模块式构建的SLM或SLS加工机器的制作方法

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的用于通过将材料粉末进行逐层构建并且借助于至少一个能量射束将材料粉末进行逐层固化从而制造构件的加工机器以及一种用于组装这种加工机器的模块系统。

背景技术：

这种用于将材料粉末进行选择性激光烧结或者选择性激光熔化的加工机器(样机/适应性激光器制造设备)例如通过文献wo2010/026397a1已知。

选择性激光烧结(selectivelasersintering(sls))和选择性激光熔化(selectivelasermelting(slm))是生成式的层构建方法(generativeschichtbauverfahren)，其中，构件通过借助于激光射束将材料粉末进行烧结或熔化从而一层一层地构建。将材料粉末全面地施加到构建平台上，并且通过根据构件的层轮廓对激光射束进行驱控从而将这些层逐步地烧结或熔化到粉末底台(pulverbett)中。紧接着，将构建平台以一层厚的数值进行降低并且重新施加粉末。这个周期被重复直至构件的全部层被烧结或熔化。

由文献wo2010/026397a1已知的slm或sls激光加工机器包括：光学模块，该光学模块具有激光射束的射束引导器；成型件，该成型件具有引导粉末的部件、如工艺腔室(prozesskammer)。

此外，由文献de102005014483a1已知一种具有多个激光器的slm或sls激光加工机器，其激光射束覆盖了构建平台上的不同加工子区(bearbeitungsteilfelder)，这些加工子区在其区边界上分别相互重叠。然而，该激光加工机器不允许材料粉末的快速更换(例如从塑料粉末更换成金属或陶瓷粉末)；为此必须事前耗费地清洁全部引导粉末的部件。

技术实现要素：

与之相比，本发明的任务在于，在开始所述类型的slm或sls加工机器中提高关于其加工区方面的灵活性。

该任务按照本发明通过具有权利要求1所述特征的加工机器解决。

按照本发明可借助少量的工艺腔室和照射模块从而灵活地制造不同大小的slm或sls加工机器。有利地，可借助这种模块式机器方案从而非常简单地校准加工机器：工艺腔室可以连同引导粉末的部件(涂层器/粉末管理)以不同大小构成，而照射模块具有标准大小并且可与其它照射模块相互串接，以便由此能够接收具有较大工艺腔室的工艺腔室模块。在此，参照其它照射模块的控制器而言，所述照射模块中的一个照射模块的控制器被用于主控制器。

优选地，工艺腔室模块的构建平台的宽度大约相应于多个照射模块的加工区的宽度。

优选地，所述多个照射模块中的一个照射模块作为主模块(mastermodul)运行，并且每个另外的照射模块作为被主模块控制的从模块(slavemodul)运行。相互串接的照射模块在控制技术方面以主-从方案(master-slavekonzept)相互连接并且在视觉方面相互参照，以便将加工区划分成单个加工子区。在此，有利地，每个照射模块具有控制接口，用于与串接的照射模块的控制接口连接。该控制接口可以是无线的接口或者电子的机器接口，该控制接口设置在照射模块两侧上，以便与相邻照射模块的机器接口连接。

有利地，所述照射模块中的一个照射模块或者一些照射模块(尤其全部照射模块)具有至少一个光学传感器(尤其摄像机)，该光学传感器的检测区域设置用于：至少部分地检测相邻照射模块的加工区。由此，例如主模块可以借助于其能量射束执行加工或者将固定的校准点(kalibrationspunkte)进行照明，相邻的第一从模块的摄像机又对这些校准点进行检测进而将其自身定位相对于主模块进行校准。下一从模块于是可以针对已经校准的从模块被校准等，直至全部从模块相对于主模块被校准。

特别优选地，所述照射模块中的一个照射模块或一些照射模块(尤其在多个照射模块的情况下是外部照射模块)或者工艺腔室模块具有参考辅助器件(尤其是侧壁或者参考栓)用于组装加工机器。例如，工艺腔室模块可以在照射模块唯一的情况下设置在该照射模块的两个参考辅助器件之间，或者在多个照射模块并排设置的情况下设置在两个外部照射模块的端侧设定的两个参考辅助器件之间。有利地，每个照射模块在两侧上具有接口，用于将侧壁可松脱地固定。备选地，工艺腔室模块也可具有如下侧壁：在这些侧壁之间设有一个照射模块或多个照射模块。

在特别优选的实施方式中，工艺腔室模块在构件制造期间仅仅经由所述至少一个照射模块连接至供给源(电流、水、气体、数据)并且与(主)照射模块的控制器连接。工艺腔室的整套供给是通过所述一个或多个照射模块得以确保，并且(主)照射模块不仅控制/调节一个或多个能量射束源以及一个或多个射束引导器，而且也控制/调节工艺腔室的涂层器和粉末管理(pulvermanagement)。如果构件的制造结束，那么工艺腔室模块也能够连接至外部供给站，该外部供给站例如提供电流/水，以便允许缓慢的/已调节的冷却，或者提供气体，以便在取下构件时提供保护气体过压(schutzgas-)，该保护气体过压允许了所述取下，而无需使较大浓度的粉末经受大气压气体。可能的是，这种工艺的控制/调节通过工艺腔室模块的控制器实现，然而优选地，外部供给站具有用于这种任务的控制器。

有利地，工艺腔室模块的工艺腔室实施成自身闭合的(特别是可抽真空的或者是通过借助惰性气体进行冲洗从而基本上可免除反应气体的)、具有工艺腔室窗的腔室，所述至少一个能量射束源可通过所述工艺腔室窗耦入到工艺腔室中。

所述工艺腔室模块和/或所述至少一个照射模块能够是可移动的，例如支承在滚轮上，以便能够使所述工艺腔室模块和/或所述至少一个照射模块容易且简单地移动在一起成为激光加工机器。

特别优选地，能量射束源构造成用于产生激光射束的激光器，并且射束引导器构造成用于以两维方式偏转所述激光射束的偏转单元。备选地，能量射束源例如也可以实施成电子射束源，该电子射束源的电子射束被偏转到粉末底台上。

在组装(对接)粉末腔室模块时，照射模块从指导系统(leitsystem)获悉应制造的构件。照射模块具有控制器，该控制器控制能量射束(功率、取向、聚焦等)以及控制至少粉末涂层和构建平台偏转。可选择的是：当对接(angedockt)时，照射模块通过独特的标识(经由数据交换、操作者输入、工艺腔室模块上的条形码/qr码的扫描)识别到工艺腔室模块；并且指导系统询问对于工艺腔室模块设定的制造工作。可选择地，照射模块的控制器也可以控制：粉末预热/构件冷却、粉末预备和/或输送等。

优选地，工艺腔室模块的工艺腔室实施成气密式，并且具有气体入口和气体出口，以便能够将工艺腔室抽真空或者以惰性气体进行冲洗。

优选地，工艺腔室模块具有以一角度相对于水平线倾斜的至少一个筛件和如此设置在该至少一个筛件下方的至少一个收集容器：即，使得不可筛滤的材料粉末以重力支持的方式沿着所述至少一个筛件运动并且可收集在所述至少一个收集容器中。有利地，所述至少一个筛件以机械可运动的方式支承并且通过驱动器被驱动成振动运动。

此外优选地，工艺腔室模块具有自身闭合的粉末回路，该粉末回路包括至少一个筛件和至少一个运输路段，该至少一个运输路段用于将通过所述至少一个筛件筛滤的材料粉末输送到粉末储存器中。

工艺腔室模块还可以具有用于在粉末储存器中进行粉末量检测的检测器具(尤其是天平)以及具有可封闭的粉末入口，该粉末入口用于将已计量的粉末输送到粉末储存器或者粉末回路中。例如，具有粉末的套筒装置(kartusche)可以连接至粉末入口。检测器具尤其在构件制造之后称量在粉末储存器/粉末回路中剩余的粉末并且在需要时打开粉末入口。

特别优选地，所述构建平台构造成可与粉末回路的其它部件以气密方式分离。

本发明也涉及一种模块系统，用于组装如上所构造的加工机器，该模块系统具有多个不同宽的工艺腔室模块并且具有多个照射模块，其中，所述工艺腔室模块的宽度分别相应于至少一些以并排成一列方式布置的照射模块的总宽度。优选地，照射模块结构相同地(亦即尤其相同宽地)实施。

附图说明

本发明的其它优点由权利要求书、说明书和附图得出。同样地，上述的以及还将进一步解释的特征可分别自身或者多个任意组合地得以应用。所示出的和所描述的实施方式不应理解成最终穷举，更确切地说而是具有对于本发明叙述而言示例性的特征。附图示出：

图1：按照本发明的sls或slm激光加工机器；

图2：工艺腔室模块和照射模块，图1示出的激光加工机器由它们可松脱地组装而成；

图3a、3b：图1示出的激光加工机器的工艺腔室模块(图3a)和照射模块(图3b)；

图4：按照本发明的另一sls或slm激光加工机器；

图5：一个工艺腔室模块和两个照射模块，图4示出的激光加工机器由它们可松脱地组装而成；

图6a、6b：图4示出的激光加工机器的工艺腔室模块(图6a)和照射模块(图6b)；

图7：模块系统，用于组装由多个工艺腔室模块和多个照射模块组成的激光加工机器；以及

图8：工艺腔室模块的工艺腔室以及粉末回收/预备的细节图。

在以下附图说明中，对于相同的或功能相同的构件采用一致附图标记。

具体实施方式

图1示出的sls或slm激光加工机器1用于：通过将材料粉末2进行逐层构建并且借助于至少一个能量射束3将材料粉末2进行逐层烧结或熔化从而制造构件。

激光加工机器1以已知的方式：

-不仅包括引导粉末的部件，例如：工艺腔室4，该工艺腔室4具有构建平台5和用于逐层施加材料粉末2到构建平台5上的粉末涂层器6；以及粉末储存器7，其用于待输送至粉末涂层器的材料粉末2；和粉末回收/预备装置8；

-而且包括非引导粉末的部件，例如：激光器9，用于产生激光射束3；以及偏转单元10，用于将激光射束3朝着被施加到构建平台5上的材料粉末2以二维方式定向。激光器9和偏转单元10设置在工艺腔室4上方。

在激光加工机器1中，通过借助于激光射束3将材料粉末2烧结或熔化从而一层一层地(schichtfürschicht)构建构件。材料粉末2由粉末涂层器6全面地施加到构建平台5上，并且通过根据构件的层轮廓对激光射束3进行驱控从而将这些层逐步地烧结或熔化到粉末底台中。紧接着，将构建平台5以一层厚的数值进行偏转，并且重新施加材料粉末2。重复这个周期，直至构件的全部层被烧结或熔化。

如图2所示，激光加工机器1由工艺腔室模块111和照射模块12可松脱地组装而成，其中，图3a示出的工艺腔室模块111包括全部引导粉末的部件(即在此是工艺腔室4、构建平台5、粉末涂层器6、粉末储存器7和粉末回收/预备装置8)，并且图3b示出的照射模块12包括非引导粉末的部件(即在此是激光器9和射束引导器10)。照射模块12优选实施成静止的，而工艺腔室模块111可移动地支承在滚轮13上。在照射模块12上，在两侧固定有两个侧壁14，在这些侧壁14之间精密匹配地置入有工艺腔室模块111。通过上侧的工艺腔室窗15，使从照射模块12朝下射出的激光射束3耦入到工艺腔室4中。给工艺腔室模块111供以电流、水、控制数据等，这仅经由照射模块12实现，其中，为此在工艺腔室模块111上和在照射模块12上所需的连接端和接口并未示出。工艺腔室模块111自身不具有自身控制器用于构件制造，而是连接至照射模块12的控制器16。也就是说，照射模块12不仅控制/调节激光器9和偏转单元10，而是控制/调节工艺腔室4中的粉末管理。在照射模块12上还安装有外部显示器/操作面板17。

在图4中示出另一激光加工机器1，该激光加工机器由一个工艺腔室模块112和两个照射模块12可松脱地组装而成。照射模块12与图1-3中的照射模块12结构相同地实施，而工艺腔室模块112实施成图1-3的工艺腔室模块111的双倍宽。这两个照射模块12彼此侧靠侧(seiteanseite)地固定并且在端侧上分别具有两个侧壁14，在这些侧壁14之间匹配精确地置入有工艺腔室模块112。这两个照射模块12在控制技术方面以主-从方案连接并且在视觉方面相互参照，以便将工艺腔室4的加工区划分成照射模块12的两个激光射束3的相互重叠/搭接的加工子区18。

每个照射模块12具有控制接口(未示出)用于连接另一照射模块的控制接口，以便将上述两个照射模块12的控制器16相互连接。控制接口可以是例如无线的接口或者电子的机器接口，该控制接口设置在每个照射模块12的两侧上，以便与相邻照射模块12的机器接口连接。一照射模块12作为主模块运行而另一照射模块12作为被主模块控制的从模块运行。

