运行至少一个用于添加式地制造三维物体的设备的方法与流程

运行至少一个用于添加式地制造三维物体的设备的方法
1.本技术是2017年10月23日所提出的申请号为201710994331.5、发明名称为“运行至少一个用于添加式地制造三维物体的设备的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种运行至少一个通过依次逐层地选择性照射和固化能借助能量束固化的粉末状建造材料层来添加式地制造三维物体的设备的方法，其中，在至少一个用于添加式地制造三维物体的设备的运行期间产生废热能。


背景技术：

3.通过依次逐层地选择性照射和随之而来的固化能借助能量束(例如电子束或激光束)固化的粉末状建造材料层来添加式地制造三维物体的设备和方法是众所周知的。这样的设备和方法例如在选择性激光烧结过程、选择性激光熔化过程或选择性电子束熔化过程中使用。
4.还已知在相应设备的运行期间和相应方法的应用期间分别产生废热能。通常，不利用该废热能，因此相应设备的运行和相应方法的应用分别产生实际上“损失”的废热能。


技术实现要素：

5.鉴于上述情况，本发明的目的是，提供一种以相应的有效方式利用在添加式地制造三维物体的相应的设备运行期间所产生的废热能的方法以及相应的方法的应用。
6.该目的通过根据权利要求1所述的运行至少一个用于添加式地制造三维物体的设备的方法来实现。引用权利要求1的权利要求涉及根据权利要求1的方法的可能实施例。
7.本发明所述的方法涉及运行至少一个用于通过依次逐层地选择性照射和随之而来的固化由能借助能量束固化的一般为粉末状的建造材料构成的建造材料层来添加式地制造三维物体的设备(以下称为“设备”)，所述三维物体例如为技术部件。相应的建造材料可以是金属、陶瓷或聚合物粉末。相应的能量束可以是激光束或电子束。相应的设备可以例如是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。
8.该设备具有在其运行期间使用的多个功能单元。一个示例性功能单元是用于使用能量束选择性地照射建造材料层的照射装置。以下提及设备的功能单元的其它示例。
9.设备的至少一个功能单元的运行直接或间接地引起废热能(即废热)的耗散。因此，在设备的运行期间产生废热能。所述废热能可以被认为是设备运行的能量副产物。如下面将进一步详细说明的，废热能特别是来自用于选择性地照射建造材料层的照射装置、用于加热容器状粉末模块的加热装置或用于加热设备的过程室的加热单元的运行。参照前序部分中提到的现有技术，术语“废热能”特别是指在用于添加式地制造三维物体的设备的运行期间产生的热能，然而，该热能不被利用，因此实际上损失掉了。
10.根据本发明所述的方法，废热能不会损失，而是至少部分地被利用。
11.根据第一选择，废热能至少部分地转换成电和/或机械能。因此，废热能被用于转
换成可由电和/或机械能消耗装置使用的电和/或机械能。这里，在相应的设备的运行期间所产生的废热能传递到至少一个能量转换装置，在所述能量转换装置中所述废热能被转换成能被电和/或机械能消耗装置使用的电和/或机械能。当然，电和/或机械能可以至少部分地临时存储在适当的电和/或机械能存储装置中。此外，电和/或机械能可以进一步转换成其它类型的能量。
12.根据替代的或附加的第二选择，废热能至少部分地传递到至少一个热能消耗装置。因此，废热能被热能消耗装置利用。这里，在相应的设备的运行期间所产生的废热能不被转换，而是传递到利用它的至少一个热能消耗装置。当然，热能可以至少部分地临时存储在适当的热能存储装置中。
13.在任何情况中，本发明所述的方法可以显著地积极地影响运行相应的设备的能量平衡。所述方法提供了分别以有效的方式利用在相应的设备的运行期间所产生的废热能的方案和相应的方法的应用。
