用于添加式地制造三维物体的设备的制作方法

本发明涉及一种用于通过依次逐层地选择性照射和固化建造材料层来添加式地制造三维物体的设备，所述建造材料能借助能量束固化，其中该设备包括测量单元，所述测量单元被构造成测量由射束产生单元产生的能量束的路径速度。

背景技术：

从现有技术中已知用于添加式地制造三维物体的设备和方法，其中能量束选择性地照射并因此固化建造材料层。为了确保达到限定的过程质量，需要监测各种过程参数。例如，可以调节能量束的速度来调节通过能量束输入到建造材料中的能量，并且修改设备的“写入速度”以及因此照射建造材料层所需的时间。

为了确定能量束的速度，通常在样品上、特别是金属片上照射一条线，其中确定照射所述线所需的时间和线的长度。因此，能量束的速度或路径速度可分别基于线的长度和照射该线所需的时间来测量或计算。不利的是，当在样品上所照射的线的开始和结束处偏转能量束时，金属板的照射费力并且由于加速时间和减速时间而不精确。

因此，本发明的一个目的是提供一种设备，其中能量束的速度或路径速度的测量得到改善。

技术实现要素：

所述目的通过根据权利要求1所述的设备来实现。所述设备的有利实施例受从属权利要求的限制。

本文描述的设备是用于通过依次逐层选择性地照射和固化由粉末状建造材料(“建造材料”)构成的层来添加式地制造三维物体、例如技术结构件的设备，所述建造材料能通过能量束固化。相应的建造材料可以是金属、陶瓷或聚合物粉末。相应的能量束可以是激光束或电子束。相应的设备可以是例如选择性激光烧结设备、选择性激光熔化设备或选择性电子束熔化设备。能量束经由扫描单元或射束偏转单元偏转，其中能量束可以被引导使得可以照射出相应的建造材料层的选择性照射。

该设备包括在其操作期间使用的多个功能单元。示例性的功能单元是过程室、被配置为使用至少一个能量束选择性地照射布置在过程室中的建造材料层的照射装置、以及被配置为产生以给定的流动特性至少部分地流经过程室的气态流体流的流产生装置，所述流动特性例如为给定的流动轮廓、流动速度等。当流经过程室时，气态流体流能够夹带未固化的颗粒状建造材料，特别是在设备操作期间产生的烟雾或烟雾残留物。气态流体流通常是惰性的，即通常是惰性气体——例如氩气、氮气、二氧化碳等——的流。

本发明基于这样的思想：测量单元包括至少两个测量装置，所述测量装置(相对于彼此)位于限定距离处的测量位置中。因此，能量束可以沿着路径移动，其中能量束的路径速度可以基于能量束在至少两个测量位置之间(的路径)行进的时间来确定。特别地，能量束行进的路径是连接两个测量位置的线。因为这两个测量位置位于限定的距离处，所以能量束行进的路径的长度被设定，使得路径速度的确定减少到对能量束从第一测量位置行进到第二测量位置所需要的时间的测量。

因此，不需要照射样本——其中需要测量样本上的路径长度和照射样本所需的时间。由于路径的长度已经由至少两个测量位置设定，因此能量束可以沿着包含所述至少两个测量位置的路径恒定地移动，使得能量束的加速时间和减速时间不会篡改(伪造)路径速度的确定。

特别地，所述至少一个测量位置可以位于过程室内的固定位置中、特别地是在建造平面中。建造平面是在其中建筑材料可以通过能量束直接照射和固化的平面。换句话说，能量束可以被偏转或引导，使得在建造平面的任何区段中的建造材料都可以被照射。替代地或附加地，至少一个测量位置可以位于设备的部件上，特别是施加单元上，所述施加单元例如是覆层器。可以计算设备的部件的当前位置和/或当前运动，使得可以确定能量束的路径速度。术语“过程室”是指其中执行制造过程的至少一部分、特别是照射建造材料的腔室。通过将测量位置定位在建造平面中和/或设备的部件上，不需要调整能量束，例如改变用于样本的平面外照射的焦点。因此，可以在用于制造三维物体的相同设置中测量路径速度，因为不需要使用测试设置或改变制造设置。

