专利名称：：用于由粉末状制造材料分层地生产三维物体的设备和方法
技术领域：
：本发明涉及用于由粉末状制造材料分层生产三维物体的设备和方法。特别地，本发明涉及选择性激光烧结的方法，在下文中简称为激光烧结方法，和激光烧结设备。
背景技术：
：根据权利要求1以及权利要求5的前序部分的激光烧结方法和激光烧结设备例如从DE10105504Al中已知。在此方法中，特别地使用了合成材料粉末，例如聚酰胺。在已知的方法中，制造过程中总是使用了一定量的旧粉末，即在一个或多个在先的制造过程中、作为未烧结的粉末而剩余下来的粉末。然而旧粉末经受了老化过程。因此，旧粉末热学地和/或热氧化地受损且因此具有与新粉末不同的材料特性和因此不同的加工参数。因此旧粉末仅能以一定的比例与新粉末混合而不损害制造过程和构件质量。所谓的更新率是在用于制造过程的混合量中新粉末的百分比比例/在混合量中旧粉末的百分比比例(例如50/50)。该更新率应尽可能小，因为可以节约用于新粉末的成本。在DE10105504A1中建议，将旧粉末或旧粉末和新粉末的混合物在固化前预处理，例如通过流体化处理，以降低因老化而质量降低的改变作用，且因此可以混合更多的旧粉末。然而，通过这样的预处理通常不能消除粉末的因老化而质量降低的改变。特别地，过高的旧粉末比例导致外部构件壁的不满意的表面特性，这称为縮孔，也称为"縮痕"或"橘皮"。由WO2005/097475已知了用于这样的方法的激光烧结方法和激光烧结粉末，其中试图通过使用一定的材料来解决縮孔的问题，该材料在烧结过程中具有高的稳定性且因此当作为旧粉末使用时具有更小的因老化的损害。但教示了使用者使用此特定的粉末，该粉末又具有与迄今通常使用的粉末不同的特性且可能不满足所有要求。进一步从US4，938，816中已知，在激光烧结中，在固化中或固化前，以激光通过产生电磁场将粉末压縮，以得到高的体积密度。从EP1058675Bl中已知，在激光烧结陶瓷粉末中通过滚子将涂敷上的粉末层压縮。因此降低了在陶瓷粉末的固相中烧结所要求的时间。从DE19514740Cl中已知了用于激光烧结的设备，特别是激光烧结金属粉末的设备，其中粉末通过涂敷器刃片涂敷。刃片在涂敷器缘上具有其角度在30。和90°之间的倾斜的侧面。在对置的平滑缘上同样提供了具有在r和60°之间的角度的倾斜的面。平滑缘将已固化的层平滑。
发明内容本发明的任务是提供用于生产三维物体的方法和设备，特别是激光烧结方法和激光烧结设备，通过该方法和设备可降低更新率，且通过该方法和设备可降低方法的成本。本任务通过根据权利要求1的设备和根据权利要求7、8或13的方法解决。本发明的扩展在从属权利要求中给出。此方法具有的优点是可以使用常规的粉末用于激光烧结，例如聚酰胺或其他材料种类，特别是聚醚醚酮(PEEK)，各自带有或不带有例如玻璃微粒、强化纤维、金属添加物的添加物，例如填充铝的聚酰胺等。粉末的特性充分地已知。以此方法且以此设备可以进一步将更新率降低至0%新粉末(0/100)。本发明的另外的特征和实用性从根据附图对实施例的描述中可见。各图为图l示出了激光烧结设备的示意性图示；和图2示出了使用激光烧结设备内的涂敷器的粉末涂敷的示意性透视侧视图3示出了涂敷器的涂敷器刃片的横截面的示意性图示；和图4示出了涂敷器如何将粉末涂敷在已烧结的层上的部分剖视的透视图。具体实施例方式在图l中图示的激光烧结设备具有向上打开的容器l，容器l带有在其内、在垂直方向上可移动的承载器2，它承载了待形成的物体3且限定了制造区。承载器2在垂直方向上这样调节，使得物体的每个待固化的层位于工作平面4上。进一步地提供了涂敷器5，以涂敷通过电磁辐射可固化的粉末状制造材料。设备进一步具有激光器6。由激光器6产生的激光束7通过偏转装置8偏转到耦合窗9上，且从耦合窗9通入处理室10内且在工作平面4内的预先确定的点中聚焦。进一步提供了控制单元ll，通过控制单元ll以协同的方式控制设备的组件以执行制造过程。如在图2中示出，涂敷器5具有两个以一定间隔相互分开的且在工作平面上方一定距离处布置的夹板51、52，粉末储备20位于夹板中间。夹板51、52在制造区的整个宽度上延伸。在夹板的相互指向的内侧上各自提供了刃片60、61，刃片60、61也在整个制造区的宽度上延伸，且在夹板上、在工作平面的方向上各自向下突出。刃片下侧具有距承载器上表面或最后固化的层的距离d，该距离d对应于希望的层的层厚。在图2中，所图示的目前涂敷器5的行进方向以B给出。如从图3中可见，刃片在行进方向B上具有厚度D，且具有两个基本上垂直于工作平面4延伸、且相互基本上平行地对齐的表面60a、60b，表面60a、60b横向地在制造区上延伸。在指向工作平面的下侧上，刃片具有斜面60c，其中刃片在涂敷器中这样布置，使得斜面60c在涂敷方向B上上升。斜面形成了涂敷面。斜面60c与平行于工作平面4或者说承载器表面的面E形成锐角a，其角度值大于O。且大约5。，优选地为大约2°。在垂直表面60b和倾斜的刃片面60c之间的下缘60d位于相对于面E的高度x上。在刃片厚度D为大约6mm的情况下，高度x大于0.03且小于0.5mm。刃片的厚度可以在lmm和20mm之间。因此，涂敷器具有在涂敷方向B上仅微弱偏调的面60c。第二涂敷器刃片61布置在第二夹板52内侧，且与第一涂敷器刃片60镜像对称地形成。第二涂敷器刃片61的倾斜的面61c因此逆着涂敷方向B偏调，在涂敷方向B中第一涂敷器刃片60进行涂敷过程。因此，可以使用涂敷器每次在去程和回程中涂敷新的粉末层，且每次携带粉末储备且在需要时补充粉末储备。在运行中优选地使用合成材料粉末作为粉末，例如，如聚酰胺的聚合物粉末，特别是聚酰胺12，或来自其他材料种类的粉末，例如PEEK，各自带有或不带有添加物。在涂敷过程前，将从一个或多个在先制造过程中作为未烧结粉末而剩余下来的旧粉末与新粉末混合。更新率例如在非填充的聚酰胺的情况中为50%—30%新粉末(更新率50/50至30/70)，且在填充的聚酰胺的情况中为100%_70%新粉末(更新率100/0至70/30)。对于新粉末，理解为未在在先的生产步骤中使用过的粉末。对于旧粉末理解为这样的粉末，它由90%的、在粉末饼内一同置入的、且在制造过程的整个持续期间内在高温下存储的粉末，和大约10%的、在层涂敷中推入溢出容器中的粉末，组成。混合可以在激光烧结设备外部或内部进行。在每个涂敷过程之前，将粉末以这样的量供给到涂敷器5内，所供给的量足够涂敷粉末层。然后涂敷器5行进通过制造区，其中涂敷器刃片60涂敷了带有预先确定的厚度d的层21。通过在涂敷方向B上倾斜地偏调的面60c，在待分配的、在处于涂敷器刃片60前的粉末柱内的粉末上，施加指向工作面的力。因此在涂敷层时将粉末20压紧。接着，以激光束在各层内照射物体3的横截面且因此将粉末固化。然后，涂敷器5再次填充以粉末且在与图2和图3中示出的方向B相反的方向上上移动。因此与第一涂敷器刃片60镜像对称地形成的第二涂敷器刃片62作为涂敷器起作用，且在最后固化的层或者说围绕已固化的区域的粉末上涂敷新的粉末层。图4示意性地解释了根据本发明的刃片的运行。物体3具有多个已固化的层21和围绕这些层的未烧结的粉末22。最后涂敷且固化的层具有已固化的节段23a和未烧结的粉末23b。因为在烧结中密度增加，所以已固化的区域23a在高度级上略微低于未固化的粉末23b。