14.关于第一种选择，废热能可以至少部分地转换成电能，所述电能被传递/馈送到设备内部的至少一个电能消耗装置，或者被传递/馈送到设备外部的至少一个电能消耗装置。
15.相应设备内部的电能消耗装置是其功能与设备的运行、即特别是由所述设备所执行的添加式制造过程(直接或间接)相关的装置。
16.相应设备内部的电能消耗装置可以是设备的功能单元。根据一个示例，相应的功能单元可以用于在例如设备的过程室的建造平面中施加建造材料层。相应的功能单元的示例可以是建造材料施加装置，特别是覆层装置。根据另一示例，功能单元可用于使用至少一个能量束来选择性地照射建造材料层。相应的功能单元的示例可以是照射装置，特别是能量束产生装置，或能量束偏转装置，例如，扫描器装置。根据另一示例，功能单元可用于产生沿流通道/在流通道内的过程气体流。相应的功能单元的示例可以是流装置，例如吹或吸装置。根据另一示例，功能单元可用于产生用于驱动至少一个能驱动的功能部件的驱动力。相应的功能单元的示例可以是用于驱动(特别是移动)覆层装置的可驱动覆层器的电驱动器(例如电动机)、支承建造材料和/或待被添加式地制造出的三维物体的可驱动板等。根据另一示例，功能单元可以用于加热设备的至少一个部件。相应的功能单元的一个示例可以是电阻加热装置。
17.设备外部的电能消耗装置是其功能不与设备的运行(直接地或间接地)相关的装置。相应的电能消耗装置的示例可以是电照明装置，所述电照明装置用于建筑物(例如相应设备所安装的大楼)或建筑物的一部分(例如相应设备所安装的房间)的照明。相应装置的另一示例可以是用于加热建筑物(例如相应设备所安装的大楼)或建筑物的一部分(例如相应设备所安装的房间)的电加热装置。
18.在任何情况中，配置成将废热能直接或间接地转换成电能的能量转换装置用于将废热能转换为电能。相应的能量转换装置例如可被实施为发电机或可包括发电机。
19.仍然关于第一选择，废热能可以替代地或附加地至少部分地转换成机械能，该机械能被传递/馈送到设备内部的至少一个机械能消耗装置，或被传递/馈送到设备外部的至少一个机械能消耗装置。
20.相应设备内部的机械能消耗装置是其功能与设备的运行、即特别是由设备所执行的添加式制造过程(直接地或间接地)相关的装置。
21.相应设备内部的机械能消耗装置可以是设备的功能单元。根据一个示例，相应的功能单元可以用于在例如设备的过程室的建造平面中施加建造材料层。相应的功能单元的示例可以是建造材料施加装置，特别是覆层装置。根据另一示例，相应的功能单元可用于使用能量束选择性地照射建造材料层。相应的功能单元的示例可以是照射装置，特别是能量束偏转装置，例如扫描器装置。根据另一示例，相应功能单元可以用于产生沿流通道/在流通道内的过程气体流。相应的功能单元的示例可以是流装置，例如吹或吸装置。根据另一示例，相应的功能单元可以用于产生用于驱动至少一个可驱动的功能部件的驱动力。相应的功能单元的示例是电驱动器，例如电动机，所述电驱动器用于驱动(特别是移动)覆层装置的可驱动覆层器、支承建造材料或待被添加式地制造出的三维物体的可驱动板等。
22.相应设备外部的机械能消耗装置是其功能不与设备的运行(直接地或间接地)相关的装置。相应的机械能消耗装置的示例可以是输送或运输装置，所述输送或运输装置用于在例如其中安装有相应的设备的建筑物或建筑物的一部分(例如，其中安装有相应的设备的房间)内输送或运输物品。
23.在任何情况中，配置成直接或间接地将热能转换成机械能的能量转换装置用于将废热能转换成机械能。相应的能量转换装置例如可以被实施为热机或可以包括热机。
24.关于第二选择，废热能可以至少部分地用于运行至少一个热能消耗装置，其中废热能被传递/馈送到设备内部的至少一个热能消耗装置或设备外部的至少一个热能消耗装置。
