本發(fā)明總得涉及增材制造裝置，并且更具體涉及在進行增材制造期間使用惰性氣體流來控制煙霧。

背景技術(shù)：

增材制造，比如選擇性激光燒結(jié)、選擇性激光熔化等通常是在氣密目標形成室中進行。在該室中，用如激光的電磁輻射來照射粉末材料，如金屬粉末、陶瓷粉末。因此，在該室內(nèi)的構(gòu)建平臺區(qū)段上設置一薄層粉末，這形成了三維目標的底部。在分步生產(chǎn)中，例如，一層一層地制造出三維目標。在多步之間使用刷子結(jié)構(gòu)在已經(jīng)部分制造好的材料頂部上重新分配粉末以形成下一層。

ep2732890a2中公開了一種用于增材制造的示例性裝置。

目標形成室通常包括一序列的多個區(qū)段，其中包括加工區(qū)段，它位于粉末供應區(qū)段和未使用的粉末區(qū)段中間。該序列通常設置在該室內(nèi)，從而所有的區(qū)段能通過裝置的開口容易地接近。這些區(qū)段的對準的方向在此被稱為側(cè)向方向。

制造過程中，激光源可以提供激光束，激光束導向在構(gòu)建平臺上并被粉末吸收以將粉末融化。因此，需要光學元件來引導激光束。此外，在激光束聚焦到粉末并相互作用之前，還需穿過輸出透鏡或輸出窗口。在激光束與粉末相互作用時，室內(nèi)會有煙霧產(chǎn)生。煙霧的顆?？沙练e在光學元件的表面上或輸出透鏡或輸出窗口上。沉積物例如可能會影響激光性能。并且，設置在室內(nèi)的其他的內(nèi)部元件也有可能會被影響，比如加工傳感器(如攝像機，高溫計，溫度計，氧氣傳感器)。

已知在室里應用惰性氣流用來保護，例如，光學元件，不受煙霧沉積形成的危害。de102010052206a1,de102006014835a1,和wo2010/007394a1中公開了現(xiàn)有技術(shù)配置的示范例。現(xiàn)有的技術(shù)配置特別公開了縱向的氣體流動。

本公開旨在改進或者克服現(xiàn)有技術(shù)體系里的一個或者多個方面，至少是部分改進，并且具體是在制造期間提供有效的惰性氣體除煙流。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一些目標可以通過權(quán)利要求1的增材制造裝置和權(quán)利要求13的用于去除在增材制造裝置的操作期間所產(chǎn)生的煙霧方法來實現(xiàn)。更多發(fā)展在從屬權(quán)利要求中給出。

根據(jù)本公開的第一方面，用于將粉末材料生成三維目標的增材制造(additivemanufacturing)的裝置，包括：主體，該主體提供目標形成室，并且在該主體的前壁內(nèi)，提供用于進入該目標形成室的開口；工作面，該工作面界定了目標形成室并且具有用于在其上制造三維目標的構(gòu)建平臺區(qū)段；門，該門設置在前壁處并且可被定位成在關閉狀態(tài)中密封該開口并且在打開狀態(tài)中提供進入該目標形成室的通路；和氣體流動系統(tǒng)，該氣體流動系統(tǒng)用于提供橫跨該構(gòu)建平臺區(qū)段的氣體流動。該氣體流動系統(tǒng)包括在該主體內(nèi)延伸的第一主體區(qū)段和為該門的一部分的門區(qū)段。特別地，語句“為該門的一部分”包括該門區(qū)段可以是該門的集成部分和/或該門的連接部分。該門區(qū)段包括第一開口結(jié)構(gòu)，該第一開口結(jié)構(gòu)設置成在該門的關閉狀態(tài)中將氣體釋放至該構(gòu)建平臺區(qū)段或者從該構(gòu)建平臺區(qū)段接收氣體。

在進一步的實施例中，公開了一種用于移除從粉狀材料增材制造出三維目標的裝置的操作期間所產(chǎn)生的煙霧的方法，其中該煙霧在具有目標形成室的加工部位中產(chǎn)生。該方法包括提供氣體流動，該氣體流動橫跨前壁處界定該目標形成室的門與關于該加工部位在與該門相反側(cè)處界定該目標形成室的背側(cè)之間延伸。例如，該氣流源自該門并且結(jié)束于該背側(cè)，特別地氣體在該門中的相應開口處和該背側(cè)中釋放/接收，以形成氣流。

本公開的其他特征和方面在以下的描述、從屬權(quán)利要求和附圖中描述。

附圖說明

圖1是示例增材制造裝置的透視示意圖；

圖2是圖1裝置的平行于xy平面并且延伸通過目標形成室的示意性剖面圖；

圖3是圖1裝置的平行于如圖2中指出的xy平面的剖面圖；

圖4是圖1裝置的平行于如圖2中指出的yz平面的剖面圖；

圖5是圖1所示增材制造裝置的門的一區(qū)段的放大的透視示意圖，顯示了集成在門中的氣體流動系統(tǒng)的門區(qū)段；

圖6是圖5所示的門的示意性剖面圖，平行于xy平面并且延伸通過氣體流動系統(tǒng)的門區(qū)段；

圖7是圖5所示的門的一半的示意性透視圖，顯示了氣體流動系統(tǒng)的門區(qū)段的結(jié)構(gòu)；

圖8和圖9是氣體流動系統(tǒng)的門區(qū)段的其他實施例的示意圖。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述。其中描述并在附圖中示出的示例性實施例，旨在教導本發(fā)明的原理，讓本領域的普通技術(shù)人員能夠在不同的環(huán)境和不同的應用上操作和使用本發(fā)明。因此，這些示例性實施例不是為了限制專利保護的范圍，也不應被視為對專利保護的范圍的限制。相反，專利保護的范圍應由所附權(quán)利要求限定。

本發(fā)明在某種程度上，基于以下認識，通過提供氣流，氣流從前往后或者從后往前穿過構(gòu)建平臺區(qū)段部分，可以在制造過程中有效地去除煙霧并且不擴散。特別是為了產(chǎn)生這種氣流，相應的氣體流動系統(tǒng)可以至少部分地集成到增材制造裝置的門中。因此，粉末供應部位，加工部位和未使用的粉末部位橫向?qū)?，即沿著一個可以用門來關的接近側(cè)，這個特別的構(gòu)造可以產(chǎn)生這種氣流。

一般情況下，這樣的生產(chǎn)過程是在充滿惰性氣體的氣密密封室中進行。這種惰性氣體的環(huán)境可以避免或至少減少，例如，賤金屬在室內(nèi)與氧反應。在制造過程中，煙霧可能會不可避免的產(chǎn)生并分布在惰性氣體中。如上所述，煙霧顆?？赡軙绊?，例如，光學元件。特別是煙霧顆?？赡軙练e在光學元件上，從而影響光束質(zhì)量，甚至可能通過吸收作用損壞光學元件。

因此，公開的概念是可以允許使用惰性氣體流來減少甚至避免在室內(nèi)的任何沉積物。該概念可以是基于通過使用裝置的門的惰性氣體的循環(huán)。此外，該概念是允許氣流的形成可以至少部分獨立于粉末的粉末分配器的運動，特別是通過形成橫向于粉末分配器運動的流動。此外，此處公開的概念可以允許減小尺寸，進一步優(yōu)化相應的氣體流動系統(tǒng)所需的空間。此外，此處公開的配置可以以允許易清潔和維護的方式來實施。

圖1到圖4展示了從粉末材料5生成三維目標3的增材制造裝置1。這些裝置也被稱為三維打印系統(tǒng)或選擇性激光燒結(jié)機或選擇性激光熔化機等。上述ep2732890a2講述了這種裝置的操作方法。

如圖1所示，裝置1包括主體11，該主體提供了目標形成室13。前壁15在前側(cè)界定了室13。特別地，前框架15a形成開口17，通過該開口17可以進入主體11內(nèi)的形成室13。

操作是在工作表面21上執(zhí)行的，其在底側(cè)處界定室13并且特別提供構(gòu)建平臺區(qū)段23a。構(gòu)建平臺區(qū)段23a可以關于開口17居中地設置。制造過程在構(gòu)建平臺區(qū)段23a上進行，例如，在限定在構(gòu)建平臺區(qū)段23a上的加工部位內(nèi)。

主體11還包括背側(cè)18并且可以進一步容納至少部分的氣體流動系統(tǒng)41，例如用于惰性氣體的氣體存儲器，和泵送系統(tǒng)(未示出)。此外，在主體11的頂部，可以安裝諸如光纖/盤形激光器和掃描儀系統(tǒng)的激光系統(tǒng)51，或者將激光系統(tǒng)的光引導到主體11的頂部，用于例如通過光學窗口耦合到形成室13中。激光系統(tǒng)51的激光束被導向在構(gòu)建平臺區(qū)段23a的頂部，例如，沿著理想的軌跡來燒結(jié)或完全熔化粉末材料5。

另外，裝置1包括門31，該門31連接至前板15，用來在加工過程中關閉目標形成室13。特別地，可以通過門把31a和鎖31b將門31鎖上處于關閉狀態(tài)。圖2示出了門31的這種關閉狀態(tài)。

在打開狀態(tài)，如圖1所示，門31提供了通過開口17至室13的進入。因此，用戶可以采取必要的加工準備步驟(清潔內(nèi)部，再填充粉末)，和在加工完成后取出任何目標3。在圖1中，例如還進一步顯示了存放裝置19，該存放裝置設置于室13內(nèi)，以將加工部位內(nèi)的粉末材料5分配至，例如構(gòu)建平臺區(qū)段23a或者目標3的已經(jīng)產(chǎn)生的部分上。

如圖2和圖3所示，構(gòu)建平臺區(qū)段23a在粉末供應部位23b和粉末收集部位23c之間居中的在側(cè)向方向(圖中x方向)上設置。粉末供應部位23b連接至粉末存儲器，而粉末收集部位23c收集未使用的或者剩下的不能再用的粉末?？偟膩碚f，粉末收集部位23c可以是可選的。

如圖1所示，存放裝置19在橫向方向(圖中y方向)上延伸，該橫向方向與部位23a,23b和23c的布置的側(cè)向方向正交。

如圖2到圖4中箭頭所示，此處公開的概念提供了，氣流42沿著從門13到背側(cè)18的方向(或者相反方向)橫跨構(gòu)建平臺區(qū)段23a。

為實施氣流42，氣體流動系統(tǒng)41包括第一主體區(qū)段41a和門區(qū)段41b，主體部件41a在主體11中延伸，門區(qū)段41b是門31的一部分。

如果用來給形成室13供氣，第一主體區(qū)段41a可以，比如經(jīng)由氣體泵，與氣體流動系統(tǒng)41的惰性氣體供應室流體連接?？商鎿Q地，如果是用來接收從室13取出的氣體，第一主體區(qū)段41a可以，如經(jīng)由過濾器單元71，與氣體存儲器流體連接。

門41b包括第一打開結(jié)構(gòu)45a。第一打開結(jié)構(gòu)45a被設置在關于門31的一位置處，從而，在門31的關閉狀態(tài)，氣體能從例如構(gòu)建平臺區(qū)段23a的上方的加工部位被釋放或者接收。特別地，第一打開結(jié)構(gòu)45a位于從構(gòu)建平臺區(qū)段23a的y方向。

氣體流動系統(tǒng)41還包括第二主體區(qū)段52，第二主體區(qū)段52有第二打開結(jié)構(gòu)55。第二打開結(jié)構(gòu)55關于構(gòu)建平臺區(qū)段23a定位于第一打開結(jié)構(gòu)45a對面。例如，第二打開結(jié)構(gòu)55可集成到主體11的背側(cè)18內(nèi)。

總的來說，氣體流動系統(tǒng)41被配置成將氣體從第一打開結(jié)構(gòu)45a和第二打開結(jié)構(gòu)55釋放到室13內(nèi)，并且經(jīng)由相應的其他開口接收包括煙霧的氣體。由于第一開口結(jié)構(gòu)45a和/或第二開口結(jié)構(gòu)55的定位離加工部位很近，煙霧可以有效地被從目標形成室13導出，并且從而避免或至少減少對激光系統(tǒng)51的光學元件的污染。

總的來說，氣體流動系統(tǒng)41被配置成閉環(huán)系統(tǒng)或者由分開的系統(tǒng)(例如一個供給區(qū)段和一個接收區(qū)段)組成，其中被移除的氣體可以在重新使用之前被加工和清潔。

再參見圖1，第一主體區(qū)段41a包括一個主體端口43a，例如位于前壁15的前框架15a處。門31包括相應的門端口43b，其是門區(qū)段41b的一部分，并且被流體連接至第一打開結(jié)構(gòu)45a。在門31的關閉狀態(tài)，主體端口43a與門端口43b被設置成形成氣體流動系統(tǒng)41的第一主體區(qū)段41a和門區(qū)段41b的流體連接。

另外，如圖1可見，裝置1包括門密封系統(tǒng)，用于提供沿著周向密封路徑在門31和前壁15之間的緊密封。周向密封路徑例如圍繞設置在門31內(nèi)的觀察窗53延伸。例如，主門墊圈61可以與設置在前框架15a處的相反的主體墊圈61b相互作用。特別地，周向密封路徑與相似的主門墊圈61a和主體墊圈61b圍繞開口17延伸，由此在門31的關閉狀態(tài)，氣密密封室13。

如圖1所示，主體墊圈61b也圍繞主體端口43a延伸，并且主門墊圈61a同樣地也圍繞門端口43b延伸。相應的，第一主體區(qū)段41a和門區(qū)段41b之間的流體連接設置于密封的室13中，從而從該流體連接的任何滲漏被釋放到密封的室13中，而不會流入周圍環(huán)境。

如圖1所示，當形成流體連接時，墊圈63a和63b為主體端口43a和門端口43b提供了氣密密封。

特別地如圖3和4所示，第一開口結(jié)構(gòu)45a和第二開口結(jié)構(gòu)55豎直定位于工作表面21上方，即，它們在z方向上移動。例如，在z方向上的位移在0厘米到5厘米的范圍內(nèi)，比如2厘米。

另外，如圖2和3可見，第一開口結(jié)構(gòu)45a和/或第二開口結(jié)構(gòu)55的側(cè)向延伸，即在x方向的延伸，與加工部位的側(cè)向延伸可比較。例如，在10厘米到15厘米范圍內(nèi)側(cè)向延伸用于具有大約10厘米的直徑的加工部位，例如，大致關于相同尺寸或者更大。這允許提供，至少在一定程度上，橫跨加工部位的線性流動輪廓。提供理想流動配置的可替代配置在下面結(jié)合圖8和圖9描述。

氣體流動系統(tǒng)41的門區(qū)段41b的第一個示范性實施例將在接下來結(jié)合圖5至7解釋。

圖5示出了門31的一區(qū)段，它包括門端口43b和第一開口結(jié)構(gòu)45a。特別地，門31包括門板131和蓋板133。蓋板133用螺釘135連接到門板131上。在門板131和蓋板133之間形成通道137。通道墊圈137a將通道137密封，通道墊圈137a定位于門板131和蓋板133之間并且圍繞通道137。當門31關閉時，門端口43b被部分地顯示并且在氣體流動系統(tǒng)41的第一主體區(qū)段41a和通道137之間提供流體連接。

圖6示出了沿門31內(nèi)的通道137的剖面圖，而圖7示出了在第一開口結(jié)構(gòu)45a的部位中通過門31的z方向上的剖面圖(豎直切割)。

特別地，示出了第一開口結(jié)構(gòu)45a由單獨的單元制成，它包括一系列的通孔145a。每個通孔145a處于封閉狀態(tài)在y方向上延伸，該系列的定向為在x方向上。如圖6還顯示，第一開口結(jié)構(gòu)45a沿著該系列通孔145a漸縮，從而——對于氣體通過第一開口結(jié)構(gòu)45a釋放的情況——由于氣體通過第一對通孔145a離開沿x方向的壓降被位于下游的通孔補償。例如，通道137的橫截面沿著第一開口結(jié)構(gòu)45a的延伸變窄至約50％。然而，應注意，壓降和它的影響可以大致取決于壓力范圍、通道137的尺寸和通孔145a的尺寸。

替換地或者另外地，例如，通孔的形狀和/或尺寸可以被調(diào)整，以改變該系列通孔的流動阻力。

以上是通道形成的示范性實施例，該通道形成基于一些類型的凹進部，該些類型的凹進部設置在門里并且被一些結(jié)構(gòu)元件覆蓋(即作為集成的部分)。而如圖5到圖7中所示的通道137設置于門板131內(nèi)，替換地或者另外地，通道137可以形成于蓋板133中以形成門區(qū)段41b，成為門31的集成的部分。

圖8和圖9中顯示了門區(qū)段41b的可替代配置。

在圖8的實施例中，單獨的通道單元141b被連接至門31的內(nèi)表面47(作為單獨的部分)，其被主門墊圈61a界定。因此，主體11的前壁15需要適配，以提供主體端口43a的后放位置。單獨的通道單元141b可以延伸至室13內(nèi)，因此關于構(gòu)建平臺區(qū)段23a提供甚至更近的氣體的釋放/接收。此外以及與門集成式的配置相對比，單獨的通道單元141b提供了對現(xiàn)有的門設計改造現(xiàn)有的氣體流動系統(tǒng)可能性。

