SLM工艺中的主动空气调节制造技术

本发明专利技术涉及一种用于执行用于根据选择性粉末熔化方法通过由粉末状材料(P)逐层构建来制造物体(G)的方法的设备(100)，该设备包括：构建空间(102)，设计用于容纳待制造的物体(G)；配备有粉末储备容器(212)的粉末交付装置(200)，设计用于将材料粉末(P)输送到构建空间(102)中；粉末层制备装置(104)，设计用于在设置在构建空间(102)中的载体(106)上制备所输送的材料粉末(P)的连续层；辐照装置，设计用于辐照最后制备的粉末层，并且由此使其局部熔化；和保护气体循环设备，设计用于使存在于构建空间(102)中的保护气体循环。根据本发明专利技术，设备(100)还包括至少一个空调装置，设计用于在空调运行中对由保护气体循环设备循环的保护气体在其温度和/或湿度方面进行空气调节。气体在其温度和/或湿度方面进行空气调节。气体在其温度和/或湿度方面进行空气调节。

Active air conditioning in SLM process

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SLM工艺中的主动空气调节


[0001]本专利技术涉及一种用于执行用于根据选择性粉末熔化方法通过由粉末状材料逐层构建来制造物体的方法的设备，该设备包括：构建空间，设计用于容纳待制造的物体；配备有粉末储备容器的粉末交付装置，设计用于将材料粉末输送到构建空间中；粉末层制备装置，设计用于在设置在构建空间中的载体上制备所输送的材料粉末的连续层；辐照装置，设计用于辐照最后制备的粉末层，并且由此使其局部熔化；和保护气体循环设备，设计用于使存在于构建空间中的保护气体循环。

技术介绍

[0002]特别地，本专利技术涉及一种用于根据选择性激光熔化或选择性激光烧结的原理制造成型体的设备。关于涉及选择性激光熔化领域的现有技术应参考DE 199 05 067 A1、DE 101 12 591 A1、WO 98/24574 A、DE 10 2009 038 165 A1、DE 10 2012 221 641 A1、EP 2 052 845 A2、DE 10 2005 014 483 A1和WO 2017/084781 A1。
[0003]已知的是：借助选择性激光熔化的方法可根据对应的成型体的几何描述数据通过由金属的或陶瓷的材料粉末逐层构建来制造成型体，如机器部件、工具、假肢、珠宝首饰等，其中在制造工艺中依次将多个粉末层彼此上下施加，并且对每个粉末层之前用聚焦的激光束在预设的区域中加热，使得材料粉末在被辐照的区域中重熔成连续固化的部段，其中该预设的区域对应于成型体的模型的所选择的横截面区域。
[0004]在此，分别根据成型体的所选择的横截面区域的几何描述数据或可能从中导出的数据，将激光束在相应的粉末层上方引导。
[0005]在选择性激光熔化的这种工艺中，材料粉末通常作为不含粘合剂和助熔剂的金属的、陶瓷的或混合金属/陶瓷的材料粉末的形式施加，并通过激光束加热到其熔化温度，其中将激光束的能量选择成，使得材料粉末在激光束的相遇位置处在其整个层厚度之上尽可能完全熔化，但另一方面，不会将过多热量引入粉末中使得粉末的相邻区域同样熔化，这会导致制造工艺的精度下降，并且导致所制造的物体的壁厚度不期望地高。
[0006]通常，将具有高于环境压力的压力的惰性的保护气体气氛、例如氩气气氛维持在激光束和材料粉末之间的交互作用的区域之上，以便排除材料或出自气氛中的分子之间的其他不期望的化学反应或材料的氧化，并且还防止来自环境中的空气侵入。为此使用的保护气体在气体循环过程中被过滤并又输送给构建空间。
[0007]为了从保护气体气氛中去除可能仍保留在保护气体或材料粉末中的剩余水分，例如在EP 2 992 986 A1中已经提出使用纯被动气体干燥装置，在该气体干燥装置中例如储备容器中的硅胶以与保护气体气氛进行气体交换的方式存在，并且以已知的方式从保护气体中抽取其水分。此外，在WO 2017/220744 A1中提出：借助于单独的气体系统提供干燥气体流，干燥气体流被引导通过构建空间，以便从材料粉末的最上层中吸收水分。
[0008]然而，已经表明：这两种所提出的干燥设备在如下方面是不灵活的：这些干燥设备仅被动作用或不受调节地作用，进而无法设置保护气体气氛的限定的工艺参数，或者其由
于设置用于产生干燥气体流的部件而是成本耗费的且构件密集的。
[0009]此外，同样指出：由于激光辐射的影响，保护气体的持续发生的加热不由所提出的两个干燥装置来消除，进而还会导致构建空间中的所有部件的热膨胀。
[0010]保护气体的这种波动的工艺参数湿度和温度导致工艺稳定性和构件质量的劣化，因为存在于构建空间中的水分显著使粉末输送和处理变难，例如通过其流动性、其覆层涂层和其分布而劣化并且已经会阻碍粉末输送进入构建空间中，其中还会造成结块的形成并导致水从大气中剩余的水分中分离，这在极端情况下会导致不受控的爆炸和飞溅颗粒，或至少导致所制造的构件的表面质量较差。

技术实现思路

[0011]因此，本专利技术的目的是改进用于执行选择性粉末熔化工艺的这种设备，使得在构建空间中可以存在恒定的工艺条件，这可以引起构件质量的改进并引起流程和对应物体制造中的效率提高。
[0012]为了实现该目的，根据本专利技术的设备包括至少一个空调装置，设计用于在空调运行中对由保护气体循环设备循环的保护气体在其温度和/或湿度方面进行空气调节。由此，不仅消除了现有技术的上述缺点，而且还会有助于降低其他机器构件，即例如辐照装置的光学部件所需的冷却功率，并有助于更快地冷却热的粉末，这又可以提高在制造物体时的时钟速率，从而提高设备的效率。
[0013]此外，在根据本专利技术的设备中，保护气体循环设备可以设计用于在构建空间中维持过压。对恒定的过压的保持也是一种运行参数，其可以对所形成的构件质量产生积极影响，其中通过设置过压还可以防止空气从环境中侵入。
[0014]根据本专利技术，根据本专利技术的设备的空调装置可以包括用于冷却保护气体的冷却单元，特别是热交换器，更特别是逆流热交换器，其中由此以已知的方式实现空调装置在其空调运行中的能量效率的提高。在这种逆流热交换器中，在第一冷却阶段，已经冷却的保护气体与新输送的且待冷却的保护气体呈逆流引导，使得在这两种气体流之间建立热耦合。
[0015]为了可以在保护气体的温度和水分含量方面执行空调运行，可以将冷凝物排放系统与冷却单元相关联，冷凝物排放系统设计用于导出由于保护气体的冷却而产生的冷凝物。在此需要注意的是：冷凝物排放系统允许将冷凝物从设备中导出而没有压力损失，然而，本领域技术人员从现有技术中已知适合于此的排放系统。
[0016]此外，根据本专利技术的设备可以包括用于将未熔化的材料粉末引回到粉末储备容器中的粉末引回装置，粉末引回装置形成粉末交付装置的一部分。
[0017]可替代地或附加地，粉末交付装置还可以优选地包括至少一个用于材料粉末的过滤设备。此外，根据本专利技术的设备还可以包括粉末抽吸装置，设计用于抽吸剩余在构建空间中的材料粉末，并且为此包括循环泵，其中由循环泵驱动的保护气体流驱动剩余材料粉末通过分离器、特别是旋风分离器。
[0018]尽管可以考虑不同设备用于指示空调装置的空调运行，即例如根据其他的工艺参数，如辐照时间，以预设的时钟时间的间歇式运行，而在一个优选的实施方式中，空调装置可以包括控制单元，控制单元设计用于适配空调运行的参数。该控制单元可以集成在上级的控制单元中或与其在运行方面耦联以交换数据，其中该上级的控制单元控制物体制造的
流程的其他工艺。
[0019]在此，在另一优选的实施方式中，该设备可以包括至少一个传感器单元，该传感器单元与空调设备的控制单元运行耦合，并且设计用于交付关于设备的至少一个工艺参数的数据。通过传感器单元测量例如保护气体循环设备中适当位置处的保护气体的温度或湿度并将相应的数据输出给控制单元，可以创建用于该至少一个工艺参数或一个或多个从中导出的工艺参数的调节回路，其允许优化的运行以及相应的工艺参数随时间的实际上任意精确的设置。如已经表明的那样，至少一个工艺参数因此可以包括保护气体的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于执行用于根据选择性粉末熔化方法通过由粉末状材料(P)逐层构建来制造物体(G)的方法的设备(100)，所述设备包括：
‑
构建空间(102)，设计用于容纳待制造的所述物体(G)；
‑
配备有粉末储备容器(122；212)的粉末交付装置(200)，所述粉末交付装置设计用于将材料粉末(P)输送到所述构建空间(102)中；
‑
粉末层制备装置(104)，设计用于在设置在所述构建空间(102)中的载体(106)上制备所输送的所述材料粉末(P)的连续层；
‑
辐照装置，设计用于辐照最后制备的粉末层，并且由此使最后制备的粉末层局部熔化；和
‑
保护气体循环设备(110)，设计用于使存在于所述构建空间(102)中的保护气体循环；其特征在于，所述设备还包括至少一个空调装置(300)，所述空调装置设计用于在空调运行中对由所述保护气体循环设备(110)循环的保护气体在其温度和/或湿度方面进行空气调节。2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，所述保护气体循环设备(110)还设计用于在所述构建空间(102)中维持过压。3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其特征在于，所述空调装置(300)包括用于冷却所述保护气体的冷却单元(306，312)，特别是热交换器(306)，更特别是逆流热交换器(306)。4.根据权利要求3所述的设备(100)，其特征在于，将冷凝物排放系统(326)与所述冷却单元(306，312)相关联，所述冷凝物排放系统设计用于导出由于所述保护气体的冷却而产生的冷凝物。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：瑞利泽尔有限公司，
类型：发明
国别省市：