该设备可以改进成使得测量位置可以位于设备的建造板中，或者测量位置位于(在测量期间)插入或能够插入设备中的结构元件中。根据第一选择性方案，至少两个测量位置位于设备的建造板中。建造板是承载建造材料和/或当前正在建造的物体的、分配给设备的建造室的板。通过将测量位置集成到建造板中，可以在制造过程开始之前确定或测量路径速度，而无需改变制造设置。

替代地，可以提供其中设置有测量位置的结构元件，其中结构元件插入或能插入到设备中，特别是设备的过程室中。因此，结构元件可以被看作是可以用来确定能量束的路径速度的单独元件，并且之后可以从设备中移除。优选地，结构元件可以在设备的建造板上定位，并且建造板可以移动至使得结构元件或结构元件的测量位置位于建造平面中的位置。该结构元件可以构造为板状或者作为提供测量位置的板，例如结构元件可以被构造为接收测量装置的金属板。

根据该设备的另一个实施例，测量装置被配置成在被一能量束照射或被所述能量束照射时产生测量信号。因此，当能量束在测量装置上移动、即在照射测量装置的同时在测量装置上行进时，由测量装置产生测量信号。通常，附加的射束产生装置可以设置成产生用于测量路径速度的能量束。也可以为了路径速度测量而使用设置成用于建造材料的照射的能量束。因此，通过照射包含至少两个测量位置中的至少两个测量装置的路径的能量束产生至少两个测量信号。因此，可以在照射第一测量装置时开始时间测量，并且可以在照射分配给必须确定路径速度的路径区段的最后测量装置时停止时间测量。例如，该设备可以包括位于两个测量位置的两个测量装置。为了测量路径速度，能量束沿着两个测量位置之间的路径行进，其中能量束移动越过所述两个测量位置。能量束在两个测量位置之间行进的时间可以在记录两个测量信号之间的时间时被测量。

特别地，测量装置被构造为或者包括对具有一定波长的能量束的辐射敏感的至少一个传感器，特别是光学传感器或者光敏传感器，例如光电二极管。优选地，传感器在使用能量束照射时产生电信号。通过使传感器仅对具有特定波长的能量束的辐射敏感，可以避免传感器意外触发。当然，根据使用哪个能量束，可以提供对至少一个其它波长敏感的传感器，以在相应的照射时产生信号。

该设备可以通过设置测量单元来改进，该测量单元被配置为确定通过能量束在至少两个测量位置照射至少两个测量装置而产生至少两个信号的时间或至少两个信号产生之间的时间差，并且基于所述至少两个测量位置之间的能量束的路径和所确定的时间来确定、例如计算能量束的相应路径速度。测量单元测量两个测量信号产生之间的时间差。之后，通过在两个测量位置之间具有限定的距离，可以确定或计算能量束的路径速度。

根据该设备的另一个实施例，优选地布置在建造平面中的建造板或结构元件包括位于测量位置中的至少两个接收室，其中所述接收室被配置成接收测量装置。接收室例如可以构造为位于建造板或结构元件中的、测量装置可被接收于其中的凹部、孔、盲孔等。

通过提供跨越建造平面分布的多个测量装置和/或测量位置，可以进一步改进该设备。因此，对于多个路径，特别是在建造平面中的两个测量位置之间，可以测量或确定能量束的路径速度。还可以确定多个区段一起构成的复杂路径的路径速度，其中每个区段在测量位置开始和结束。也可以设置其中可以布置测量装置的多个测量位置或接收室，使得测量装置可以被定位在或改变到用于确定路径速度的测量位置。通过该实施例，在建造平面中可以以任意的方式布置至少两个或多个测量装置和/或多个测量位置。这允许确定任意长度的路径的能量束的路径速度。此外，不同路径的任意组合是可能的。随着路径长度和/或路径方向的变化，所测量的时间差是变化的。因此，可以提供其中测量较长的路径长度或多个路径的组合的测量程序以及其中测量短路径或较短路径组合的测量程序。

该设备的另一个有利的实施例提出了一种布置在至少一个测量装置和射束产生单元之间的过滤单元，其中过滤单元被配置成将能量束衰减/削弱到限定的程度和/或过滤具有不同于能量束的波长的辐射。通过过滤单元可以避免损坏或破坏测量装置，因为能量束的功率可以被降低或削弱到对测量装置无害的限定的程度，而确保在照射测量装置时产生测量信号。过滤单元优选集成到接收室中。过滤单元可以被构造为或包括光学过滤元件。

此外，具有不同于能量束的波长的辐射(例如通过具有不同源的辐射来照射测量装置)可被过滤以避免测量装置的错误触发。

此外，本发明涉及一种测量单元，尤其是用于如前所述的设备的测量单元，该测量单元包括位于限定距离处的测量位置的至少两个测量装置。关于设备和/或测量单元描述的所有细节、特征和优点可完全转移到测量单元。

此外，本发明涉及一种用于操作通过依次逐层地选择性照射和固化建造材料层来添加式地制造三维物体的至少一个设备的方法，所述建造材料能借助能量束固化，其中能量束的路径速度通过测量能量束行进从第一测量位置到至少一个第二测量位置的限定距离所需的时间来确定。关于设备和/或测量单元描述的所有细节、特征和优点可以完全转移到该方法，反之亦然。

附图说明

参考附图描述了本发明的示例性实施例。附图是示意图，其中：

图1示出了根据示例性实施例的设备的侧视图；

图2示出了根据示例性实施例的本发明的设备的建造平面的俯视图；和

图3示出了图1的设备的侧视图。

具体实施方式

图1示出了用于通过依次逐层地选择性照射和固化由建造材料15构成的层来添加式地制造三维物体14的设备13，所述建造材料能借助能量束16固化。设备13包括计量模块17、建造模块18和溢流模块19。建造材料15通过施加单元21、特别是覆层器施加到建造平面20上。在能量束16照射一建造材料15的层之后，承载单元22下降并且施加单元21施加另一建造材料15的层。

图2示出了如图1所示的用于通过依次逐层地选择性照射和固化由建造材料15构成的层来添加式地制造三维物体14的设备13的一部分，所述建造材料15能通过能量束16固化。设备13包括配置为测量由射束产生单元产生的能量束16的路径速度的测量单元1。在图2中描绘了设备13的建造板2，其中建造板2包括沿着路径6以限定的距离5布置的两个测量位置3，4。

建造板2包括对应于测量位置3、4的两个接收室7、8，其中构造为传感器9、10的测量装置被接纳在每个接收室7、8中。此外，测量单元1包括控制单元11，其中接收传感器9、10的信号并且在其中执行能量束16的路径速度的计算。

为了测量能量束16的路径速度，能量束16沿着路径6被恒定地引导，其中位于测量位置4的接收室8中的传感器10在照射下产生测量信号并将其发送到控制单元11。测量第一测量信号的产生与第二测量信号——在测量位置3中的传感器9在照射下产生该第二测量信号——的产生之间的时间差。当然，也可能的是，在能量束16从测量位置3被引导到测量位置4的情况下测量路径速度。由于限定的距离5是已知的，并且测量了两个测量信号产生之间的时间差，因此能够确定测量位置3、4之间的能量束16的路径速度。

如从图3中可以得出的，接收室7、8构造为建造板2中的孔，特别是盲孔，其中能量束16可以照射接收室7、8中的传感器9、10。此外，过滤单元12被布置在传感器9、10与射束产生单元(未示出)之间的接收室7、8中。因此，可以削弱能量束16，从而避免了传感器9、10的损坏。另外，过滤进入接收室7、8的电磁辐射，使得只有在使用能量束16照射时才产生测量信号。