用于增材制造的具有可运动的气体出口的制造装置和方法与流程

本发明涉及一种用于增材制造三维物体的制造装置和用于借助这种制造装置增材制造三维物体的方法，其中，通过以下方式制造物体，逐层地施加构建材料并且尤其是借助输入辐射能量在每层中的与物体在该层中的横截面相对应的部位处选择性地固化构建材料，其中以至少一个作用区域、尤其是能量射束的辐射作用区域扫描或影响该部位。

背景技术：

增材制造装置和对应的方法通常具有以下特征，在制造装置中通过固化无形状的构建材料逐层地制造物体。例如可通过例如在激光烧结(“sls”或“dmls”)中或激光熔化或电子束熔化中借助用电磁辐射或粒子辐射照射构建材料而将热能输送给构建材料来实现固化。例如在激光烧结或激光熔化时激光束(“激光点”)在构建材料层上的作用区域在该层的与待制造的物体在该层中的物体横截面对应的部位上运动。代替引入能量，也可通过3d打印对施加的构建材料进行可选的固化，例如通过施加粘接剂或粘结剂来进行。一般来说，本发明涉及与构建材料固化的方式无关地借助分层施加和选择性地固化构建材料制造物体。可使用不同类型的构建材料，尤其是粉末，例如金属粉末、塑料粉末、陶瓷粉末、砂子、填充的或混合的粉末。

在增材制造方法中，在固化过程中通常产生污染物，污染物会进入到构造区之上的工艺腔气氛中。de102014108061a1涉及到用于制造三维物体的装置，该装置在气体氛围下通过能量引入在与待制造的物体在相应层中的横截面相对应的部位处逐层固化构建材料来进行制造。该文献还涉及用于这种装置的控制单元和用于使抽气嘴运动和/或定向的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是尽可能有效地抑制尤其是在大型场机器中在工艺腔内的污染物。

该目的通过根据本发明的用于增材制造三维物体的制造装置来实现，该制造装置具有用于容纳构建材料的构造容器、在构造容器之上的工艺腔(prozesskammer)、在构造容器和工艺腔之间水平延伸的构造区(baufeld)、至少一个用于将工艺气体导入工艺腔中的气体入口和至少一个用于将工艺气体从工艺腔中排走的气体出口，其中，至少一个气体出口在看向构造区的俯视图中看在工艺腔中仅可在构造区之外运动。尤其优选地，至少一个气体出口在排出口中能以最高一个平移自由度和/或最高一个旋转自由度相对于构造区运动。

构造容器可包括构造平台(bauplattform)，在运行中构造平台承载待制造的构件和包围的未固化的构建材料。构造容器的打开平面限定构造区，构造区是工作平面，构建材料作为单个层在该工作平面中以计量的方式被施加。因此构造区通常大致在构造容器的底面之上延伸。在其上，工艺腔作为空腔位于构造区或工作平面之上，在其中有至少一个涂装设备。工艺腔尤其通过(特别是竖直)上升的壁部限定，壁部的布置通常遵循构造区的轮廓并且壁部与构造区保持一定间距，以例如为涂装设备保持工作空间空置。工艺腔的壁部通常布置在矩形平面中，但是其平面也可具有与此不同的其他形状，例如圆形。此外，壁部无需构造成连续平面式，而是可具有水平或竖直的突出部或回缩部、壁龛、在其过渡部上经倒圆的角部、隆起部或凹陷部或构造有其他形式的缝隙。为了简单，如果没有给出其他特征，下面描述具有平坦的竖直壁部的规则的方形工艺腔。对此不排除与此不同的壁部设计方案，而是应有利地且尽可能地包括在本说明书中。

制造装置可尤其包括导引设备，例如激光扫描单元，以控制辐射能量的至少一个能量射束通过工艺腔的至少一个区段照射到构造区上。作为控制基础，在每层中的与物体在该层中的横截面对应的部位用作对辐射能量的规划作用的几何位置。导引设备可将一个或多个指向构造区的能量射束例如通过透明的耦入窗口在工艺腔的上侧耦入。能量射束在构造区上以及构建材料上的射入位置以及构建材料(“实际上”)开始固化的位置称为辐射作用区域。如上所述，可通过不同的方法对构建材料进行选择性的固化。作用区域和辐射作用区域之间的概念差异是，是在没有辐射(此时称为“作用区域”)的情况下还是在使用辐射(此时称为“辐射作用区域”)的情况下选择性地进行固化。在此，本发明不限于辐射能量作为选择性地进行固化的手段。在通过辐射作用区域扫描构建材料时，在辐射作用区域中将辐射作用到构建材料上，使得构建材料的至少一个最上层固化。在此，由于在辐射作用区域中输入能量，构建材料部分地或全部地熔化，由此构建材料的组成部分、例如粉末颗粒彼此连接。在其冷却之后，先前的构建材料此时以固体存在。

为了使得辐射作用区域在构建材料上的面无需非常小(点状)，在本申请中通常也使用术语“能量射束”。但是在本申请中该术语也用于与其他的辐射源区分开，其他的辐射源必要时可用于加热构建材料，例如ir辐射加热设备。术语“能量射束”在此定义为，经由其在构造区上的辐射作用区域提供足够的辐射强度，以使位于其下的构建材料加固至少一个层的深度延伸。但是本发明不限于能量射束作为辐射能量。

增材制造装置可包括多个用于产生辐射的辐射源以及与其连接的多个用于使辐射指向构建材料的导引设备。尤其优选地为导引设备配备刚好一个在构建材料上的辐射作用区域。辐射源例如可为一个或多个气体激光器或固体激光器或任意其他类型的激光器，例如激光二极管，尤其是vcsel(垂直腔表面发射激光器)或vecsel(垂直外部腔表面发射激光器)或一排这些激光器。

