本發(fā)明涉及一種用于增材制造設(shè)備的模塊及使用該模塊的方法。本發(fā)明具有特定(但不排它)對用于減小選擇性激光熔融(slm)或選擇性激光燒結(jié)(sls)設(shè)備的構(gòu)建體積的模塊的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

選擇性激光熔融(slm)和選擇性激光燒結(jié)(sls)設(shè)備使用高能量束(例如，激光束)經(jīng)由材料(例如，金屬粉末材料)的逐層固化來產(chǎn)生物體。粉末層通過將粉末堆沉積與粉末床相鄰并使用刮片將粉末堆散布于粉末床而在構(gòu)建室中的粉末床中形成。隨后跨越對應(yīng)于經(jīng)建構(gòu)物體的橫截面的粉末層的區(qū)域而掃描激光束。激光束熔融或燒結(jié)粉末以形成固化層。在層的選擇性固化之后，粉末床減少新固化層的厚度并且另一粉末層在表面上散布且視需要固化。此類裝置的實例公開于us6042774中。

構(gòu)建體積由構(gòu)建室的壁及支撐粉末床的構(gòu)建平臺可降入內(nèi)構(gòu)建室的程度界定。在某些情形中，可能需要改變構(gòu)建體積的大小。舉例來說，當(dāng)由昂貴的材料(例如，金)來制造小零件和/或制造零件時，可能需要減小構(gòu)建體積以減少用于構(gòu)建的時間和/或所需要的的粉末材料的量。

us2011/0278773公開減小包括用于與構(gòu)建零件同時將粉末限于較小體積的構(gòu)建壁的構(gòu)建體積的方法。用于應(yīng)用粉末層的應(yīng)用裝置具有插入件以減小應(yīng)用粉末的工作領(lǐng)域。

de102009020987公開可插入到構(gòu)建室中以減小可供用于構(gòu)建的體積的體積減小元件。還提供子載體以用于支撐粉末床，該子載體包含用于將子載體連接到可在構(gòu)建室中移動的主要支撐活塞的連接件板。蓋板可設(shè)置于活塞操作定容器中以減小填充供應(yīng)腔室所需要的粉末的體積。

us2011/0252618、wo2013/189617及ep2732890還公開其中元件插入于構(gòu)建室中以減小可用的構(gòu)建體積的布置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根本發(fā)明的第一方面，提供用于插入至增材制造設(shè)備中的模塊，該模塊包括可安裝于增材制造設(shè)備中的固定位置中的支架，該支架界定構(gòu)建室及投配室；構(gòu)建平臺，其在零件的增材制造期間在構(gòu)建室中可移動以用于支撐粉末床；投配活塞，其在投配室中可移動以將粉末從投配室推出；及機構(gòu)，其將構(gòu)建平臺機械地耦合到投配活塞，使得構(gòu)建平臺在構(gòu)建室中的向下移動引起投配活塞在投配室中的向上移動。

以此方式，構(gòu)建平臺及投配活塞兩者可通過公共驅(qū)動機構(gòu)來移動。舉例來說，模塊可安裝于增材制造設(shè)備的較大主構(gòu)建室中，該模塊的構(gòu)建平臺可連接至用于驅(qū)動主構(gòu)建室的主構(gòu)建平臺的驅(qū)動機構(gòu)。構(gòu)建平臺可經(jīng)由主構(gòu)建平臺連接至驅(qū)動機構(gòu)?；蛘?，構(gòu)建平臺的移動可通過與用于驅(qū)動主構(gòu)建平臺的驅(qū)動機構(gòu)分開的驅(qū)動機構(gòu)來驅(qū)動。

將構(gòu)建平臺機械地耦合到投配活塞的機構(gòu)可為齒輪機構(gòu)。齒輪機構(gòu)可包括被配置為嚙合兩個齒條的一個或多個小齒輪，該兩個齒條中的一個連接到構(gòu)建平臺，且另一個連接到投配活塞使得構(gòu)建平臺向下的移動驅(qū)動一個或多個小齒輪的旋轉(zhuǎn)，該一個或多個小齒輪的旋轉(zhuǎn)反過來驅(qū)動投配活塞的向上移動。在一個實施例中，齒輪機構(gòu)包括單個小齒輪。在此類實施例中，齒輪機構(gòu)可將投配活塞向上移動等于構(gòu)建平臺向下移動的量。

在替代實施例中，齒輪機構(gòu)包括關(guān)于公共軸線安裝的兩個小齒輪，小齒輪中的一個與和構(gòu)建平臺連接的齒條嚙合，且另一個小齒輪與連接到投配活塞的齒條嚙合以便形成齒條與小齒輪機構(gòu)對。齒條及小齒輪對的齒輪傳動可被配置為使得由投配活塞移動的距離不等于由構(gòu)建平臺移動的距離。此類布置可允許投配室為層投配充足的粉末，甚至投配室具有與構(gòu)建室相同或比構(gòu)建室更小的橫截面積。

投配室中的投配活塞的投配頭的開始位置可為可調(diào)整的。此可允許用戶調(diào)整待由投配機構(gòu)投配的粉末的體積。

投配室的橫截面積可大于構(gòu)建室的橫截面積。粉末從投配機構(gòu)散布到構(gòu)建室中的粉末床通常不是100％有效。

此外，粉末的固化可產(chǎn)生經(jīng)固化區(qū)域，該經(jīng)固化區(qū)域比形成該經(jīng)固化區(qū)域的粉末占用更小的量。通過提供具有較大橫截面積的投配室，由投配機構(gòu)供應(yīng)給層的粉末將比跨越粉末床形成層所需要的稍大，以考慮到隨著粉末被散布的粉末損失及前一層的經(jīng)固化區(qū)域的縮小。

替代或另外地，將構(gòu)建室的移動機械地耦合至投配活塞的移動的機構(gòu)可被配置為使得就構(gòu)建平臺向下的移動而言，投配活塞向上移動更大距離。

支架可進一步界定用于捕獲被散布超出構(gòu)建室的過量粉末。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供用于插入到增材制造設(shè)備的主構(gòu)建室中的模塊，該模塊包括可安裝于主構(gòu)建室中的固定位置中的支架，該支架界定次級構(gòu)建室及投配室；次級構(gòu)建平臺，其可在次級構(gòu)建室中移動以用于在零件的增材制造期間支撐粉末床；及投配活塞，其可在投配室中移動以將粉末從投配室推出。

次級構(gòu)建平臺及投配活塞可被配置為機械地耦合到用于驅(qū)動主構(gòu)建室中的主構(gòu)建平臺的移動的驅(qū)動機構(gòu)。次級構(gòu)建平臺及投配活塞可被配置為機械地耦合到主構(gòu)建平臺，以使得主構(gòu)建平臺的向下移動引起次級構(gòu)建室中的次級構(gòu)建平臺的向下移動及投配室中的投配活塞向上移動。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供使用增材制造構(gòu)建零件的方法，該方法包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面或第二方面將模塊插入增材制造設(shè)備中及在該模塊的構(gòu)建室中構(gòu)建零件。

該零件可以是可得益于比增材制造設(shè)備中常規(guī)地所提供的構(gòu)建體積更小的構(gòu)建體積來制造的牙用組件、首飾或其它小零件。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供包括增材制造設(shè)備，該增材制造設(shè)備中安裝有根據(jù)本發(fā)明的第一方面或第二方面的模塊。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供包括構(gòu)建室的增材制造設(shè)備；升降機，其可在構(gòu)建室中移動，該升降機被布置為使得構(gòu)建基底可以可釋放地方式固定于其上，粉末分配器，其用于隨著升降機將構(gòu)建基底下降而將連續(xù)的粉末層沉積到構(gòu)建基底上，用于產(chǎn)生高能量束的裝置，用于將該高能量束轉(zhuǎn)向到層上以選擇性地固結(jié)每一層的區(qū)域從而形成物體的轉(zhuǎn)向裝置，其中該構(gòu)建基底經(jīng)由固定件以可釋放方式固定于升降機，該固定件易于用于自升降機從不是構(gòu)建基底上的那個/那些表面(粉末分配器在其上沉積層)的表面來釋放該基底。

以此方式，可供用于構(gòu)建的構(gòu)建基底的表面(例如上表面)的區(qū)域不受要易于經(jīng)由構(gòu)建基底的表面來接近固定件(例如，螺釘)的需要所限制。此可允許在預(yù)設(shè)構(gòu)建體積內(nèi)構(gòu)建較大零件且避免用戶在設(shè)計該構(gòu)建時需要考慮固定件的位置。在其上沉積層的構(gòu)建基底的表面至少可由當(dāng)固結(jié)時粉末所黏著的材料組成。舉例來說，構(gòu)建基底的表面可由與粉末相同的材料組成。升降機可包括構(gòu)建平臺，構(gòu)建基底以可釋放方式固定于該構(gòu)建平臺上。

升降機和/或構(gòu)建基底可包括被收納于升降機或構(gòu)建基底中的另一個中的空腔中的至少一個突出部，其中該固定件被布置為使得固定件可進入該空腔且嚙合該突出部以將構(gòu)建基底固定至升降機。該突出部可包括用于收納固定件的凹口。該凹口可經(jīng)適當(dāng)成形，例如，包括傾斜表面，以使得該表面通過固定件的末端的嚙合來牽引構(gòu)建基底朝向升降機。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供構(gòu)建基底以供用于在根據(jù)本發(fā)明的第五方面的增材制造設(shè)備中使用，該構(gòu)建基底包括用于以可釋放方式將構(gòu)建基底固定于增材制造設(shè)備的升降機的固定件，該固定件易于用于自升降機從不是構(gòu)建基底上的那個/那些表面(粉末分配器在其上沉積層)的表面來釋放該基底。

附圖說明

圖1為增材制造設(shè)備的示意圖；

圖2為圖1中展示的增材制造設(shè)備的另一側(cè)的示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的模塊的升高視圖；

圖4為圖3中展示的沿線a-a安裝于增材制造設(shè)備中的模塊的橫截面圖；

圖5為該模塊的投配活塞的投配頭的沿線a-a的放大橫截面圖；

圖6為圖3中展示的沿線b-b的模塊的橫截面圖；及

圖7為構(gòu)建基底及構(gòu)建平臺沿線c-c的橫截面圖。

具體實施方式

參看圖1及圖2，增材制造設(shè)備包括其中具有隔板115、116的主要腔室101，該隔板界定主構(gòu)建室117及粉末可沉積于其上的表面110。提供主構(gòu)建平臺102以用于支撐粉末床104及由選擇性激光熔融粉末104構(gòu)建的一個或多個物體103。主構(gòu)建平臺102可隨著形成物體103的連續(xù)層而由驅(qū)動機構(gòu)(例如，馬達113)在主構(gòu)建室117內(nèi)降下。可用的構(gòu)建體積由主構(gòu)建平臺102可降低到主構(gòu)建室117中的程度來界定。

該構(gòu)建通過使用用于將粉末投配到表面110上的分配設(shè)備108及用于將粉末散布于床104的細(xì)長刮片109來將粉末層連續(xù)地沉積于粉末床104而進行。舉例來說，分配設(shè)備108可以是如wo2010/007396中所描述的設(shè)備。刮片109在線性方向上跨越構(gòu)建平臺102移動。

激光模塊105產(chǎn)生用于熔融粉末104的激光，該激光視需要而由光學(xué)掃描器106在計算機130的控制下引導(dǎo)。激光束118經(jīng)由窗107進入腔室101。在此實施例中，激光模塊105為纖維激光，例如，nd:yag纖維激光。

光學(xué)掃描器106包括用于將激光束引導(dǎo)到粉末床104上的所要位置的轉(zhuǎn)向光學(xué)件(在此實施例中為兩個可移動鏡面106a、106b)和用于調(diào)整激光束的焦距的聚焦光學(xué)件(在此實施例中為一對可移動透鏡106c、106d)。馬達(未圖示)驅(qū)動鏡面106a及透鏡106b、106c的移動，該馬達由計算機130控制。

參看圖3至圖7，根據(jù)本發(fā)明的實施例的模塊包括能夠插入到增材制造設(shè)備的主構(gòu)建室117中的支架201。支架201的唇緣202被配置成在表面110之上延伸超出構(gòu)建室117的上開口，以使得支架201在增材制造設(shè)備中固定于適當(dāng)位置中。支架201包括分別界定構(gòu)建室205及投配室206的向下延伸的壁203及204及用于捕獲被散布超出構(gòu)建室205的過量粉末的上溢料斗221。支架201單個一體式片件或被固定在一起以形成單個單元的一系列分離零件形成。

