本发明涉及一种用于生成式逐层构建装置的更换式平台支座和一种生成式逐层构建装置，所述更换式平台支座安装在所述生成式逐层构建装置中。
背景技术：
利用生成式逐层构建装置通过在物体支架上逐层地固化无形状的构建材料来制造物体，在所述生成式逐层构建装置中，通常物体不是直接在支架上制造，而是在设置在支架上的构建底座上制造。这有这样的优点，即，在制造完成所述物体之后，可以与底座一起将所述物体从构建容器中取出并且可以在逐层构建装置之外使所述物体与底座分离。为了特别是在施加构建材料层时不出现物体在支架上滑动的情况，一方面构建底座与支架螺纹连接，另一方面对于构建底座选用物体最下面的层能良好附着的材料。
特别是对于通过热供应在选择的位置使构建材料固化的生成式逐层构建方法中，通常会对构建材料进行达到这样的(工作)温度的预热，所述温度例如略微低于使常见的粉末状构建材料的颗粒相互连接的温度，就是说至少在表面发生熔化的温度。为了避免由于热应力使所述制造的物体发生变形，de10108612c1这里提出，通过对构建容器的壁部进行加热并且特别是通过加热构建底座来实现在存在于构建容器内部的粉末块中进行温度调节。
de10342880a1专注于这样的问题，即，在加热设置在支座上的构建底座、例如构建平台或者说基板时，所述基板会由于温度梯度在基板上发生弯曲，从而由经加热的支架向基板的温度传递减弱。特别是当基板不是与支架固定地螺纹连接时，而是为了能实现自动可更换性而仅与支架卡接时，就会出现这个问题。为了解决这个问题，de10342880a1提出，在基板中设置凹口，通过所述凹口减小基板的热变形。由此需要较小的保持力将基板保持在支架上。
本申请的发明人已经确认，在使用用于保持基板的夹紧系统时如果同时通过支架加热基板，则始终会在基板和支架之间存在空隙。其原因在于，为了精确地固定基板在支架上的位置，夹紧系统设计成刚性的并且因此不能防止由于微小变形而在基板和支架之间形成的间隙。但基板和支座之间的空隙会导致对从经调温的支架到基板的热传递产生不利影响，这是不希望的。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是，在生成式逐层构建装置中的构建底座(构建平台或基板)易于更换的同时，还确保能精确地将构建底座设置在支架上和实现基板和支架之间良好的热传递。
所述目的通过一种根据权利要求1的更换式平台支座和根据权利要求15的生成式逐层构建装置来实现。本发明的改进方案分别在从属权利要求中给出。
在根据本发明的用于生成式逐层构建装置的更换式平台支座中，所述逐层构建装置设计成，用于在更换式平台上通过在相应的层中与至少一个三维的物体相对应的位置处使粉末状的构建材料逐层固化来制造所述至少一个物体，所述更换式平台支座具有：
夹紧装置，用于相对于更换式平台支座的位置能松开地固定更换式平台的位置；
调温系统，所述调温系统设计成，向其周围环境的至少一部分供应热能和/或从其周围环境的至少一部分导出热能；
压紧装置，所述压紧装置适于，当更换式平台在夹紧装置中夹紧时，将调温系统的至少一部分压向更换式平台。
根据本发明，尽可能精确地将更换式平台固定在更换式平台支座上的预定位置的夹紧装置不必同时也确保更换式平台支座与更换式平台之间良好的热传递。相反，更换式平台支座具有压紧装置，所述压紧装置独立于夹紧装置将调温系统压向更换式平台并由此确保良好的热传递。通过根据本发明的功能上的分离，夹紧装置固定更换式平台位置的精度不会由于确保良好热传递的功能受到影响。当然，夹紧装置和压紧装置也可以实现配合作用，根据本发明是压紧装置而不是夹紧装置确保将调温系统向更换式平台压紧、特别是垂直于更换式平台朝向更换式平台支座的表面压紧。
