在用于生产三维工件的设备中使用的粉末回路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在用于通过利用电磁或粒子辐射照射原材料粉末层来生产三维工件的设备中使用的粉末回路。本发明进一步涉及一种操作这种粉末回路的方法以及涉及一种用于通过利用电磁或粒子辐射照射原材料粉末层来生产三维工件的设备，该设备配备有该种类的粉末回路。
【背景技术】
[0002]粉床恪合是加层工艺(additive layering process)，通过该工艺，粉状的原材料，特别是金属的和/或陶瓷的原材料能够被处理成复杂形状的三维工件。为了该目的，将原材料粉末层施加到载体上并且根据要被生产的工件的期望的几何形状以格位选择(siteselective)的方式使原材料粉末层经受激光辐射。进入粉末层的激光辐射导致发热且熔化或烧结原材料粉末颗粒。进一步，原材料粉末层然后被连续地施加到载体上的已经经受了激光处理的层上，直到工件具有了期望的形状和尺寸。基于CAD数据，粉床熔合可以应用到生产样板、工具、替换件、高价值部件或医学假体，例如牙科假体或整形外科假体。
[0003]在DE20 2013009 787U1中描述了通过粉床熔合工艺适于从粉状原材料生产大量模制件的设备。现有技术设备提供有工件生成部，该工件生成部包括辐射装置和处理腔。该处理腔可以对环境空气密封并且容纳用于接收原材料粉末和工件的载体，该工件通过附加分层工艺由在载体上的原材料粉末生成。为了补偿工件生成时渐增的高度，载体相对于处理腔被移置到构造腔中。构造腔利用盖子对环境空气密封，之后该构造腔可以从与处理腔相邻的操作位置传送到工件生成部外部的交换位置。从该交换位置，构造腔被进一步传送到后期处理部。在后期处理部，容纳在构造腔内的工件被冷却并且工件最终被从构造腔移除。设备的粉末回收系统用来从构造腔和处理腔排出过量的原材料粉末，以处理和加工被排出的粉末并且最后将粉末返回到处理腔。
【发明内容】
[0004]本发明的目标在于提供一种粉末回路，该粉末回路在用于通过利用电磁或粒子辐射照射原材料粉末层来生产三维工件的设备中使用，该设备能够以可靠的方式操作并且能够在降低维护工作的情况下操作。本发明的目标进一步在于提供一种操作这种设备的方法，以及在于提供一种用于通过利用电磁或粒子辐射照射原材料粉末层来生产三维工件的设备，该设备配备有该种类的粉末回路。
[0005]通过如权利要求1中限定的粉末回路、如权利要求7中限定的方法以及如权利要求13中限定设备提出这些目标。
[0006]—种在用于通过利用电磁或粒子辐射照射原材料粉末层来生产三维工件的设备中使用的粉末回路，包括:容纳载体和用于将原材料粉末施加到载体上的粉末施加装置的处理腔。优选地，为了能够保持可控的空气环境，具体是在处理腔内的惰性空气环境，处理腔对环境空气密封，即对处理腔周围的环境密封。理论上，载体可以是刚性固定的载体。然而，优选地，载体被设计成在垂直方向上是可移位的，使得当由原材料粉末以层的形式构造工件时，随着工件渐增的构造高度，载体能够在垂直方向上向下移动。原材料粉末优选地是金属粉末，具体是金属合金粉末，但是也可以是陶瓷粉末或包含不同材料的粉末。粉末可以具有任何合适的颗粒大小或颗粒大小分布。然而，优选的是处理颗粒大小小于100 μm的粉末。
[0007]处理腔提供有粉末入口和粉末出口，粉末入口用于将原材料粉末供应到粉末施加装置并且粉末出口用于从处理腔排出过量的原材料粉末。粉末循环线路将处理腔的粉末出口连接到处理腔的粉末入口。因此，经由粉末循环线路，在工件构造处理期间或之后，从处理腔移除的过量的原材料粉末能够再循环到处理腔中，即再循环到粉末施加装置，并因此能够重新用于构造要被生成的工件。
