一种用于生产三维工件的装置(10)，包括：载架(16)；粉末施加设备(14)，用于将原材料粉末施加于所述载架(16)上；照射设备(18)，用于将电磁或粒子辐射选择性地照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上；以及控制单元(38)，该控制单元(38)适于根据所述原材料粉末的结晶行为控制所述粉末施加设备(14)和所述照射设备(18)的操作，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术设及用于通过用电磁或粒子福射照射原材料粉末层来生产具有定制微观 结构的=维工件的装置和方法。
技术介绍
选择性激光烙化或激光烧结为加层工艺，粉状的特别是金属和/或陶瓷的原材料 可通过该加层工艺加工成复杂形状的=维工件。为此，原材料粉末被施加于载架上并根据 待生产的工件的期望几何形状W选区方式经受激光福射。穿透至粉末层中的激光福射引起 原材料粉末颗粒的加热W及由此引起其烙化或烧结。另外的原材料粉末层随后被相继施加 于载架上已经经受激光处理的层，直到工件已经具备期望形状和尺寸。选择性激光烙化或 激光烧结可特别用于基于CAD数据生产原型、工具、替代部件或医学假体（诸如，牙齿或整 形假体）。用于通过选择性激光烙化由粉状原材料生产模制体的装置例如在EP1793979A1 中被描述。现有技术的装置包括处理室，该处理室被维持在保护气体气氛下并容纳用于待 制造的成形体的多个载架。粉末层制备系统包括粉末存储保持器，该粉末存储保持器可通 过主轴驱动横向于载架往复移动。处理室由竖向隔离壁被分隔为多个处理室隔间。照射设 备包括激光，其经由光纤波导为光束偏转设备提供激光福射。由光束偏转设备偏转的激光 束通过F-theta透镜聚焦于在特定载架上最后制备的粉末层上。如果在各个处理室隔间中 使用的粉末材料不同，则用于每个隔间的激光福射的福射强度可单独调节，W便考虑粉末 的不同材料性能。W相应的方式，照射波长也可W改变，并且可选地，光谱可调激光或不同 发射波长的多个激光可用于照射不同的处理室隔间中的粉末层。EP2335848A1公开了通过用激光福射照射原材料粉末的粉末层来生产工件的装 置，该装置包括光学照射设备W及分光单元和/或光禪合单元，该光学照射设备被配备有 用于引导并聚焦第一激光束的光路的光学部件。分光单元和/或光禪合单元被设计为将第 一激光束分裂为至少两个激光子光束和/或将第二激光束禪合到第一激光束的光路中。为 了将第一激光束分裂为至少两个激光子光束，分光单元和/或光禪合单元或者分光单元和 /或光禪合单元中的分光单元可包括例如布置在第一激光束的光路中并能够通过分裂第一 激光束而产生第一激光束的第一射束轮廓（横截面轮廓）的衍射光学元件。对于每个激光 子光束的射束轮廓和由所有激光子光束形成的第一激光束的整体射束轮廓，可W想到多种 构造。 例如，通过衍射光学元件生产的每个激光子光束可具有高斯强度分布的圆形射束 轮廓。在运种射束轮廓中，光束的最高强度在圆形激光子射束轮廓的中屯、处并根据高斯分 布向外降低。还可W想到每个激光子光束具有环形射束轮廓（所谓的多纳圈射束轮廓）。 金属工件的热性能和机械性能通常主要取决于工件的微观结构。例如，单晶金属 材料，特别是不诱钢或者儀、钻或铁基超合金，即使在高溫下也显示优异的机械、化学和热 性能。运些材料因此通常用于制造经受高机械载荷和热载荷的部件，诸如例如满轮叶片或 发动机部件。
技术实现思路
因此，本专利技术旨在提供一种装置和方法，其允许定制通过用电磁或粒子福射照射 原材料粉末层生产的=维工件的微观结构。 该目的通过如权利要求1所限定的装置W及具有权利要求8的特征的方法而被实 现。 -种用于生产=维工件的装置包括载架和用于将原材料粉末施加于载架上的粉 末施加设备。原则上，载架可为刚性固定载架。然而，优选地，载架被设计为能沿竖向方向 移位，使得随着工件由原材料粉末成层建造而具有增加的构造高度，载架可沿竖向方向向 下移动。原材料粉末优选为金属粉末，特别是金属合金粉末，但是也可W是陶瓷粉末或者包 含不同材料的粉末。粉末可W具有任何合适的粒度或者粒度分布。然而，优选的是处理粒 度<lOOym的粉末。 该装置进一步包括照射设备，用于将电磁或粒子福射选择性地照射到施加于载架 上的原材料粉末上。因此，施加于载架上的原材料粉末可W根据待生产的工件的期望几何 形状W选区方式经受电磁或粒子福射。照射设备优选适于将福射照射到原材料粉末上，运 引起所述原材料粉末颗粒的选区烙化。 最后，该装置包括控制单元，该控制单元适于根据原材料粉末的结晶行为控制粉 末施加设备和照射设备的操作，W便定制通过加层构造（additivelayerconstruction) 方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。因此，该装置可用于制造具有期望微观结 构的工件。通过定制工件的微观结构，可W制造具有特定机械性能、热性能、电性能或化学 性能的工件。例如，可W获得具有大致单晶或定向/枝状凝固并由此特别在高溫时显示高 的机械阻力、化学阻力和热阻力的微观结构。 在本申请的上下文中，"大致单晶或定向/枝状凝固微观结构"可为实际上为单晶 的微观结构，即，不包括任何晶界。然而，用语"大致单晶或定向/枝状凝固微观结构"应该 也涵盖在具有优选定向的晶粒之间具有晶界的微观结构，即其中晶界沿优选方向彼此大致 平行地延伸的微观结构。运种微观结构典型地通过金属烙体的定向凝固而获得。 烙体（特别是金属烙体）的结晶行为例如可由所谓的V-G图描述，其中典型地W 双对数尺度绘制凝固或晶体生长速度V与溫度梯度G。如本领域众所周知的且例如在由 J.化化nt在《材料科学与工程》1984年第65卷第75-83页中发表的名称为"枝晶与共晶 的稳态柱状及等轴生长"的文献中描述的，对于任何期望的材料，可测量并计算V-G图。在 V-G图内，V-G组合的不同区域与凝固的烙体的不同微观结构性能关联。例如，高的凝固或 晶体生长速度和低的溫度梯度导致多晶麵状微观结构的发展，而低的凝固或晶体生长速度 与由于高的溫度梯度引起的烙体的（局部）过冷却组合导致枝晶和单晶的形成。 用于生产=维工件的装置的控制单元于是适于W如下方式控制粉末施加设备和 照射设备的操作：根据原材料粉末的类型，在通过用电磁或粒子福射照射粉末产生的烙体 中出现的凝固或晶体生长速度和溫度梯度的适当组合被获得，W便产生期望的微观结构， 即或者为多晶麵状微观结构，或者为包括大致枝晶和/或单晶的定向凝固微观结构。 照射设备可包括至少一个福射源（特别是激光源）W及引导和/或处理由该福射 源发射的福射束的至少一个光学单元。福射源可包括发射大约1070至lOSOnm波长的激光 的二极管累浦的渗镜光纤激光器。光学单元可包括诸如物镜（特别是f-theta镜头）和扫 描器单元之类的光学元件，扫描器单元优选包括衍射光学元件和偏转镜。例如，照射设备可 为如EP2335848A1中描述的照射设备。 用于生产=维工件的装置的控制单元优选适于控制福射源和光学单元中的至少 一个，W根据原材料粉末的结晶行为调节福射源和/或光学单元的至少一个操作参数，W 便定制通过加层构造方法由原材料粉末制成的工件的微观结构。换言之，控制单元可适于 W如下方式控制福射源和/或光学单元的操作：根据原材料粉末的类型，在通过用电磁或 粒子福射照射粉末产生的烙体中出现的凝固或晶体生长速度和溫度梯度的适当组合被获 得，W便产生期望的微观结构。 例如，可通过控制单元控制的福射源和/或光学单元的操作参数可包括：照射到 施加于载架上的原材料粉末上的福射束的射束尺寸（特别是射束直径）W及照射到施加于 载架上的原材料粉末上的福射束的射束轮廓。例如，福射束当前第1页1&nbs本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于生产三维工件的装置(10)，所述装置(10)包括：载架(16)；粉末施加设备(14)，用于将原材料粉末施加于所述载架(16)上；照射设备(18)，用于将电磁或粒子辐射选择性地照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上；以及控制单元(38)，该控制单元(38)适于根据所述原材料粉末的结晶行为控制所述粉末施加设备(14)和所述照射设备(18)的操作，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：迪特尔·施瓦策，
申请(专利权)人：SLM方案集团股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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