一种用于制造三维物体的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于通过引入能量在相应于各个层中待制造的物体的横截面的部位上逐层固化结构材料来制造三维物体的方法和设备。
【背景技术】
[0002]这种方法例如用于快速制样、快速制模和快速制造中。这种方法在“选择性激光烧结或者激光熔化”的名称下是公知的，所述方法的示例以及用于执行所述方法的配属设备在文献DE 195 14 740 C1中有所描述。根据该文献，首先借助于涂料器涂覆一薄层所述粉末状结构材料，接下来通过激光射线的作用在相应于所述物体的相应横截面的部位上使所述粉末状结构材料固化。这两个步骤交替地一直重复，直到待制造的三维物体制造完成。
[0003]在此，针对待制造的物体的机械性能可能具有优点的是，激光射线并不总是在同一方向上扫描待固化的部位。与此相应地，DE 10 2007 014 683 A1描述了一种用于制造三维物体的方法，其中使得基本上平行的固化线的方向逐层转动一个预先确定的角度，激光器在这些固化线上扫描粉末层的相应于待制造的物体的横截面的区段。此外，该文献还描述了如下方法，其中所述层的待扫描的区域被分成长形条带并且单个条带通过相继利用激光射线扫描而在横向于条带纵向的方向上被光照射。
[0004]在利用激光射线进行辐照时，依据所应用的材料的类型，尤其是在烧结或者熔化金属时，形成飞溅物(Spratzer)、烟雾和蒸汽，它们扩散到结构空间中。为了避免这些污染沉淀在用于激光射线的介入窗口上，DE 198 53 947 A1提出了一种处理室，其中在两个对置的端部上布置有保护气入口和保护气出口，通过它们产生穿过所述处理室定向的保护气流。通过该保护气流，将污物从处理室中除去。
[0005]但是，可能导致所述污物进入激光射线的光路中并且通过干扰激光射线对所制造的物体的质量产生不利影响。尤其是，可能使得所制造的物体的机械性能变差。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的在于，提供一种用于制造三维物体的方法和设备，其能够避免由受到辐照的材料中所出来的飞溅物、烟雾和/或蒸汽而对所制造的物体的质量产生的不利影响并且尤其是改善所制造的物体的机械性能。
[0007]该目的通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求9所述的设备以及根据权利要求14所述的计算机程序来实现。本发明的改进方案分别在从属权利要求中给出。
[0008]通过使得所述能量射线的扫描方向和所述气流的主流动方向彼此协调，能够避免的是，从受辐照的材料中出来的飞溅物、烟雾和/或蒸汽进入激光射线的光学路径中并由此影响所制造的物体的质量并且使其机械性能变差。因此，可以实现的是，制造具有良好机械性能的质量良好的物体。
【附图说明】
[0009]本发明的其他特征和优点由结合附图对实施例的描述来给出。
[0010]图1是用于逐层制造三维物体的设备的实施例的示意性的、部分以剖面示出的视图，所述用于逐层制造三维物体的设备适用于执行本发明。
[0011]图2是根据本发明的第一种实施方式的激光烧结或激光熔化过程的示意性图示。
[0012]图3是用于说明根据第一种实施方式的照射方法的激光烧结装置的工作面的示意性俯视图。
[0013]图4是根据第一种实施方式的闭合的轮廓扫描的示意性图示。
[0014]图5是用于说明根据本发明的第二种实施方式的照射方法的激光烧结装置的工作面的示意性俯视图。
[0015]图6a)和6b)是根据第二种实施方式通过激光射线扫描待固化的区域的两种可供选择的走向的示意性图示。
[0016]图7是根据本发明的第三种实施方式通过激光射线扫描待固化的区域的走向的示意性图不。
[0017]图8是用于说明根据本发明的第四种实施方式的照射方法的激光烧结装置的工作面的示意性俯视图。
【具体实施方式】
[0018]下面参考图1描述一种适用于执行根据本发明的方法的设备的一种实施例。图1中所示的设备描述的是一种激光烧结装置或者激光熔化装置。为了构造所述物体2，所述设备包括处理室3，所述处理室通过室壁4与外界隔离并且充当针对所述物体的结构空间。
[0019]在所述处理室3中安设有向上敞开的容器5，载体6以基本上平坦的并且基本上平行于结构容器的上棱边地取向的上侧布置在所述容器中。所述载体6用于支持待形成的物体2并且(如图1中所示的那样通过垂直的双箭头V示出地)能够经由(未示出的)高度调整装置在垂直方向上运动。在此，分别如此在垂直方向上调整所述载体6，使得新的待固化的层的上侧处于工作面7内。在图1中，待形成的物体2以中间状态示出，在所述中间状态中，粉末状结构材料的多个层选择性地固化，并且所述物体2被以未固化的方式保持的结构材料8所包围。
[0020]此外，激光烧结装置1包括储备容器10和涂料器12，所述储备容器10用于容纳能够通过电磁辐射固化的粉末状结构材料11，所述涂料器12用于将所述结构材料11施加到所述工作面7上。本发明尤其针对金属结构材料具有优点。如图1中通过水平双箭头Η所示的那样，所述涂料器12在平行于工作面的水平方向上是可运动的。
[0021]此外，所述激光烧结装置1还具有激光器13，所述激光器13产生激光射线14。所述激光射线14经由转向装置15转向并且通过聚焦装置16经由介入窗口 17在处理室3的壁内聚焦到预先确定的点上或者直接聚焦在所述工作面7之下。通过转向装置15，能够如此改变所述激光射线14的走向，使得它扫描所涂覆的层的相应于待制造的物体2的横截面的部位。
[0022]此外，所述激光烧结装置1包括用于产生气流20的装置，所述气流流经所述工作面
7。该装置包括至少一个用于气体的输入装置21、至少一个位于所述工作面7的一侧上的吹气嘴22以及至少一个位于所述工作面7的对置的侧上的吸气嘴23。
[0023]最后，设置有控制单元24，经由所述控制单元24，设备组件以协调的方式被控制用于执行构造工艺。所述控制单元20还控制载体6的垂直运动V、所述涂料器12的水平运动Η和转向装置15。在此，所述控制单元20这样控制所述转向装置15，使得所述激光射线14扫描所涂覆的层的相应于待制造的物体2的横截面的部位并且在不准备固化的部位上关断或者隐没。所述控制单元也可以依赖于待制造的物体2的几何结构控制所述激光射线14的功率。必要时所述聚焦装置16、所述激光器13的强度和所述用于产生气流20的装置(例如所述气流的接通和关断、其强度、其方向等)也通过所述控制单元24控制。所述控制单元24可以包括CPU，其运行通过计算机程序来控制。
[0024]下面参考图1和图2描述根据第一种实施方式的用于制造三维物体的激光烧结装置1的根据本发明的运行。在此，图2放大示出剖面A，其在图1中由虚线框住。
[0025]为了施加粉末层，首先将所述载体6降低一定高度，所述高度相应于所希望的层厚度。现在，在应用涂料器12的情况下，涂覆一层粉末状结构材料11。所述施加至少在待制造的物体的整个横截面上实现，优选是在整个结构区域上实现。
[0026]接下来，由所述激光射线14扫描待制造的物体的横截面，从而所述粉末状结构材料11在这些部位上得以固化。所述扫描可以在不同的曝光图样中实现。可以在如此选择这些曝光图样，即，使得待制造的物体的歪曲变形(Verzug)最小化。在第一种实施方式中，所述曝光图样像图7a)中所示的那样由彼此平行的线组成，所述线依次在同一方向上被扫描。
[0027]—直重复这些步骤，直到所述物体制造完成并且可以从结构空间取出。
[0028]在通过激光射线14扫描待固化的区域期间，水平地沿着所述工作面7产生定向的气流。所述气流20的主流动方向RG通过吹气嘴22与吸气嘴23之间的连接线来预定。
[0029]根据本发明，所述气流G的主流动方向RG和所述激光射线14的扫描方向RL并不是独立于彼此地选择，而是彼此协调，激光射线沿所述扫描方向RL扫描所涂覆的粉末层。
[0030]在图2中所示的示例中示出一种细节图，在所述细节图中所述激光射线14的扫描方向RL从左往右延伸。所述激光射线在介入点30中介入到所述工作面7上。在工作面7中粉末状结构材料11沿扫描方向RL位于所述激光射线14的介