制造三维成形主体的设备和方法技术

本发明专利技术涉及通过对粉状堆积材料（５７）层连续固结的制造三维成形主体的设备和方法，该材料借助于电磁辐射或者粒子辐射来固结，在对应于成形主体（５２）的相应横截面的位置上，具有形成聚集光束的光束源（１６）和用于使该聚集光束转向到要固结的层上的偏转装置，在堆积腔（４２）内具有载体（４３），该堆积腔（４２）布置在加工腔（２１）内，该堆积腔（４２）用于接纳待形成的成形主体（５２），其中通过在每种情况下一个加工腔（２８），形成至少两个工作站（２１、２４），该工作站（２８）密封锁定并彼此隔开，以及偏转装置（１８）和至少两个工作站（２１、２４）彼此位于加工位置（与图１一起公开）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分别根据权利要求1和22前序部分中。本专利技术涉及添加剂制造方法，其中从材料粉末中分层堆积复杂的、三维部件。专利技术的应用领域除了迅速成型(prototyping)和迅速加工和制造的相关学科外，特别还包括系列工具和功能部件的制造。例如，这些包括带有靠近表面的冷却通道和另外单独部件的注模以及用于化学工业、机械工程、航空器和汽车制造的小系列复杂功能组件。
技术介绍
与本专利技术相关的一般制造方法包括在Fraunhofer Gesellschaft的DE19649865C1中公开的激光熔化和在德克萨斯大学的US4863538中公开的激光烧结。在DE19649865C1中公开的激光熔化方法中，从在商业上得到的、没有粘结剂或其他添加成分的单一金属材料粉末制成部件。为此，材料粉末始终用作堆积平台的薄层。按照需要的部件几何形状，利用激光束对该粉末层进行局部熔化。激光束能量以这样方式选择，即在激光束入射位置上，金属材料粉末在其整个层厚上完全熔化。与此同时，保护气体空气保持在激光束与金属材料粉末交互作用的区域上，以避免例如通过氧化而有可能出现的部件瑕疵。已经公知的是，采用DE19649865C1中图1所示设备来实现该方法。在可从US4863538中已知的激光烧结方法中，部件由专门为激光烧结而开发的材料粉末中制造，而其中该材料除了含有基材外，还含有一种或更多种添加成分。这些不同的粉末成分在熔点方面不同。在激光烧结的情况中，材料粉末用在堆积平台上作为薄层。根据部件几何数据，该粉末层用进行局部激光束照射。该材料粉末的低熔点成分通过引入到的激光能量熔化，同时其他成分保持在固体状态。借助于熔化粉末成分，该粉末层固定到先前粉末层上。在粉末层堆积后，该堆积平台降低一个粉末层的厚度，同时新粉末层从存储容器中摊开。EOS GmbH Electro Optical Systems提供了激光烧结装置，该装置用来制造塑料EOSINT P 700和制造沙子EOSINT P 750，该装置具有加工腔、两个激光和两个扫描单元。这些装置的目的是迅速堆积较大体积的部件。根据WO/0236331，为了制造相对较大体积的部件，Concept LaserGmbH提出借助于集中辐射的电磁来进行材料烧结、去除和/或书写的设备，其中在该设备中，扫描仪布置在扫描仪载体上，其中该载体为符合滑动件的形式，并可在堆积平台上通过电机装置移动。该设备包括激光制造机器，该机器具有用于烧结、材料去除和/或写入的可替换技术模块。在机器壳体上提供多个堆积空间。该扫描仪载体在堆积空间之间执行往复运动，从而多个堆积空间可以任何需要顺序覆盖。例如，已经提出的是，为了在一个机器内同时以及并行地堆积或以其他一些方式加工的四个部件，以近似正方形的格局提供四个堆积空间。为此，扫描仪载体需要在堆积空间之间前后移动，以在机器的堆积空间内同时制造多个部件。该方案具有的缺点是，由于扫描仪载体的存在，进入机器壳体内单独堆积空间变得更困难，其中复合滑动件形式的扫描仪载体可由电机装置移动，并横向穿过堆积空间而延伸。此外，在单独堆积空间内动作的并行模式意味着，只能当成形主体同样已经完成时，移出完成部件并进行新部件的必要转换工作，其中成形主体将与在另外堆积空间内的完成部件并行堆积。由于具有最长堆积时间的部件确定了移出和转换工作，因此，这在设备费用上具有负作用。此外，在制造过程中出现的影响，如温度和当成形主体正堆积时非出火花，可对并行进行的如涂覆、冷却等等的另外加工过程产生负作用。
技术实现思路
因此，专利技术基于的目的为提供这样的，其中制造时间缩短，同时制造的灵活性和成形主体的质量得到提高。该目的通过根据专利权利要求1的设备和根据专利权利要求22的方法来实现。在附加权利要求书中描述了专利技术的巧妙构思和结构。根据专利技术的设备明显地提高了成形主体的制造经济性。成形主体完全在第一加工腔内制造，同时在至少一个另外加工腔内对先前制造的成形主体进行冷却和卸载，或者加工腔为后面要制造的成形主体进行替换或安装。由于在成形主体制造后，立即转到下一个加工腔，因此这样导致对光束源容量的充分利用，从而在至少一个另外加工腔内制造出下一个成形主体。此外，形成至少两个密封锁定加工腔，可使成形主体利用确定材料在第一加工腔内堆积，同时可在至少一个另外加工腔内利用相同材料粉末或者与第一成形主体不同的材料粉末堆积成形主体。由于需要高度纯净的材料粉末，因此，这种方案在用于化学技术中特别重要。此外，根据本专利技术的设备具有的优点是，由于不需要操作者干预情况下，对应于加工腔数目的成形主体可直接连续制造，因此在不需要操作者情况下可实现形成粉末层。另外，至少一个光束偏转装置直接定位到加工腔，这样就为要移出的制造后成形主体提供了对第二或者另外加工腔的良好可接近性，并为后面需要的加工过程更换或者安装加工腔。加工腔密封锁定结构还具有的优点是，在不受即时旁边转换加工、冷却过程、环境杂质等任何影响下，来制造成形主体。根据专利技术的最优结构，每个加工腔具有为没有固结堆积材料的提取装置，该提取装置包括至少一个阻挡装置。当没有固结的堆积材料正在另外加工腔内被提取时，该阻挡装置阻止堆积材料从此时正在进行成形主体分层堆积的加工腔内被提取。在不受相邻加工腔中加工过程干涉并与之独立的情况下进行一个加工腔内的加工过程。另外，把该阻挡装置布置在相对于加工腔关闭的位置上，这样具有的优点是，在单独粉末层固结的加工过程中，维持保护气体空气。这就增加了过程可靠性，与此同时，确保了保护气体只有低水平消耗。根据本专利技术的另外最优结构，为至少两个加工腔提供风扇，同时在风扇和每个加工腔之间的提取装置上设置至少一个阻挡装置。为了降低需要的整个空间以及成本，例如设置为至少两个加工腔操作的风扇。这也能简化结构。为了密封锁定加工腔，同时为了彼此独立地操作这些加工腔，在风扇和每个加工腔之间的提取装置上布置至少一个阻挡装置，从而当在成形主体已经完全制造的加工腔中风扇通过抽吸作用而进行提取操作时，同时另一个其他加工腔没有抽吸提取。这就消除了当采用共用部件时加工腔彼此影响的可能性。该加工腔具有入口，有益的是，该入口每个都由阻挡装置关闭。因此，该阻挡装置直接分配给加工腔，从而消除了其他破坏影响因素。入口的阻挡装置可与出口的阻挡装置一起驱动。根据优选实施例，至少在出口设置该阻挡装置，该出口与堆积腔和粉末收集部连通。这就提供了加工腔的密封锁定。此外，可以提供进给开口，该开口在提取加工腔过程中供应体积流量，同样可由阻挡装置关闭。优选的是，阻挡装置在出口设置人工提取装置。该人工提取装置用于粉末剩余物的人工提取。因此，可使密封锁定和风扇的利用最优化。优选的是，借助于控制和算术单元，每个阻挡装置可为每个加工腔单独或者作为一个组联合驱动。这就使加工腔自动操作同时制造得到监控。根据专利技术的有益实施例，阻挡装置设计成为夹紧阀，并优选的是气动驱动。这些夹紧阀具有的优点是，实际上不磨损，同时具有较短的反应时间。作为气动驱动的替代，还可以提供液压、电子或者电磁驱动。另外，为了使每个加工腔自动化，有益的是，对没有固结堆积材料的提取包括隔离装置和过滤器。这就使没有熔化和固结的堆积材料在没有杂质情况下被回收，例如从相邻加工腔的其他材料中回收，从而就能降低使用材本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过对粉状堆积材料（５７）多层连续固结的制造三维成形主体的设备，该材料借助于电磁辐射或者粒子辐射来固结，在对应于成形主体（５２）的相应横截面的位置上，具有形成光束的光束源（１６）和用于使该光束偏转到要固结的层上，在堆积腔（４２）内具有载体（４３），该堆积腔（４２）布置在加工腔（２１）内，该堆积腔（４２）用于接纳待形成的成形主体（５２），其特征在于：－设置至少两个加工腔（２１、２４）；－每个加工腔（２１、２４）密封锁定并在所有情况下设计成与相邻的加工腔（２４、２ １）隔开，以及－光束偏转装置（１８）和至少两个加工腔（２１、２４）相对于彼此位于一处理位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯林德曼，贝恩德H伦茨，约阿希姆胡特弗莱斯，格哈德哈曼，
申请(专利权)人：特鲁普工具机械有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]