本发明涉及通过使用具有电磁辐射的能量束(例如激光束)和/或粒子束(例如电子束)烧结或熔融粉末颗粒进行粉末基增材制造的领域。
更具体地，本发明涉及包括多个增材制造机器的增材制造设施的密闭以及增材制造托盘在所述设施内的密闭运输。
背景技术：
在增材制造机器的制造腔内进行增材制造方法的过程中，在增材制造托盘上沉积第一粉末层，所述增材制造托盘滑动地安装在制造套管内，所述制造套管在制造腔内保持原位。然后，使用上述能量束之一使该第一粉末层以预定模式凝固。然后，使制造托盘在制造套管内降低从而允许沉积和凝固第二粉末层。最后，依次进行降低托盘然后沉积和凝固粉末层的步骤直到沉积和凝固制造待生产部件所需的最后一个粉末层。
增材制造周期结束时，制造的部件通过其基部连接至增材制造托盘，并且制造的部件埋在大量未凝固粉末中。
为了收回制造的部件，需要从机器的制造腔中取出增材制造托盘。优选地，借助于设置在制造套管下方的容器从制造腔中取出增材制造托盘和制造的部件。有利地，所述容器还可以用于回收和运输包围制造的部件的未凝固粉末。
为了进行新的增材制造周期，必须在增材制造机器的制造腔中插入新的干净托盘并且将其放置就位。
当使用多个增材制造机器以工业规模生产部件时，取出和插入增材制造托盘的操作不能由操作者手动进行。
首先，操作者可能会反复受到增材制造粉末的某些成分的毒性的影响。其次，当手动进行时，这些操作太费时间。
因此，如US-6824714中所述，可以使用链式运送机装置以自动方式将空容器/托盘组件运送至增材制造机器的制造腔并且从所述腔中取出使用过的具有制造的部件和包围该部件的未凝固粉末的容器/托盘组件。
根据文献US-6824714中所述的方案的第一个缺点，从机器中取出和运送充满未凝固粉末的容器/托盘组件而没有保护也没有避免未凝固粉末颗粒散布在设施中的装置。
考虑到工业上使用的(特别是用于制造金属部件的)增材制造粉末的某些成分的毒性，US-6824714中所述的方案造成环境危害并且对设施中移动的人群造成健康和安全风险，即使人群穿戴合适的防护设备例如工装、护目镜和面罩。
最后，根据文献US-6824714中所述的方案的另一个缺点，用于插入和取出增材制造容器/托盘组件的自动装置不能维持在增材制造机器的制造腔内进行的增材制造方法所需的惰性气氛或受控气氛。
因此，对于US-6824714中所述的自动方案，需要在每个取出增材制造容器/托盘组件的步骤之后提供惰化或调节制造腔内存在的空气的步骤。从工业观点来看，该空气调节或惰化步骤缩短了增材制造机器有效使用的时间量，因此降低了生产力。
最后，为了符合保护环境和增材制造设施中工作的人群健康的某些规定，还需要改进使用增材制造机器的卫生条件。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是克服现有技术中发现的至少一个缺点并且满足上述工业需求。
为此，本发明的主题是以自动且密闭方式操作的增材制造设施。
根据本发明，所述设施包括密闭室，所述密闭室内设置多个增材制造机器，每个机器包括制造腔并且能够在所述腔内以自动且密闭方式制造部件。
此外，所述设施在密闭室内包括供应设备和供应回路从而以自动且密闭方式向设施的各个机器供应准备用于增材制造中的增材制造粉末。
然后，在密闭室内，所述设施包括用于运送增材制造容器/托盘组件的运送设备，所述运送设备包括至少一个运送腔，所述运送腔在各个机器之间循环从而以自动且密闭方式向设施的各个机器供应干净托盘并且以自动且密闭方式收回已经被这些机器用过的托盘。
最后，在密闭室内，所述设施进一步包括清洗设备，所述清洗设备包括至少一个清洗腔从而以自动且密闭方式清洗所述清洗腔中的增材制造托盘。
通过完成根据本发明的设施的自动化，能够从密闭室的外部控制设施的操作，因此将设施中人群的存在仅限于维护程序和维修程序。
有利地，通过在各个增材制造机器和清洗设备之间以密闭方式运输增材制造容器/托盘组件，避免了设施及其周围被毒性粒子污染。
根据一个明显的优点，密闭地运输增材制造容器/托盘组件使得能够设想在受控气氛或惰性气氛中运输，从而在从制造腔中取出增材制造容器/托盘组件和将增材制造容器/托盘组件插入制造腔的每个步骤之后无需重新调节增材制造机器的制造腔内的空气。
本发明还提供根据本发明的增材制造设施的密闭方法。
根据该方法，密闭室内的空气保持在低于密闭室外空气的压力。因此，通过腔内外之间的压力差改进了由密闭室的密封性提供的密闭。
附图说明
通过如下描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚。以非限制性实施例的方式给出的该描述涉及附图，在附图中：
-图1为根据本发明的增材制造设施的示意性俯视图，
-图2为根据本发明的增材制造设施的示意性侧视图，
-图3为根据本发明的用于运送增材制造容器/托盘组件的运送设备的示意性立体图，
-图4为图1的细节图，
-图5为根据本发明的用于运送增材制造容器/托盘组件的运送设备的示意性截面图，并且
-图6为显示使用根据本发明的运送设备从增材制造机器的制造腔中取出增材制造容器/托盘组件或将增材制造容器/托盘组件插入增材制造机器的制造腔的示意性截面图。
具体实施方式
如图1所示，本发明涉及增材制造设施，所述增材制造设施包括多个增材制造机器M1、M2、M3、M4，所述多个增材制造机器M1、M2、M3、M4安装在设施的密闭室10内。
密闭室10表示避免腔内存在的空气循环至腔外的密封腔。
如图6可见，每个机器M1、M2、M3、M4包括制造腔12并且在所述腔12内以自动且密闭方式制造部件。制造被称为密闭的，因为制造腔12可以以密封方式关闭从而避免所述制造腔12内部的空气循环至所述腔的外部(即设施的密闭室10)。
有利地，每个机器M1、M2、M3、M4可以在其制造腔12内包括多个(优选两个)工作区域。因此，每个机器能够在多个增材制造托盘上同时制造部件。
如图4所示，每个机器M1、M2、M3、M4的腔12可以包括与工作区域16的数目一样多的用于增材制造容器/托盘组件的入口/出口气闸14，容器/托盘组件通过每个工作区域专用的入口/出口气闸14进入和离开每个工作区域16。
为了以自动且密闭方式给设施的各个机器M1、M2、M3、M4供应准备用于增材制造中的增材制造粉末，所述设施在密闭室10内包括粉末供应设备18和供应回路20。所述供应回路20将供应设备18连接至设施的各个机器M1、M2、M3、M4。有利地，在将粉末分配至机器之前，供应设备18还用于生产粉末，所述生产例如包括干燥和筛分粉末的步骤。
由于供应设备18包括用于连接加工设备、烧结设备和粉末流动控制设备的多个管道，所述供应设备18包括多个接合处，粉末颗粒可能通过所述接合处逸出。由于一些增材制造粉末可能包含毒性成分，本发明使得供应设备18与设施的剩余部分隔离。为此，供应设备18设置在保护室22内，所述保护室22设置在设施的密闭室10内，供应回路20的一个或多个管道24以密封方式穿过所述保护室22的壁26。为了允许管道24以密封方式穿过壁26，例如在所述壁26中形成开口并且在所述开口处在所述壁26和所述通道24之间设置密封装置。
此外，为了限制设施的密闭室10的粉末泄漏，供应回路20通过从供应设备18抽吸从而将粉末运送至设施的机器M1、M2、M3、M4。
为了使操作者无需进入密闭室10或供应设备18的保护室22来补充粉末，从保护室22的外部并且从设施的密闭室10的外部为所述供应设备18补充粉末。为此，在密闭室10的外部设置补充室28，补充回路30将位于所述补充室28中的补充容器32连接至供应设备18。如同供应回路20的一个或多个通道24，所述补充回路30的一个或多个通道36以密封方式穿过密闭室10和保护室22的一个或多个壁34。
有利地，粉末回收回路38将设施的每个机器M1、M2、M3、M4连接至供应设备18从而回收和再利用设施的每个机器中沉积的过量增材制造粉末。所述回收回路38通过从机器M1、M2、M3、M4抽吸将粉末运送至供应设备18，并且回收回路38的一个或多个管道40以密封方式穿过保护室22的壁26。
此外在密闭室10中，为了完成设施的自动化，所述设施还包括用于运送增材制造容器/托盘组件C的运送设备42。
增材制造容器/托盘组件C表示由增材制造托盘和增材制造容器组成的组件。容器采取围绕托盘的壁的形式并且用于运输具有制造的部件和包围部件的未凝固粉末的托盘。
为了运送这些增材制造容器/托盘组件C，运送设备42包括至少一个在各个机器M1、M2、M3、M4之间循环的运送腔44。所述运送设备42能够以自动且密闭方式为设施的各个机器M1、M2、M3、M4供应干净托盘P并且以自动且密闭方式获得已经被这些机器M1、M2、M3、M4使用的托盘P以及制造的部件。
作为一个变体或当特别需要时，运送设备42还能够以密闭方式单独运输具有或不具有制造的部件的托盘P而不运输容器。在使用运送设备42运输具有制造的部件的托盘而不运输容器的情况下，机器M1、M2、M3、M4优选装配有在增材制造周期的末尾回收包围制造的部件的未凝固粉末的装置。
更具体地，运送设备42采用在设施的密闭室10内并且在所述腔10的地板47上延伸的循环路径46的形式，一个或多个运送腔44安装于在所述路径46上运行的推车48上，如图2至图6所示。
优选地，循环路径46为直线的并且设施的各个机器M1、M2、M3、M4分布在所述循环路径46的第一段T1的两侧。还优选地，所述第一段T1设置在传送设备42的循环路径46的第一端E1处。
此外在密闭室10中，为了完成设施的自动化，所述设施包括清洗设备50，所述清洗设备50包括至少一个清洗腔52，在所述清洗腔52中以自动且密闭方式清洗增材制造托盘P和制造的部件。有利地，不同于保留在密闭室10内的容器，由于需要从密闭室10中取出托盘P和制造的部件，只有托盘P和制造的部件需要进行清洗。
在一个优选的变体中，清洗设备50包括第一干洗腔52和第二湿洗腔54，和将托盘P从一个腔运输至另一个腔的运送器56。有利地，湿洗腔54位于将增材制造托盘P插入密闭室10并且从密闭室10中取出托盘P的入口/出口气闸58的附近，用于运送托盘P的第二运送器60设置在所述湿洗腔54和所述气闸58之间。
在所述设施的一个优选的实施方案中，用于托盘P的清洗设备50和入口/出口气闸58设置在运送设备42的直线循环路径46的第二端E2处。
为了优化设施的各个机器和设备的各个腔中的容器/托盘组件C的密闭，所述设施包括用于控制设施的密闭室10内的空气压力的设备62，用于控制增材制造机器M1、M2、M3、M4的制造腔12内的空气压力的设备64，用于控制运送设备42的每个运送腔44内的空气压力的设备66，以及用于控制清洗设备50的至少一个清洗腔52、54内的空气压力的设备68。通过这些各个设备62、64、66和68，能够将腔12、44、52和54中的空气保持在低于或等于密闭室10中的空气的压力。因此限制了毒性粉末颗粒从这些腔12、44、52和54至密闭室10的任何泄漏。
有利地，在将空气引入设施的密闭室10之前，设备62还能够处理空气。例如，在将空气引入密闭室10之前，设备62能够过滤并且控制取自密闭室10外部的空气的温度和湿度。
为了能够控制制造腔12和运送腔44的惰化，还使用设备64来控制引入增材制造机器M1、M2、M3、M4的制造腔12的空气的气体组成，并且还使用设备66来控制引入运送设备42的每个运送腔44的空气的气体组成。更具体地，还可以使用设备64和66来控制引入连接至这些设备的腔的空气中的氧气含量。每个运送腔44进行惰化使得机器M1、M2、M3、M4无需装配惰化气闸，并且在容器/托盘组件C每次进入/离开之后避免对每个制造腔中存在的空气进行再惰化。有利地，还可以使用设备64和66从密闭室10的外部管理连接至这些设备的腔的去惰化。
优选地，所有这些各个设备62、64、66和68设置在设施的密闭室10的外部。因此，这些设备不会使密闭室10的工作体积杂乱，并且能够干预这些设备而无需进入具有所需保护设备的密闭室10。此外，由于设置在设施的密闭室10的外部，这些各个设备62、64、66和68不需要定期净化。
为了促进排出高密度增材制造粉末的颗粒或粒子，在设施的密闭室10中提供向下空气流。为此，密闭室10的顶板70装配有至少一个通风机72，通过所述通风机72将空气引入密闭室，并且与密闭室的底板47齐平地提供至少一个抽风机74，通过所述抽风机74从密闭室10中抽出空气。更具体地，例如采取通风轨道形式的通风机72连接至用于控制设施的密闭室10内的空气的压力和组成的设备62，并且每个空气抽风机74连接至过滤设备76，所述过滤设备76在将空气排出密闭室10之前用于过滤空气。
为了从设施的密闭室10的外部控制其操作，每个增材制造机器M1、M2、M3、M4连同清洗设备50和运送设备42包括设置在设施的密闭室10的外部的管理界面78。优选地，上述各个机器和各个设备共享单个管理界面78。如图1所示，所述共享的管理界面78可以安装在位于密闭室10外部的监视亭80中。
为了限制未凝固粉末颗粒可能在密闭室10的底板47上沉积的表面，并且由于管理界面78和向增材制造机器M1、M2、M3、M4、清洗设备50和运送设备42供应空气(例如设备64、66和68)和/或电力和/或气动动力的装置设置在设施的密闭室10的外部，计算机连线(例如配线)在这些机器和这些设备的顶部和密闭室的顶板70之间延伸，所述计算机连线将增材制造机器M1、M2、M3、M4、清洗设备50和运送设备42连接至其管理界面78并且将其连接件(例如导管和缆线81)连接至其供应空气和/或电力和/或气动动力的装置。由于运送设备42可移动，其通过牵引链82连接至其管理界面78及其供应装置。
为了调节容器/托盘组件C在机器M1、M2、M3、M4和清洗设备50之间的流动，设置两个用于储存容器/托盘组件C的设备84和86。所述储存设备的腔被设计成与运送设备42的一个或多个运送腔44联通。为了避免干净托盘P被污染，一个设备84专用于储存包括干净托盘P的容器/托盘组件C，而另一个设备86专用于储存包括待清洗托盘P的容器/托盘组件C。有利地，还可以设想惰化这些设备84、86的储存腔并且控制这些腔内的空气压力。优选地，这两个储存设备84和86在机器M1、M2、M3、M4和清洗设备50之间朝向运送设备42的循环路径46的中心设置。
为了允许手动取出受损的或有缺陷的托盘P或容器/托盘组件C，沿着运送设备42的循环路径46设置维护气闸88。所述维护气闸88的腔被设计成与运送设备42的一个或多个运送腔44联通。优选地，所述维护气阀88设置在运送设备42的循环路径46的第二端E2处。
此外在运送设备42的循环路径46的第二端E2处，并且在所述路径46的端部处设置维护区域90从而在运送设备42的推车48上进行各种维护程序，例如更换运送腔44。
除了上文描述的各个密闭室和各个空气流动和处理设备之外，本发明还提供一种方法从而改进设施的各个设备和机器的各个腔中运输和使用的容器/托盘组件C和托盘P的密闭。
首先，为了保护设施外部的环境(例如车间的其它设施)，根据所述密闭方法，将密闭室10内的空气保持在低于密闭室外部的空气的压力。因此避免了增材制造粉末颗粒至设施外部的任何泄漏。
然后，由于每个运送腔44被设计成与各个机器M1、M2、M3、M4的制造腔12联通，根据所述密闭方法，每个运送腔44内的空气压力基本上等于每个增材制造机器M1、M2、M3、M4的制造腔12内的空气压力。
为了在每次取出和插入增材制造容器/托盘组件C之后避免再惰化增材制造机器M1、M2、M3、M4的制造腔12，根据所述密闭方法，每个运送腔44内的空气组成保持基本上等同于每个增材制造机器M1、M2、M3、M4的制造腔12内的空气组成，特别是所述空气中的氧气和惰性气体(例如氮气)的比例。
为了优化清洗设备50的干洗腔52的密闭，根据所述密闭方法，干洗腔52内的空气压力保持低于设施的密闭室10内维持的空气压力。
最后，为了优化供应设备18在其设置在设施的密闭室10内的保护室22中的密闭，根据所述密闭方法，保护室22内的空气压力保持低于密闭室10内维持的空气压力。
除了增材制造设施的完全自动化和容器/托盘组件C在各个腔中的密闭之外，本发明还涉及用于运送所述增材制造容器/托盘组件C的运送设备42。
如图3至图6所示，运送设备42包括至少两个用于运送增材制造容器/托盘组件C的运送腔44。每个运送腔44包括至少一个使增材制造容器/托盘组件C进入/离开的开口92，并且每个开口92设置有用于以密封方式关闭运送腔44的门94。
由于与运送设备42的推车48和循环路径46相关联，两个运送腔44可以在设施的各个机器M1、M2、M3、M4和各个设备50、84、86、88之间以密闭和自动方式运输增材制造容器/托盘组件C以及增材制造托盘P。此外，通过分别运输干净托盘P和待清洗托盘，两个运送腔44使得能够保持干净托盘P的清洁度直至在增材制造机器的制造腔12内将其放置就位并且使用。
在运送腔44和机器M1、M2、M3、M4的制造腔12之间运输容器/托盘组件C的过程中，为了保证这两个腔之间的最佳密封，运送腔的设置有允许增材制造容器/托盘组件C进入/离开的开口92的每个壁96采取包括内壁98和外壁100的双壁形式，每个壁被允许增材制造容器/托盘组件C进入/离开的开口92、102贯穿，内壁98中的开口92装配有用于以密封方式关闭所述内壁98和运送腔44的门94，而外壁100中的开口102装配有外周密封件104。优选地，外周密封件105还设置在门和内壁98之间。为了实现运送腔44和增材制造机器M1、M2、M3、M4的制造腔12之间的密封，开口102优选在外壁100的整个表面上延伸。
理想地，如图6所示，制造腔12的被设计成与运送腔44的壁96接触的壁106也采取包括内壁108和外壁112的双壁形式。内壁108包括通过门110关闭的开口109，外周密封件115设置在门110和内壁108之间，并且外壁112具有设置有外周密封件114的开口113。
有利地，运送设备42的每个运送腔44装配有致动器116(例如齿条系统)使得所述运送腔44相对于推车48横向移动。因此，在运送腔44和制造腔12之间运输容器/托盘组件C的过程中，运送腔44的壁96挤压制造腔12的壁106，并且外壁100、112的密封件104、114彼此挤压从而密封这两个腔之间的联通。
为了节省空间并且帮助将运送腔44带到制造腔12的旁边，运送腔44的门94和制造腔12的门110滑动。
在相比于设施的直线循环路径46和线性布置优化的运送设备42的一个实施方案中，每个运送腔44包括至少两个对立侧壁96D、96G，这些对立侧壁96D、96G的每一者包括使增材制造容器/托盘组件C进入/离开的开口92，所述开口92设置有用于以密封方式关闭运送腔44的门94。因此，运送腔44能够将容器/托盘组件C带到设置在循环路径46两侧的机器M1、M2、M3、M4和各个设备50、84、86、88。
此外，根据相比于设施的直线循环路径46和线性布置优化的运送设备42的一个实施方案，由于运送设备42包括安装有运送腔44的推车48，运送腔44在推车48上并置使得运送腔44中的每个开口92与另一个运送腔中的开口92并置。
由于推车48在平行于推车行驶的循环路径46的方向D46的纵向方向D48上延伸，运送腔44在垂直于推车48的纵向方向D48的横向方向DT上打开，并且优选在所述纵向方向D48的两侧打开。此外，当致动器116使运送腔44相对于推车48横向移动时，其使所述运送腔44在所述横向方向DT上移动。
除了使运送腔44横向移动的致动器116之外，每个运送腔44包括内部运送器118使得增材制造容器/托盘组件C或托盘P通过所述腔中的每个开口92平移移动。更准确地，所述内部传送器118能够使容器/托盘组件C或托盘P在垂直于推车48的纵向方向D48的横向方向DT上移动。
为了使推车48沿着循环路径46自动移动，所述推车48的至少一个车轴120机动化。
有利地，运送设备42及其运送腔44可以用于单独运输托盘P或共同运输托盘P和制造的部件。
从更全面的角度来看，本发明还涉及在增材制造设施内运送增材制造容器/托盘组件C或托盘P的方法，所述增材制造设施包括多个增材制造机器M1、M2、M3、M4。
根据本发明，根据所述运送方法，在所述设施内(即在所述设施的密闭室10内)在所述腔内存在的各个机器M1、M2、M3、M4和各个设备50、84、86、88之间以自动且密闭方式运输增材制造容器/托盘组件C或托盘P。
有利地，同样根据所述运送方法，例如通过设备66和连接件81、82，特别通过控制运送腔44内存在的空气中的氧气和惰性气体(例如氮气)的比例，从而在所述设施内在受控气氛中以自动且密闭方式运输增材制造容器/托盘组件C或托盘P。
最后，特别借助于两个运送腔44的存在，根据所述方法，不同于用于运送已经被增材制造机器M1、M2、M3、M4用过的托盘P的运送腔，在另一个运送腔中运送干净托盘P。优选地，一个运送腔44用于运输干净托盘P，运送设备42的另一个腔44用于运输增材制造已经用过的托盘P。
通过增材制造容器/托盘组件C或托盘P在设施内的完全自动运输并且借助于储存设备84和86的存在，增材制造机器M1、M2、M3、M4的有效使用时间达到最大化。同样地，特别是相比于现有技术的并入了用于清洗托盘和回收粉末的内部装置的机器，由于托盘P的清洗和粉末的供应在外部交互进行，增材制造机器M1、M2、M3、M4的有效使用时间达到最大化。