如從圖3清晰可見，投配室206的(水平面中的)橫截面積大于構(gòu)建室205的對應(yīng)橫截面積。在此實施例中，投配室206的橫截面為和構(gòu)建室205的對應(yīng)橫截面相同的矩形形狀但大于構(gòu)建室205的對應(yīng)橫截面。但是，將理解，在其它實施例中，投配室206及構(gòu)建室205的橫截面形狀可不同。

模塊包括可在構(gòu)建室205中移動由支架腿208a、208b支撐的構(gòu)建平臺207，該支架腿208a、208b依次安裝在支腳209上。支腳209具有用于收納螺釘?shù)拇┩?，以附接支腳209且因此將構(gòu)建平臺207附接至增材制造設(shè)備的主構(gòu)建平臺102。構(gòu)建平臺207包括對抵構(gòu)建室117的壁來密封該平臺的密封件207a。

如圖4及圖7中所示，構(gòu)建平臺207包括中心圓形插銷230及從平臺207向上延伸的突出部231(僅示出其中一個)。要以可釋放方式固定到構(gòu)建平臺207的構(gòu)建基底228包括用于收納插銷230的中心空腔及空腔232，其從基底228的中心偏移以用于收納突出部231。構(gòu)建基底228包括用于收納帶螺紋固定件235的帶螺紋孔洞234?？锥?34通向構(gòu)建基底228的側(cè)表面，而不是上表面329。固定件235具有當(dāng)突出部231被收納于空腔232中時可與突出部231中的凹口237的傾斜表面嚙合的圓拱狀末端236。

模塊進一步包括在投配室206中可移動的投配活塞210。投配活塞210包括由帶螺紋連桿212支撐的上活塞頭211。連桿212穿過環(huán)形坐放頭214中的帶螺紋孔隙213。上活塞頭211相對于坐放頭(settinghead)214的位置可通過旋轉(zhuǎn)連桿212來調(diào)整。上活塞頭211相對于坐放頭214的移動由連桿212的兩側(cè)的兩個導(dǎo)軸215a、215b引導(dǎo)。連桿212的頭包括其中的斜切凹口223且上活塞頭211包括四個帶螺紋孔洞。為了防止連桿212在構(gòu)建期間旋轉(zhuǎn)，夾持板224經(jīng)使用嚙合帶螺紋孔洞的螺釘225而被固定到上活塞頭211。夾持板224包括嚙合斜切凹口223的突起部226，以使得當(dāng)夾持板224被固定于適當(dāng)位置時，突起部226與凹口223之間的摩擦用以防止連桿212旋轉(zhuǎn)。

上活塞頭211及坐放頭214兩者包括密封件21la、214a以對抵投配室206的壁204來密封頭211、214。坐放頭214包括一對支架腿217a、217b。連接到構(gòu)建室205及投配室206中的每一個的底部的承壓板226提供用于在構(gòu)建平臺207及投配活塞210的移動期間引導(dǎo)支架腿208a、208b、217a、217b的承壓。

支架腿208b及支架腿213a中的每一個包括嚙合小齒輪220上的齒排216的齒排219a、219b的齒條。此齒輪機構(gòu)將構(gòu)建平臺207機械地耦合到投配活塞210，以使得構(gòu)建平臺207在構(gòu)建室205中的向下移動引起投配活塞210在投配室206中的向上移動。以此方式，構(gòu)建平臺207及投配活塞210兩者通過構(gòu)建平臺102的移動而移動。

該模塊進一步包括各自包括用于嚙合主要構(gòu)建室117的側(cè)壁的可移動對接件242a、242b的四個夾鉗(示出其中的兩個240a、240b)。對接件242a、242b通過旋轉(zhuǎn)具有螺紋的與支架201中的互補螺紋嚙合的螺釘241a至241d而移動到嚙合腔室117的側(cè)壁的位置中。在每一螺釘241a至241d的末端為與對應(yīng)的傾斜表面(未圖示)相嚙合的楔形部件(未圖示)。傾斜表面中的一個為固定的，且其它傾斜表面為可使用對接件242a、242b中的一個來移動的，以使得螺釘241a至241d到支架201中的移動對抵著傾斜表面而推送楔形部件，其中將傾斜表面推至分開且因此對接件242a、242b朝向構(gòu)建室117的側(cè)壁。例如彈簧或橡皮圈的偏置部件可將傾斜表面朝向彼此偏置，使得當(dāng)楔形部件遠離傾斜表面移動時對接件242a、242b在偏置部件的偏置下遠離側(cè)壁移動。

