[發明專利]用于制造三維物體的設備

有效

• 申請號: 201410418445.1
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN104416907B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: C·弗魯特
• 申請（專利權）人: FIT股份公司
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 鄧斐

技術領域

本發明涉及一種用于通過選擇性硬化逐層施加的構造材料來制造三維物體的一種設備以及一種方法。

背景技術

從現有技術中已知大量用于通過選擇性硬化逐層施加的構造材料來制造三維物體的設備和方法。在此例如可提到激光燒結或選擇性掩膜燒結。實施這樣的層構造法的設施也稱為快速原型系統。這種層構造法用于制造由可硬化的材料如樹脂、塑料、金屬或陶瓷構成的逐層構造的構件，并且例如用于制造技術原型。在此，可以借助疊層制造方法直接由CAD數據制造三維物體。

在這樣的層構造法中，物體的構造逐層地進行，即，將構造材料的層相繼地上下重疊地涂覆。在施加每個下一層之前將相應于待制造的物體的部位在相應的層中選擇性地硬化。所述硬化例如通過借助輻射源局部加熱大多數為粉末狀的層原料。通過以適宜的方式將輻射有針對性地置入所期望的區域，能夠產生精確限定的、任意類型的物體結構。在此也設定層厚度。這樣的方法尤其能夠用于制造三維本體，其方式為：依次生成多個薄的、單獨構成的層。

典型地將待硬化的構造材料預熱到低于加工溫度的溫度。隨后借助于附加的能量輸入來達到加工溫度。

例如，在激光燒結工藝中將塑料材料預熱到低于燒結溫度的溫度。然后，通過激光引入的能量僅有助于熱差量以用于熔融粉末微粒。

在許多情況下，預熱經由對構造平臺進行加熱來完成。然而，隨著構件高度的提升，在這樣的“從下方”預熱時，預熱的熱流由于損失和粉末散裝物的增加的體積而減少。

其它方法也導致在構造材料中不期望的不均勻的溫度分布。這尤其也涉及預熱經由“從上方”輸送熱量的方法。在此，將可暫時供熱的裝置置放在構造層之上。通過復雜地控制加熱曲線和其它耗費的措施來試圖實現在待預熱的構造材料中的均勻的溫度分布。

發明內容

本發明的目的是，改進制造工藝、尤其是優化熱輸入。

所述目的通過根據權利要求1所述的設備或者通過根據權利要求10所述的方法得以實現。本發明的有利的實施方式在從屬權利要求中說明。在下文中結合設備所闡述的優點和構造方案按照意義也適用于根據本發明的方法，并且反之亦然。

本發明提出：不再繼續進行從現有技術中已知的節拍生產的方法，在該方法中，在隨后的新的節拍中重新進行材料涂覆之前，在一個節拍內在材料涂覆后首先進行預熱，并且隨后進行選擇性硬化。代替此的是，本發明提出一種連續制造工藝，在該連續制造工藝中，施加構造材料、預熱和通過局部加熱構造材料來選擇性硬化同時進行，更確切地說，對同一個待制造的物體的不同部位進行制造或者只要在構造平臺上制造多個物體，也在多個物體上進行制造。

根據本發明的設備包括：設置在x-y平面中的構造平臺，在所述構造平臺上逐層生成至少一個三維物體；至少部分遮蓋所述構造平臺的加熱元件，用于將熱能輸入到構造材料中；以及用于產生所述構造平臺與加熱元件之間的沿x方向和/或y方向的相對運動的驅動裝置。加熱元件具有可同時應用的至少兩個功能開口，其中，所述至少兩個功能開口中的一個功能開口構造成材料穿通口，并且所述至少兩個功能開口中的另一個功能開口構造成輻射穿通口。

相應地，根據本發明的方法包括下述步驟：在設置在x-y平面中的構造平臺中逐層地生成至少一個三維物體；借助至少部分地遮蓋構造平臺的加熱元件將熱能輸入到構造材料中；借助驅動裝置來產生構造平臺與加熱元件之間的沿x方向和/或y方向的相對運動；以及通過利用至少兩個功能開口來使構造材料和通過加熱元件產生的輻射能同時穿過。

本發明的基礎思想在于：使用用于預熱構造材料的加熱元件，所述加熱元件的特征在于功能開口，所述功能開口用作材料穿通口和輻射穿通口，因此也用作用于施加構造材料的覆層開口并且用作用于局部加熱構造材料的照射開口。如果這樣的加熱元件以適宜的方式相對構造平臺運動，那么能夠進行同時施加構造材料、預熱和選擇性硬化，并且由此實現至少一個物體的非節拍的、不中斷的制造。換言之，一個或者多個物體的構造連續地進行，其中，構造速度通過構造平臺與加熱元件之間的相對運動來確定。處于不同的制造工藝階段中的物體區域的幾何設置結構、尤其是所述物體區域相互間的間距通過功能開口在加熱元件中的設置結構來確定、尤其是通過所述功能開口相互間的間距來確定。