一種用于制造三維物體的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于通過引入能量在相應(yīng)于各個(gè)層中待制造的物體的橫截面的部位上逐層固化結(jié)構(gòu)材料來制造三維物體的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]這種方法例如用于快速制樣、快速制模和快速制造中。這種方法在“選擇性激光燒結(jié)或者激光熔化”的名稱下是公知的，所述方法的示例以及用于執(zhí)行所述方法的配屬設(shè)備在文獻(xiàn)DE 195 14 740 C1中有所描述。根據(jù)該文獻(xiàn)，首先借助于涂料器涂覆一薄層所述粉末狀結(jié)構(gòu)材料，接下來通過激光射線的作用在相應(yīng)于所述物體的相應(yīng)橫截面的部位上使所述粉末狀結(jié)構(gòu)材料固化。這兩個(gè)步驟交替地一直重復(fù)，直到待制造的三維物體制造完成。
[0003]在此，針對待制造的物體的機(jī)械性能可能具有優(yōu)點(diǎn)的是，激光射線并不總是在同一方向上掃描待固化的部位。與此相應(yīng)地，DE 10 2007 014 683 A1描述了一種用于制造三維物體的方法，其中使得基本上平行的固化線的方向逐層轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)先確定的角度，激光器在這些固化線上掃描粉末層的相應(yīng)于待制造的物體的橫截面的區(qū)段。此外，該文獻(xiàn)還描述了如下方法，其中所述層的待掃描的區(qū)域被分成長形條帶并且單個(gè)條帶通過相繼利用激光射線掃描而在橫向于條帶縱向的方向上被光照射。
[0004]在利用激光射線進(jìn)行輻照時(shí)，依據(jù)所應(yīng)用的材料的類型，尤其是在燒結(jié)或者熔化金屬時(shí)，形成飛濺物(Spratzer)、煙霧和蒸汽，它們擴(kuò)散到結(jié)構(gòu)空間中。為了避免這些污染沉淀在用于激光射線的介入窗口上，DE 198 53 947 A1提出了一種處理室，其中在兩個(gè)對置的端部上布置有保護(hù)氣入口和保護(hù)氣出口，通過它們產(chǎn)生穿過所述處理室定向的保護(hù)氣流。通過該保護(hù)氣流，將污物從處理室中除去。
[0005]但是，可能導(dǎo)致所述污物進(jìn)入激光射線的光路中并且通過干擾激光射線對所制造的物體的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。尤其是，可能使得所制造的物體的機(jī)械性能變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于制造三維物體的方法和設(shè)備，其能夠避免由受到輻照的材料中所出來的飛濺物、煙霧和/或蒸汽而對所制造的物體的質(zhì)量產(chǎn)生的不利影響并且尤其是改善所制造的物體的機(jī)械性能。
[0007]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法、根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備以及根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的改進(jìn)方案分別在從屬權(quán)利要求中給出。
[0008]通過使得所述能量射線的掃描方向和所述氣流的主流動(dòng)方向彼此協(xié)調(diào)，能夠避免的是，從受輻照的材料中出來的飛濺物、煙霧和/或蒸汽進(jìn)入激光射線的光學(xué)路徑中并由此影響所制造的物體的質(zhì)量并且使其機(jī)械性能變差。因此，可以實(shí)現(xiàn)的是，制造具有良好機(jī)械性能的質(zhì)量良好的物體。
【附圖說明】
[0009]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)由結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述來給出。
[0010]圖1是用于逐層制造三維物體的設(shè)備的實(shí)施例的示意性的、部分以剖面示出的視圖，所述用于逐層制造三維物體的設(shè)備適用于執(zhí)行本發(fā)明。
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的激光燒結(jié)或激光熔化過程的示意性圖示。
[0012]圖3是用于說明根據(jù)第一種實(shí)施方式的照射方法的激光燒結(jié)裝置的工作面的示意性俯視圖。
[0013]圖4是根據(jù)第一種實(shí)施方式的閉合的輪廓掃描的示意性圖示。
[0014]圖5是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第二種實(shí)施方式的照射方法的激光燒結(jié)裝置的工作面的示意性俯視圖。
[0015]圖6a)和6b)是根據(jù)第二種實(shí)施方式通過激光射線掃描待固化的區(qū)域的兩種可供選擇的走向的示意性圖示。
[0016]圖7是根據(jù)本發(fā)明的第三種實(shí)施方式通過激光射線掃描待固化的區(qū)域的走向的示意性圖不。
[0017]圖8是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第四種實(shí)施方式的照射方法的激光燒結(jié)裝置的工作面的示意性俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面參考圖1描述一種適用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備的一種實(shí)施例。圖1中所示的設(shè)備描述的是一種激光燒結(jié)裝置或者激光熔化裝置。為了構(gòu)造所述物體2，所述設(shè)備包括處理室3，所述處理室通過室壁4與外界隔離并且充當(dāng)針對所述物體的結(jié)構(gòu)空間。