因此，在已固化的节段23a和未固化的区域23b之间存在边缘24。如果使用根据本发明的刃片60，则令人惊奇地显示在层内微粒上施加压紧压力，且在制成的构件中几乎没有或不存在縮孔。通过提高粉末密度，不仅实现了降低更新率，而且实现了使用迄今因其过低的熔融粘性而不适用于或仅有条件地适用于激光烧结过程的粉末。粉末床密度如下测量。这样照射封闭的中空薄壁四边形激光烧结构件，使得在照射中封闭的体积在方向xyz上具有100mmX100mmX15mm的值。围绕该体积的构件相应地定尺寸。将这样地制造的零件从外部从附着的粉末剩余物中释放出来，且将零件称重。接着将零件切开且将内部的粉末清空，以及再次将空的零件称重。质量差对应于被封闭的粉末体积的质量。因为粉末体积已知，所以由此可计算出粉末床的密度。下面的表示出了根据本发明的设备和方法与现有技术的对比的结果。使用聚酰胺12作为激光烧结粉末，该粉末可以以商品名PA2200获得(本申请人的用于EOSINTP机器的烧结粉末)。所涂敷的层厚为0.15mm。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>粉末的溶解粘性(L6sungsviskosimt)根据ISO307确定，粉末床密度根据以上方法确定。根据此方法和设备可降低对新粉末比例的要求。在特别的情况中甚至可以实现以几乎100%的旧粉末工作。此外，表还示出，衡量材料的烙融粘性的溶解粘性随旧粉末比例的升高而升高。因此，以根据本发明的方法也可以实现的是对具有相应高的熔融粘性且以迄今的方法和设备不能加工的粉末材料进行烧结。聚酰胺(PA)，特别是PA12有利地适合于本设备和方法，因为它可通过沉淀工艺生产，且因此与研磨粉末相比具有特别平滑的表面。因此，可以在涂敷中以有利地方式进行定型工艺(Setzprozei3)。涂敷器几何尺寸不限制于特定地示出的实施例。所以表面60a、60b不必平行，而是也不排除成型面。涂敷面的坡度不必是恒定的，而是可以另外地上升，例如具有鱼鳞形或其他形式。作为激光的替代可以使用另外的适合于固化粉末材料的能量源，例如使用电子辐射源。其他形式的能量输入也是可以的，例如掩模烧结、压抑烧结或线形能量输入或通过阵列的能量输入。权利要求1.设备，用于，通过在各层内对应于物体横截面的位置处、通过激光或其它能量源的作用、相继地固化粉末状制造材料的层，来生产三维物体，所述设备带有承载器(2)，在所述承载器上制造所述物体，涂敷器(5)，用于将所述粉末材料的层涂敷到所述承载器上，或涂敷到在先固化的层上，其中，所述涂敷器在至少一个涂敷方向(B)上，可以在所述承载器或所述在先固化的层的上方移动，固化装置(6)，用于在所述各层内对应于所述物体的所述位置处，固化所述粉末材料，其特征在于所述涂敷器(5)具有刃片(60、61)，其带有在涂敷方向上上升的涂敷面(60c、61c)，其中，所述涂敷面提供在所述刃片的、指向所述承载器(2)的下侧上，且在所述涂敷器的移动方向(B)上，以大于0.2°且小于大约5°的角度，优选地以在大约0.5°和大约3°之间的角度，进一步优选地以在大约0.7°和2.8°之间的角度，上升。2.根据权利要求l所述的设备，其特征在于所述面的坡度在大约0.01和大约0.06之间。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述涂敷面在移动方向上的宽度在大约1mm和大约20mm之间，优选地为大约6mm。4.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于所述涂敷面的高度大于大约0.03mm且小于大约0.5mm，优选地大于大约0.08mm且小于大约5mm。