25.相应设备内部的热能消耗装置是其功能与相应设备的运行、即特别是由设备所执行的添加式制造过程(直接或间接地)相关的装置。
26.因此，废热能可以至少部分地传递到设备内部的至少一个相应的热能消耗装置。相应设备内部的热能消耗装置可以是设备的功能单元。根据一个示例，相应的功能单元可用于加热至少一个功能部件，例如设备的容器状粉末模块或设备的过程室，所述容器状粉末模块包括用于接收粉末状建造材料的粉末室。相应的功能单元的示例可以是加热装置，特别是使用流动通过加热通道结构的加热流体的加热装置，所述加热流体例如为气体或液体。
27.与其具体用途无关，废热能可以从相应设备的(直接或间接地)产生废热能的不同功能单元获取。作为示例，废热能可以从在设备运行期间用于选择性地照射建造材料层的能量束获取，所述能量束特别是激光束。作为另一示例，废热能可以从在设备运行期间产生的被至少部分偏转的能量照射中获取。作为另一个示例，废热能可以从设备运行期间被加热的设备的壁部获取，所述壁部例如是容器状粉末模块的被加热的壁或过程室的被加热的壁或限定内部流空间的被加热的流通道壁，过程气体在设备的运行期间可流动通过所述内部流空间。在这方面，热交换器或任何其它导热结构可用于从设备的相应功能单元获取废热能。
28.相应设备外部的热能消耗装置是其功能不与设备的运行(直接地或间接地)相关的装置。相应的装置的一个示例是用于加热建筑物(例如所述设备所安装的大楼)或建筑物的至少一部分(例如所述设备所安装的房间)的加热装置。
29.本发明还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束固化的建造材料层来添加式地制造三维物体的设备。一般地安装在建筑物或建筑物的一部分中
的所述设备可被配置成执行如上所述的方法，所述设备例如可以是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设备。至少一个能量转换装置可以与该设备相关联。与该方法相关的所有解释以类似的方式应用于该设备。
30.本发明还涉及一种用于添加式地制造三维物体的设施，其包括用于通过依次逐层地选择性照射和固化能借助能量束固化的建造材料层来添加式地制造三维物体的多个设备。一般地安装在至少一个建筑物或建筑物的至少一部分中的设施被配置成用于执行如上所述的方法。至少一个能量转换装置可以与所述设施相关联。与该方法相关的所有解释也以类似的方式应用于所述设施。
附图说明
31.参照附图描述本发明的示例性实施例，其中：
32.图1、2分别示出了用于添加式地制造三维物体的设备的原理图。
具体实施方式
33.每一附图示出了通过依次逐层地选择性照射和随之而来的固化由能借助能量束4(例如激光束)固化的粉末状建造材料3(例如金属粉末)构成的建造材料层来添加式地制造三维物体2(例如技术部件)的设备1的原理图。设备1例如可以是选择性激光熔化设备。设备1可以是包括用于添加式地制造三维物体2的多个相应设备1的设施的一部分。
34.设备1具有在其运行期间使用的多个功能单元。示例性的功能单元是照射装置5，特别是能量束产生装置，和/或能量束偏转装置，例如，扫描器装置，其用于使用能量束4来选择性地照射建造材料层。另一示例性功能单元是建造材料施加装置6，特别是用于在例如设备1的过程室7的建造平面中施加建造材料3的层的覆层装置。另一示例性功能单元是用于产生沿流动路径/通道9的过程气体流10的流装置8，例如吹或吸装置。另一示例性功能单元是驱动装置11，例如电动机，其用于产生用于驱动至少一个可驱动的功能部件的驱动力，所述至少一个可驱动的功能部件例如是覆层装置的可驱动覆层器、支承建造材料3和/或待被添加式地制造出的三维物体2的可驱动板12。另一示例性功能单元是用于加热至少一个功能部件(例如，粉末模块14、过程室7等)的电阻加热装置13。