[0008]输送装置被设置在粉末循环线路中，用于通过粉末循环线路输送原材料粉末。例如，输送装置可以以螺旋输送机的形式被设计，该螺旋输送机包括可旋转地支撑在壳体内的螺旋或主轴。然而，可以想到为粉末回路配备另一个合适的输送装置。除了输送装置，可以在粉末循环线路中设置用于在过量粉末再循环到处理腔之前处理、加工和存储从处理腔排出的过量粉末的装置和系统。例如，如果处理腔中对原材料粉末需求高，则为了确保粉末回路的合适操作，可以在粉末循环线路中存在用于使粗颗粒与原材料粉末分离的滤网或者用作缓冲器的存储容器。
[0009]粉末回路的传感器装置适于检测到输送装置的粉末供应的参数特性和来自输送装置的粉末排出的参数特性中的至少一个参数特性。基本上，传感器装置可以适于检测到输送装置的粉末供应的参数特性和来自输送装置的粉末排出的参数特性中的仅一个参数特性。然而，优选地，传感器装置被配置成检测到输送装置的粉末供应的参数特性和来自输送装置的粉末排出的参数特性两者。
[0010]最后，粉末回路包括控制单元，该控制单元适于控制输送装置的操作。具体是，可以例如以电子控制单元的形式设计的控制单元适于根据到输送装置的粉末供应的参数特性和来自输送装置的粉末排出的参数特性中的至少一个参数特性来控制输送装置的操作。在粉末回路的实施例中，控制单元可适于根据到输送装置的粉末供应的参数特性和来自输送装置的粉末排出的参数特性中的仅一个参数特性来控制输送装置的操作。然而，优选地，控制单元被配置成根据到输送装置的粉末供应的参数特性和来自输送装置的粉末排出的参数特性两者来控制输送装置的操作。
[0011]通过考虑实际到输送装置的粉末供应和实际来自输送装置的粉末排出中的至少一个，当控制输送装置的操作时，可以将输送装置的操作参数调节到在输送装置上游和下游的粉末循环线路中存在的粉末量，其中在本申请上下文中的术语“上游”和“下游”指的是粉末通过粉末循环线路的流动方向。换句话说，在粉末回路中，能够将输送装置的操作参数调节到在粉末循环线路中的粉末承载量。因此，能够降低在操作期间损坏输送装置的风险。结果，该粉末回路以特别高的操作可靠性而著称。此外，能够降低用于对输送装置产生的损坏进行维修的维修工作或者用于替换输送装置的维修工作。
[0012]在粉末回路的优选实施例中，控制单元适于在到输送装置的粉末供应的参数特性和来自输送装置的粉末排出的参数特性中的至少一个参数特性在预定范围之外的情况下，停止输送装置的操作。到输送装置的粉末供应的参数特性和来自输送装置的粉末排出的参数特性的预定范围可以被存储在例如控制单元的存储单元中，并且例如可以基于输送装置的规格来选择。如果利用传感器装置监控的参数中的至少一个在预定范围之外，则通过停止输送装置的操作，能够可靠地防止在粉末循环线路中由粉末过载或者缺少粉末而引起的对输送装置的损坏。
[0013]控制单元可具体适于在到输送装置的粉末供应的参数特性指示在输送装置上游的粉末循环线路中的粉末水平低于预定阈值的情况下，停止输送装置的操作。如果控制单元适于采用这种控制策略，则能够确保防止输送装置在闲置状态中操作，即在输送装置内不存在充足粉末量的情况下的输送装置的操作，这会对输送装置产生严重的损坏，特别是对以螺旋输送机形式设计的输送装置的螺旋或主轴。
[0014]可替代地或另外地，控制单元可适于在来自输送装置的粉末排出的参数特性指示在输送装置下游的粉末循环线路中的粉末水平超过预定阈值的情况下，停止输送装置的操作。在输送装置下游的粉末循环线路中的超过预定阈值的粉末水平可例如由粉末循环线路的堵塞引起或者由例如设置在输送装置下游的粉末循环线路中的滤网或存储容器的另外部件引起。假如检测到在输送装置下游的粉末循环线路中的粉末水平太高，如果控制单元适于停止输送装置，则能够防止当输送装置相对于输送装置下游存在的粉末阻塞而继续输送粉末时所发生的对输送装置的损坏。具体地，能够避免堵塞和因此对设计成螺旋输送机形式的输送装置的螺旋或主轴的破坏，该破坏在尽管输送装置下游的粉末循环线路被堵塞但螺旋或主轴继续操作时发生。
[0015]传感器装置可以包括布置在