[發明專利]用于逐層地制造三維對象的裝置和方法

有效

• 申請號: 201310001373.6
• 申請日: 2013-01-04
• 公開（公告）號: CN103192530B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: M.格雷貝;W.迪克曼;J.克羅伊茨
• 申請（專利權）人: 贏創德固賽有限公司
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 臧永杰;劉春元

技術領域

本發明涉及用于逐層地制造三維對象的裝置、用于逐層地制造的方法以及相應的成型體。

背景技術

順暢地提供原型是最近經常提出的任務。能夠實現這一點的方法稱為快速原型建造（Rapid?Prototyping）/快速制造或者也稱為添加式制造方法。在粉末狀原料基礎上工作的方法特別適合，并且在這些方法中所希望的結構通過選擇性熔融和凝固逐層地制造。在此，可放棄在懸垂和咬邊時的支承結構，因為包圍熔融區域的構造區平面（Baufeldebene）提供足夠的支承作用。同樣取消移除支承的再加工。該方法也適用于小批量制造。構造空間溫度選擇成使得在構造過程期間不發生逐層地制造的結構的變形。

選擇性激光燒結（SLS）是特別好地適合于快速原型建造目的的方法。在該方法中，塑料粉末在室中用激光束選擇性短暫地曝光，由此由激光束擊中的粉末顆粒熔化。熔化的顆粒流入彼此并再次快速地固化成固體塊。通過對總是新涂覆的層的重復曝光，利用該方法可以簡單和快速地制造三維體。

在專利文獻US?6,136,948和WO?96/06881（兩者均是DTM?公司）中詳細記載了用于由粉末狀聚合物表示成型體的激光燒結方法（快速原型建造）。對于該應用要求保護大量聚合物和共聚物，例如多醋酸鹽、聚丙烯、聚乙烯、離聚物和聚酰胺。

其他良好適合的方法是如記載在WO?01/38061中的SIV方法（選擇性化合抑制（Selektive?Verbindungsinhibition）），或是如記載在EP?1015214中的方法。兩種方法都利用平面紅外線加熱工作來熔融粉末。在第一種方法中通過施加抑制劑來實現熔融的選擇性，在第二種方法中通過掩模來實現。在DE?10311438中記載了另一方法。在該方法中，通過微波發生器引入用于熔融所需的能量，其中通過施加感受劑來實現選擇性。在WO?2005/105412中記載了另一方法，在該方法中，通過電磁輻射引入用于熔融所需的能量，其中同樣通過施加吸收劑來再次實現選擇性。

上述方法中的問題在于，所使用的粉末必須能夠是松散的，因此能夠實現無瑕疵的層施加。僅在無瑕疵的層施加時才能夠制造高質量的三維對象。在松散性不足時，構造區的區域不或僅不充分地用粉末涂層。此外，在粉末床中可能出現溝槽、波紋或裂紋。這在過程中導致問題，使得過程結束時所制造的三維對象具有缺陷。

如例如在EP?1443073中記載的，所使用的粉末的松散性可以通過添加添加劑改善。該做法的缺點是，所添加的添加劑于是也是制造的三維對象中的組成部分，這在某些應用情況下對于這些對象可能是不希望的。此外，為了提高松散性添加添加劑大多數也增加了制造的三維對象的變形。此外，利用添加添加劑也不能或僅有條件地能夠使非常細的粉末松散。然而，值得期望的是使用盡可能細的粉末，以便提高構件的表面質量和使變形傾向最小化。

發明內容

因此，本發明的任務是在制造三維對象時改善松散性差的粉末的施加。

所述任務通過按照本發明的裝置得到解決。本發明的第一主題是用于逐層地制造三維對象（成型體）的裝置，其包括構造空間（40），所述構造空間（40）具有高度可調節的構造平臺（6）、用于將可通過電磁輻射作用凝固的材料的層涂覆到構造平臺（6）上的裝置（7）、用于輻射層的與對象（5）相應的位置的輻射裝置，所述輻射裝置包括發射電磁輻射的輻射源（1）、控制單元（3）和位于電磁輻射光路中的透鏡（8），其中所述用于涂覆層的裝置（7）實施成滑板（刮板），所述滑板的朝向可通過電磁輻射作用凝固的材料（以下稱為粉末）的層（構造區）的邊（26）實施成非連續的直線且能夠垂直于施加方向和平行于構造區平面運動。因此，該滑板具有朝向構造區平面的凹處（Aussparung）。這些凹處是滑板中的區域，可凝固的材料穿過所述區域被全面地涂覆到構造平臺上。這些凹處優選有規律地布置。

對象的“相應位置”分別表示對象的被分切輪廓的層，所述層通過操控激光束逐步地燒結或熔融到粉末床中。

所述凹處可以采用不同的幾何形狀。所述凹處例如可以是半圓的、三角形的、梯形的或矩形的。優選包括至少兩個、優選至少五個和特別優選至少十個凹處。通過矩形的凹處形成梳子狀的滑板。三角形或梯形的凹處可以導致例如三角形的卷邊，所述卷邊以其尖端指向構造區平面的方向。