35.设备1的至少一个功能单元的运行直接或间接地引起废热能wte(即废热)的耗散。因此，在设备1的运行期间产生废热能wte。废热能wte被认为是设备1运行的能量副产物。
36.设备1被实施为用于执行允许废热能wte不损失而被利用的方法。
37.根据该方法的第一实施例，见图1，废热能wte至少部分地转换成电能ee和/或机械能me。因此，废热能wte被用于转换成可由电和/或机械能消耗装置使用的电能ee和/或机械能me。这里，在设备1运行期间产生的废热能wte被传递到至少一个能量转换装置15，在该能量转换装置15中所述废热能wte被转换成电和/或机械能消耗装置使用的电能ee和/或机械能me。当然，电能ee和/或机械能me可以至少部分地临时存储在适当的电和/或机械能存储装置(未示出)中。此外，电能ee和/或机械能me可以进一步转换成其它类型的能量。
38.从废热能wte转换而来的电能ee可以至少部分地传递到设备1内部的至少一个电能消耗装置或设备1外部的至少一个电能消耗装置。
39.设备1内部的电能消耗装置可以是设备1的功能单元之一，例如照射装置5、建造材
料施加装置6、流装置8、驱动装置11、加热装置13。
40.设备1外部的电能消耗装置的一个示例可以是用于对建筑物17(例如设备1所安装的大楼)或建筑物17的一部分(例如设备1所安装的房间)进行照明的电照明装置16。设备1外部的电能消耗装置的另一示例可以是用于对建筑物17或建筑物17的一部分(例如设备1所安装的房间)进行电加热的加热装置18。
41.配置为将废热能wte直接或间接地转换成电能ee的能量转换装置15可以被实施为发电机或者可以包括发电机。
42.从废热能wte转换而来的机械能me可以至少部分地传递到设备1内部的至少一个机械能消耗装置或设备1外部的至少一个机械能消耗装置。
43.设备1内部的机械能消耗装置可以是设备1的功能单元之一，例如建造材料施加装置6、流装置8、驱动装置11。
44.设备1外部的机械能消耗装置的一个示例可以是用于在例如其中安装设备1的建筑物17或建筑物17的一部分(例如其中安装设备1的房间)内输送或运输物品的输送或运输装置19。
45.配置成将废热能wte直接或间接地转换成机械能me的能量转换装置15可以被实施为热机或可以包括热机。
46.根据所述方法的替代或另外的第二实施例，参见图2，废热能wte至少部分传递到至少一个热能消耗装置。因此，废热能wte被热能消耗装置利用。这里，在设备1的运行期间产生的废热能wte不被转换，而是传递到使用它的至少一个热能消耗装置。当然，热能wte可以被至少部分地临时存储在适当的热能存储装置(未示出)中。
47.废热能wte可以至少部分地用于运行至少一个热能消耗装置，其中，将废热能wte传递到设备1内部的至少一个热能消耗装置或设备1外部的至少一个热能消耗装置。
48.设备1内部的热能消耗装置的一个示例可以是加热装置13。
49.设备1外部的热能消耗装置的一个示例可以是用于对建筑物17或建筑物17的一部分(例如其中安装设备1的房间)进行电加热的加热装置。
50.无论废热能wte的具体用途如何，废热能wte可以从设备1的(直接或间接)产生废热能wte的不同功能单元获取。作为示例，废热能wte可以从在设备1的运行期间用于选择性地照射建造材料层的能量束4获取。作为另一示例，废热能wte可以从在设备1运行作期间所产生的被至少部分偏转的能量照射中获取。作为另一示例，废热能wte可以从在设备1的运行期间被加热的设备1的壁部获取，所述壁部例如为粉末模块14的被加热的壁或过程室7的被加热的壁或限定内部流空间的被加热的流通道壁，在设备1的运行期间，过程气体10可以流动通过所述内部流空间。在这方面，热交换器或任何其它导热结构可用于从设备1的各个功能单元获取废热能wte。