增材制造三维物体的设备制造技术

通过对可通过能量束固结的构建材料(3)层进行连续分层选择性照射和固结来增材制造三维物体(2)的设备(1)，其中，提供了照射装置(4)，该照射装置(4)适于生成至少两个相干能量束(7)，其中，照射装置(4)包括调制单元(5)，该调制单元(5)适于将至少两个能量束(7)组合成组合能量束(8)，并调节组合能量束(8)的至少一个组合束特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造三维物体的设备
本专利技术涉及一种通过连续分层选择性照射和固结可通过能量束固结的构建材料层来增材制造三维物体的设备。
技术介绍
现有技术中通常已知用于增材制造三维物体的设备，其包括照射装置，该照射装置适于生成能量束并引导能量束横跨构建平面，在该构建平面中，构建材料被布置成选择性地、连续地和分层地照射。通常，提供了生成能量束的能量源，其中照射装置包括束引导单元，例如包括至少一个可移动镜的扫描单元，该扫描单元允许将能量束引导到构建平面上，并分别在构建平面中或横跨构建平面引导能量束的光斑。因此，照射过程可能受到束引导单元，即照射装置的限制，因为能量束横跨构建平面的移动取决于扫描单元的移动，例如，最大移动速度或可移动镜的惯性可能限制能量束的移动。因此，照射特定图案可能是困难的，特别是包括尖锐边缘的图案，或者其中能量束在构建平面中的快速移动必须被执行的图案，例如因为机械扫描器(镜子)例如被惯性和位置噪声限制。此外，能量束的光斑的几何形状，例如在构建平面中的形状或能量分布只能通过包括去除或以其他方式改变能量束的束路径中的特定光学部件来改变。为了改变能量束的功率或强度设置，例如为了生成适当的强度分布，进一步已知的是改变光斑大小，从而改变构建平面的单位面积的能量输入。还已知的是改变能量输出或在能量源中生成能量束的强度。此外，在增材制造处理中使用的能量源通常只适用于照射构建材料所需的限定的能量范围。否则，能量可能会被浪费，因为例如过滤器单元可用于降低能量束的强度以匹配照射过程的要求。
技术实现思路
各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者从描述中可以明显地看到，或者可以通过本专利技术的实践来了解。本专利技术的目的是提供一种用于增材制造三维物体的设备，其中改进了对构建材料的照射，特别是改进了能量束的几何形状和移动的调节。根据权利要求1所述的设备创造性地实现了该目的。本专利技术的有利实施例受制于从属权利要求。本文所述的设备是一种用于通过连续选择性分层固结可通过能量束(特别是激光束)固结的粉末状构建材料("构建材料")的层来增材制造三维物体(例如，技术部件)的设备。相应的构建材料可以是金属、陶瓷或聚合物粉末。相应的能量束可以是激光束。相应的设备可以是分别进行构建材料的施加和构建材料的固结的设备，例如选择性激光烧结设备或选择性激光熔化设备。该设备可包括在其操作期间使用的许多功能单元。示例性的功能单元是处理室、照射装置以及流生成装置，照射装置适于用至少一个能量束选择性地照射位于处理室中的构建材料层，流生成装置适于生成气态流体流，该气态流体流以给定的流特性(例如给定的流曲线、流速度等)至少部分流经处理室。该气态流体流能够在流过处理室的同时，带走非固结的颗粒构建材料，特别是在设备操作期间生成的烟雾或烟雾残渣。气态流体流通常是惰性的，即通常是例如氩气、氮气、二氧化碳等的惰性气体的流。这些和其他特征、方面和优点将参照下面的描述和所附的权利要求书而变得更好理解。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并与描述一起，用于解释本专利技术的某些原理。附图说明在参考附图的说明书中，针对本领域普通技术人员，阐述了本专利技术包括其最佳模式的完整且能够实现的公开，其中：图1显示了根据第一实施例的专利技术性设备；图2显示了根据第二实施例的专利技术性设备；图3显示了根据第一实施例的照射图案；图4显示了根据第二实施例的照射图案；图5显示了根据第三实施例的照射图案；以及图6显示了根据第四实施例的照射图案。在本说明书和图中重复使用参考字符是为了表示本专利技术的相同或类似的特征或要素。具体实施方式现在将详细参考本专利技术的实施例，图中示出了其中的一个或多个示例。每个示例都是通过解释专利技术的方式提供的，而不是对专利技术的限制。事实上，对于本领域的技术人员来说，在不偏离专利技术范围的情况下，可以明显地在本专利技术中作出各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分而示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以生成更进一步的实施例。因此，本专利技术的目的是涵盖在所附权利要求及其等价物范围内的这种修改和变化。如前所述，本专利技术的增材制造设备包括照射装置，该照射装置适于生成能量束，该能量束用于选择性照射构建材料，从而在增材制造处理中增材构建三维物体。本专利技术基于提供照射装置的想法，该照射装置适于生成至少两个相干的能量束，特别是相干激励的能量束，其中，该照射装置包括调制单元，该调制单元适于将至少两个能量束组合成组合能量束，并调节组合能量束的至少一个组合束特性。因此，通过至少两个照射元件生成至少两个分开的能量束，分开的能量束通过调制单元组合成一个组合能量束。因此，可以提供任意数量的照射元件，其中调制单元适于将通过多个相干照射元件生成的能量束组合为一个组合能量束。例如，可以根据增材制造处理中所需要的组合能量束的能量或强度来调节通过可用的照射元件生成的能量束的数量。因此，如前所述，组合能量束用于照射构建材料，其中调制单元赋予了关于组合能量束的灵活性，因为通过相应的照射元件生成的更多或更少的能量束可以包含在组合能量束的合成物中或用于组合能量束的合成物。因此，可以通过组合能量束在构建材料中沉积适当量的能量，因为可以通过调制单元组合适当量的能量束来调节组合能量束的强度或功率。由于调制单元适于将至少两个能量束相干地组合到组合能量束中，因此增材制造装置可以被认为适于执行所谓的"相干束组合"。术语"参数"或"组合束特性"可以涉及能量束，特别是组合能量束的任何任意参数或参数集。该术语还可涉及形成参数集的多个参数中的单个参数。因此，组合能量束包括至少一个组合能量束特性，例如组合能量束的强度或功率，其中，调制单元适于调节组合能量束的组合束特性。当然，组合能量束可以由组合参数集表示，例如组合能量束的光斑几何形状、焦点位置、功率或强度等。优选的是，调制单元适于通过调节调制单元的至少一个参数来调节至少一个组合束特性。术语焦点位置可以指实现所需强度分布的参考位置，例如，能量束所聚焦到的构建平面中的点或区域。调制单元可以适于调节调制单元的参数，例如被构建为或包括至少一个衍射光学元件的调制单元的结构参数，特别是空间光调制器的结构参数。因此，可以通过调制单元，特别是通过调节调制单元的例如结构参数的至少一个参数(例如晶格常数)来影响通过组合能量束生成的照射图案，即通过至少两个照射元件生成的至少两个能量束的组合。因此，可以通过调节调制单元的参数来改变组合能量束的强度或功率，其中，可以基于通过调制单元组合的至少两个能量束的干涉来生成构建平面中的照射图案。替代地，也可以将调制单元构建为或包括光相位阵列。因此，多个相干能量束通过共同的种子激光器被锁相，可以被分成多个能量束(激光束)。多个能量束中的每一个能量束都可以通过相应的相位调制器，例如波板或缓速器或电光调制器或声光调制器，进行相位调制。之后，可以优选地通过合适的组合单元，例如光学透镜(组件)，来组合各个能量束。由于各个能量束的组合，在能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过对构建材料(3)的层进行连续分层选择性照射和固结来增材制造三维物体(2)的设备(1)，能够通过能量束来固结所述构建材料(3)，其特征在于，照射装置(4)适于生成至少两个相干激励的能量束(7)，其中，所述照射装置(4)包括调制单元(5)，所述调制单元(5)适于将至少两个能量束(7)组合成组合能量束(8)，并调节所述组合能量束(8)的至少一个组合束特性。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180718 EP 18184309.5;20190220 US 16/280,3401.一种通过对构建材料(3)的层进行连续分层选择性照射和固结来增材制造三维物体(2)的设备(1)，能够通过能量束来固结所述构建材料(3)，其特征在于，照射装置(4)适于生成至少两个相干激励的能量束(7)，其中，所述照射装置(4)包括调制单元(5)，所述调制单元(5)适于将至少两个能量束(7)组合成组合能量束(8)，并调节所述组合能量束(8)的至少一个组合束特性。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述调制单元(5)适于通过调节所述调制单元(5)的至少一个参数来调节所述至少一个组合束特性。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述调制单元(5)适于调节在所述组合能量束(8)的光束路径的限定长度上的所述至少一个组合束特性，特别是在从所述调制单元(5)到所述构建平面(9)的所述能量束路径的基本上整个长度上的所述至少一个组合束特性。


4.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述至少一个组合束特性与以下有关
-所述组合能量束(8)的强度，和/或
-所述组合能量束(8)的强度分布，和/或
-所述组合能量束(8)的几何参数，特别是光斑大小和/或光斑形状，和/或
-在构建平面(9)中的所述组合能量束(8)的位置，特别是所述组合能量束(8)的光斑的位置，和/或
-所述组合能量束(8)的焦点位置，和/或
-所述组合能量束(8)的极化参数。


5.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述调制单元(5)被构建为或包括至少一个可控衍射光学元件，特别是至少一个空间光调制器。


6.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，至少一个调制元件(14)适于调节经由照射元件(6)生成的至少一个能量束(7)的至少一个参数，或者至少一个照射元件(6)适于调节在所述调制单元(5)之前经由所述照射元件(6)生成的所述能量束(7)的强度。


7.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，束引导单元(10)适于在所述构建平面(9)中引导所述组合能量束(8)，其中控制单元适于组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·韩泽，鲍里斯·艾肯伯格，
申请(专利权)人：CL产权管理有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE