用于添加式地制造三维物体的设备的制作方法

本发明涉及一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量源固化的建造材料构成的层来添加式地制造三维物体的设备，该设备包括过程室，该过程室具有建造材料能在其中被直接照射的至少一个建造平面。

背景技术：

通常从现有技术已知此类设备，其中建造材料布置在建造平面中，该建造平面可以通过能量源——特别是诸如激光束或电子束的能量束——直接照射。建造平面布置在过程室中，在该过程室中通常产生过程气氛以满足规定的过程要求。例如，当使用反应性建造材料时，必须提供惰性气体以避免反应性建造材料与环境空气——特别是环境空气中包含的氧——发生反应。

此外，从现有技术获知，过程室内部的状态——特别是过程室中的气氛——对于用户而言可能是危险的，特别是在用户与过程室的表面直接接触或用户暴露于过程气氛的情况下。一般而言，用户或维修人员的危险可起因于以下事实：由于能量例如通过使用能量束——例如，激光束——照射建造平面的一部分而在建造平面中消耗，建造平面的相应部分将发热至高于建造材料的熔点或烧结温度的规定温度。如果用户与建造平面的这些部分相接触，则直接接触可能导致烧伤用户。

用户的另一危险可能由气氛导致，因为过程气体可用于将过程室回火/进行热处理。因而，过程气体也可能发热，其中过程气体的直接接触对于用户可能是危险的。过程气体中的更多内含物如化学组成或过程气体夹带的颗粒在用户暴露的情况下可能伤害用户。

技术实现要素：

一个目的在于提供一种用于添加式地制造三维物体的设备，其中用户的安全性提高，特别是用户的危险降低。

该目的通过根据权利要求1所述的设备创造性地实现。本发明的有利实施例记载于从属权利要求。

本文所描述的设备为一种用于通过依次逐层地选择性固化由能借助能量源——例如，能量束，特别是激光束或电子束——固化的粉末状的建造材料(“建造材料”)构成的层来添加式地制造三维物体——例如，技术结构件——的设备。相应的建造材料可以为金属、陶瓷或聚合物粉末。相应的能量束可以是激光束或电子束。相应的设备可以为例如选择性激光烧结设备、选择性激光熔化设备或选择性电子束熔化设备。或者，建造材料的依次逐层选择性固化可经由至少一种粘结材料来执行。该粘结材料可使用对应的施加单元施加并且例如利用合适的能量源——例如uv光源——进行照射。

设备可包括在其运行期间使用的多个功能单元。示例性的功能单元为：过程室；照射装置，其适配于使用至少一个能量束选择性地照射设置在过程室中的建造材料层；和流产生装置，其适配于产生具有给定的流动特性——例如，给定的流动轮廓/流动分布、流速等——的至少部分地流经过程室的气态流体流。气态流体流在流经过程室的同时能够携带未固化的建造材料颗粒，尤其是在设备运行期间产生的烟雾或烟雾残留物。所述气态流体流典型为惰性的，也就是典型为惰性气体，例如氩气、氮气、二氧化碳等的流。

如上所述，在添加式制造过程中，特别是在添加式制造设备的过程室内部，会出现可能对用户造成危险的过程条件。本发明提供了一种允许降低用户在与添加式制造设备交互时——特别是在与过程室内部的构件交互时——面对的危险的安全装置。

本发明基于以下思想：提供至少一个安全装置，其适配于确定至少一个化学参数和/或至少一个物理参数，其中该安全装置适配于根据所确定的化学参数和/或物理参数来控制过程室的访问/进入/接近状态。因而，可以控制过程室的访问状态，以避免用户与潜在地危险的过程环境相接触的机会。由于过程室的访问状态的控制，安全装置可以主动控制是否许可用户访问或是否防止用户取得对过程室和过程室内部的潜在地危险的过程环境的访问。

为了决定必须如何控制过程室的访问状态或是否应当许可用户访问，所述至少一个安全装置适配于确定至少一个化学参数和/或至少一个物理参数。因此，安全装置通常适配于确定过程环境的化学和/或物理参数，以判定用户访问过程室是否安全。本申请的范围内的添加式制造设备的术语“过程室”指的是其中过程环境可能对用户带来潜在风险的设备的所有室或设备的封闭容积。特别地，操纵站的操纵室如手套箱等被包括在本申请的范围内的术语“过程室”中。

过程室还不仅包括经由能量源直接照射并由此加热至潜在地危险的温度的建造平面中的建造材料，而且过程室可包括其它表面或构件，例如建造平面的这样的部分，即该部分未被直接照射但由于过程要求对建造平面或粉末床所进行的回火/热处理而被加热。另外，也可经由所述至少一个化学参数和/或物理参数的确定来观察设备的例如通过散射辐射或传热而被间接加热的表面或构件。

此外，所述至少一个化学参数和/或物理参数的确定不限于建造平面或建造平面的被直接照射的区域，例如固化区，而且由于传热而被加热的与固化区相邻的区也可被观察到。例如，在使用多于一个能量源或同时照射多于一个固化区的情况下，也可以确定多于一个区或区域。因此，本发明允许直接确定对用户的潜在危险。例如，代替测量建造板的温度并从测定的温度间接推算建造平面或过程室内部的其它构件的温度，可以直接测量或确定建造平面(建造室的建造材料的被直接照射的最上层)中的温度。

所述至少一个化学和/或物理参数优选地可以是或可包括：

-与过程室中的气氛相关的参数，和/或

-过程参数，和/或

-过程室的至少一个区域的温度。

因此，该参数可涉及过程室内部的气氛，以判定用户与过程室中所包含的气氛的接触是否对用户的健康造成风险。附加地或替代地，可以确定涉及添加式制造设备内部的添加式制造过程的执行的过程参数。这种过程参数例如可以是过程步骤，例如过程室的预调节步骤，例如惰化状态或其中过程气氛被加热至规定温度的加热步骤。特别地，可规定气氛值，其尤其可涉及过程气体的化学组成或过程气体中的细颗粒的比率或过程气体的温度，其中仅在例如氧比率高于规定值或在容许范围内——例如，高于19％——的情况下许可用户访问。当然，可以考虑与过程室内部的过程气氛相关的任意其它过程参数，例如照射参数、与流产生装置相关的参数、过程室内部的加热装置的操作等。

所述至少一个化学和/或物理参数还可包含与过程室的至少一个区域的至少一个温度相关的信息，其中可限定并观察过程室的多个区域(或过程室的构件)，以判定用户取得对过程室的访问是否安全以及用户是否可以与过程室的被限定的和被观察的区域以及过程室的构件安全地交互。因而，可规定一温度值，在该温度值以下用户可以与过程室——特别是建造平面——安全地交互。一般而言，可以任意规定该温度值，其中可以考虑维修人员或用户是否使用个人安全设备如手套来与过程室交互。可规定示例性容许温度范围在30℃与100℃之间，优选地在45℃与75℃之间，和/或可规定一温度值，其中在所确定的温度在该规定温度值以下的情况下许可用户访问，其中可将优选温度值规定为51℃。

安全装置的另一方面可考虑/计算的是：与过程室中的气氛相关的参数可以是气氛中的过程气体的比率和/或气氛中的细颗粒的比率和/或气氛中的气体的温度和/或气体的化学组成。因而，例如，如果添加式制造过程完成并且从过程室除去过程气体，则可以根据过程室内包含的过程气体的比率(或氧的比率)来控制访问状态。另外，可以收集过程室内仍包含的过程气体，以避免用户与过程气体相接触并避免过程气体释放到环境中。另一方面，与过程室中的气氛相关的参数可包括气氛中的细颗粒——例如气氛中的气体夹带的未固化的建造材料或烟雾或阴燃物——的比率。优选地，检测细颗粒的比率以防止用户吸入细颗粒。因而，控制访问状态，以使得仅在细颗粒的比率在规定细颗粒值以下的情况下才许可用户访问。

如上所述，也可以确定和考虑气体的温度，以避免用户与热气体相接触。要考虑的另一方面可以是气体的化学组成，以避免气体中的成分对用户的健康有害。优选地，在过程气体中的氧的比率在19％以下的情况下不许可用户访问。

