用于逐層地制造三維物體以及用于取出完成制造的物體設備和方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于逐層地制造三維物體以及用于將完成制造的物體從包圍該三維物體的保持為未固化的粉末中取出的設備和方法，所述三維物體的制造通過逐層地經(jīng)由能量引入來固化在相應的層中與待制成的物體的橫截面相對應的位置上的構(gòu)造材料來實現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]例如在DE102005024790A1中描述了一種用于逐層地制造三維物體的方法(該方法已知的名稱為“選擇性激光燒結(jié)”)以及一種用于執(zhí)行該方法的相配的設備。
[0003]W001/10631描述了一種用于將完成制造的物體從包圍該物體的、保持為未固化的粉末中取出的設備和方法。在物體完成制造之后，容器(物體在該容器中完成制造)被從工藝腔室中取走并且置于取出站中。在一種實施形式中，該取出站包括壓縮空氣源，空氣流從該壓縮空氣源中切向地吹過容器的上側(cè)。由于支承架(物體安裝在該支承架上)在容器中朝向容器的上側(cè)的方向上的運動，保持為未固化的粉末逐漸地被擠出到容器邊緣之外，并且被空氣流從完成制造的物體吹走。在此時，物體同時被冷卻。在另一種實施形式中，容器以預定的角度傾斜。由于支承架在朝向容器的上側(cè)的方向上的運動，保持為未固化的粉末逐漸地被擠出到容器邊緣之外，并且在側(cè)面上緩慢流入到收集容器中。
[0004]在該取出設備中，必須提供用于使支承架運動的單獨的驅(qū)動裝置，由此，該設備變得復雜和尺寸大。此外，借由那里所描述的方法，具有空腔的物體不能完全清除保持為未固化的粉末。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的任務在于，提供一種改進的設備和一種改進的方法，用于將該物體從包圍該物體的保持為未固化的粉末中取出，該物體通過逐層地固化粉末狀的原始材料而制成。
[0006]該任務通過根據(jù)權(quán)利要求1或8的設備和根據(jù)權(quán)利要求11或23的方法解決。本發(fā)明的進一步擴展方案分別在各項從屬權(quán)利要求中給出。
[0007]通過容納在旋轉(zhuǎn)框架中的可更換容器從其豎直的位置出發(fā)旋轉(zhuǎn)至少90°的角度實現(xiàn):保持為未固化的粉末能夠完全地從可更換容器中或者從制成的物體的空腔中緩慢流出。優(yōu)選該“緩慢流出”由施加震動或者撞擊支持。整個過程可在保護氣體氛圍下進行。
【附圖說明】
[0008]本發(fā)明其他的特征和適用性借助附圖由對實施例的描述得出。
[0009]圖1以示意性的、局部的剖視圖示出用于逐層地制造三維物體的設備的實施例，該設備適用于執(zhí)行本發(fā)明。
[0010]圖2以示意性的透視圖示出在圖1中所示的設備的取出站。
[0011]圖3以示意性的透視圖示出圖2的取出站，該取出站具有嵌入的可更換容器。
[0012]圖4以示意性的透視圖示出圖3的取出站，該取出站在旋轉(zhuǎn)了90°的狀態(tài)中。
[0013]圖5以示意性的透視圖示出圖3的取出站，該取出站在旋轉(zhuǎn)了180°的狀態(tài)中。
[0014]圖6以示意性的透視圖示出圖3的取出站，該取出站在旋轉(zhuǎn)了180°的狀態(tài)中，其中，容器蓋與收集容器對接。
[0015]圖7示出制成的具有內(nèi)部通道的物體的示意性的幾何結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0016]下面，參照圖1地描述一種適用于執(zhí)行本發(fā)明的設備的實施例。在圖1中所示出的設備是激光燒結(jié)設備或激光熔融設備I。為了構(gòu)造物體2，該設備包括具有腔室壁4的工藝腔室3。