通过气体入口引入工艺腔中且通过气体出口排走的工艺气体(prozessgas)可为气体混合物或纯气体。在特定的增材制造方法中通常使用具有高含量的惰性气体、例如氩或氮的工艺气体。在某些情况下使用成本有利的气体混合物就足够，该气体混合物的组分相应于例如环境空气。

根据本发明，该制造装置包括至少一个用于使工艺气体流过的气体入口，该至少一个气体入口布置在工艺腔中。气体入口可包括以下设备，例如喷嘴或壳体，其可选地具有连接的来自工艺气体贮存器的气体输入设备。但是在本申请中，气体入口尤其理解为开口，气体从该开口流入工艺腔中。从而气体进入口形成在气体输入设备的空腔和通过工艺腔形成的空腔之间的端口。工艺气流随着离开气体入口从受引导的射束变成不受引导的射束或自由射束。一个气体入口或多个气体入口可在工艺腔内基本上可在整个构造区之上运动或静止地布置，即相对于工艺腔位置固定地布置。下面即使为多个气体入口，也通常仅提及一个气体入口，根据本发明可为多个气体入口并且原则上包括在说明书中。

一个气体入口或多个气体入口总体上、但是至少其排出口优选可以最高一个平移自由度和/或最高一个旋转自由度相对于构造区运动。通常至少一个气体出口的平移运动能力或旋转运动能力就足够。在构造方面、即借助可机械式以及电动机式运动的装置并且在控制技术方面通过操控可运动的装置确保该平移运动能力或旋转运动能力。非常一般地，一个气体出口或多个气体出口在看向构造区的竖向俯视图中看在工艺腔之内仅可在构造区之外运动。由此至少一个气体出口作为三维体在工艺腔的部分空间中在二维的构造区的延伸平面之上运动并且在此仅在工艺腔的未处于构造区之上的框架状的区域中。下面即使为多个气体出口，也通常仅提及唯一的气体出口，根据本发明可为多个气体出口并且原则上包括在说明书中。

气体出口可包括多种造型的装置，例如喷嘴、可能的多件式管区段或例如局部柔性的壳体，其可选地具有连接的吸气设备、必要时吸至工艺气体清洁器。但是功能上重要的是气体出口的二维排出口，气体通过该排出口从工艺腔中流走。气体出口的结构设计用于其可运动性。即气体出口至少局部可运动，从而在任何情况下气体出口的排出口在空间中或相对于构造区的位置都可变化。排出口通常在与构造区的延伸平面正交的平面中延伸并且可相对地并且在与此平行的水平运动平面中平移地和/或旋转地运动。旋转运动可意味着排出口的转动或其摆动。排出口形成在排出口下游的气体输出设备的空腔和由工艺腔形成的空腔之间的规则竖直端口。

因此，本发明摆脱了设置不运动的“整体的”通常占据构造区宽度的气体出口或在构造区之上设置可运动的、可能与气体入口一起被强制引导的气体出口的情况。整体的气体出口局部地没有针对性地起作用，可运动的气体出口本身通常要求高度的协调和控制工作，额外地通过与导引设备的必要协调又增加了高度的协调和控制工作。而本发明使得可运动的气体出口的更有针对性的作用与保持畅通的构造区相结合，借此排除了用于气体出口的装置与能量射束碰撞并且可更有效地使构造区之上的特定区域免受污染的工艺气(下面也称为“排气”)，其需要在特定的时间点进行清洁和/或必要时提高清洁功率。

本发明的目的是，通过尽可能有效地且有针对性地运走载有污染物的工艺气体降低和/或运走大气污染物。气体出口(或其排出口)的可运动性使得其目标排气区可移位并且其作用可更好地与气体入口的必要时可移位的目标流动区相协调。

借助于气体出口从工艺腔中引走的工艺气体的目标排气区通常是工艺腔的优选靠近构造区的部分区域。目标排气区在构造区上的竖直投影中看可位于构造区轮廓之内和/或构造区轮廓之外，即包围构造区的工艺腔底部之上。优选地，目标排气区包括一个或多个能量射束的一个或多个光路当前至少局部伸延所在的区域。目标排气区的位置、伸展部和/或定向原则上可为恒定的或可变的。目标排气区或其动态变化可分别至少间接地与辐射作用区域的位置/伸展部/定向或其动态变化相关。目标排气区的位置可与气体出口的位置协调或与其一起运动。通常，目标排气区在看向构造区的竖向的俯视图中看并且在工艺气流来看至少在一个辐射作用区域或多个辐射作用区域的下游(涉及流入的气体体积的流动方向)。目标排气区可理解为(限定的)可运动的气体出口的气体输出或吸气作用的最小覆盖区域(mindesterfassungsbereich)，其中，在该最小包括区域中优选有最小的有效性或清洁效果。在这种情况下借助于气体出口的实际排气区可更大。一个气体出口或多个气体出口与目标排气区的间距越短，气体出口在此处的作用越集中。可选地，即不是必需的，目标排气区可包括辐射作用区域以及必要时辐射作用区域在构造区表面上的环境。

借助气体入口流入工艺腔中的工艺气体的目标流动区通常是工艺腔的优选在构造区附近的部分区域。该目标流动区在构造区的竖向投影中看位于构造区轮廓之内和/或构造区轮廓之外，即，在包围构造区的工艺腔底部之上。优选地，目标流动区包括一个或多个能量射束的一个或多个光路当前至少局部伸延的区域。目标流动区的位置、伸展部和/或定向原则上可为恒定的或可变的。目标流动区或其动态变化可分别至少间接地与辐射作用区域的位置/伸展部/定向或其动态变化相关。目标流动区的位置可与气体入口的位置协调或与其一起运动。通常，目标流动区在看向构造区的竖向的俯视图中看并且在工艺气流来看至少在一个辐射作用区域或多个辐射作用区域的下游。目标流动区可理解为可运动的气体入口局部流过的或由该气体入口吸入工艺气体的最小包围区域，其中，在该最小包围区域中优选有最小的有效性或清洁效果。在这种情况下借助于气体入口的实际流动区可更大。气体入口与目标流动区的间距越短，气体入口在此处的作用越集中。可选地，即不是必需的，目标流动区可包括辐射作用区域以及必要时辐射作用区域在构造区表面上的环境。

