用于通过增材制造来生产物体的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于通过增材制造来生产物体的设备，该设备包括：处理室，用于收纳能够通过暴露于电磁辐射而固化的材料的材料浴；支撑件，用于相对于材料浴的表面水平对物体进行定位；以及固化装置，用于通过电磁辐射对表面水平上的材料的选择性层部分进行固化。此外，设置有光学控制装置，该光学控制装置具有在固化装置的电磁辐射的光学路径中的聚焦单元，并且被布置为用于对至少固化装置所发射的电磁辐射在表面水平上的聚焦进行控制。根据本发明专利技术，光学控制装置包括被布置为用于检测电磁辐射的聚焦的准确性的量度的传感器元件和被布置成可移动的聚焦校正透镜元件。通过使所述聚焦校正透镜元件移动，可以例如由于光学系统的热行为来对聚焦进行校正。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过增材制造来生产物体的设备和方法
本专利技术涉及一种用于通过增材制造来生产物体的设备，该设备包括：处理室，用于收纳可以通过暴露于电磁辐射而固化的材料的材料浴；支撑件，用于相对于材料浴的表面水平对物体进行定位；以及固化装置，用于通过电磁辐射对表面水平上的材料层进行固化。
技术介绍
3D打印或增材制造是指用于制造三维物体的各种工艺中的任何一种。传统技术(例如注塑成型)对于制造例如大量聚合物产品而言可能较便宜，但在生产相对少量的三维物体时3D打印或增材制造可以更快、更灵活且更便宜。可以预见的是，增材制造在未来将变得越来越重要，因为日益增加的竞争压力迫使公司不仅要以恒定的高产品质量进行更经济的制造，而且要节省产品开发领域的时间和成本。产品的使用寿命不断缩短。除了产品质量和产品成本外，上市时间对于产品的成功也变得越来越重要。三维物体可以通过以层状方式选择性地对粉末、纸张或片材材料进行固化以产生三维3D物体来生产。特别地，可以使用计算机控制的增材制造设备，该计算机控制的增材制造设备使多个层顺序地烧结，以便以逐层的方式构建期望的物体。主要使用增材工艺，在该增材工艺中，在计算机控制下铺设连续的材料层。这些物体可以具有几乎任何形状或几何形状，并由3D模型或其他电子数据源产生。为了打印三维物体，例如，将利用计算机设计包或通过3D扫描仪创建可打印模型。通常，输入是3DCAD文件，诸如STL文件、STEP文件或IGS文件。在根据CAD文件打印物体之前，将通过一个软件处理该文件，该软件会将模型转换为一系列薄的后续层。此外，生成用于控制每个后续层的创建的设备设置和矢量。包括在计算机控制的增材制造设备中的激光器遵循这些设置和矢量来对材料的后续层进行固化，以由一系列横截面构建3D物体。对应于CAD模型的虚拟横截面的这些层在此过程期间同时进行接合或融合，以创建最终的3D物体。三维物体制造中特别是金属物体的增材制造中的挑战之一是如何准确地和可复制地对层的选择性部分进行固化。
技术实现思路
为此，本专利技术提供了一种用于通过增材制造来生产物体的设备，所述设备包括：处理室，用于收纳可以通过暴露于电磁辐射而固化的材料的材料浴；支撑件，用于相对于所述材料浴的表面水平对所述物体进行定位；以及固化装置，用于通过电磁辐射对所述表面水平上的材料的选择性层部分进行固化。另外，根据本专利技术的设备包括光学控制装置，所述光学控制装置具有被设置在所述固化装置的电磁辐射的光学路径中的聚焦单元，并且被布置为用于对至少所述固化装置所发射的电磁辐射在所述表面水平上的聚焦进行控制。所述聚焦单元可以包括一个或多个透镜元件，或者一个或多个物镜(透镜)，并且被布置为用于对电磁辐射在焦平面(即，材料浴的表面水平)上的聚焦进行控制。根据本专利技术，光学控制装置包括传感器元件，该传感器元件被布置为用于检测所述电磁辐射的聚焦的准确性的量度。