根据本发明特别是不必将整个更换式平台支座压向更换式平台，而是在更换式平台被夹紧时，仅将调温系统的一部分、优选是其表面朝向更换式平台的部分压向更换式平台。还需要强调的是，调温系统不仅可以是设计成向其周围环境的一部分供应热量的加热装置，而且本发明同样可以与冷却装置或加热/冷却装置结合使用，所述冷却装置或加热/冷却装置设计成从其周围环境的至少一部分中导出热能。
调温系统优选具有多个调温单元，其中每个调温单元都适于，向其周围环境的至少一部分供应热能和/或从其周围环境的至少一部分导出热能。由此可以将各个调温单元安装在不同的位置处，以便例如对更换式平台的不同区域进行不同的加热和/或冷却。也可以实现加热和冷却的一种时间序列，例如交替的序列或带有中断的序列，这也可以利用唯一的调温单元(但也可以利用多个调温单元)来实现，所述调温单元此时可以按所谓的变温法工作。本发明这里包括所有将至少一个所述调温单元压向更换式平台的实施方案。
此外优选的是，所述夹紧装置适于，在一个平行于更换式平台上的各层的平面中以一定的位置不确定性使更换式平台中的一个预先规定的部位的调节位置与更换式平台支座中的一个预先规定的部位的支座位置相一致，所述位置不确定性在该平面中的一个方向上小于/等于30μm，优选小于/等于25μm，特别优选小于/等于20μm。
特别是当应以高精度固定更换式平台相对于更换式平台支座的位置时，本发明是有利的。特别是可以与基准夹紧系统相结合使用本发明，在所述基准夹紧系统中，在更换式平台上定义一个基准点，所述基准点不仅在生成式逐层构建装置中制造物体时用作基准点，而且还在其他对生成式制造的物体进行后处理的处理装置中、例如铣削装置中用作基准点。在这种基准夹紧系统中，相对于相应的装置能够尽可能无间隙地设置平台是非常重要的。这里，沿平行于更换式平台上的各层的方向的位置不确定性是指实际位置与目标位置沿规定方向的偏差的大小。为此是采用所有偏差的统计平均值或采用所述偏差所出现的最大值进行评判，对于本发明并不重要。这两种情况都可以使用。
尽管可以通过相互分开的过程操作则夹紧装置和压紧装置，但所述夹紧装置和所述压紧装置优选设计成，使得在夹紧更换式平台时调温系统的至少一部分被压向更换式平台。由此尽管夹紧装置和压紧装置的功能是分离的，仍实现了更换式平台简单的可更换性。
在一个特殊的实施形式中，所述压紧装置是调温系统的组成部分。由此简化的结构，例如调温系统或其被压向更换式平台的部分可以至少部分地具有弹性的、优选导热良好的罩壳。
为了实现压紧装置，可以采用不同的设计方案。但优选的是，所述压紧装置是弹性元件，例如是一个或多个弹簧或由弹性体材料制成的元件，所述弹簧或元件优选这样安装，使得当所述更换式平台夹紧在夹紧装置中时，所述弹簧或元件垂直于更换式平台朝向更换式平台支座的表面将调温系统的至少一部分压向更换式平台。由此可以以特别简单的方式实现压紧功能。
这里，所述夹紧装置优选适于，在更换式平台与更换式平台支座之间建立连接，使得在连接状态下所述弹性元件被压缩。例如夹紧装置设计成，使得为了将更换式平台与更换式平台支座相连接必须压缩弹性元件，从而此时在固定状态下弹性元件(例如一个或多个弹簧)垂直于更换式平台朝向更换式平台支座的表面将调温系统的至少一部分压向更换式平台。
备选于或附加于采用弹性元件，也可以这样来实现压紧功能，即，所述压紧装置是气动、液压、电磁或压电操作的装置。这有这样的特别的优点，即，此时可以特别简单地自动控制压紧功能。
所述更换式平台支座优选具有更换式平台支座下部和更换式平台支座上部，其中，调温系统的至少一部分存在于更换式平台支座上部中，优选存在于更换式平台支座上部的上侧上，并且压紧装置、优选是弹性元件设置在更换式平台支座下部和更换式平台支座上部之间。通过这个实施方案确保了，不会由于压紧装置的部件妨碍调温系统在更换式平台上的贴靠。此外，不必将压紧装置附装在调温系统上。将更换式平台支座上部连同设置在其上侧上的调温系统一起压向更换式平台就足够了。由此可以避免在调温系统和压紧装置之间发生热传递，其方式是在压紧装置和调温系统之间存在绝缘结构，所述绝缘结构例如安置在更换式平台支座上部中。
在一个特殊的实施形式中，调温系统的至少一部分具有柔性的设计，优选具有多个部段，这些部段柔性地相互连接。当调温系统的至少一部分具有柔性的设计时，则所述部分能够与更换式平台的不平坦的下侧相适配。例如，调温系统可以由多个柔性地相互连接的部段组成，所述部段被压入更换式平台下侧上的凹部中。由此可以建立与更换式平台下侧的改进的接触并能够改进热传递。
此外优选的是，调温系统具有这样的面，所述面设计成，使得当更换式平台夹紧在夹紧装置中时，该面平行于更换式平台朝向更换式平台支座的表面。特别是当更换式平台具有平坦的外形时，优选至少部分地设置在更换式平台朝向更换式平台支座的表面上的调温系统优选设计成，使得所述调温系统在其朝向更换式平台的表面上同样是平坦的并且能够贴靠在更换式平台上。所述面贴靠在更换式平台上的份额越大，则热传递越好。因此，调温系统朝向更换式平台的面贴靠在更换式平台上的份额应至少为50％、优选至少为60％、特别优选至少为80％。
调温系统优选具有至少一个加热元件，特别是加热筒，因为对于多数生成式逐层构建法重要的是，通过构建底座提供用于构建过程的热量，以便在制造过程中在要制造的物体和包围所述物体的构建材料的内部实现尽可能均匀的温度分布。
通过将调温系统能松开地固定在更换式平台支座上，能够简单地更换调温系统。尽管调温系统具有易于更换性，由于根据本发明存在压紧装置，仍能确保向夹紧的更换式平台的良好热传递。
根据本发明的生成式逐层构建装置设计成，用于在更换式平台上通过在相应的层中与至少一个三维的物体相对应的位置处使粉末状的构建材料逐层固化来制造所述至少一个物体，所述生成式逐层构建装置具有能够在高度上移动的、特别是能基本上垂直于各层移动的支架，根据本发明的更换式平台支座安装在所述支架上或根据本发明的更换式平台支座集成在所述支架中。
通过根据本发明的生成式逐层构建装置，可以同时确保更换式平台在生成式逐层构建装置内部的定位精度以及逐层构建装置中的支架与所述物体之间优化的热能传递。由此，例如在所述物体的制造过程中，能够更好地控制在所述物体和包围所述物体的构建材料内部的温度，这使得要制造的物体的特性具有更好的可再现性。由此，特别是可以特别好和有效地确保所制造的物体的位置精度。
附图说明
由对实施例的描述并参考附图得到本发明其他的特征和优点。图中：
图1示出根据本发明的一个实施形式的用于生成式制造三维物体的装置的示意性的、部分以剖视图示出的视图，以及
图2示出根据本发明的更换式平台支座的一个可能的实施形式的示意图，其中也可以看到与更换式平台的相互作用。
具体实施方式
为了说明本发明，下面首先以激光烧结装置或激光熔融装置为例参考图1来说明根据本发明的生成式逐层构建装置。这里要指出的是，在本申请中，表述“一定数量”始终是指“一个或多个”的含义。此外要指出的是，通过根据本发明的生成式逐层构建装置不仅能制造一个物体，而且能够同时制造多个物体，即使在这些情况下，下面的说明也仅讨论只有一个物体的情况。
为了构建物体2，激光烧结装置或激光熔融装置1包括带有腔壁4的处理腔或构建腔3。
在处理腔3中设置具有容器壁6的向上敞开的构建容器5。通过构建容器5上部的开口限定一个工作平面7，工作平面7在所述开口内部的区域可以用于构建物体2，这个区域称为构建区8。
在构建容器5中设置能沿竖直方向v运动的支架10，基板11设置在所述支架上，所述基板向下封闭构建容器5并由此构成构建容器的底部。基板11可以是与支架10分开地构成的板件，所述板件固定在支架10上，或者所述板件可以与支架10一体地构成。在基板11上安装构建底座12，在所述构建底座上构建物体2。在当前实施形式中，构建底座12主要由根据本发明的更换式平台支座和安装在其上的更换式平台组成，这里，在更换式平台上构建物体2。