在使用中，模塊被安裝在主構(gòu)建室117中以提供通過主構(gòu)建平臺102的驅(qū)動機構(gòu)113驅(qū)動的經(jīng)減小體積的次級或從構(gòu)建室207。為了將模塊安裝于增材制造設(shè)備中，主構(gòu)建平臺102升高到主構(gòu)建室117及附接到構(gòu)建平臺102的模塊的支腳209的頂部。構(gòu)建平臺102隨后降下以將模塊下降到主構(gòu)建室117中直到支架201的唇緣202與表面110嚙合為止。用戶通過致動螺釘242a至242d將模塊夾持于構(gòu)建室117中的適當(dāng)位置而迫使對接件241a、241b與構(gòu)建室117的壁的側(cè)面相抵。

構(gòu)建基底228通過將構(gòu)建平臺228升高到構(gòu)建室205的頂部及定位構(gòu)建基底228的中心腔室中的插銷230及空腔232中的突出部231而被安裝在構(gòu)建平臺207上。用戶隨后將固定件235與突出部231中的凹口237對準(zhǔn)，以使得固定件235的擰緊迫使末端236與傾斜表面相抵而進入凹口237中。此動作引起構(gòu)建基底228被朝向平臺207推送而將構(gòu)建基底228固定于其上。構(gòu)建基底228被固定之后，構(gòu)建平臺102降低以定位構(gòu)建基底226的上表面與支架201的上表面相平。

投配活塞208隨后被調(diào)整以設(shè)定上投配頭211在投配室206中的開始位置。通過旋轉(zhuǎn)連桿212以將上投配頭211相對于坐放頭214移動而設(shè)定開始位置?；谟糜跇?gòu)建所需要的粉末量來設(shè)定開始位置，相應(yīng)地通過當(dāng)完成構(gòu)建時粉末床的所需要的深度來設(shè)定粉末的量。所需要的深度將取決于被構(gòu)建零件的大小及定向。當(dāng)上投配活塞211按需要定位時，夾持板224被固定以將連桿212保持在適當(dāng)位置。薄的(例如2mm)的遮蓋板227放置于投配頭212上方以防止粉末進入頭212的上表面上的凹口。

當(dāng)投配頭211已經(jīng)定位于所要開始位置處時，可裝載粉末且開始構(gòu)建。這通過將構(gòu)建平臺102降低一層的厚度而實現(xiàn)，相應(yīng)地，其降低構(gòu)建活塞207且升高投配活塞208。刮片109隨后被致動以散布所投配粉末，在支架201的上表面的上方推送，跨越安裝在構(gòu)建平臺207上的構(gòu)建基底228。任何過量粉末被推送到上溢料斗221中?？缭綐?gòu)建基底所形成的粉末層的所選區(qū)域隨后通過在計算機130的控制下將激光束轉(zhuǎn)向所擇區(qū)域而熔融。隨后關(guān)于后續(xù)層重復(fù)此過程直到構(gòu)建完成為止。

在構(gòu)建結(jié)尾時，主構(gòu)建平臺102升高，將次級構(gòu)建平臺207升高到次級構(gòu)建室205的頂部使得零件可被移除且粉末被收回。用戶將粉末刷拭到料斗221中而收回未固化粉末。料斗221的容積等于可裝載到投配室206中的粉末的最大的量。料斗221可隨后從支架201脫離以用于收回粉末。舉例來說，把手250可附接到料斗221以用于移除料斗221。把手包括在其中的孔洞251，粉末可在構(gòu)造結(jié)束時從該孔洞倒入(例如)濾篩中。

將理解，在不脫離如本文中所描述的本發(fā)明的范圍的情況下可對上述實施例作出修改和更改。舉例來說，模塊可具有其自身的專用驅(qū)動機構(gòu)，而不是將構(gòu)建平臺207附接到主構(gòu)建平臺102。模塊可包括連接在公共轉(zhuǎn)軸上的兩個小齒輪，而不是單個小齒輪，該等小齒輪的齒輪傳動被布置以使得針對由構(gòu)建平臺207向下移動的距離，投配活塞206向上移動更大的距離。此類布置可有利于確保分配充足的粉末從而形成層。