传感器元件优选是直列(inline)聚焦传感器，这意味着它被布置成与电磁辐射接触。此外，在电磁辐射的光学路径中设置有聚焦校正透镜元件。该聚焦校正透镜元件优选是单独的元件，这意味着它被布置成与聚焦单元分开，特别是被布置在聚焦单元的下游或上游。聚焦校正透镜元件被布置成能够在至少其光轴的方向上移动。因此，可以通过使聚焦校正透镜元件移动来改变或调整电磁辐射在焦平面上的总聚焦。聚焦校正透镜元件可以是单个透镜元件，或者可以是较复杂的物镜的一部分。另外，根据本专利技术的设备包括聚焦校正控制单元，该聚焦校正控制单元连接到所述传感器元件并且连接到所述聚焦校正元件，并且被布置为用于响应于由所述传感器元件获得的信号而使所述聚焦校正透镜元件移动。利用根据本专利技术的设备，可以以简单且有效的方式提供由于光学部件的热机械和热光学行为而引起的对聚焦漂移的主动补偿。已经发现，通过吸收激光而使光学元件发热会可能导致聚焦特性的变化。特别地，随温度引起的热膨胀和折射率变化在驱动影响之中。这些由于聚焦漂移而引起的聚焦变化会导致产品质量变化。利用耦合到聚焦校正控制单元和聚焦校正透镜元件的直列传感器元件，可以提供对这些聚焦特性变化的校正。由此，可以较准确和可重复地生产固化部分。因此，实现了本专利技术的目的。下面将描述本专利技术的其他有利实施例。在实施例中，所述光学控制装置包括分束器元件，所述分束器元件被设置在所述电磁辐射的光学路径中，并且被布置为用于提供透射光束和反射光束，并且其中，所述传感器元件被布置在所述分束器元件的下游。由此，可以测量相对于电磁辐射束本身的聚焦的准确性。因此，可以感测光学部件的热行为的影响，特别是位于透射的光学路径上的分束器元件的上游的光学部件的热行为的影响。当通过传感器元件测量到偏差时，可以采取措施，即，可以对聚焦进行校正。在实施例中，所述传感器元件被布置成接收所述透射光束。在该情况下，反射光被用作用于对浴的表面水平上的材料的一部分进行固化的电磁辐射。在有效的实施例中，分束器元件是具有部分透射或二向色性表面涂层的平面分束器。这是获得反射光束和透射光束的有效且准确的方式。在实施例中，所述聚焦校正透镜元件被布置在传感器元件的上游。这样，可以获得直接反馈：通过传感器元件测量的偏差用于调整聚焦校正透镜元件，并且所产生的聚焦变化再次由传感器元件测量。在替代性实施例中，所述聚焦校正透镜元件被布置在所述传感器元件的下游。这可以提供非常紧凑的结构，但是这也意味着几乎没有获得关于由于聚焦校正透镜元件的移动而引起的聚焦变化的任何反馈。然而，在该实施例中，可以确定的是，在传感器元件中测量到的任何偏差或变化是分束器上游的光学部件的热行为的结果，而不是例如聚焦校正透镜元件的不准确性的结果。因此，这提供了关于设备的热状况的更可靠的信息。在实施例中，所述聚焦校正透镜被布置在所述反射光束的光学路径中。特别地，所述聚焦校正透镜被布置在所述分束器元件与所述聚焦单元之间。换句话说，所述聚焦校正透镜被设置在所述分束器元件的下游和所述聚焦单元的上游。为了进一步提高设备的聚焦的准确性，所述聚焦校正控制单元可以被布置为用于接收所述设备的系统信息和/或系统数据。所述系统信息和/或系统数据可以包括所述设备的一个或多个部分例如固化装置和/或构建室或其部分的一个或多个参数。例如，所述一个或多个参数可以包括几何形状信息、温度、功率使用度、有效时间和/或空闲时间。其他参数也是可以想到的。在该实施例中，所述聚焦校正控制单元被布置为用于响应于所述设备的所述系统信息和/或所述系统数据而使所述聚焦校正透镜元件移动。在实施例中，所述聚焦校正透镜元件包括正透镜或负透镜，特别是单个正透镜或负透镜。这使得整体结构相对紧凑。在实施例中，所述光学控制装置包括被布置在所述传感器元件的上游的正透镜元件。