要指出的是，在构建容器5中在工作平面7下方示出要在构建底座12上形成的物体2，所述物体处于具有多个已固化的层的中间状态下并保持未固化的构建材料13包围。
激光烧结装置或激光熔融装置1还包含用于能通过电磁辐射固化的粉末状构建材料15的存储容器14和能在水平方向h上运动的、用于在构建区8内施加构建材料15的涂布机16。可选地，在处理腔3中设置辐射加热装置17，所述辐射加热装置用于加热已施加的构建材料15。例如可以设置红外辐射器作为辐射加热装置17。
激光烧结装置1还包含具有激光器21的照射装置20，所述激光器产生激光束22，所述激光束通过转向装置23发生转向并通过聚焦装置24经由入射窗25聚焦到工作平面7上，所述入射窗在处理腔3的上侧上安装在腔壁4中。
此外，激光烧结装置1还包括控制装置29，通过所述控制装置以协调的方式控制所述装置1的各个组成部分，以便执行构建过程。备选地，所述控制装置也可以部分或完全地安装在所述装置之外。控制装置可以包含cpu，所述cpu的运行通过计算机程序(软件)控制。所述计算机程序可以与所述装置分开地存储在存储介质上，能够从所述存储介质将计算机程序加载到所述装置中，特别是加载到所述控制装置中。
在运行中，通过控制装置29逐层地使支架10降低、操控涂布机16以便施加一个新的粉末层以及操控转向装置23以及必要时还有激光器21和/或聚焦装置24，以便在与相应物体对应的位置处借助于激光器通过利用激光扫描所述位置来使相应的层固化。
虽然在图1中作为生成式逐层构建装置的例子记载了激光烧结装置或激光熔融装置，但本发明并不仅限于激光烧结或激光熔融。本发明可以与任意用于通过逐层施加和选择性固化构建材料来生成式地制造三维物体的方法相结合使用。这里只是示例性地举出以下方法：激光熔融、llm(由薄膜进行切割并拼接)、flm(由喷嘴施加热塑性材料)、3d打印、掩模烧结法和光固化立体造型法。
照射装置可以包括例如一个或多个气体或固体激光器或者任意其他形式的激光器，例如激光二极管，特别是vcsel(垂直腔面发射激光器)或vecsel(垂直外腔面发射激光器)，或者包括一排所述激光器。一般而言，替代激光器也可以采用任意能够选择性地向构建材料层上施加电磁辐射或粒子辐射的装置。例如，替代激光器可以采用适于使构建材料固化的其他光源、电子射线或任意其他能量源或辐射源。
最后要指出的是，激光烧结装置或激光熔融装置在图1中示出的具体结构仅是示例性的，当然可以对其进行修改。
可以使用不同的材料作为构建材料，优选是粉末、特别是金属粉末，但也可以是塑料粉末、陶瓷粉末或砂子，这里也可以使用经填充或混合的粉末。特别是在光固化立体造型法中，使用光敏聚合物。
图2示出根据本发明的更换式平台支座122的示意性结构，所述更换式平台支座与更换式平台121一起用作在图1中示出的构建底座12。这里可以看到，在物体制造完成后，仅将更换式平台121与物体一起从构建容器中取出，以便将物体与更换式平台分离。因此，平台121称为更换式平台，其正常的使用方式包括安装和从更换式平台支座122上拆除。
在图2的示例性示出的实施形式中，更换式平台支座122包括更换式平台支座下部122b和更换式平台支座上部122a。要指出的是，在图2中，更换式平台支座上部122a和更换式平台支座下部122b相互分开地示出，但在使用中这两个部分始终相互连接，其方式是，使安装在更换式平台支座下部122b的上侧上的弹簧元件112的上侧与更换式平台支座上部122a的下侧连接。
在图2中可以还看到连杆120，所述连杆在使用中固定在更换式平台121的下侧上并且通常与更换式平台一起从生成式逐层构建装置中取出。为了更为清楚起见，连杆120也与更换式平台121分开地示出。