根据设备的另一实施例，安全装置可适配于根据规定值来控制许可用户访问过程室的访问状态，特别是在所确定的参数在所述规定值以下的情况下许可用户访问过程室。因而，可对所述至少一个化学和/或物理参数规定一值，以决定是否许可用户访问。因此，安全装置连续或间隔地确定所述至少一个化学和/或物理参数，其中以使得在不满足规定值的情况下——特别是在超过规定值的情况下——不许可用户访问的方式来控制访问状态。例如，可规定一温度值，优选51℃，在该温度值以上，安全装置控制访问状态以使得不许可用户访问过程室。

此外，可以规定多个参数，例如设备的至少一个区域或至少一个构件的温度和与气氛相关的至少一个参数。优选地，经由安全装置来控制访问状态，以使得仅在所有所确定的参数均满足对应的规定值——特别是在对应的规定值以下——的情况下许可用户访问。规定值也可以视为或定义为阈值。当然，作为具有规定值的替代，可以规定容许范围，其中安全装置适配于控制访问状态，以使得仅在相应确定的参数处于相应容许范围内的情况下许可用户访问。

该设备的进一步改进之处可以在于，安全装置可适配于确定过程室的至少一个表面和/或建造平面的至少一个区域——特别是建造平面的表面，优选地建造平面最后被照射的部分和/或最后被施加的建造材料层——的温度。通过直接确定相应表面的温度，也可以直接推定对用户健康的风险。特别地，不必推断构件被加热至规定温度对另一表面或构件的影响。而是，可以直接确定——优选地测量——用户可通过与过程室交互而与其接触的相应表面或构件的温度。

优选地，观察建造平面的最近已被照射的区域和/或其中最近已被施加一层建造材料的建造平面的部分。因而，作为推断建造板或已在制造过程的任意步骤中特别是在制造过程开始时被施加或照射的建造材料层的温度的替代，确定的是建造平面的最后被照射或其中最后被施加建造材料层的区域或部分。因而，最后被照射的部分可以视为建造平面的具有最高温度的部分。因此，具有最高温度——特别是最后被照射——的表面或构件对用户的健康造成危险的风险最高。

此外，安全装置可适配于控制过程室中的至少一个开口——特别是门——的锁闭状态。所述至少一个开口可视为供用户取得对过程室的访问或可以与过程室的内部交互的访问点。根据已经由安全装置确定的所述至少一个化学和/或物理参数，可以控制过程室中的所述至少一个开口的锁闭状态。因而，如果所述至少一个化学和/或物理参数指示过程环境对用户的健康造成潜在危险，则过程室中的开口可保持锁闭。如果安全装置判定为所述至少一个参数满足或在预定值以下或处于容许范围内，则可以控制所述至少一个开口的锁闭状态，以使得所述至少一个开口——特别是门——可以被解锁以向用户提供访问以便用户可以打开该开口。

根据设备的另一实施例，安全装置可适配于控制将建造平面运送至另一设备或设备的另一区域——特别是操纵室——的至少一个运送装置的移动。如上所述，可以在其中将未固化的建造材料从添加式地建造的物体除去的操纵站也可以视为本申请的范围内的设备，其中对应的操纵室可以视为本申请的范围内的过程室。用于添加式地制造三维物体的设备也可以包括在其中发生实际的制造过程的过程室和在其中将未固化的建造材料从添加式地建造的物体除去或在其中清洁物体的操纵室。

安全装置适配于控制运送建造平面的至少一个运送装置的移动，以使得建造平面仅可在所确定的化学和/或物理参数满足规定值或处于容许范围内的情况下被移动至另一设备或设备的另一区域。例如，安全装置控制所述至少一个运送装置的移动，以使得仅在建造平面的温度在规定温度值(例如51℃)以下的情况下，建造平面才能被移动至另一设备或设备的另一区域。

安全装置优选地包括至少一个非接触式传感器。所述至少一个非接触式传感器可以是或可包括红外传感器和/或高温计和/或摄像机和/或照相机。通过将所述至少一个传感器建造为或包括至少一个非接触式传感器，可以更灵活地选择传感器的布置方式。特别地，传感器可布置在照射装置的工作空间的外侧，特别是其中能量束在建造平面上扫描的空间的外侧。当然，可以设置多个传感器，以确定过程室的多个表面或多个区域，例如建造平面的多个区域。也可以设置二维传感器，例如适配于在空间上分辨过程室——特别是建造平面——中的温度的高温计或摄像机。

根据设备的另一实施例，所述至少一个传感器可布置在过程室的开口中或该开口处。这允许确定过程室内部的所述至少一个化学和/或物理参数并且还允许将所述至少一个传感器布置在用于添加式制造过程中的设备的构件的移动路径(或工作空间)之外。优选地，所述至少一个传感器可布置在与过程室连接的气体流动通道中，优选地吸入通道和/或排出通道中，特别是吸入通道或排出通道的漏斗形通道部中。因而，所述至少一个传感器可布置在已经与过程室一起设置的开口——例如过程气体被引导通过其中的气体流动通道——中。特别是通过将所述至少一个传感器布置在气体流动通道中(或气体流动通道的开口的区域中)，传感器可测量过程室内部的温度并且还可以测量过程室中的至少一个表面的温度。此外，(例如通过使用传感器组)，优选地可在吸入通道和/或排出通道中测量过程气体的温度。

将所述至少一个传感器布置在气体流动通道的漏斗形通道部中或该漏斗形通道部处允许将传感器布置在这样的表面上，即该表面已经相对于建造平面布置成使得光学传感器可以在没有另外的支持的情况下便被定向到建造平面上或朝向/指向建造平面。

此外，可设置至少两个传感器来确定同一参数，特别是使用不同测量原理的两个传感器。通过具有确定同一参数的至少两个传感器，提高了确定的可靠性，因为实现了冗余。特别地，通过具有采用两种不同测量原理来确定或测量同一参数——例如，温度——的所述至少两个传感器，可以检测测量原理之一或传感器之一的测量误差并通过依赖于经由另一传感器或另一测量原理对所述至少一个参数的确定来进行补偿。

此外，本发明涉及一种用于添加式地制造三维物体的设备的安全装置，特别是如上所述的本发明的设备，该设备包括过程室，该过程室具有至少一个建造平面，建造材料在所述至少一个建造平面中被直接照射，其中安全装置适配于确定至少一个化学参数和/或至少一个物理参数，其中安全装置适配于根据所确定的化学和/或物理参数来控制过程室的访问状态。

另外，本发明涉及一种用于操作至少一个用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量源固化的建造材料构成的层来添加式地制造三维物体的设备的方法，该设备包括具有建造材料在其中被直接照射的至少一个建造平面的过程室，其中确定至少一个化学参数和/或至少一个物理参数，其中根据所确定的参数来控制过程室的访问状态。当然，本发明的方法可以在本发明的设备上执行。

当然，关于本发明的设备所述的所有特征、细节和优点可全部转移至本发明的安全装置和本发明的方法。

附图说明

参考附图描述本发明的一个示例性实施例。图1是示出了本发明的设备的示意图。

具体实施方式

图1示出用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量源固化的建造材料构成的层来添加式地制造三维物体2的设备1。设备1包括建造平面4布置在其中的过程室3，其中布置在建造平面4中的建造材料可以由能量束5——例如激光束——直接照射。

可选地，设备1包括计量模块6和建造模块7以及溢流模块8。建造材料可以由计量模块6提供，其中施加单元9用于将建造材料从计量平面10传送到建造平面4。设备1还包括可供过程气体流入过程室3中的气体流动通道11。

为了向维修人员或用户提供对过程室3的访问，设备1包括开口12，该开口用作可供用户取得对过程室3中的构件的访问并与其交互的访问点。在开口12处于锁闭状态——其中开口12利用门13密封——的情况下，维修人员或用户不能访问过程室3。

由于添加式制造过程在过程室3的内部进行，当例如使用惰性气体作为可另外被热处理的过程气体时，过程环境可能对用户或维修人员的健康造成危险。过程气体还可能夹带残留物，特别是颗粒，例如未固化的建造材料、烟雾或阴燃物。对健康的另一潜在危险是高温，特别是在过程室3内部的被加热至在它们被直接接触、特别是触碰的情况下会带来伤害的温度的被加热表面。例如，照射建造平面4中的建造材料的能量束4由于能量消耗而加热建造材料。例如，当使用金属粉末作为建造材料时，需要规定温度来熔化或烧结建造材料。

