增材制造系统的制作方法

已经已知了各种类型的上述基于粉末的增材制造系统，比如用于电子束熔化增材制造或激光增材制造的基于粉末的增材制造系统。这些基于粉末的增材制造系统的共同之处在于，工件基于粉末特别是金属粉末以层的方式构建。这些工艺也称为3d打印工艺。

当前，在对增材制造系统进行操作时，特别是在对其固定式粉末储存容器进行手动填充和清空时，处理粉末的操作者存在高风险。细粉末颗粒渗入环境空气并被操作者吸入，从而导致严重的健康损害。此外，粉末本身可能由于环境空气而劣化或污染，从而引起制造部件中的缺陷。

在此背景下，本发明的目的是提供一种改进的上述类型的增材制造系统。

为了实现该目的，本发明提供了一种上述类型的增材制造系统，该增材制造系统的特征在于，所述构建室、所述固定式粉末储存容器和所述粉末供给装置形成粉末处理系统的一部分，该粉末处理系统能够以不透粉末的方式气密密封并且该粉末处理系统能够连接有容纳有新的粉末的可移动粉末储存容器，所述粉末处理系统设计成在气密密封的状态下选择性地将粉末从可移动粉末储存容器供给至固定式粉末储存容器或将粉末从构建室移除。由于这种能够气密密封的粉末处理系统，运送或储存粉末的所有部件至少在该系统的正常操作期间能够以不透粉末的方式密封，因此有效地防止了金属粉末颗粒可能渗入环境空气或可能由于环境空气而劣化或污染。因此，既没有对处理本发明的增材制造系统的操作者的健康风险，也没有由于环境对粉末的不利影响而导致工件质量劣化的风险。

根据本发明的一个方面，所述粉末处理系统包括：第一粉末输送管，该第一粉末输送管用于将粉末从所述可移动粉末储存容器供给至所述固定式粉末储存容器；第二粉末输送管，该第二粉末输送管用于将粉末从构建室移除；以及真空泵，该真空泵设计成借助于对应的阀选择性地连接至所述第一粉末输送管或所述第二粉末输送管。这使得粉末处理系统的结构简单且廉价。

优选地，所述粉末处理系统包括筛分装置，该筛分装置设计并布置成对从可移动粉末储存容器接纳的粉末和/或从构建室移除的粉末进行筛分，由此，优选地设置有用于过大尺寸的材料的桶，该桶能够连接至所述筛分装置。由于这种筛分装置，存在于从可移动粉末储存容器接纳的新的粉末中的尺寸过大的材料或存在于从构建室移除的已使用的粉末中的尺寸过大的材料被筛出并收集在单独的桶中。因此，粉末可以被再次使用而不会使下一构建过程的质量劣化。

粉末处理系统有利地包括中间粉末储存容器，该中间粉末储存容器布置在筛分装置的下游，用于从筛分装置接纳经筛分的粉末，其中，固定式粉末储存容器、筛分装置和中间粉末储存容器优选地彼此连接以形成闭环粉末再循环装置，用于使已使用的粉末进行再循环，以便在增材制造机中再次使用已使用的粉末。

根据本发明的一个方面，中间粉末储存容器连接至振动器装置，并且/或者中间粉末储存容器包括用于对所接纳的粉末进行加热的加热装置和/或用于对所接纳的粉末进行混合的混合装置。振动器装置有助于清空中间粉末储存容器。加热装置能够在将粉末递送至构建室之前将粉末预热至所需温度并干燥粉末，以便优化下一构建过程。优选地，加热装置设计成将容纳在其中的粉末预热至约100℃，特别是预热至100℃与300℃之间的温度。混合装置防止了具有不同粒度的粉末层的形成。

优选地，中间粉末储存容器的下游侧能够连接有第二可移动桶，以便接纳不能在增材制造操作中再一次使用的、需要在维护工作期间等进行中间储存的已使用的粉末。类似于可移动粉末储存容器，第二可移动桶能够有利地连接至粉末处理系统并且能够以不透粉末的方式打开和关闭。