更换式平台支座下部122b在其上侧上具有安装区域114，所述安装区域用于对带有安装在其上的连杆120的更换式平台121进行定位和保持。特别是带有安装在其上的连杆120的更换式平台121在使用时以连杆120的下端部导入安装区域114中的嵌接口116中并且卡接和/或力锁合地保持在这里，由此，更换式平台121被夹紧在更换式平台支座122中。
在更换式平台支座122上基准元件115与嵌接口116和位于嵌接口中的未示出的保持机构一起形成夹紧系统，用于固定更换式平台121相对于更换式平台支座122的位置。对于保持机构的具体细节这里不进一步详细说明，因为这是本领域技术人员充分已知的并且对于本发明的构思并不重要。这里只需要指出，连杆120与嵌接口116的相互作用可以对应于任意在现有技术中已知的基准夹紧系统或零点夹紧系统来实现。在图2中相应仅示意性地示出用于位置精确地相对于更换式平台支座122固定更换式平台121的基准元件115。这种基准元件115用于位置精确地在xy平面(平行于更换式平台121的平面)中和/或垂直于该平面固定更换式平台121。要指出的是，当然更换式平台121必须在其下侧上具有互补的对应元件，所述对应元件在定位时与基准元件115配合作用。在仅为示意性的图2中没有示出所述对应元件。通过这里根据本发明可以使用的基准夹紧系统或零点夹紧系统，根据具体的系统，可以以小于/等于30μm、小于/等于25μm或者小于/等于20μm的不确定性(误差)确定更换式平台(也称为“托盘”)中预先确定的部位相对于更换式平台支座122的一个部位的位置，在理想情况下可以以2至5μm的精度确定。
基准元件的具体数量和设计是在现有技术中已知的。作为如可以通过连杆120和安装区域114实现的基准夹紧系统的制造商这里可以举例列出的有：瑞士flawil的system3r瑞士公司、奥地利
更换式平台支座上部122a具有中央的开口113，所述开口的尺寸设计成，使得连杆120和更换式平台121下侧上的对应元件能够通过该开口与更换式平台支座下部122b的上侧上的安装区域114配合作用。
此外，在更换式平台支座上部122a的上侧上可以看到示意性示出的作为调温系统的多个调温单元111。这些调温单元例如可以是能够以不同的方式和形式实现的加热装置。例如，一个调温单元可以具有一个或多个热导体，但同样也可以以其他方式实现加热装置，例如通过使加热单元具有经调温的流体介质流动通过的管路。同样，调温单元可以备选或附加地设有冷却功能。例如可以使冷却介质(例如水)通过管路流动进入调温单元111。尽管在图2中示出两个调温单元111，这同样仅是示例性的。在本发明的范围内也可以存在其他数量的调温单元。
在容器5中执行一定数量的物体的制造过程之前，将更换式平台121装入更换式平台支座122的操作例如如下进行：
安装在更换式平台121上的连杆120通过更换式平台支座上部122a中的中央开口113插入更换式平台支座下部122b的上侧上的安装区域114中的嵌接口116中。这里通过更换式平台支座下部122b上的基准元件115与更换式平台121的下侧上的未示出的对应元件的相互作用来实现更换式平台121相对于更换式平台支座下部122b位置精确的定向。在这个实施形式中，通过将连杆120插入嵌接口116中，将更换式平台支座上部122a与更换式平台支座下部122b相连接的弹簧元件112被压缩。当连杆的下端部保持(固定)在嵌接口116中并且更换式平台121相应地夹紧在更换式平台支座122中时，更换式平台121位置精确地相对于更换式平台支座122定位，并且同时经压缩的弹簧元件112从下面向更换式平台支座上部122a施加弹簧力，从而更换式平台支座上部连同其上侧上的一定数量的所述调温元件111一起被压向更换式平台121的下侧。由此确保实现调温单元111与更换式平台121之间特别好的热传递。由于这里作为压紧装置起作用的弹簧元件112完全与连杆120如何保持和定位在相互作用区域114中无关地起作用，特别是不会在更换式平台121和更换式平台支座122上侧上的调温单元111之间出现间隙。
为了实现良好的热传递，优选应使调温单元朝向更换式平台的表面具有与更换式平台的下侧相同的空间构型。就是说，在图2的示例中，调温单元111的表面应尽可能平坦。这里要指出的是，对于术语“调温单元”，本发明是指这样的装置，所述装置设计成，向其周围环境释放热量或从其周围环境中导出热量。除了已经提及的加热元件、如热导体或流体流动通过的管道，所述术语例如还是指加热筒，即在作为壳体的金属筒中的热导体。对于将更换式平台支座上表面用作加热装置的壳体的情况，就是说，对于例如通过将靠近更换式平台支座上表面布设的管道用于调温而例如将热导体集成到更换式平台支座中的情况，同样可以将更换式平台支座用于调温的部段视为根据本发明的调温单元。但在正常情况下，调温单元与更换式平台支座分开地实现。
在图2中示出的结构只是本发明的一个实施例。可以设想相对于该实施例的大量变型方案，在不引起矛盾的情况下，这些变型方案可以相互组合。
一方面，更换式平台支座不必分成上部和下部。也可以设想，弹簧元件112安装在调温系统、特别是调温单元与更换式平台支座122之间，从而在将连杆120固定在更换式平台支座122中时弹簧112被压缩并且弹簧作为用于将调温系统或调温系统的至少一部分压向更换式平台121下侧的压紧装置起作用。
此外，压紧装置不必一定是一个或多个弹簧元件112。除了备选于弹簧也可以使用由弹性体制成的元件以外，本发明也可以这样来实现，即，在更换式平台121夹紧在更换式平台支座122中的状态下，调温系统的至少一部分被气动或液压地压向更换式平台。例如随着将连杆120固定在更换式平台支座122中，可以操作一个开关，所述开关激活气动或液压装置。随着更换式平台远离更换式平台支座，则例如可以重新使液压或气动压力失效。备选或附加也可以电磁式或压电式地激活和/或关闭压紧装置。在极端情况下，甚至可以在将连杆120固定在更换式平台支座122中之后通过螺栓将调温系统111或更换式平台支座122包含调温系统的部段固定在更换式平台121上。此时，由相应的螺栓构成压紧装置。
虽然在图2中示出平坦的更换式平台，但也存在这样的应用场合，其中更换式平台具有不平坦的构型。例如通常不是通过生成式逐层构件法制造整个物体，而是通过其他方法预制所述物体的一部分，并且通过生成式逐层构件法仅给已经所述物体预制的部分(所谓的预制件(preform))添加另外的部段。预制件，例如注塑模具嵌入件的一个部段此时被视为设置在更换式平台支座上的更换式平台。这里有利的是，更换式平台支座的表面与预制件指向更换式平台支座的表面相适配和/或为了良好的热传递将调温系统压向预制件所述不平坦的表面。
此外，也可以将压紧装置集成到调温系统中，例如其方式是，使调温系统具有弹性元件。例如热导体可以具有弹性的外壳，所述外壳在将更换式平台夹紧在更换式平台支座中时被压缩并用于实现更换式平台上的压紧力。
对于更换式平台121在其朝向更换式平台支座的下侧上具有不光滑(例如带有凸凹轮廓的)的表面的情况，例如具有沟槽的情况，可以这样设计调温系统的至少一部分，使得可以与所述不光滑的表面配合作用。例如，调温单元可以由加热杆组成，所述加热杆柔性地相互连接并且在夹紧更换式平台121时被压入更换式平台下侧上的沟槽中。就是说，调温装置或调温装置的至少一部分的分段和柔性构成可以设计成，使得调温系统能贴合到更换式平台的表面轮廓上。
此外要指出的是，在根据本发明的更换式平台支座上也可以设置多个更换式平台，只要至少对于这些更换式平台的一个更换式平台，当夹紧该更换式平台时，可以实现通过压紧装置压紧调温系统。此外也可以设想的是，在根据本发明的逐层构建装置中在基板11上安装多个根据本发明的更换式平台支座。
根据本发明的更换式平台支座不是必须安装在基板11上。而是也可以将更换式平台支座构造成基板11整体的组成部分，所述基板本身又可以可选地构造成支架10整体的组成部分。