优选地，目标排气区和目标流动区的位置、伸展部和/或定向彼此协调一致。这可借助一个或多个气体出口和气体入口的位置、定向和/或运动的协调来实现。

通过根据本发明的解决方案实现了保持目标排气区清洁或对目标流动区进行清洁的目的。通过气体入口泄漏的自由射束例如可抵消辐射作用区域下游的污染物分布或扩散，其中使气体出口的排出口比尤其气体入口的气体进入口具有更大伸展部，从而污染物尽管有一定的扩散但是仍可直接地被推入气体出口中。如果能量射束在污染物从工艺腔被运走之前横穿该污染物，污染物的随着其扩散而稀释也产生较低程度的干扰。

此外，自由射束随着由于自由射束扇形散开使得其未受限的伸延的距离的增加失去了明确的方向以及速度。根据本发明的装置尤其在使用可运动的气体入口时可缩短在气体入口和气体出口之间的间距，由此可在其排挤以及清洁功能方面使不受引导的工艺气流的目标精确性或有效性保持得很高。因此该装置获得的价值越高，构造区越大并且在沿着构造区布置的静止的气体入口和静止的气体出口之间的间距越大。这使得其尤其在大型场设备中的应用是有利可图的，其中无需相对高的协调和控制费用，这意味着可同时(或协调地)在构造区之上运动的气体入口和气体出口的组合。为了与小型场设备区分，大型场设备例如可具有构造区，矩形构造区的最短的边长或圆形构造区的直径至少为400mm、优选至少为800mm、特别优选至少为1000mm。

与其他的增材制造方法相比，在对金属进行选择性的固化时可能产生更高程度的工艺腔氛围污染。该污染物例如可包括飞溅物、烟雾、冷凝物或其他的分散颗粒。污染物可在到达构造区之前吸收或控制至少一部分的以能量射束形式朝构造区偏转的辐射能量，由此可影响固化工艺。因此特别有利的是，将本发明与增材制造方法和装置相结合使用，其中使用金属的或至少含金属的构建材料，该构建材料包含至少50体积百分比、优选至少80体积百分比、特别优选至少90体积百分比的金属。金属的构建材料例如可为纯金属粉末或金属合金粉末。

根据本发明的一种设计方案，排出口可布置在工艺腔的壁部中和/或与构造区的边缘邻接地布置或布置在该边缘附近。在工艺腔的壁部中，排出口例如可构造成例如仅位置可变的开口或在较复杂的情况下构造成在工艺腔的壁部的凹口中的可运动的喷嘴。构造区边缘(一方面)以及工艺腔的壁部(另一方面)定义了排出口可运动或气体出口的为此所需的可运动的装置可延伸的空间。气体出口的装置的可运动性不仅需要用于排出口的可运动性，而且也可用于以下目的，根据需要、即例如在涂装设备暂时需要运动自由度时，完全地或至少部分地释放在构造区边缘和工艺腔的壁部之间的空间。

原则上，排出口可邻接构造区的边缘布置或布置在构造区的边缘附近。此外排出口原则上可设计成朝构造区的方向运动或可从构造区运动离开，例如以避免与工艺腔中的可运动的气体部件(例如涂装机等)碰撞。排出口的具有竖直分量的可运动性也是可能的。

根据本发明的另一设计方案，排出口布置成可基本上水平移动。“基本上水平”在此理解为，水平的运动分量是主运动分量，尤其排出口的可移动性相对于水平线偏离最高25°、优选最高10°、特别优选最高5°，其中，原则上期望的是实现精确水平的可移动性。如果排出口可沿着构造区边缘运动，构造区可从其边缘开始完全包围，就此而言，作用区域从排出口开始至少延伸得与构造区在其下延伸一样。在适宜的实施方式中，排出口可构造在可移动的喷嘴上，喷嘴可平行于构造区边缘(即在垂直于构造区的平面中)运动。根据替代的适宜的实施方式，排出口可构造在可移动的喷嘴上，使得排出口可沿着曲线轨道、例如以圆部段形状的弧形相对于构造区边缘在平行于构造区的平面中运动。喷嘴可实施成一种例如在导轨上的转子，喷嘴在下游经由软管或经由柔性的管连接在制造装置内的气体导引设备上。导轨引导曲线可基于构造区的轮廓形状，在矩形的构造区中可为直线且平行于构造区边缘伸延，而在圆形的构造区中例如弧形地伸延。例如出于结构原因，与构造区的边缘无关的导轨走向也是有利的，例如在矩形边缘的构造区旁的凸形或凹形走向或在弯曲边缘的构造区中的直线走向。

替代地，排出口可布置在工艺腔的壁部的区域中。根据本发明的另一设计方案，排出口可通过在工艺腔的壁部中的开口之前的一种滑动件实现，即通过可在工艺腔的壁部的平面中移动的门或壁区段实现，该门或壁区段在任何情况下在气体出口活动时仅部分地遮盖在壁部中的流体连接的缺口或开口并且留下的部分开口作为排出口通过其相对于壁部的移位移动。在此滑动件的移位不限于平移运动，而是也可在缺口之前旋转、但是基本上在其开口平面中移位，由此可使排出口移动。如此设计的气体出口也可具有多个可移位的滑动件，滑动件分别单独地操纵一个排出口或共同操纵多个排出口。对此，气体出口可具有平行于其主流动方向划分的出口漏斗，出口漏斗提供多个出口单元，即其总体积隔成限定的部分体积。排出单元或部分体积分别具有进入工艺腔中的开口面。可选地封闭出口单元或部分体积的开口面使得开口面移位并且由此实现在工艺腔壁部的区域中的至少一个可运动的排出口。

