用於逐層製造三維物體的裝置的製作方法

2023-10-06 06:22:44

專利名稱：用於逐層製造三維物體的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一個用於逐層製造三維物體的裝置，尤其涉及一種通過提供能量在與 待製造物體在相應層中的橫截面對應的位置上逐層硬化建造材料從而製造三維物體的裝置。
背景技術：
DE4300478 Cl公開了一個名為「選擇性雷射燒結」的公知方法，該方法通過在與物 體相應橫截面對應的位置上連續地硬化粉末狀的、通過電磁輻射能夠硬化的建造材料的層 從而製造三維物體；同時還公開了一種用於實施這種方法的裝置。在已知的設備中，待建物 體在一個作為裝置一部分的金屬平臺上被建造。DE^624498建議，在平臺上設置一個預製的平板，該平板可以與位於其上的完成 的物體一起被抽走。平臺包含冷卻通道，用於安置導流冷卻水的銅管。此外還有其它的文檔設計了建造空間或建築平臺的加熱裝置。例如，DE10108612 Cl中公開了一種選擇性雷射燒結的裝置，其中建造空間由外殼加熱裝置保圍。另外還可以 設計一種底面加熱裝置。在加熱或冷卻用於在其上建造三維物體的平臺時，出現一個問題，即平臺表面的 溫度分布不均勻。因此例如可能出現在提供熱量時達到局部的溫度峰值，該溫度峰值會對 粉末層的質量以及過程狀態(例如熔化、燒結、捲曲和弄彎)造成負面的影響。

發明內容
因此本發明的任務在於，提供一種用於逐層製造三維物體的裝置，使用該裝置使 粉末層的質量以及過程狀態得到改善。本發明任務通過權利要求1所述的裝置得到解決，從屬權利要求中給出了本發明 的其他改進。支架上面的溫度分部通過具有很強的各向異性導熱能力的中間層得以平整，從而 避免達到溫度峰值。通過這種方法，粉末層的質量以及裝置的過程狀態得到改善。通過恰 當地選擇所用的材料和中間層的厚度可以有針對性地影響效果的強度。


結合附圖，從具體實施方式
的描述中能得出本發明其它的特徵和優點。圖1為用於逐層製造三維物體的裝置的截面圖；圖2為根據本發明的第一實施例，包含在圖1所示裝置中的支架的截面圖。
具體實施例方式下面，參照附圖描述根據本發明的第一實施例用於製造三維物體的裝置。圖1中雷射燒結裝置具有具有一個向上開口的容器1，該容器1內具有可在垂直方向上運動的支架2，支架2承載待建造物體3並定義了建造區域。支架2在垂直方向上如此 設置，使得物體的待硬化的每一層都位於由工作檯4的表面形成的工作面，該工作檯4在容 器1的範圍內具有一個開口。進一步的，設置塗層器5用於塗敷可以通過電磁輻射硬化的 粉末狀建造材料3a。建造材料3a從儲備容器6中引至塗層器5。該裝置進一步具有一個 生成雷射射線7a的雷射器7，雷射射線7a通過轉向裝置8被轉向至耦合窗口 9並從該窗口 進入過程室10並且聚焦到工作面4的一個預定的點上。進一步，設置一個控制單元11，通過該控制單元11以協調的方式控制裝置的構件 以實施建造過程。由圖2可最明顯的看出，支架2包含一個支架平臺20，優選地由金屬製造，以及一 個蓋板21，同樣優選地由金屬製造。在支架平臺20和蓋板21之間設置一個加熱部件22。 在加熱部件22和蓋板21之間設置中間層23，例如由具有很強的各向異性導熱能力的材料 製成的薄膜或板。為此，具有很強的各向異性導熱能力的材料如此設置，使得導熱能力在平行於支 架2的表面的方向(在層方向)上明顯要大於其在垂直於支架2的表面的方向(垂直於層 方向)上。中間層23例如可以是石墨薄膜或有多層薄膜結構的石墨板，例如石墨薄板。優選地，在室溫情況下材料的導熱能力在層方向上是其垂直於層方向上的至少5 倍，在進一步優選的方式中至少為10倍，在更進一步優選的方式中至少為20倍。運行該設備時，第一步將支架2移動到使它的上表面比工作面4低一個層的厚度 的位置。然後利用塗層器5將材料3a的第一層塗敷到支架2上並進行平整。接著，控制單 元11如此控制轉向裝置8，使得經過轉向的雷射射線7a有選擇地擊中材料3a的層的應硬 化的位置。因此，材料在這些位置上被硬化或者燒結。在下一步中，支架2下降了下一層的高度並且重新利用塗層器5塗敷並平整第二 材料層，並且利用雷射射線7a有選擇地硬化。塗敷材料層、平整以及硬化等步驟重複實施， 直到待製造物體3完成。在使用塑料作為建造材料時，利用具有很強各向異性導熱能力的中間層引起支架 上表面溫度分布得以平整顯得尤其有利。利用根據本發明的中間層避免了可能導致建造材 料熔化的局部的溫度升高。具有很強各向異性導熱能力的中間層還可以用於使用金屬粉末的情況。一般說 來，在通過逐層硬化建造材料從而製造三維物體時，如果均勻的溫度分配是有利的，那麼就 能應用本發明。在本發明的第二個實施例中，在支架容器1的側壁而不是支架內設置加熱部件， 目的在於從邊上為建造材料提供熱量。同樣在該實施例中，具有很強各向異性導熱能力的中間層如此在容器側壁上或在 容器側壁中設置，使得導熱能力在層方向上(即平行於容器側壁表面)明顯大於其在垂直 於層方向上(即垂直於容器側壁表面)。然而區別於第一實施例，具有很強各向異性導熱能力的中間層並不是位於加熱部 件和建造材料之間，而是位於加熱部件的與建造材料相對的側上。由於通常為了加熱容器 側壁要使用分散設置的加熱部件，因此可以同樣在加熱部件之間的區域內實現好的溫度平 衡。另一方面，將具有很強各向異性導熱能力的中間層設置在加熱部件的與建造材料相對的側上提供了 一個優勢，即改進了的向外的絕緣。本實施例的特性高可以與第一實施例中的特性相結合或者相對應地進行替換。所 以例如支架2和容器1的側壁都可以分別設置加熱部件或者具有很強各向異性導熱能力的 層。在支架2和容器1的側壁處，具有很強各向異性導熱能力的層可以分別設置在加熱部 件和建造材料之間或在加熱部件的與建造材料相對的側上。本發明不限於所描述的實施例。例如，還可以設置冷卻部件以替代加熱部件。加熱部件或冷卻部件以及具有很強各向異性導熱能力的中間層可以安裝在支架 或者容器側壁的任意位置。具有很強各向異性導熱能力的中間層可以固定地或可移動地安裝在支架或者容 器側壁處，或者支架或容器側壁本身可以由具有很強各向異性導熱能力的材料構成。具有很強各向異性導熱能力的中間層可以安裝在支架的整個橫截面上或者只是 在可選擇的確定的位置上，例如在加熱部件和支架邊緣區域之間。由此可以改善對這些否 則將會供應不足的區域的熱量供應。具有很強各向異性導熱能力的中間層還可以是可移動地安裝的預製板的一部分， 該板被放置於支架之上並且物體將在該板上被建造。同樣在容器側壁處，具有很強各向異性導熱能力的中間層可以安裝在整個側壁表 面上或者只是在容器側壁上可選擇的確定的位置上。安裝加熱部件或冷卻部件以及具有很強各向異性導熱能力的中間層的位置不限 於在上述實施例中提及的示例。例如，它們還可以安裝在工作檯4的整個表面或者其表面 的一部分上。在所有的情況下，具有很強各向異性導熱能力的材料被如此選擇和設置，如上述 在實施例中描述的，使得導熱能力在層方向上(即平行於支架或容器側壁表面)明顯大於 其在垂直於層方向上(即垂直於支架或容器側壁表面)。
權利要求
1.一種通過雷射器(7)或另一能量源的作用在與待製造物體C3)在相應層中的橫截面 對應的位置上逐層塗敷並硬化粉末狀建造材料(3a)從而製造三維物體(3)的裝置，包括加熱或冷卻部件(22)，所述加熱或冷卻部件向逐層塗敷的建造材料(3a)供應熱量或 從逐層塗敷的建造材料(3a)吸收熱量，其特徵在於，提供具有強各向異性的導熱能力的中間層03)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述具有強各向異性的導熱能力的中間層設置於 所述加熱或冷卻部件0 與所述建造材料(3a)之間。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述具有強各向異性的導熱能力的中間層設置於 所述加熱或冷卻部件0 的與所述建造材料(3a)相對的側上。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，還具有支架O)，在所述支架( 上能塗敷所述粉末狀建造材料(3a)的層從而建造所 述物體⑶，其中所述加熱或冷卻部件0 以及所述具有強各向異性的導熱能力的中間層03)設 置於所述支架(2)上。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的裝置，其中所述加熱或冷卻部件以及所述具有 強各向異性的導熱能力的中間層設置於容器(1)的側壁處，所述容器在旁側對所述建造材 料(3a)進行限制。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其中所述加熱或冷卻部件以及所述具有 強各向異性的導熱能力的中間層設置於工作檯(4)上，所述工作檯(4)形成用於塗敷和硬 化所述建造材料(3a)的工作面。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的裝置，其中所述中間層的導熱能力在層方 向上明顯大於垂直於層方向的方向上。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的裝置，其中在室溫情況下所述中間層的導 熱能力在層方向上是垂直於層方向的方向上的至少5倍，優選為至少10倍，進一步優選為 至少20倍。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的裝置，其中所述中間層是由具有強各向異 性的導熱能力的材料製成的薄膜或板。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的裝置，其中所述中間層是石墨薄膜或具 有多層薄膜結構的石墨板。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的裝置，其中所述中間層(2 在所述支架(2) 的整個橫截面上或者在所述容器(1)的整個側壁面上或者在所述工作檯(4)的整個表面上 延伸。
12.根據權利要求1至10中任一項所述的裝置，其中所述中間層僅在所述支架 (2)的橫截面的一部分上或者在所述容器(1)的側壁面的一部分上或者在所述工作檯(4) 的表面的一部分上延伸。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的裝置，其中所述中間層(2 為所述支架(2) 或者所述容器(1)的側壁或者所述工作檯(4)的組成部分。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的裝置，其中所述中間層是被放置於所述 支架( 上的板的組成部分，其中應當在所述板上建造所述物體(3)。
全文摘要
一種通過雷射器(7)或其它的能量源的作用在與待製造物體(3)在相應層中的橫截面對應的位置上逐層塗敷並硬化粉末狀建造材料(3a)從而製造三維物體(3)的裝置，包括加熱或冷卻部件(22)，用於提供或抽走逐層塗敷的建造材料(3a)的熱量，提供了具有很強各向異性導熱能力的中間層(23)用於平整溫度分布。
文檔編號B29C67/00GK102076482SQ200980124763
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月30日 優先權日2008年7月3日
發明者M·羅伊特勒 申請人:Eos有限公司電鍍光纖系統