的，那么当它们两个(拆卸容器和收集容器)彼此分开时，保护气体氛围于是也能维持在可更换容器5和/或收集容器23中。
[0033]盖25也可以分开地被提供，而不是取出站20的固定的组成部分。如果保护气体氛围不是必须的，那么也不必须将盖安装在可更换容器5上。于是，粉末在可更换容器5旋转时从该拆卸容器打开的上侧缓慢流出来。于是，收集口 24和收集容器23必须相应地足够大，以便能够收集缓慢流出的粉末。
[0034]为了使粉末完全从可更换容器5中去除，该可更换容器必须从竖直的位置旋转至少90°，优选旋转至少120°、在进一步优选的方式中旋转至少150°并且还在还进一步优选的方式中旋转至少180°。所述“竖直的位置”是可更换容器的这样的位置，在该位置中排出口26朝上指向并且物体2在该位置中被制造。在此，旋转轴线优选水平地延伸，所述旋转围绕该旋转轴线进行。也可以使用这样的设置，即完全不限制该角度并且所述可更换容器能例如旋转大于360°。
[0035]通过所描述的方法也可能的是，(通过逐层地固化粉末状的初始材料而制成的)物体被可靠地清除包围该物体的保持为未固化的粉末。在此，单独的用于使支承架(物体安装在该支承架上)运动的驱动装置是不必须的。此外，粉末也能从空腔中缓慢流出，该空腔借由所描述的现有技术是不能被清除除粉末的。通过使旋转轴线在所描述的旋转框架中穿过可更换容器，相比于旋转轴线在容器下方的情况，取出站能明显更紧凑地构成。
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