因此，排出口也可由多个开口面组成。根据本发明的另一设计方案，排出口能具有可变的开口横截面。因此排出口不仅在其水平位置中能相对于构造区形成为可变的，而且也提供可变的尺寸。因此，在通过排出口的气流保持不变的情况下，在任何情况下在吸气时随着排出口的开口横截面的变化也可影响气体出口进入工艺腔的深度上的作用区域。例如可通过相应地操控在各个开口面之前的上述滑动件改变开口横截面。在上下文中重要的是，在开口横截面的全封闭的情况下排出口的完全切断不再理解为“排出口的运动”，而是完全堵塞排出口。

根据本发明的另一设计方案至少两个可彼此独立运动的排出口可上下叠置地布置在构造区的同一侧上。例如，两个导轨可上下叠置地在构造区旁伸延，在导轨上分别有一个气体出口喷嘴可彼此独立地来回移动。替代地，一个或两个分开的气体出口的两个排出口可以上述其中一种方式上下叠置地布置在工艺腔的壁部中。由此排出口可上下叠置，以增大作用区域或产生至少两个单独的作用区域。

根据本发明的另一设计方案，至少两个可彼此独立运动的排出口在构造区旁且彼此成角度地布置。排出口可在彼此邻接的侧和/或在构造区的彼此相对的侧上并且在此处安装在其边缘上或工艺腔的壁部上或壁部中。由此可例如根据通过气体入口的流动方向改变由构造区排走气体的作用方向。多个方向不同的气体出口的布置也可实现其同时运行，从而其在构造区上的作用方向交叉。因此在任何情况下，理论上在构造区在其所有侧都具有气体出口或排出口时甚至可至少局部地360°地作用到构造区上。

根据本发明的另一设计方案，气体出口的移动路径或开口至少具有气体出口起作用所沿着的构造区侧边的长度。在此，关于“气体出口的开口”前提条件是，开口可局部地封闭并且在运行中相应局部地封闭并且可运动的或可移位的排出口形成开口的分别未封闭的区域。而“移动路径”至少涉及气体出口的排出口，与其结构造型无关。在气体出口和构造区之间的距离合适且工艺体积流合适的情况下，气体出口确保其至少在沿着构造区侧的整个伸延的构造区边缘上可靠作用，例如在其端部没有失去效力。气体出口的排出口的相对大的水平以及竖直伸展部有助于尤其局部作为自由射束注入且在此扩散的工艺气流或吹走的工艺气体体积的有效检测。

根据本发明的另一设计方案，至少一个排出口的水平延伸小于构造区的邻接侧的水平延伸。优选地，排出口的水平延伸为邻接的构造区侧的水平延伸的最大50％、更优选最大30％、特别优选最大20％。

在简单的情况下每个参考工艺部位和/或每个限定的目标排气区或目标流动区域可设有至少一个排出口。根据本发明的另一设计方案可为一个参考工艺部位和/或一个目标排气区和/或一个目标流动区域配备多于一个的气体出口。即两个或更多个气体出口或排出口操作构造区中的唯一的参考工艺部位和/或目标排气区和/或目标流动区域，以更有效地使参考工艺部位和/或目标排气区和/或目标流动区域没有可能载有污染物的工艺气体并因此有效地抑制此处的污染物。

“参考工艺部位(referenzprozessstelle)”可包括(尤其是能量射束的)在一时间点存在于构造区上的(辐射)作用面。可选地，参考工艺部位可额外地包括(辐射)作用面的限定运动区域，运动区域的伸展部例如可通过预设的时间段来限定，其中当前的(辐射)作用面在构造区上运动。优选地，参考工艺部位理解为工作平面或构造区表面的局部二维面。参考工艺部位例如可根据分别使用的辐射策略例如包括条纹区段或轨道区段(“条带”辐射策略)，其通常通过恒定的最大宽度限定。替代地，在所谓的“棋子”辐射策略中，参考工艺部位例如可部分或全部地包括“棋盘场”的面。示例性所述的条纹和棋盘场在此通常以高频被能量射束“影线化”。目标排气区或目标流动区的位置、伸展部和/或定向或其动态变化可至少间接地与参考工艺部位的位置、伸展部和/或定位或其动态变化相关。

根据本发明的另一设计方案，排出口在垂直于构造区看关于工艺腔的净高度可在工艺腔的下半部中、优选在最下部的五分之一中、特别优选在最下部的十分之一中运动。因为工艺腔可具有凹凸不平的内部空间，例如顶罩的高度水平不一致，术语“净高度”涉及工艺腔的最大内部高度。例如关于工艺腔的净高度提到的值可相应于在气体入口按规定运行中与构造区的间距值，该间距值小于或等于20cm、优选小于或等于10cm、特别优选小于或等于5cm。在所述的工艺腔高度范围中预期气体入口的特别高的效率。此外，气体出口不同于顶罩气流的可能的单独出口，顶罩气流通常大约在工艺腔的上半部中或在或在上部四分之一中起作用并且尤其用于对耦入窗口的自由吹送或屏蔽以输入辐射能量。也可在与气体出口相应的高度水平上布置气体入口。