透镜元件被布置为用于将电磁辐射(或者源于反射或者源于透射，但是优选地源于透射)聚焦到传感器元件上。透镜元件被布置成使得在标准条件下电磁辐射基本上完美地被聚焦在传感器元件上。透镜元件特别是固定的，即不可移动的透镜元件。根据一方面，本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过增材制造来生产物体(2)的设备(1)，包括：/n-处理室(3)，用于收纳能够通过暴露于电磁辐射而固化的材料的材料浴(4)；/n-支撑件(5)，用于相对于所述材料浴的表面水平(L)对所述物体进行定位；/n-固化装置(7)，用于通过电磁辐射对所述表面水平(L)上的材料的选择性层部分进行固化；以及/n-光学控制装置(176)，其具有被设置在所述固化装置(7)的电磁辐射的光学路径中的聚焦单元(76)，并且被布置为用于对至少所述固化装置(7)所发射的电磁辐射在所述表面水平上的聚焦进行控制；/n其特征在于，所述光学控制装置(176)包括：/n-传感器元件(95)，其被布置为用于检测所述电磁辐射的聚焦的准确性的量度；/n-聚焦校正透镜元件(93)，其被设置在所述电磁辐射的光学路径上，并且被布置成能够在至少其光轴的方向上移动；以及/n-聚焦校正控制单元(97)，其连接到所述传感器元件(95)并且连接到所述聚焦校正元件(93)，并且被布置为用于响应于由所述传感器元件(95)获得的信号而使所述聚焦校正透镜元件(93)移动。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171130 NL 20199981.一种用于通过增材制造来生产物体(2)的设备(1)，包括：
-处理室(3)，用于收纳能够通过暴露于电磁辐射而固化的材料的材料浴(4)；
-支撑件(5)，用于相对于所述材料浴的表面水平(L)对所述物体进行定位；
-固化装置(7)，用于通过电磁辐射对所述表面水平(L)上的材料的选择性层部分进行固化；以及
-光学控制装置(176)，其具有被设置在所述固化装置(7)的电磁辐射的光学路径中的聚焦单元(76)，并且被布置为用于对至少所述固化装置(7)所发射的电磁辐射在所述表面水平上的聚焦进行控制；
其特征在于，所述光学控制装置(176)包括：
-传感器元件(95)，其被布置为用于检测所述电磁辐射的聚焦的准确性的量度；
-聚焦校正透镜元件(93)，其被设置在所述电磁辐射的光学路径上，并且被布置成能够在至少其光轴的方向上移动；以及
-聚焦校正控制单元(97)，其连接到所述传感器元件(95)并且连接到所述聚焦校正元件(93)，并且被布置为用于响应于由所述传感器元件(95)获得的信号而使所述聚焦校正透镜元件(93)移动。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学控制装置(176)包括分束器元件(61)，所述分束器元件被设置在所述电磁辐射的光学路径中，并且被布置为用于提供透射光束和反射光束，并且其中，所述传感器元件(95)被布置在所述分束器元件(61)的下游。


3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述传感器元件(95)被布置成接收所述透射光束。


4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述分束器元件(61)是平面分束器。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·赫尔曼·埃尔斯·维斯，斯蒂夫·威廉·登特内尔，欧文·维基恩，
申请(专利权)人：添加剂工业有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL