本公開(kāi)涉及用于三維工件的增材制造的設(shè)施。特別地，本公開(kāi)涉及用于工業(yè)規(guī)模的批量生產(chǎn)的增材制造設(shè)施，其中增材制造設(shè)施包括用于三維工件的并行增材制造的多個(gè)增材制造機(jī)器。更特別地，增材制造機(jī)器優(yōu)選地被配置為應(yīng)用激光粉末床熔融(laserpowder?bed?fusion，lpbf)作為用于生產(chǎn)金屬工件的增材制造技術(shù)。

背景技術(shù)：

1、三維工件的增材制造通常被稱為3d打印。特定形式的增材制造是激光粉末床熔融(lpbf)，其中原料粉末層暴露于高能電磁輻射束，諸如例如激光束或粒子束，用于選擇性地?zé)Y(jié)和/或熔化原料粉末的顆粒。通過(guò)逐層順序地?zé)Y(jié)和/或熔化原料粉末來(lái)制造三維工件。

2、與傳統(tǒng)制造技術(shù)(如模制)相比，單個(gè)三維工件的增材制造消耗顯著更多的時(shí)間。因此，在3d打印的早期，增材制造僅應(yīng)用于原型機(jī)制造或少量的單獨(dú)件。然而，由于增材制造提供了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的部件不能被其他傳統(tǒng)制造技術(shù)使用的可能性，因此存在使用增材制造來(lái)進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的批量生產(chǎn)的需求。工業(yè)規(guī)模的批量生產(chǎn)需要快速且安全地裝載和卸載增材制造機(jī)器建造工作所需的某些裝載物品(load?item)。例如，在能夠開(kāi)始建造工作之前，必須將新的建造室放置于處理室下方的操作位置中，并且在建造工作完成之后必須將填充的建造室運(yùn)走。另一個(gè)示例是原料粉末的供應(yīng)。取決于設(shè)施所使用的原料粉末供應(yīng)系統(tǒng)的類型，必須在建造工作之前或期間填充或更換原料粉末罐，以便給增材制造機(jī)器提供足夠的原料粉末。對(duì)于工業(yè)規(guī)模的連續(xù)增材制造，還需要運(yùn)輸和精確定位其他裝載物品，諸如建造室的蓋子或原料粉末漏斗。

3、所有這些裝載物品的共同之處在于它們通常相當(dāng)重，例如40kg至6,000kg或更多。這種重裝載物品的快速、精確和安全處理對(duì)于工業(yè)規(guī)模的連續(xù)增材制造是特別的挑戰(zhàn)。通常，叉車或千斤頂由操作人員人工操縱和操作。出于安全原因，必須隔離出相對(duì)大的操作區(qū)域。裝載物品的精確定位需要特定的人工技能并消耗時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本公開(kāi)的目的是提供一種增材制造設(shè)施，其允許更快且更安全地處理重裝載物品到設(shè)施的制造機(jī)器的裝載和從設(shè)施的制造機(jī)器的卸載。

2、該問(wèn)題的解決方案由獨(dú)立權(quán)利要求的主題提供。能夠從從屬權(quán)利要求、說(shuō)明書和附圖中得出優(yōu)選實(shí)施例。

3、根據(jù)本公開(kāi)，提供了一種增材制造設(shè)施，包括：

4、-具有處理室的增材制造機(jī)器，

5、-多個(gè)裝載物品，以及

6、-裝載系統(tǒng)，用于將裝載物品從第一裝載區(qū)定位到第二裝載區(qū)，其中，

7、第二裝載區(qū)位于處理室的上方和/或下方，其特征為，

8、裝載系統(tǒng)包括升降柱、至少一個(gè)支撐臂和至少一個(gè)裝載物品承載器，其中，至少一個(gè)支撐臂機(jī)械地聯(lián)接到升降柱以沿著升降柱豎直地上升和下降，其中，至少一個(gè)裝載物品承載器機(jī)械地聯(lián)接到至少一個(gè)支撐臂，以相對(duì)于升降柱沿著限定的水平路徑移動(dòng)，其中，第一裝載區(qū)位于裝載系統(tǒng)的前側(cè)區(qū)域中，并且處理室上方和/或下方的第二裝載區(qū)位于裝載系統(tǒng)的后側(cè)區(qū)域中。

9、換句話說(shuō)，升降柱被軸向地定位在第一裝載區(qū)與第二裝載區(qū)之間。為了更好地理解增材制造設(shè)施內(nèi)的空間術(shù)語(yǔ)，例如“軸向”、“側(cè)向(lateral，橫向)”、“上方”、“下方”，定義增材制造設(shè)施的局部右手笛卡爾坐標(biāo)系是有用的，其中z軸豎直地延伸，y軸側(cè)向水平地延伸，并且x軸軸向水平地延伸。因此，升降柱沿著z軸延伸，至少一個(gè)支撐臂沿著y軸至少部分地側(cè)向延伸，并且至少一個(gè)裝載物品承載器能夠沿著x軸相對(duì)于升降柱軸向地移動(dòng)。因此，由升降柱和至少一個(gè)支撐臂跨越的yz平面將裝載系統(tǒng)的前側(cè)區(qū)域(朝向正x軸)和裝載系統(tǒng)的后側(cè)區(qū)域(朝向負(fù)x軸)分開(kāi)。由此，裝載系統(tǒng)能夠在裝載系統(tǒng)的前側(cè)區(qū)域中拾取裝載物品，并將該裝載物品定位在裝載系統(tǒng)的后側(cè)區(qū)域中。當(dāng)然，從后側(cè)區(qū)域中的第二裝載區(qū)回到前側(cè)區(qū)域中的第一裝載區(qū)中的反向輸送也是可能的。應(yīng)當(dāng)注意，裝載區(qū)的序數(shù)“第一”、“第二”、“第三”在本文中表示在裝載過(guò)程期間某個(gè)裝載物品所到達(dá)的裝載區(qū)的順序。因此，可能存在多于一個(gè)第二裝載區(qū)，特別是如果裝載系統(tǒng)被配置為裝載多于一種裝載物品類型。

10、應(yīng)當(dāng)注意，第二裝載區(qū)優(yōu)選地位于比第一裝載區(qū)更高的高度處。第一裝載區(qū)可以位于地面上或者位于叉車或千斤頂能夠在其上行駛的升高的靜態(tài)平臺(tái)上。例如，第一裝載區(qū)可以經(jīng)由坡道進(jìn)入，以便借助于叉車或千斤頂將裝載物品放置在其上。還可能的是，第二裝載區(qū)位于與第一裝載區(qū)相同或更低的高度處，例如，如果增材制造設(shè)施包括的增材制造機(jī)器具有位于地面水平處或僅略高于地面水平的處理室，而第二裝載區(qū)位于其下方。優(yōu)選地，第一區(qū)對(duì)于所有類型的裝載物品是相同的，即，第一裝載區(qū)可以是任何類型的裝載物品進(jìn)入裝載系統(tǒng)的入口區(qū)。裝載物品可以人工或通過(guò)另一自動(dòng)輸送系統(tǒng)帶入第一裝載區(qū)。替代地，第一裝載區(qū)可以是停放區(qū)，特別是除了借助于裝載系統(tǒng)之外沒(méi)有進(jìn)一步的入徑(access，入口)。第二裝載區(qū)可以在裝載物品類型之間不同。第三裝載區(qū)可以用作一種或多種類型的裝載物品的停放區(qū)。

11、任選地，升降柱可以是靜止的，特別是在水平xy平面中。這對(duì)于定位的精度是有益的，因?yàn)椴恍枰_地再現(xiàn)升降柱的限定位置。替代地，升降柱可以沿著水平y(tǒng)軸側(cè)向地能精確定位，優(yōu)選地定位在軌道上。沿著側(cè)向y軸的這種移動(dòng)性對(duì)于裝載系統(tǒng)服務(wù)于增材制造設(shè)施的沿著側(cè)向y軸排成一行的兩個(gè)或更多個(gè)增材制造機(jī)器可能是有用的。不管升降柱是靜止的還是能移動(dòng)的，存儲(chǔ)或擱架系統(tǒng)均可以是增材制造設(shè)施的一部分并且由裝載系統(tǒng)服務(wù)。這種存儲(chǔ)或擱架系統(tǒng)可以具有沿著x軸的“單深度”和/或“雙深度”。雙深度的優(yōu)點(diǎn)在于，可以由裝載系統(tǒng)將兩個(gè)裝載物品在x方向上彼此前后停放或存儲(chǔ)。