为了降低对用户或维修人员的健康的潜在危险，设备1包括适配于确定至少一个化学参数和/或至少一个物理参数的安全装置14。安全装置14适配于根据所确定的化学和/或物理参数来控制过程室的访问状态，特别是通过控制门13的访问状态(锁闭状态)来控制过程室的访问状态。

安全装置14与温度传感器15——例如，朝建造平面4定向的摄像机或高温计或红外传感器——连接。换言之，可以经由温度传感器15直接测量建造平面4——特别是布置在建造平面4的固化区中的建造材料——的温度。当然，可以设置多于一个的温度传感器15，以确保温度测量的冗余并覆盖建造平面4中的多于一个的区域或过程室3内部的其它表面或构件。优选地，另外的温度传感器依赖于不同测量原理。对于被建造为摄像机或高温计的温度传感器15，可以在空间上分辨建造平面4的不同区域——例如，固化区16和与所述至少一个固化区16相邻的至少一个相邻区17——的温度。

温度传感器15还适配于确定过程室3内部的其它表面或过程室3内部的其它构件如施加单元9的温度。所确定的过程室3内部的相应表面或构件的温度值可以被发送至安全装置14或安全装置14适配于接收所确定的温度值。如从附图可以进一步推导的，温度传感器15布置在气体流动通道11中，特别是布置在过程室3的开口处的漏斗形通道部18中。温度传感器15附接在其上的漏斗形通道部18的表面的(相对于建造平面4的)倾斜允许如上所述的建造平面4中的温度的直接测量。

此外，环境传感器19被分配给安全装置14。环境传感器19适配于确定过程室3内部的气氛20的至少一个化学和/或物理参数。特别地，环境传感器19适配于确定过程室3内部的过程气体的温度以及过程气体的化学组成和过程气体所夹带的细颗粒的比率。

另外，过程参数传感器21被分配给安全装置14，其中过程参数传感器21适配于确定至少一个过程参数，例如当前在设备1中进行的过程步骤和与设备1的构件相关的另外的过程参数，例如加热参数，特别是加热元件的温度，或照射参数，例如能量束功率。

安全装置14适配于根据可经由安全装置14接收的通过温度传感器15、环境传感器19或过程参数传感器21确定的化学和/或物理参数来控制开口12的访问状态。因而，安全装置14与门锁22连接，密封开口12的门13可使用该门锁锁住/锁闭。

因此，安全装置14适配于监视所述至少一个化学和/或物理参数是否处于容许范围内或是否满足规定的相应值(或在规定的相应值以下)。例如，可以规定过程室3内部的表面或构件的温度值，特别是51℃。如果经由温度传感器15监视的构件之一或表面之一的温度超过51℃，则安全装置14以使得不许可用户或维修人员访问过程室3的方式来控制过程室3的访问状态。为了控制过程室3的访问状态，安全装置14调节门锁22的锁闭状态，以防止开口12被打开。

因此，如果经由环境传感器19确定的环境参数之一或经由过程参数传感器21确定的过程参数之一未处于相应的容许范围内或不满足相应规定值，则安全装置14相应地约束对过程室3的访问。因此，安全装置14以如下方式来控制过程室3的访问状态：门锁22的锁闭状态以使得开口12不能被打开并且因此用户或维修人员无法取得对过程室3的访问的方式被控制。如果相应参数(特别是所有所确定的参数)满足规定值或处于容许范围内，则安全装置14适配于相应地以门13被解锁的方式来控制门锁22的锁闭状态。在门13处于解锁状态的情况下，用户可打开门13并取得对过程室3的访问。

安全装置14还适配于控制建造平面4的移动，特别是计量模块7的移动(或计量模块7的运送建造平面4的运送装置的移动)。如上所述，如果化学和/或物理参数中的至少一者不满足相应规定值或未处于容许范围内，则安全装置14可以控制计量模块7或建造平面4的移动，以使得建造平面4不能移动到另一设备中或设备1的另一区域中。

因而，安全装置14确保了用户或维修人员无法取得对过程室3的访问，除非过程室3内部的过程环境满足预定要求。尤其是，确保了用户或维修人员不会由于取得对过程室3的访问并与过程室3的内部交互而暴露于危险环境。

当然，本发明的方法可以在本发明的设备1上执行。