[0017]在工藝腔室3中設置有向上敞開的容器5，該容器構(gòu)成為可更換容器，這意味著，該可更換容器能從工藝腔室3中取走并且重新裝入到該工藝腔室中。在容器5中設置有能在豎直方向V上運動的支承架6，在該支承架上安裝有基板6a，該基板使可更換容器朝下封閉并且由此構(gòu)成該可更換容器的底部?；?a可以是與支承架6分開地構(gòu)成的板，該板固定在支承架6上或者該板可以與支承架6集成在一起地構(gòu)成。根據(jù)所使用的工藝，還能在基板6a上安裝構(gòu)造平臺7，物體2在該構(gòu)造平臺上構(gòu)造。但是，物體2也能在基板6a上構(gòu)造，那么該基板自身用作為構(gòu)造平臺。
[0018]在圖1中，在容器5中、在構(gòu)造平臺7上待構(gòu)成的物體2示出在工作平面8下方并且處于中間狀態(tài)中，該物體具有多個已固化的層并且被保持為未固化的構(gòu)造材料9所包圍。此夕卜，在工藝腔室3中設置有儲備容器10，用于存儲能夠通過電磁地輻射被固化的粉末狀的構(gòu)造材料11，以及設置有能在水平方向H上運動的涂覆裝置12，用于將構(gòu)造材料11施加到工作平面8上。
[0019]此外，激光燒結(jié)設備I包括使用激光器14的輻照設備13，該激光器產(chǎn)生激光束15，該激光束通過轉(zhuǎn)向設備16轉(zhuǎn)向并且通過聚焦設備17穿過在工藝腔室3的壁中的耦入窗口 18而聚焦到工作平面8上。
[0020]此外，激光燒結(jié)設備I包括控制單元19，設備的各個組成部分為了執(zhí)行構(gòu)造工藝通過該控制單元協(xié)調(diào)地控制?？刂茊卧梢园–PU，該CPU的運行由電腦程序(軟件)控制。
[0021]最后，激光燒結(jié)設備I包括取出站20，用于將物體2從包圍該物體的保持為未固化的粉末9中取出。
[0022]圖2是取出站20內(nèi)部的示意性的透視圖。為了簡化視圖而省略可能存在的殼體。
[0023]取出站20包括具有旋轉(zhuǎn)框架22的固定的支架21。旋轉(zhuǎn)框架22這樣安裝在支架21上，使得該旋轉(zhuǎn)框架能圍繞水平延伸的軸線旋轉(zhuǎn)。在圖中所示的示例中，旋轉(zhuǎn)軸線延伸通過兩個構(gòu)成旋轉(zhuǎn)框架22的圓形的環(huán)的中心。旋轉(zhuǎn)框架22構(gòu)成為，使得該旋轉(zhuǎn)框架能夠容納可更換容器5。在旋轉(zhuǎn)框架22上安裝有蓋25，該蓋能夠用于封閉被裝入到旋轉(zhuǎn)框架22中的可更換容器5。
[0024]在旋轉(zhuǎn)框架22下方在支架21中設置有收集容器23，該收集容器在其上側(cè)具有收集口 24。優(yōu)選收集口 24是可封閉的，例如能通過(未示出的)閘門封閉。此外，收集容器23可具有(同樣未示出的)排出口或吸取口，用于去除所收集的粉末。
[0025]在運行中，首先為了制造物體2而將可更換容器5設置在工藝腔室3中。支承架6下降了所期望的層厚，然后使用涂覆裝置13來涂上粉末狀的構(gòu)造材料12的層。接著，待制造的物體的橫截面由激光束15掃描，使得在這些位置上的粉末狀的構(gòu)造材料12固化。這些步驟重復直至物體完成制造。
[0026]為了將物體2從包圍該物體的保持為未固化的粉末9中取出，可更換容器5被置于取出站20中并且裝入到旋轉(zhuǎn)框架22中。圖3示出在如下狀態(tài)中的取出站20，即可更換容器5被裝入在該取出站中。在此，蓋25使可更換容器5朝上封閉。蓋25在其上側(cè)上具有排出口26，用于排出保持為未固化的粉末9ο該排出口 26首先由(在圖中未示出的)閘門封閉。
[0027]接著，如在圖4中所示的那樣，旋轉(zhuǎn)框架22帶著容納在其中的可更換容器5—起繞水平的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。在圖5中所示的最終狀態(tài)中(旋轉(zhuǎn)角度180°)，蓋25的排出口 26向下指向，并且與收集容器23的收集口 24相對置。在該位置中，蓋25的閘門釋放排出口 26，并且保持為未固化的粉末9能緩慢流入到位于下方的收集容器23中。物體2構(gòu)造在構(gòu)造平臺7上并且直接與該構(gòu)造平臺連接(例如，通過將該物體直接燒結(jié)在該構(gòu)造平臺上)或者該物體構(gòu)成在固定于構(gòu)造平臺7上的基板上。因此，S卩使在旋轉(zhuǎn)180°的情況下，該物體也不會落下。
[0028]在可更換容器5將保持為未固化的粉末9排空之后，該可更換容器被從取出站20中取走，蓋25被去除，并且物體2被從構(gòu)造平臺7中取下。由此完成所述物體2的取出。
[0029]為了支持粉末9從物體2取下，可將振動傳送到物體2上。該震動從外部施加到可更換容器5上，優(yōu)選施加到設置在可更換容器5中的(保持所述物體的)基板6a或者構(gòu)造平臺7上。在此，優(yōu)選通過合適的減振措施確保，該震動不會擴散到該設備的其他部件上，例如照明裝置或工藝腔室(在該工藝腔室中可能已經(jīng)在同時制造有另一個物體)，以便不影響該另一個物體的制造精確性。
[0030]替代于振動(即連續(xù)的振蕩)或者除此之外，也可以將撞擊(即單個的依次相繼的沖擊)傳送到物體2上。
[0031]根據(jù)用于制造物體的幾何數(shù)據(jù)以及根據(jù)不同的工藝參數(shù)(例如所使用的粉末的種類和顆粒大小、層厚、被激光輻射的持續(xù)時間或粉末在加工期間的溫度)可以適當?shù)剡x擇所述震動或撞擊的參數(shù)并且相應地控制取出設備20。在震動的情況下，所述參數(shù)例如是頻率、方向、振幅、持續(xù)時間或振動的脈沖波型，在撞擊的情況下，所述參數(shù)例如是各個沖擊的強度或方向或各個沖擊的時間間隔。所述選擇和控制也可以由計算機控制地通過軟件進行。
[0032]如在圖6中所示的那樣，可更換容器的蓋25與收集容器23的蓋對接。在這種情況下，形成封閉的氣體密封的內(nèi)部空間，該內(nèi)部空間由可更換容器5和收集容器23構(gòu)成并且可以用保護氣體填充，使得可更換容器5的排空在保護氣體氛圍下進行。因為物體2和粉末9在取出時通常還是熱的，由此能避免不期望的反應。但是替代地，取出站20的整個內(nèi)部也能用保護氣體填充。如果蓋25的排出口 26和/或收集容器23的收集口 24構(gòu)成為可封閉的，那么當它們兩個(拆卸容器和收集容器)彼此分開時，保護氣體氛圍于是也能維持在可更換容器5和/或收集容器23中。
[0033]蓋25也可以分開地被提供，而不是取出站20的固定的組成部分。如果保護氣體氛圍不是必須的，那么也不必須將蓋安裝在可更換容器5上。于是，粉末在可更換容器5旋轉(zhuǎn)時從該拆卸容器打開的上側(cè)緩慢流出來。于是，收集口 24和收集容器23必須相應地足夠大，以便能夠收集緩慢流出的粉末。
[0034]為了使粉末完全從可更換容器5中去除，該可更換容器必須從豎直的位置旋轉(zhuǎn)至少90°，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)至少120°、在進一步優(yōu)選的方式中旋轉(zhuǎn)至少150°并且還在還進一步優(yōu)選的方式中旋轉(zhuǎn)至少180°。所述“豎直的位置”是可更換容器的這樣的位置，在該位置中排出口26朝上指向并且物體2在該位置中被制造。在此，旋轉(zhuǎn)軸線優(yōu)選水平地延伸，所述旋轉(zhuǎn)圍繞該旋轉(zhuǎn)軸線進行。也可以使用這樣的設置，即完全不限制該角度并且所述可更換容器能例如旋轉(zhuǎn)大于360°。
[0035]通過所描述的方法也可能的是，(通過逐層地固化粉末狀的初始材料而制成的)物體被可靠地清除包圍該物體的保持為未固化的粉末。在此，單獨的用于使支承架(物體安裝在該支承架上)運動的驅(qū)動裝置是不必須的。此外，粉末也能從空腔中緩慢流出，該空腔借由所描述的現(xiàn)有技術(shù)是不能被清除除粉末的。通過使旋轉(zhuǎn)軸線在所描述的旋轉(zhuǎn)框架中穿過可更換容器，相比于旋轉(zhuǎn)軸線在容器下方的情況，取出站能明顯更緊湊地構(gòu)成。
[003