12、任選地，升降柱可以具有至少?gòu)牡谝谎b載區(qū)到達(dá)處理室上方的豎直提升范圍。第二裝載區(qū)的數(shù)量和位置可以取決于裝載系統(tǒng)被配置為裝載的裝載物品的各種類型。如果裝載系統(tǒng)非常特別地專用于僅裝載建造室，則一個(gè)第二裝載區(qū)就可以足夠了。然而，如果裝載系統(tǒng)更通用為還裝載原料粉末罐，則到達(dá)處理室上方的另一個(gè)第二裝載區(qū)是有益的。一旦原料粉末罐以比處理室更高的高度放置在這種第二裝載區(qū)中并連接到處理室，則原料粉末就可以通過(guò)重力從原料粉末罐落入處理室的緩沖罐中，以便在建造工作期間供應(yīng)足夠的原料粉末。

13、任選地，裝載系統(tǒng)能夠裝載的裝載物品類型可以是建造室、原料粉末罐、建造室的蓋、服務(wù)模塊、過(guò)濾器模塊、備件、磨損件、清潔裝置、維護(hù)機(jī)器人、溢流容器和/或原料粉末漏斗。應(yīng)當(dāng)注意，在建造工作完成之后當(dāng)建造室倒置旋轉(zhuǎn)以去粉(de-powdering，去除粉末)時(shí)，建造室的蓋可以用作原料粉末漏斗。在裝載系統(tǒng)通用為還裝載建造室的蓋/漏斗的情況下，有益的是，在前側(cè)區(qū)域中存在位于第一裝載區(qū)上方的附加的第三裝載區(qū)。第三裝載區(qū)可以用于在建造工作期間拆卸和停放蓋/漏斗。在建造工作之后，裝載系統(tǒng)可以將建造室定位在第三裝載區(qū)處，以由停放的蓋/漏斗封閉，用于進(jìn)一步運(yùn)輸、冷卻和/或去粉。第三裝載區(qū)可以用于在建造工作之后停放封閉的建造室。

14、任選地，至少一個(gè)裝載物品承載器可以相對(duì)于支撐臂能伸縮地水平移動(dòng)。這有利于在軸向x方向上(即，向前-向后)提供裝載物品的精確且可再現(xiàn)的自動(dòng)定位。

15、任選地，至少一個(gè)裝載物品承載器可以相對(duì)于支撐臂能水平地從裝載系統(tǒng)的前側(cè)區(qū)域移動(dòng)到裝載系統(tǒng)的后側(cè)區(qū)域。這具有以下優(yōu)點(diǎn)：升降柱不必在軸向x方向上(即，向前-向后)能移動(dòng)。因此，升降柱可以在x方向上靜止，這顯著減少了裝載系統(tǒng)的空間消耗。

16、任選地，裝載系統(tǒng)還可以包括馬達(dá)，該馬達(dá)用于使支撐臂并由此使至少一個(gè)裝載物品承載器沿著升降柱豎直地上升。例如，馬達(dá)可以驅(qū)動(dòng)沿著z軸豎直地延伸的導(dǎo)螺桿以用于使支撐臂上升。替代地，馬達(dá)可以沿著升降柱向上拉鏈條或帶以用于使支撐臂上升。

17、優(yōu)選地，裝載系統(tǒng)可以包括兩個(gè)平行的升降柱，這兩個(gè)平行的升降柱彼此具有側(cè)向距離(即，在y方向上的距離)。在升降柱之間，支撐臂可以以支撐橋的形式側(cè)向地延伸(即，在y方向上延伸)，所述支撐橋能夠在升降柱之間豎直地移動(dòng)。每個(gè)升降柱可以設(shè)置有馬達(dá)，或者一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)可以機(jī)械地聯(lián)接以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)升降柱。由于要提升的重量的分布(distribution，分配)，兩個(gè)升降柱的優(yōu)點(diǎn)是更穩(wěn)定。

18、任選地，每個(gè)裝載物品的軸向延伸(即，在x方向上的延伸)均等于或小于由裝載系統(tǒng)限定的最大軸向裝載物品延伸，其中，至少一個(gè)裝載物品承載器能夠相對(duì)于升降柱沿著軸向水平運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度移動(dòng)(即，在x方向上移動(dòng))，其中，軸向水平運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度大于最大軸向裝載物品延伸。優(yōu)選地，軸向水平運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度是最大軸向裝載物品延伸的至少兩倍，或更優(yōu)選地至少三倍。這對(duì)于裝載系統(tǒng)服務(wù)于雙深度存儲(chǔ)或擱架系統(tǒng)是特別有益的，使得裝載系統(tǒng)能夠在x方向上將兩個(gè)裝載物品彼此前后停放或存儲(chǔ)。最大軸向裝載物品延伸可以由裝載系統(tǒng)所能裝載的最大裝載物品的軸向延伸限定。例如，其可以是待裝載的最大原料粉末罐。軸向水平運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度取決于裝載區(qū)到升降柱的軸向距離。如果前側(cè)區(qū)域中的第一裝載區(qū)的中心到升降柱具有軸向距離x1，并且后側(cè)區(qū)域中的第二裝載區(qū)的中心到升降柱具有軸向距離x2，則軸向水平運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度至少為x1+x2。因此，最大軸向裝載物品延伸x可以滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：更一般地，在n個(gè)裝載區(qū)由具有某種裝載物品類型的裝載系統(tǒng)服務(wù)的情況下，最大軸向裝載物品延伸x可以滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：因此，軸向水平運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度可以大于或等于前側(cè)區(qū)域中的裝載區(qū)之中的最大軸向距離和后側(cè)區(qū)域中的裝載區(qū)之中的最大軸向距離的總和。

19、任選地，至少一個(gè)裝載物品承載器可以是叉形的，并且可以包括橫向于支撐臂軸向地延伸的兩個(gè)承載器支腿，其中，承載器支腿被配置為在軸向方向上叉起裝載物品。這對(duì)于穩(wěn)定且安全的裝載過(guò)程是有利的。

20、任選地，每個(gè)裝載物品均可以具有側(cè)向延伸，該側(cè)向延伸等于或小于由兩個(gè)承載器支腿之間的距離限定的最大側(cè)向裝載物品延伸。這有利于在布置在裝載物品的側(cè)向側(cè)處的專用側(cè)向支撐表面處叉起裝載物品。因此，不需要運(yùn)輸托盤從下方叉起裝載物品。

21、任選地，增材制造設(shè)施還可以包括后處理站，例如去粉站、加熱/冷卻站和/或惰化站(inerting?station)，后處理站優(yōu)選地位于裝載系統(tǒng)的前側(cè)區(qū)域中，優(yōu)選地位于比第一裝載區(qū)更高的高度處，其中，裝載系統(tǒng)被配置為在建造工作之前將建造室定位在位于裝載系統(tǒng)的后側(cè)區(qū)域中的處理室下方的第二裝載區(qū)處，其中，裝載系統(tǒng)還被配置為在建造工作之后將所述建造室定位在后處理站中，以對(duì)建造室進(jìn)行后處理，例如對(duì)建造室進(jìn)行加熱、冷卻、惰化和/或去粉。后處理工作站可以限定第三裝載區(qū)。

22、任選地，裝載系統(tǒng)可以被編程為從第一裝載區(qū)自動(dòng)拾取裝載物品以及將裝載物品自動(dòng)定位在第二裝載區(qū)處，其中，第二裝載區(qū)位于比第一裝載區(qū)更高的高度處。

23、任選地，增材制造設(shè)施可以包括第三裝載區(qū)，該第三裝載區(qū)在裝載系統(tǒng)的前側(cè)區(qū)域中位于第一裝載區(qū)上方。

24、任選地，作為先前描述的發(fā)明的一部分或作為單獨(dú)的獨(dú)立創(chuàng)造性方面，裝載系統(tǒng)可以被配置為從處理室下方的第二裝載區(qū)將建造室提升到處理室下方的升高的操作位置。由此，裝載系統(tǒng)能夠用于執(zhí)行增材制造設(shè)施的提升機(jī)構(gòu)(該提升機(jī)構(gòu)用于將建造室豎直地放置到其操作位置中)的任務(wù)。因此，可以不再需要這種提升機(jī)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)注意，作為單獨(dú)的獨(dú)立創(chuàng)造性方面，可以利用在同一側(cè)上具有第一裝載區(qū)和第二裝載區(qū)的裝載系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行升高到操作位置中，即，在這種情況下，裝載系統(tǒng)能夠僅在前側(cè)上或僅在后側(cè)上裝載和卸載，而不管處理室被布置在哪一側(cè)上。