[0019]在所述處理室3中安設(shè)有向上敞開的容器5，載體6以基本上平坦的并且基本上平行于結(jié)構(gòu)容器的上棱邊地取向的上側(cè)布置在所述容器中。所述載體6用于支持待形成的物體2并且(如圖1中所示的那樣通過垂直的雙箭頭V示出地)能夠經(jīng)由(未示出的)高度調(diào)整裝置在垂直方向上運(yùn)動(dòng)。在此，分別如此在垂直方向上調(diào)整所述載體6，使得新的待固化的層的上側(cè)處于工作面7內(nèi)。在圖1中，待形成的物體2以中間狀態(tài)示出，在所述中間狀態(tài)中，粉末狀結(jié)構(gòu)材料的多個(gè)層選擇性地固化，并且所述物體2被以未固化的方式保持的結(jié)構(gòu)材料8所包圍。
[0020]此外，激光燒結(jié)裝置1包括儲備容器10和涂料器12，所述儲備容器10用于容納能夠通過電磁輻射固化的粉末狀結(jié)構(gòu)材料11，所述涂料器12用于將所述結(jié)構(gòu)材料11施加到所述工作面7上。本發(fā)明尤其針對金屬結(jié)構(gòu)材料具有優(yōu)點(diǎn)。如圖1中通過水平雙箭頭Η所示的那樣，所述涂料器12在平行于工作面的水平方向上是可運(yùn)動(dòng)的。
[0021]此外，所述激光燒結(jié)裝置1還具有激光器13，所述激光器13產(chǎn)生激光射線14。所述激光射線14經(jīng)由轉(zhuǎn)向裝置15轉(zhuǎn)向并且通過聚焦裝置16經(jīng)由介入窗口 17在處理室3的壁內(nèi)聚焦到預(yù)先確定的點(diǎn)上或者直接聚焦在所述工作面7之下。通過轉(zhuǎn)向裝置15，能夠如此改變所述激光射線14的走向，使得它掃描所涂覆的層的相應(yīng)于待制造的物體2的橫截面的部位。
[0022]此外，所述激光燒結(jié)裝置1包括用于產(chǎn)生氣流20的裝置，所述氣流流經(jīng)所述工作面
7。該裝置包括至少一個(gè)用于氣體的輸入裝置21、至少一個(gè)位于所述工作面7的一側(cè)上的吹氣嘴22以及至少一個(gè)位于所述工作面7的對置的側(cè)上的吸氣嘴23。
[0023]最后，設(shè)置有控制單元24，經(jīng)由所述控制單元24，設(shè)備組件以協(xié)調(diào)的方式被控制用于執(zhí)行構(gòu)造工藝。所述控制單元20還控制載體6的垂直運(yùn)動(dòng)V、所述涂料器12的水平運(yùn)動(dòng)Η和轉(zhuǎn)向裝置15。在此，所述控制單元20這樣控制所述轉(zhuǎn)向裝置15，使得所述激光射線14掃描所涂覆的層的相應(yīng)于待制造的物體2的橫截面的部位并且在不準(zhǔn)備固化的部位上關(guān)斷或者隱沒。所述控制單元也可以依賴于待制造的物體2的幾何結(jié)構(gòu)控制所述激光射線14的功率。必要時(shí)所述聚焦裝置16、所述激光器13的強(qiáng)度和所述用于產(chǎn)生氣流20的裝置(例如所述氣流的接通和關(guān)斷、其強(qiáng)度、其方向等)也通過所述控制單元24控制。所述控制單元24可以包括CPU，其運(yùn)行通過計(jì)算機(jī)程序來控制。
[0024]下面參考圖1和圖2描述根據(jù)第一種實(shí)施方式的用于制造三維物體的激光燒結(jié)裝置1的根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行。在此，圖2放大示出剖面A，其在圖1中由虛線框住。
[0025]為了施加粉末層，首先將所述載體6降低一定高度，所述高度相應(yīng)于所希望的層厚度?，F(xiàn)在，在應(yīng)用涂料器12的情況下，涂覆一層粉末狀結(jié)構(gòu)材料11。所述施加至少在待制造的物體的整個(gè)橫截面上實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選是在整個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)域上實(shí)現(xiàn)。
[0026]接下來，由所述激光射線14掃描待制造的物體的橫截面，從而所述粉末狀結(jié)構(gòu)材料11在這些部位上得以固化。所述掃描可以在不同的曝光圖樣中實(shí)現(xiàn)?？梢栽谌绱诉x擇這些曝光圖樣，即，使得待制造的物體的歪曲變形(Verzug)最小化。在第一種實(shí)施方式中，所述曝光圖樣像圖7a)中所示的那樣由彼此平行的線組成，所述線依次在同一方向上被掃描。
[0027]—直重復(fù)這些步驟，直到所述物體制造完成并且可以從結(jié)構(gòu)空間取出。
[0028]在通過激光射線14掃描待固化的區(qū)域期間，水平地沿著所述工作面7產(chǎn)生定向的氣流。所述氣流20的主流動(dòng)方向RG通過吹氣嘴22與吸氣嘴23之間的連接線來預(yù)定。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，所述氣流G的主流動(dòng)方向RG和所述激光射線14的掃描方向RL并不是獨(dú)立于彼此地選擇，而是彼此協(xié)調(diào)，激光射線沿所述掃描方向RL掃描所涂覆的粉末層。
[0030]在圖2中所示的示例中示出一種細(xì)節(jié)圖，在所述細(xì)節(jié)圖中所述激光射線14的掃描方向RL從左往右延伸。所述激光射線在介入點(diǎn)30中介入到所述工作面7上。在工作面7中粉末狀結(jié)構(gòu)材料11沿掃描方向RL位于所述激光射線14的介