根据本发明的一个方面，所述固定式粉末储存容器连接至振动器装置并且/或者包括称量装置并且/或者包括混合装置。振动器装置有助于清空固定式粉末储存容器。称量装置设计成对储存在固定式粉末储存容器中的粉末进行称量。基于重量，可以确定在一个操作循环之后需要将多少粉末递送至固定式粉末储存容器以便执行下一操作循环。混合装置防止了具有不同粒度的粉末层的形成。

第二粉末输送管有利地联接至抽吸软管，抽吸软管布置在构建室内并且能够由站立在增材制造机前面的操作者手动移动，特别是借助于伸入到所述构建室中的手套手动移动。这种抽吸软管适于操作者操作，以便将粉末从构建室移除。

优选地，所述粉末处理系统包括供给站，供给站具有用于接纳至少一个可移动粉末储存容器的能够气密密封的舱，所述舱有利地包括抽吸软管，抽吸软管布置在舱内并且能够由站立在舱前面的操作者手动移动，特别是借助于伸入到舱中的手套手动移动。这种供给站有助于将新的粉末供给至粉末处理系统。

根据本发明的增材制造系统优选地包括形成一个单个粉末处理系统的若干增材制造机。在本文中，真空泵、筛分装置和中间粉末储存容器可以形成中央粉末处理单元，该中央粉末处理单元可以由所有增材制造机使用。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种用于将粉末供给到至少一个增材制造机的构建室中以及将粉末从至少一个增材制造机的构建室移除的方法，该方法的特征在于，粉末的供给和移除在能够气密密封的粉末处理系统内进行。

根据一个方面，从所述增材制造机移除的已使用的粉末在所述密封的粉末处理系统内被处理，特别是通过筛分被处理，并且然后在所述增材制造机或联接至粉末处理系统的另一增材制造机内重复使用。换言之，已使用的粉末在系统内进行再循环。

通过参照附图对根据本发明的增材制造系统的实施方式的以下描述，本发明的其他特征和方面对于本领域技术人员而言将变得明显。在附图中：

图1为根据本发明的增材制造系统的实施方式的正视图；

图2为图1中示出的增材制造系统的俯视图；

图3为图1中示出的增材制造系统的侧视图；

图4为增材制造系统的示出在图1的左侧部的第一装置的放大正视图；

图5为图4中示出的第一装置的侧视图；

图6为增材制造系统的示出在图1的侧部的第二装置的后视图；

图7为图6中示出的第二布置的侧视图；

图8为增材制造系统的示出在图3的左侧部的供给站的正视图；

图9为供给站的俯视图；

图10为沿图8中的线x-x截取的供给站的横截面图；以及

图11为沿图9中的线xi-xi截取的供给站的横截面图。

附图示出了根据本发明的实施方式的增材制造系统1。增材制造系统1包括基于粉末的增材制造机2，比如用于电子束熔化增材制造或激光增材制造，基于粉末的增材制造机2具有构建室3。为了向构建室3供应粉末，在增材制造机2的上方定位有固定式粉末储存容器4。根据本实施方式，如图6和图7中详细示出的，储存容器4固定至框架5，框架5紧邻增材制造机2定位。然而，也可以将储存容器4集成在增材制造机2中。储存容器4连接至供给装置6，供给装置6适于将粉末分批供给到构建室3中。为此，y形供给管7将供给装置6与构建室3连接。储存容器4设置有振动器装置8，以便帮助储存容器4进行排放。此外，储存容器4搁置在称量装置9上，以便对储存在储存容器4中的粉末进行称量。此外，储存容器4可以配备有混合装置(未示出)，比如螺旋混合器，以便混合容纳在粉末储存容器4中的粉末。这种混合装置可以防止具有不同粒度的粉末层的形成。