这两个照射模块12分别具有光学传感器19(例如摄像机)，该光学传感器19的检测区域设置用于：至少部分地检测各自另一照射模块的加工子区18。由此，例如主照射模块12可以借助于其激光射束3执行加工或者将固定的校准点进行照明，相邻的从照射模块12的传感器19又检测这些校准点进而将其自身定位相对于主照射模块校准。在继续串接照射模块的情况下，于是下一从照射模块可以按照已经校准的从照射模块进行校准等等，直至全部从照射模块相对于主照射模块被校准。

给工艺腔室模块112供以电流、水、控制数据等，这仅经由照射模块12实现，其中，为此在工艺腔室模块112上以及在照射模块12上所需的连接端和接口在附图中并未示出。工艺腔室模块112自身不具有自身控制器，而是连接至主照射模块12的主控制器16。也就是说，主控制器16不仅控制/调节上述两个照射模块12的激光器9和偏转单元10，而且也控制/调节工艺腔室4中的粉末管理。在照射模块12上还安装有外部显示器/操作面板17，其用于上述两个照射模块12。

图7示出模块系统20，用于组装激光加工机器1，该模块系统20包括多个不同宽的工艺腔室模块111、112、113和多个结构相同的照射模块12。在此，工艺腔室模块111的宽度相应于一个照射模块12的宽度，工艺腔室模块112的宽度相应于两个照射模块12的宽度，并且工艺腔室模块113的宽度相应于n(n>3)个照射模块12的宽度。此外，模块系统20还具有至少两个侧壁14和至少一个外部显示器/操作面板17。根据期望的工艺腔室尺寸，选定相应的工艺腔室模块111、112、113，并且将相应数量的照射模块12相互串接。在这些照射模块12串接的情况下，另外连接的每个照射模块12的控制器16跟随第一照射模块12的控制器16，该第一照射模块12因此定义主模块。

如图8所示，工艺腔室模块111-113的工艺腔室4(除了气体入口31和气体出口32外)可以气密地实施，以便能够将工艺腔室4抽真空，或者能够以惰性气体冲洗。

此外可以设有以一角度相对于水平线倾斜的筛件33和如此设置在至少一个筛件33下方的收集容器34：即，使得不可筛滤的材料粉末2以重力支持的方式沿着筛件33运动并且被收集在收集容器34中。有利地，筛件33通过驱动器35振动地驱动。材料粉末2在工艺腔室模块中在自身闭合的粉末回路中被引导，该粉末回路包括至少一个筛件33和至少一个运输路段(未示出)，该运输路段用于将通过所述至少一个筛件33筛滤的材料粉末2输送到粉末储存器7中。优选地，构建平台5构造成可与粉末回路的其它部件以气密方式分离。

粉末储存器7此外包括用于粉末量检测的检测器具36(例如天平)以及包括可封闭的粉末入口37，该粉末入口37用于将已计量的粉末输送到粉末储存器7或者粉末回路中。例如，具有材料粉末2的套筒装置可以连接至粉末入口37。检测器具36在构件制造之后称量在粉末储存器7或粉末回路中还存在的材料粉末2，并且在需要时打开粉末入口37。

此外可以设有供给站(未示出)，工艺腔室模块111-113可以连接至该供给站，并且该供给站如照射模块12那样具有电流、水、气体和/或数据连接端。借助电流可以执行由工艺腔室4调节的粉末预热/构件冷却，水同样可以用于构件冷却或者其它工艺腔室部件的冷却。这个功能可以或是通过工艺腔室4中的简单控制或是通过供给站经由数据连接端的控制得以实现。气体连接端可以用于：例如当构件应取下时在工艺腔室4中形成保护气体氛围

对于工艺腔室模块所需的控制器是安置在该模块中还是安置在照射模块和供给站中，这尤其取决于：照射模块是共同连接成主模块和从模块地应用还是单个地应用。然而与照射模块相比，通常是工艺腔室模块，因为优选地总是仅针对一种材料的工艺腔室模块被应用，并且因此总是只有具有正好需要的材料的工艺腔室模块被应用。此外给定如下工艺腔室模块：在这些工艺腔室模块中，构件被冷却，或者粉末被预热。因此可以更有利的是，仅给照射站配备有用于工艺腔室模块中粉末施加的控制器，而不是给全部工艺腔室模块进行配备。类似的情况在于：配备有用于粉末回路/加热等其它功能的控制器。在工艺腔室模块非常宽的情况下(其中，总是需要更多的照射模块)，然而又有利的是，仅仅给工艺腔室模块配备有用于工艺腔室模块的控制器，而不是给每个照射模块进行配备。也可以有利的是，控制器以模块方式实施，并且，视生产制造而定，给照射模块或者工艺腔室模块配备有控制器。