單獨通道配置的另一個例子可以基于剛性或撓性管，該剛性或撓性管被連接在門31處或者引導通過門31。在一些實施例中，這些管可以經(jīng)由門端口43b和主體端口43a被流體連接至第一主體區(qū)段41a。一般來說，對于門區(qū)段41b可以提供集成的配置和單獨部件配置的結(jié)合。

圖9顯示一種配置，其中門區(qū)段41b包括多于一個通道和/或每通道多于一個開口結(jié)構(gòu)。延伸至門31的不同位置的通道可以允許從不同位置將空氣釋放至形成室13內(nèi)，并且從而在室13內(nèi)形成所需的流動分布。

例如，圖9中示出了，兩個側(cè)向位移的開口結(jié)構(gòu)245a和245b，以在更大側(cè)向范圍提供橫跨構(gòu)建平臺區(qū)段23a的線性氣流。側(cè)向位移的開口結(jié)構(gòu)245a和245b被流體連接有和例如供應有通過公共通道237的氣體。

圖9還顯示了豎直(z方向)延伸的第二通道237a，以在離工作表面21一定高度的室13的部位中提供惰性氣體。特別地，通道237a與開口結(jié)構(gòu)245c流體連接，該開口結(jié)構(gòu)245c包含豎直設置的通孔的序列，以釋放/接收氣體。

另外，圖9示意圖示了雙向閥239作為例子，用于通過不同通道的閥控氣體供應/接收。特別地，雙向閥239被配置成選擇性地流體連接通道237和/或通道237a與門端口43b。因此，根據(jù)加工的種類或者加工的階段，可以啟動的室13煙霧去除和/或例如冷卻/加熱。

如上所述，當粉末類型之間切換時，氣體流動系統(tǒng)的不同配置(例如，部分地集成在門內(nèi)或者作為安裝在其上的單獨的部分)可以簡化不同的粉末類型之間的改變和簡化對任何不需要的粉末(例如，具有顆粒大小在幾到幾十微米范圍內(nèi)粉末)的清潔。特別地，對于集成配置，這可以通過在一些增加的管道和門的主結(jié)構(gòu)之間沒有增加的表面結(jié)構(gòu)，如邊緣，角落，狹窄的凸起或者凹進部。

此外，通過提供從背側(cè)到門或者相反(即沿圖中所示y軸方向或者反方向)的氣流，該公開的配置允許惰性氣體能被提供至加工部位和從加工部位取走，即從構(gòu)建平臺區(qū)段的上方。因此，發(fā)現(xiàn)從加工部位的任何煙霧后，氣體可以直接被從目標形成室排出。因此，大部分的煙霧可以直接從目標形成室去除，而不會讓任何(大量的)煙霧分布至室內(nèi)的其他區(qū)域。

此外，例如，提供在氣體流動系統(tǒng)的氣體接收區(qū)段處的過濾器可以通過更換該過濾器來簡化氣流系統(tǒng)的維護。

此外，在此公開的配置可以提供橫向(即沿y方向)的流動，并且因此實質(zhì)上獨立于存放裝置的移動，特別地，如果其在y方向刷狀延伸。另外，通過將相應的開口結(jié)構(gòu)集成到門內(nèi)——例如，關閉的門在理想的位置將氣體引導和導向到室內(nèi)——氣體流動系統(tǒng)在目標形成室內(nèi)的所需空間量被減少。另外，提供在門處的打開結(jié)構(gòu)，提供了在門的打開狀態(tài)接近目標形成室的更多空間。

另外，氣體流動系統(tǒng)可以包括控制單元，當門打開時該控制單元中斷惰性氣體至門區(qū)段41b的任何控制，和/或該控制單元控制例如門內(nèi)的閥，以選擇通道。

另外，如圖6所示，在一些實施例中，開口結(jié)構(gòu)被設計成特定的可去除的插入件(即流動形成單元)。它的形狀可以被改變，以適配例如特定的制造工藝，因此通過簡單的交換就可以保證在不同的條件下所需范圍內(nèi)的均勻流動分布。例如，所需均勻流動在z方向的延伸可以根據(jù)加工對象的大小來決定。

總的來說，在此公開的不同密封可以通過形狀密封和/或墊圈密封或基于o形圈的密封來進行。

最后，此處公開的概念的能應用的增材制造機例子包括選擇性激光燒結(jié)機或者選擇性激光熔化機，如trumpf下的trumpfsisma生產(chǎn)的“mysint100”。

雖然本發(fā)明優(yōu)選實施例已在此描述，但在不偏離以下權(quán)利要求的范圍前提下，可以結(jié)合改進和修改。