作为增材制造系统1的另一部件，提供了中央粉末处理单元10，该中央粉末处理单元10在图4和图5中详细示出。粉末处理单元10包括框架11，框架11从顶部到底部容纳有真空泵12、将真空泵连接至柔性联接接头14的阀13、连接至柔性联接接头14的筛分装置15、将筛分装置15与中间储存容器17连接在一起的第二柔性联接接头16、以及将中间储存容器17与第三柔性联接接头19连接在一起的阀18。真空泵12经由真空管20连接至固定式粉末储存容器4。筛分装置15设置有支管21，由筛分装置15筛出的尺寸过大的材料可以通过支管21排出到单独的可移动桶22中。中间粉末储存容器17连接至用于使容器17振动的振动器装置23，并且中间粉末储存容器17与用于对储存在容器17中的粉末进行加热的加热装置24连接。第三柔性联接接头19经由第一粉末输送管25连接至增材制造机2的固定式粉末储存容器4。此外，柔性联接接头19设计成被连接至安置在粉末处理单元10的底部处的位于柔性联接接头19的下方的可移动桶26。尽管未示出，可移动桶10可以如随后所描述的可移动粉末储存容器31那样布置在单独的供给站中，允许以不透粉末的方式对可移动桶10进行处理，特别是连接、打开和关闭可移动桶。安置在筛分装置15的正上方的柔性联接接头14可以借助于阀13选择性地与通向增材制造机2的固定式粉末储存容器4的第二粉末输送管27或与通向供给站29的抽吸管28联接。

图8至图11中详细示出的供给站29包括能够气密密封的舱30，舱30设计成用于接纳容纳有新的粉末的若干可移动粉末储存容器31。舱30包括观察窗32和前门33，前门33设置有开口34，开口34固定有伸入到舱30的内部的手套34。因此，操作者可以在前门33未打开的情况下对存在于舱30内的物体进行处理。舱30内设置有抽吸软管36，抽吸软管36连接至抽吸管28，抽吸管28连接至粉末处理单元10的柔性联接接头14。舱30安置在可移动平台37上，可移动平台37设置有滚轮38。

根据本发明，构建室3、固定式粉末储存容器4、供给装置6、粉末处理单元10和舱30形成能够气密密封的粉末处理系统，该粉末处理系统设计成选择性地将粉末从接纳在舱30中的可移动粉末储存容器31中的一个可移动粉末储存容器供给至增材制造机2的固定式粉末储存容器4或将粉末从构建室3移除，而在这些操作期间不存在粉末可以渗入环境空气的可能性。

为了用新的粉末填充固定式粉末储存容器4，通过打开和关闭前门33将容纳有这种新的粉末的可移动粉末储存容器31安置在舱30中。在关闭前门33后，粉末处理系统是气密密封的。然后，启动真空泵12，由此操作者可以借助于抽吸软管36将存在于可移动粉末储存容器31中的一个可移动粉末储存容器中的新的粉末抽吸通过抽吸管28和柔性联接接头14，并抽吸到筛分装置15中。筛分装置15对新的粉末进行筛分并将尺寸过大的材料移除到桶22中。剩余的粉末通过第二柔性联接接头16落入中间粉末储存容器17中，在该中间粉末储存容器17中，粉末被加热至所需温度，以便将粉末预回火至所需温度，优选地在100℃与300℃之间，并且以便降低粉末的水分含量。然后，将粉末经由第一粉末输送管25运送至固定式粉末储存容器4。随后，可以对增材制造机2进行操作，由此将所需的粉末借助于供给装置6从储存容器4经由供给管7递送到构建室3中。为此目的，可以在固定式粉末储存容器4与构建室3之间设置旋转阀。

一旦增材制造机2的操作完成，就可以将抽吸软管(未示出)联接至供给管7，以将存在于增材制造机的构建室3中的剩余粉末经由y形供给管7的支管、第二粉末输送管27和柔性联接接头14抽吸至筛分装置15。在筛分装置15中，尺寸过大的粉末被移除到桶22中，而剩余的粉末储存在中间粉末储存容器17中并被加热。

为了清空中间储存容器17，可以将可移动桶25连接至布置在中间粉末储存容器17的下方的柔性联接接头19。

此外，可以将粉末样品回收用于质量控制，而不需要操作者接触粉末。

增材制造系统1的主要优点在于，消除了操作者在对增材制造系统1进行操作时处理金属粉末的健康风险。此外，粉末本身不会由于环境空气而劣化或被污染。因此，防止了由这种劣化或污染引起的制造部件中的缺陷。此外，增材制造装置1允许将已使用的粉末回收在封闭且不透粉末的循环装置内。

应当注意的是，上述实施方式仅用作示例，并且可以在不脱离由所附权利要求限定的保护范围的情况下进行修改。特别地，多个增材制造机可以以上述方式连接至中央粉末处理单元10并且连接至供给站29。此外，作为真空泵12的替代，可以使用另一粉末输送机，比如螺旋输送机等。