至少实践中可发现，在通过气体入口的吹入或通过气体出口的吸气之间有显著作用差异。因此吹入的效果是吸气的效果的多倍。因此，根据本发明的另一设计方案可运动的排出口能与可运动的气体入口共同作用，以实现更高的效果。可运动的气体入口可驶近辐射作用区域或目标流动区并且可在此处局部地起作用。与通过气体出口从目标排气区和/或至少从工艺腔的在参考工艺部位之上的区域中排走或吸走工艺气体相结合可确保根据本发明的制造装置的效用。

与流过整个构造区或在工艺腔内流过构造区之上的一体积的整体注入(其中，该体积的底面相应于构造区的至少一个伸展部)不同，可运动的气体入口局部地起作用，其中气体入口仅驶向构造区的部分区域，即，包围构造区之上的部分体积，其中该体积的底面相应于构造区的部分区域。具有可运动的气体入口的实施方式的目的是借助流动降低和/或排走大气污染物以及通过用未受污染的或至少低污染的工艺气体排挤和/或稀释污染物，有针对性地在能量射束在构造区上的照射部位输出工艺气体。另外由于可运动的气体入口的其他特征，参考名称为“用于增材制造的具有可运动的流动部的制造装置和方法”以及申请号为em2017-073的同日并列申请，该并列申请也是本申请的一部分。

可运动的且必要时与同样可运动的气体入口同步的气体出口不排除，根据另一设计方案的制造装置具有“整体流入”。在此可涉及顶罩气流或顶罩吹入，其通常大致在工艺腔的上半部或上部四分之一中起作用并且尤其用于对耦入窗口的自由吹送或屏蔽以输入辐射能量。代替或除了顶罩气流可设置相对大面积引入的、朝向下游的流动，该流动类似于无尘室流动降低了在工艺腔的上部区域中污染物的提升或在工艺腔的下部区域中使污染物保持在其产生位置附近，而稀释或运走该污染物。替代地或额外地可涉及具有较高速度的横向流入。对于包围额外流入的气体体积，能提供可运动的气体出口。

此外，开头所述目的通过用于借助上述类型的增材制造装置制造三维物体的方法实现，该制造装置具有用于工艺气体的至少一个气体入口和至少一个可运动的气体出口，其中，通过以下方式制造物体，逐层地施加构建材料并且尤其借助输入辐射能量在每层中的与物体在该层中的横截面对应的部位处选择性地固化构建材料，其中以至少一个作用区域、尤其是能量射束的辐射作用区域扫描该部位，其中，在运行中可运动的气体出口被分配给可运动的气体出口的参考工艺部位和/或对应于参考工艺部位的目标排气区。

根据该方法的优选改进方案，在气体入口构造成可运动的情况下，可运动的气体出口在运行中被分配给气体入口的对应于参考工艺部位的目标流动区。

通过使可运动的气体出口与参考工艺部位和/或目标排气区的对应关系，本发明的原理是从目标排气区中排走可能未受污染的气体体积。借助可运动的排出口使得气体出口的作用集中提高了气体排走的效率。由此例如可实现辐射能量未受污染地输送到构造区上，但是无需或使用大的气体体积。原则上能将可运动的气体出口分配给能量射束的在制造装置运行中通常在构造区上快速运动的辐射作用区。与参考工艺部位和/或与目标排气区的对应关系定义了操控气体出口的需求阈值，需求阈值可降低气体出口的运动。由此可使通过工艺腔或在构造区上引导的气体流动平缓，因为其通过时间通常显著长于辐射作用区域在构造区上的工艺部位处的停留时间。这可提高从工艺腔中排走污染物的效率。

根据该方法的第一设计方案，气体出口的位置的设定以及排出口的运动的操控根据在工艺腔中的在构造区之上探测到的局部污染物浓度来进行。局部污染物浓度、例如烟雾浓度的检测可额外地考虑气体入口的位置和定向以外的其他影响，例如另一气体入口的另一气流或顶罩气流的影响。由此可在排出口力求达到的作用方面更精确地控制排出口的运动。排出口的控制可选地具有与监控系统的连接，监控系统例如连续地探测至少在工艺腔的部分区域中的工艺腔气氛。

根据该方法的另一设计方案，可根据气体出口的排出口的位置或定向设定可运动的气体入口的开口的定向。在排出口可移动的情况下其位置是用于操控气体入口的基准点，在排出口可摆动的情况下其定向是用于操控气体入口的基准点。优选地，对气体进入口进行定位和定向，使得气体进入口在流动装置运行中在看向构造区的竖向俯视图中始终相对。该操控确保了气体入口和气体出口相互作用的高效率，这可表现为工艺气体的使用量或流量低。

由于工艺技术原因在制造过程期间可能不是总是实现气体入口和气体出口的立即同轴取向。因此根据该方法的另一设计方案对气体入口和气体出口的操控可考虑预先给定的角阈值，从而在看向构造区的竖向俯视图中看气体入口的进入口和气体出口的排出口的开口平面彼此包围的角没有超过角阈值。因此，该角阈值实现相对于气体入口和气体出口彼此力求的最佳取向有一定公差，但是该公差在没有严重损失有效性的情况下包括功能上可能的取向偏差。由此可减少气体入口和气体出口的控制工作。

开头所述目的还通过用于借助增材制造装置制造三维物体的方法的控制方法实现，该制造装置具有用于工艺气体的气体入口和可运动的气体出口，其中，通过以下方式制造物体，逐层地施加构建材料并且尤其借助输入辐射能量在每层中的与物体在该层中的横截面对应的部位处选择性地固化构建材料，其中以至少一个作用区域、尤其能量射束的辐射作用区域扫描该部位，其中，该控制方法构造成，其在运行中被分配给参考工艺部位的可运动的气体出口和/或可运动的气体出口的对应于参考工艺部位的目标排气区。