5.根据权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于所述涂敷器(5)具有两个刃片，它们以一定的间隔相互布置，且它们关于垂直于所述涂敷器的移动方向(B)的平面镜像对称地形成。6.根据权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于所述刃片对称地形成且具有两个涂敷面。7.方法，用于，通过在各层内对应于物体横截面的位置处、通过激光或其它能量源的作用、相继地固化粉末状制造材料的层，来生产三维物体，其中，使用粉末材料，其具有大于2.1Tlrd的溶解粘性，以及其中，所述粉末在涂敷层时被机械地固化。8.方法，用于，通过在各层内对应于物体横截面的位置处、通过激光或其它能量源的作用、相继地固化粉末状制造材料的层，来生产三维物体，其中，使用粉末材料，其具有熔融粘性，所述熔融粘性在PA2200下对应于大于2.1nrd的溶解粘性，以及其中所述粉末在涂敷层时被机械地固化。9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于在压縮中产生大于0.38g/cm3的粉末床密度。10.根据权利要求7至9之一所述的方法，其特征在于产生大于0.4g/cm3，且优选地大于0.41g/cm3，更优选地大于0.42，的粉末床密度。11.根据权利要求7至IO之一所述的方法，其特征在于所述溶解粘性大于大约2.1，优选地大于大约2.3，且更优选地大于大约2.6nrel。12.根据权利要求7至11之一所述的方法，其特征在于使用材料作为粉末状制造材料，它具有旧粉末，其在生产一个或多个在先形成的物体时，作为未固化粉末而剩余下来；以及一定比例的新粉末，其先前还未在生产过程中使用过。13.方法，用于，通过在各层内对应于物体横截面的位置处、通过激光或其它能量源的作用、相继地固化粉末状制造材料的层，来生产三维物体，其中，使用材料作为粉末状制造材料，它包含旧粉末，其在生产一个或多个在先形成的物体时，作为未固化粉末而剩余下来；以及一定比例的新粉末，其先前还未在生产过程中使用过，其特征在于在涂敷层时，将所述粉末状制造材料机械地压縮，且其中，所述新粉末的比例小于制造过程所使用的总粉末量的50%。14.根据权利要求7至13之一所述的方法，其特征在于使用合成材料粉末作为材料。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述材料包含聚酰胺粉末，优选地包含聚酰胺12。16.根据权利要求7至15之一所述的方法，其特征在于所述方法由根据权利要求1至6之一所述的设备来执行。17.根据权利要求7至16之一所述的方法，其特征在于以此方法生产的物体不具有縮孔。全文摘要公开一种方法，借助其，通过在各层内对应于物体横截面的位置处、通过激光或其它能量源的作用、相继地固化粉末状制造材料的层，来生产三维物体，其中使用材料作为粉末状制造材料，所述材料包含旧粉末，其在生产一个或多个在先形成的物体时，作为未固化粉末而剩余下来；以及一定比例的新粉末，其先前还未在生产过程中使用过，其特征在于，所述粉末状制造材料在涂敷层时机械地被压缩。文档编号B29C67/00GK101351325SQ200780001000公开日2009年1月21日申请日期2007年4月25日优先权日2006年5月18日发明者弗兰克·米勒,弗洛里安·普费弗科恩,约亨·魏丁格尔申请人:Eos电光系统有限责任公司