在控制方法中生成控制命令数据例如可实现为在计算设备中的硬件和/或软件组件的形式。计算设备例如可为用于增材制造三维物体本身的上述制造装置的一部分，例如控制设备等的一部分。替代地，可自动地且独立地、即与制造装置在空间上分开地完成控制命令数据的生成。然后可借助合适的端口将产生的控制命令数据输送给制造装置，例如经由存储棒、移动硬盘或其他的可移动数据载体以及经由有线或无线的网络或“云”方案输送。

开头所述目的还通过具有计算机程序的包括端口的计算机程序产品实现，该计算机程序可直接下载到控制数据生成设备的存储设备和/或上述用于增材制造三维物体的制造装置中，以在控制数据生成设备中和/或控制设备中执行计算机程序时执行根据本发明的方法的所有步骤。本发明的基本上基于软件的实施方式的优点是，可通过软件或固件更新简单地改进至今为止使用的控制设备，从而以根据本发明的方式工作。这种计算机程序产品除了计算机程序以外必要时还可包括额外的组成部分，例如文档和/或额外的部件，硬件部件，例如使用软件的硬件密钥(加密狗等)。为了运输控制设备和/或为了存储在控制设备上或控制设备中，可使用计算机可读介质，例如记忆棒、移动硬盘或其他的移动或永久安装的数据载体，在其上存储计算机程序的可通过用于生成控制命令数据的计算设备和/或控制设备读取和执行的程序部分。

附图说明

下面根据附图示例性地详细阐述本发明的原理。在附图中示出：

图1示出了根据现有技术的用于增材制造成品的装置的示意性的部分剖视图，

图2示出了根据本发明的实施方式的具有一个可摆动的气体出口的装置的相应于图1中剖切线d-d的平面的示意性部分剖视图，

图3示出了根据本发明的替代实施方式的具有一个可摆动的气体出口的装置的示意性剖视图，

图4示出了根据本发明的另一实施方式的具有两个可摆动的气体出口的示意性剖视图，

图5示出了根据本发明的另一实施方式的具有一个可移动的气体出口的两种实施方式的示意性剖视图，

图6示出了根据本发明的另一实施方式的具有替代的可移动的气体出口的示意性剖视图，

图7示出了根据本发明的另一实施方式的具有替代的可移动的气体出口的示意性剖视图，

图8示出了工艺腔壁的根据图7中的剖切线viii-viii的视图，

图9示出了具有两个彼此叠置的气体出口的另一视图，

图10示出了图8的替代视图，以及

图11示出了具有两个彼此叠置的气体出口的图9的替代视图。

具体实施方式

在图1中示意性示出的装置是已知的激光烧结设备或激光熔化设备a1。为了构建物体a2，该装置包括具有平面式腔壁a4的方形工艺腔a3。在工艺腔a3中布置具有壁部a6的向上打开的构造容器a5。通过构造容器a5的上部开口定义工作平面a7，其中，工作平面a7的位于开口之内的区域称为构造区a8，该区域可用于构建物体a2。

在容器a5中布置有可在竖直方向v上运动的支架a10，在该支架上安装基板a11，基板使得构造容器a5朝下闭合并进而形成构造容器的底部。基板a11可为与支架a10分开形成的平板，平板固定在支架a10上，或基板可与支架a10形成一体。根据使用的粉末和工艺还可在基板a11上安装构造平台a12，在构造平台上构建物体a2。但是也可使物体构建在基板a11本身上，此时基板用作构造平台。在图1中示出了位于工作平面a7之下的需要在构造容器a5中形成在构造平台a12上的物体a2处于中间状态的情况，物体a2具有多个固化的层，由仍未固化的构建材料a13包围。

激光烧结设备a1还包括用于可通过电磁辐射固化的粉末状的构建材料a15的贮存容器a14和可在水平方向h上运动的涂装器(beschichter)a16，涂装器用于将构建材料a15覆盖到构造区a8上。

激光烧结设备a1还包含具有激光器a21的曝光设备a20，激光器产生激光束a22，激光束经由转向设备a23转向并且通过聚焦设备a24经由耦入窗口a25聚焦到工作平面a7上，耦入窗口在工艺腔a3的上侧安装在工艺腔的壁部a4中。

此外，激光烧结设备a1包含控制单元a29，装置a1的各个组成部分经由控制单元以协调的方式进行控制以执行构造过程。控制单元a29可包含cpu，通过计算机程序(软件)控制cpu的运行。计算机程序可与该装置分开地存储在存储介质上，可将计算机程序从存储介质下载到该装置中、尤其控制单元a29中。

在运行中为了施加粉末层首先使支架a10下降一高度，该高度相当于期望的层厚度。通过使涂装器a16在工作平面a7之上移动，此时施加一层粉末状的构建材料a15。为了可靠，涂装器a16将比构建该层所需的稍微更大量的构建材料a15推到其之前。涂装器a16将计划多余的构建材料a15推到溢流容器a18中。在构造容器a5的两侧上分别布置溢流容器a18。至少经由待制造的物体a2的整个横截面、优选经由整个构造区a8、即工作平面a7的可通过支架a10的竖直运动下降的区域施加粉末状的构建材料a15。

然后通过激光束a22以辐射作用区域扫描待制造的物体a2的横截面，由此在相当于待制造的物体a2的横截面的工艺部位处使粉末状的构建材料a15固化。重复该步骤，直至制成物体a2并且可从构造容器a5中取出。

为了在工艺腔a3中产生优选层状的气流a34，激光烧结设备a1还包含气体输入通道a32、气体进入喷嘴a30、气体吸嘴a31和气体输出通道a33。气流a34水平地运动经过构造区a8。也可通过控制单元a29控制气体输入和输出。可将从工艺腔a3中吸出的气体输送给(未示出的)过滤设备，并且可经由气体输入通道a32将经过滤的气体再输送给工艺腔a3，由此形成具有闭合的气体回路的循环空气系统。替代只有一个气体进入喷嘴a30和一个气体排吸嘴出口a31，也可分别设置多个喷嘴。

图2示出了根据本发明的具有可摆动的气体出口32的装置在与根据图1的剖切线d-d相应的平面中的示意性局部剖视图。图2提供了方形的工艺腔3的俯视图，工艺腔通过平面式的竖直耸立的腔壁4包围。矩形的构造区8位于工艺腔3内。

腔壁4具有矩形的、基本上水平延伸的开口41，开口位于构造区8的面对构造区边缘81的一侧上。腔壁的高度刚好位于构造区8上并且具有的宽度大致相应于构造区边缘81的长度。气体出口32的局部可水平摆动的气体输出通道33穿过开口41伸出。气体输出通道由固定不动的区段35和可摆动的管状区段36组成，固定不动的区段和可摆动的管状区段在铰链37上彼此流体贯通地连接并且导引气流34。在可摆动的区段36的与铰链37相对的在构造区侧的端部上有排出口31。排出口的延伸平面在可摆动的区段36的每个位置中都与构造区8正交。

铰链37的位置和可摆动的区段36的长度彼此协调一致，使得在构造区边缘81上排出口31可在其整个长度上摆动，而不必部分地掠过构造区8本身。由此可摆动的区段36没有妨碍未示出的激光束在构造区8上的作用。为了遮盖开口41，可将未示出的百叶窗安装在可摆动的区段36上，百叶窗随可摆动的区段一起运动并且必要时在两侧遮盖开口41并且将开口41的该侧推到腔壁4之前或之后。

图3示出了具有替代的可部分摆动的气体输出通道33的装置的示意性的类似剖视图：其可水平摆动的管状的区段36可翻转到腔壁4的壁龛42中。壁龛42具有朝向构造区8的平面的方向的深度，该深度至少相应于管状区段36的直径。其铰链37也位于壁龛42中且使其连接在气体输出通道33的未示出的固定不动的区段上。固定不动的区段可竖直地、水平地或以不同角度以导引流体的方式连接在铰链上。可摆动的区段36在与铰链37相对的端部上具有气体出口32的排出口31。

可摆动的区段36的摆动区域使得排出口31能够驶近构造区边缘81，而没有伸到构造区8本身上。可摆动的区段的水平摆动运动没有在构造区边缘81上进入构造区8中或构造区8之上的体积中。在此，通过使焊料落在构造区边缘81上，构造区8之上的体积与工艺腔3或a3的其余体积被分界。在未示出的涂装机动作期间，例如在在构造区8之上涂装行驶时，可摆动的区段36翻转到壁龛42中，以在可摆动的区段运行期间可摆动的区段的在构造区边缘81和腔壁4之间的工作空间不受影响。

图4在另一示意性的剖视图中示出了两个可部分摆动的气体输出通道33a、33b，其原则上与图3中的气体输出通道33类似地构造。气体输出通道的各个铰链37a、37b作为其可摆动的区段36a、36b的摆动点位于腔壁4的壁龛42中，其尺寸相应于根据图3的尺寸。气体输出通道的排出口31a、31b可分别以四分之一弧形v在壁龛42和构造区8的与其面对的边缘81之间摆动。气体输出通道与构造区边缘81的最小距离使其分别到达构造区边缘81的左侧和右侧端部。在四分之一弧形v的几何中心上偏转时或在相对于完全翻转到壁龛42中的位置45°处，两个气体输出通道33a、33b可同时作用到构造区边缘81的中间区域上，从而在此也用于合适的的气流34(参见图1)。两个可摆动的区段36a、36b可同样地且出于相同目的并且在利用相同优点的情况下如图3所述完全地翻转到壁龛42中。

图5示出了另一示意性的剖视图，此时具有在对称轴线a的两侧的可移动的气体输出通道的两个不同的实施方式：左侧的气体输出通道33c沿流动方向由通过导轨水平引导的排出口31c、连接的柔性区段38c和可摆动的区段36c组成，可摆动的区段在铰链37c处以导引流体的方式连接在固定不动的区段35上。

右侧的气体输出通道33d具有与排出口31c类似的排出口31d，例如由波纹管构成的柔性区段38d连接在该排出口上，波纹管以机械和流体方式可直接地、即尤其无需中间连接铰链地与固定不动的区段35耦合。

可摆动的区段36c和柔性区段38d可在基本上v形的壁龛43中摆动，壁龛在开口的背离构造区8的一侧连接在开口41上。排出口31c、31d在导轨50上运行，导轨横向地伸延通过腔壁4中的整个开口41并且平行于构造区边缘81。由此排出口31c、31d可沿着构造区边缘81的整个纵向延伸水平移动，而无需掠过构造区边缘并进而到达构造区8中或构造区之上。因为排出口以导轨引导的方式在墙壁4的平面中伸延，排出口没有妨碍未示出的涂装机动作。分隔壁、划分器帘或百叶窗55可与排出口31c、31d一起在导轨50上移动，导轨在排出口31c、31d的旁边与腔壁4齐平地遮盖或封闭开口41。分隔壁、划分器帘或百叶窗可保持可摆动的区段36c或柔性区段38d在v形壁龛43内的运动空间免受污染。

图6示出了如根据图5的具有导轨引导的可移动的排出口31d和在v形壁龛43中的柔性区段38d的另一示意性剖视图。但是与此不同，导轨50位于构造区边缘81附近，以在较短的路径上与气体入口30共同作用。排出口31d在构造区附近的布置也不排除未示出的分隔壁在腔壁4中的布置，以保护开口41。

排出口31d在相应于轴线b的主作用方向上作用到构造区8上。可在构造区8之上运动的气体入口30形成流入的工艺气体的流动锥12并且由于工艺以其相应于轴线c的主作用方向成角度地指向腔壁4。由此两个轴线b、c包围角α。因此气体入口30和气体出口32不是彼此同轴取向。在控制方面，为角α存储角阈值，不允许超过该角阈值。否则会有排出口31d不再完全包围流动锥12的风险，从而其气体体积的一部分不能直接从工艺腔3中排走，而是会事先例如导致不期望的湍流。在此处示出的俯视图中，流动锥12是梯形的目标流动区21的部分，该部分从气体入口30的进入口朝气体出口32的排出口31d的方向延伸。目标流动区21呈现为气体入口32的限定的最小作用区域，可有效地从该最小作用区域中去除工艺腔3的氛围的污染物。在俯视图中为半圆形的目标排气区22围绕气体出口32的排出口31d延伸，目标排气区形成气体出口32的限定的最小作用区域。在操控中使目标流动区21和目标排气区22的位置以及必要时的定向以及伸展部与工艺部位9在构造区8上的位置相协调，使得尽可能有效地从工艺腔3的在构造区8之上的在构造区附近的区域中运走污染物。在该示意图中气体入口30和气体出口32彼此的特别有利的取向显示出，流动锥12以及通过流入的气体从工艺部位9排挤的污染物的大部分基本上直接地有针对性地进入气体出口32的排出口中。这降低了不期望的、比需要留在工艺腔3中的污染物更长的概率，污染物例如呈存在的涡流或辊的形式。

图7示出了具有替代的可移动的或可移位的排出口31e的气体出口32的另一示意性剖视图。从腔壁4中的开口41开始逐渐变窄的v形壁龛43在其背离构造区的一侧上通入气体输出通道33e的固定不动的区段35e中。沿流动方向在其之前有多个扇形布置的、同样固定不动的竖直的壁区段39e。壁区段使得壁龛43具有在水平方向上划分的出口漏斗的形状。每个区段39e在构造区侧以排出口31e通入腔壁4的延伸平面中。每个排出口31e可与相邻的或另一排出口31e无关地通过可在腔壁4的平面中移动的叠板54优选流体密封地封闭。

图8示出了腔壁4的根据图7中的剖切线viii-viii的视图。基本上水平延伸的矩形开口41在几何结构上看分成六个正方形面56，开口横向地并且在构造区边缘81的长度上伸展。其中两个正方形面是排出口31e，其另外通过叠板54封闭。通过操控叠板54可使正方形面56分别彼此独立地从封闭位置中转换到排出口31e中。由此可使排出口31e在构造区边缘81上非常灵活且快速地改变其位置。排出口31e的位置变化仅持续直至正方形面56打开或关闭。在此也可以与图8中所示方式不同的模式操控开口41，例如仅借助对应于正方形面56的一个排出口31e，借助两个或多个并排布置的面56作为排出口31e直至所有打开的面56作为唯一的排出口31e。由此可使排出口31e的位置以及尺寸改变。

在较简单的实施方式中，开口41可具有恰好四个可水平移动的叠板54，从而两个正方形面56作为排出口31e保持未被封闭。未被封闭的面56或排出口31e可布置在开口41内的六个位置中的每个位置上并且也可彼此并排布置。

图9示出了具有开口41的腔壁4的视图。腔壁由两个在腔壁4中竖向叠置的排列组成，排列分别由六个正方形面56组成。每个排列57原则上如图8的开口41一样构造和操控。可移动的叠板54大致形成划分器帘，其由于在工艺腔3中主导的温度是耐高温的。

在示出的模式中，即通过对上排和下排57的相同操控可使构造区边缘81上的吸取强度局部地加强。而通过分别单独地操控上排和下排57可使一个或多个排出口31e彼此叠置地且彼此独立地运动并且其位置可匹配例如对多个可运动的气体入口或在构造区8之上的气体氛围的污染物的当前浓度或量的当前要求。

图10示出了腔壁4根据图5中的剖切线x-x的视图。在横向且在构造区边缘81的长度上延伸的矩形开口41中可使两个排出口31c或31d水平移动。由此排出口在流动技术上覆盖整个构造区边缘81。

图11提供了与图10类似的视图，但是具有两个竖向叠置的开口41。在每个开口41中，排出口31c或31d可水平移动。由此可完全彼此独立地运动并且尤其在竖直方向上实现其效果的较高集中。

因为前面详细描述的制造装置是实施例，技术人员可以常见的方式对其进行大范围的修改，而没有离开本发明的范围。尤其排出口的具体设计方式也可以与此处所述不同的形式实现。在由于空间或设计原因需要时也可将工艺腔和构造区设计为不同形状。此外，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除相关特征也可以为复数的情况。

附图标记列表

a1激光烧结设备或激光熔化设备

a2物体

a3工艺腔

a4腔壁

a5构造容器

a6壁部

a7工作平面

a8构造区

a10可运动的支架

a11基板

a12构造平台

a13未固化的构建材料

a14贮存容器

a15粉末状的构建材料

a16涂装机

a18溢流容器

a20曝光设备

a21激光器

a22激光束

a23转向设备

a24聚焦设备

a25耦入窗口

a29控制单元

a30气体进入喷嘴

a31气体排出喷嘴

a32气体输入通道

a33气体输出通道

a34气流

3工艺腔

4腔壁

8构造区

9工艺部位

12流动锥

21目标流动区

22目标排气区

30气体入口

31、31a…31e排出口

32气体出口

33、33a…33e气体输出通道

35、35a…35e固定区段

36、36a…36c可摆动的区段

37、37a…37c铰链

38c…38d柔性区段

39e固定的区段

41开口

42、43壁龛

50导轨

54叠板

55百叶窗

56正方形面

57排列

81构造区边缘

a对称轴线

b气体出口32的作用轴线

c气体入口30的作用轴线

v四分之一弧形

α在轴线b、c之间的角。