用于添加式地制造至少一个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由能借助至少一个能量束固化的建造材料构成的层来添加式地制造至少一个三维物体的设备。

背景技术：

在添加式制造(即增材制造)领域已知相应的设备，其被配置为执行由能借助能量束固化的建造材料构成的层的特征性的依次逐层选择性照射和固化。相应设备的众所周知的例子是选择性电子束熔化设备和选择性激光熔化设备。

通常地，产生流经相应设备的过程室的过程气体流，借此来携带在相应设备的运行期间产生的未固化的颗粒状建造材料，例如烟(fume)或烟雾(smoke)颗粒。

在经由过程室的过程气体流出口离开过程室后，携带有相应的未固化的颗粒状建造材料的相应的过程气体流典型地流向设备的过滤装置。在经由过滤装置的过程气体流入口进入过滤装置之后，未固化的颗粒状建造材料会在过滤元件中产生残渣，降低了过滤装置的过滤效率。这导致需要经常更换相应的过滤元件。更换过滤元件需要其间设备无法运行的维护期间。

通常希望开发能够从相应的过程气体流中更好地去除相应的未固化的颗粒状建造材料的技术。

特别是希望开发从相应的过程气体流中更好地去除相应的未固化的颗粒状建造材料的技术，以避免或减少对其间设备无法运行的、特别是用于更换过滤元件的相应的维护期间的需求。

因此，希望提供克服上述缺陷的方法，尤其是通过避免或减少对其间设备无法运行的、特别是用于更换过滤元件的相应的维护期间的需求。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种用于添加式地制造三维物体的设备，其能够从相应的过程气体流中更好地去除相应的未固化的颗粒状建造材料。

该目的通过如权利要求1所述的用于添加式地制造至少一个三维物体的设备来实现。从属于权利要求1的权利要求涉及如权利要求1所述的设备的可能的实施例。

在此描述的设备(下文称为“设备”)是用于通过依次逐层地选择性照射和固化由能借助能量束固化的建造材料构成的层来添加式地制造三维物体——例如技术部件——的设备。建造材料可包括例如金属粉末、陶瓷粉末或聚合物粉末中的至少一种。能量束可以例如是电子束或激光束。设备可以例如是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。然而，还能想到的是，设备例如是粘合剂喷射设备，特别是金属粘合剂喷射设备。

设备包括至少一个过程室，在其中依次逐层地选择性照射和固化由建造材料构成的层。过程室典型地包括多个过程室壁元件，其界定出内部空间或容积。过程室典型地包括：建造材料供应区，其例如呈现为计量模块的形式，从其中供应(新的)建造材料；建造区，其例如呈现为建造模块的形式，在其中进行建造材料层的实际的选择性照射和固化；以及建造材料接收区，其例如呈现为溢出模块的形式，在其中接收未固化的颗粒状建造材料。

在设备运行期间，在过程室中产生携带了或能携带未固化的颗粒状建造材料的过程气体流。在流经过程室——即在至少一个过程室入口和至少一个过程室出口之间——时，过程气体流携带未固化的建造材料，以通过过程气体流从过程室中去除相应的未固化的颗粒状建造材料。相应的未固化的颗粒状建造材料可包括在设备运行期间产生于设备的过程室中的烟颗粒和/或烟雾颗粒。然而，相应的未固化的颗粒状建造材料也可包括来自于建造材料接收区的建造材料颗粒。因此，过程气体流可携带在设备运行期间产生于设备的过程室中的烟颗粒和/或烟雾颗粒，以及来自于建造材料接收区的建造材料颗粒。换言之，过程气体流可能携带不同部分的未固化的颗粒状建造材料；典型地，每一部分包括具有特定的特征性颗粒尺寸范围的未固化的颗粒状建造材料。

如上所述，过程气体流典型地在过程室的至少一个过程气体流入口处进入过程室，并在过程室的至少一个过程气体流出口处离开过程室。因此，过程气体流典型地在过程室的至少一个过程气体流入口和过程室的至少一个过程气体流出口之间流动。过程室的至少一个过程气体流入口以及过程室的至少一个过程气体流出口典型地设置在过程室的相对侧。

设备包括一定数量的在其运行期间工作或可工作的功能和/或结构装置。每一功能和/或结构装置可包括一定数量的功能和/或结构单元。

示例性的功能和/或结构装置是流动通道结构，其包括用于相应的过程气体流的至少一个流动通道元件。至少一个流动通道元件——其可以构造为或包括软管(hose)、管子(tube)或管道(pipe)——与过程室的至少一个过程气体流入口和/或过程室的至少一个过程气体流出口连通，即与其连接。相应的流动通道元件典型地包括界定出流动通道的中空壁部，已经离开过程室的过程气体流可流经该流动通道。

此外，示例性的功能和/或结构装置是：建造材料施加装置，例如再涂覆装置，其配置为施加要在设备的建造平面中被选择性照射和固化的建造材料层；照射装置，其配置为使用至少一个能量束选择性地照射并由此固化建造材料层中的部分；流产生装置，例如吹和/或吸装置，尤其是泵送装置，其配置为产生在设备运行期间流经过程室的相应的过程气体流；以及过滤装置，其配置为从过程气体流中过滤未固化的颗粒状建造材料。过滤装置可包括一定数量的(主动)过滤元件。如在下文中将明确地，过滤装置可特别是配置为从过程气体流中过滤烟颗粒和/或烟雾颗粒，即过滤具有相对较小颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料部分。

过程室和过滤装置可经由流动通道结构的至少一个流动通道元件连接。因此，设备所包括的流动通道结构包括至少一个软管状、管子状或管道状的流动通道元件，其在过程室和过滤装置之间延伸，即，在过程室的至少一个过程气体流出口与过滤装置的至少一个过程气体流入口之间延伸。

设备还包括至少一个颗粒分离装置，其配置为从流经至少一个流动通道元件的过程气体流中分离未固化的颗粒状建造材料。颗粒分离装置特别是配置为从过程气体流中分离来自建造材料接收区的相应的建造材料颗粒。因此，颗粒分离装置特别是配置为从过程气体流中分离具有相对较大颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料部分，例如来自建造材料接收区的相应的建造材料颗粒。

提供相应的颗粒分离装置通常能更好地从相应的过程气体流中去除相应的未固化的颗粒状建造材料。此外，通过提供(单独的)颗粒分离装置——其可以独立于(可选的)过滤装置且因此不会与之相混淆，能够减少被过滤装置过滤的未固化的颗粒状建造材料的量。由于减少了被过滤装置过滤的未固化的颗粒状建造材料的量，也就减少了更换过滤装置的过滤元件的需求。因此，相应地避免或减少了其间设备不能运行的、特别是用于更换过滤元件的相应的维护期间的需求。

颗粒分离装置特别是配置为产生作用在飘浮于过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料上的致偏力，该致偏力能够使未固化的颗粒状建造材料朝流动通道元件的内壁部偏移。因此，颗粒分离装置配置为影响飘浮在过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的运动，特别是飘浮在过程气体流中且具有相对较大颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料部分，例如来自建造材料接收区的建造材料颗粒。使未固化的颗粒状建造材料——特别是飘浮在过程气体流中且具有相对较大颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料部分、例如来自建造材料接收区的建造材料颗粒——朝流动通道元件的内壁部偏移并且因此使未固化的颗粒状建造材料“安置”或者聚集在流动通道的内壁部，使得更容易从过程气体流中分离未固化的颗粒状建造材料。

颗粒分离装置可构造为或包括至少一个涡电流分离装置。因此，可以基于在涡电流分离装置的磁性元件和(导电的)未固化的颗粒状建造材料之间的磁相互作用来产生致偏力。众所周知，相应的涡电流分离装置包括一定数量的能够绕旋转轴线转动地支撑的磁性元件，例如永磁体。因此通过绕旋转轴线旋转磁性元件，产生了引起涡电流的旋转磁场以及在(导电的)未固化的颗粒状建造材料中的磁场。

颗粒分离装置能被布置在流动通道元件的外部，特别是完全暴露的外壁部。这样，颗粒分离装置可以附接到流动通道元件的外部，特别是完全暴露的外壁部。然而，颗粒分离装置的其它附接位置也是可行的。颗粒分离装置的布置和附接通常以这样的方式选择：在流经流动通道元件时相应的致偏力可以作用在未固化的颗粒状建造材料上。不论哪种情况，都无需将颗粒分离装置布置在流动通道内部。

从以上所述、特别是颗粒分离装置可配置为产生相应的致偏力以及颗粒分离装置可布置在流动通道的外部、特别是完全暴露的外壁部这样的事实可知，颗粒分离装置并不(负面地)影响流经流动通道元件的过程气体流的流动性质。因此，从过程气体流中分离未固化的颗粒状建造材料特别地并不导致过程气体流的压力损失，这对操作/维持过程气体流是有利的。

流动通道元件在颗粒分离装置的布置区域可具有特殊的截面形状。流动通道元件的特殊截面形状可用这种方式选择：相应的致偏力可高效地作用在未固化的颗粒状建造材料上。如此，流动通道元件可在颗粒分离装置的布置区域具有例如矩形或梯形截面形状。流动通道元件截面形状的具体尺寸典型地考虑颗粒分离装置的尺寸进行选择；对于构造为或包括涡电流分离装置的颗粒分离装置的示例性实施例，流动通道元件截面形状的尺寸——特别是宽度——可与由涡电流分离装置的磁性元件提供的旋转轴线的长度相匹配。

为了方便从过程气体流中对未固化的颗粒状建造材料的分离，流动通道元件可在颗粒分离装置的布置区域分叉，由此第一流动通道元件分支朝过程室的过程气体流入口和/或过程气体流出口——特别是过滤装置(如果有的话)的过程气体流入口——延伸，并且第二流动通道元件分支朝处理装置延伸，所述处理装置配置为处理由颗粒分离装置从过程气体流中分离出的未固化的颗粒状建造材料。第二流动通道元件分支可以一定的倾角从流动通道元件的未分叉部分延伸出去。第二流动通道元件分支可至少部分地朝向地面，以使从过程气体流中分离未固化的颗粒状建造材料能够得到重力的辅助。

相应的处理装置可构造为或包括：建造材料再利用装置、特别是所述设备的建造材料再利用装置，其配置为对分离出的颗粒状建造材料再利用；和/或去磁装置、特别是所述设备的去磁装置，其配置为对分离出的在用颗粒分离装置分离期间被磁化的未固化的颗粒状建造材料去磁。因此，第二流动通道元件分支可朝配置为对分离出的颗粒状建造材料再利用的建造材料再利用装置——特别是所述设备的建造材料再利用装置——延伸，和/或朝配置为对分离出的在用颗粒分离装置分离期间被磁化的未固化的颗粒状建造材料去磁的去磁装置——特别是所述设备的去磁装置——延伸。

设备还可包括可选的检测装置，其配置为检测特别是在流经流动通道元件时过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的浓度，并生成指示所检测的过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的浓度的检测信息。检测装置可特别是配置为检测过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的每一部分的浓度；因此，检测装置可配置为分别检测过程气体流中的具有相对较小颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料部分——例如在设备运行期间产生于设备的过程室中的烟颗粒和/或烟雾颗粒——以及具有相对较大颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料部分——例如来自建造材料接收区的建造材料颗粒——的浓度。

检测装置可包括一定数量的检测元件，其设置在例如流动通道元件中。相应的检测元件可构造为声学或光学检测元件，其能对取决于浓度而不同的过程气体流的特性——例如流动特性——进行声学或光学检测；也就是说，对于过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的不同浓度，相应的过程气体流的特性——例如流动特性——可能不同，从而能够获得关于过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的浓度的信息，或关于过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的相应部分的浓度的信息。

设备还可以包括实施为硬件或软件的控制单元，其配置为基于检测信息来控制颗粒分离装置的运行。因此，颗粒分离装置的运行可以被非常有效地控制，因为只有在达到特定的浓度——即特别是过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的特定部分的特别是最大或最小阈值浓度——时颗粒分离装置才会(完全地)运行。

本发明还涉及用于如上所述的设备的颗粒分离装置。颗粒分离装置特别是配置为产生作用在飘浮于过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料上的致偏力，该致偏力能够使未固化的颗粒状建造材料朝流动通道元件的内壁部偏移。颗粒分离装置可特别是构造为或包括至少一个涡电流分离装置。关于设备的所有说明也适于用该颗粒分离装置。

本发明还涉及用于从流经与用于添加式地制造三维物体的设备——特别是在此所详述的设备——的过程室的过程气体流入口和/或过程气体流出口连通的至少一个流动通道元件的过程气体流中分离未固化的颗粒状建造材料的方法，其中在此所详述的颗粒分离装置用于从流经流动通道元件的过程气体流中分离未固化的建造材料。关于设备的所有说明也适于用该方法。

附图说明

参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：

图1示出了根据示例性实施例的用于添加式制造三维物体的设备的原理图；以及

图2示出了图1中细节a的原理图。

具体实施方式

图1示出了根据示例性实施例的设备1的原理图，该设备用于通过依次逐层地选择性照射及相伴随的固化由能借助至少一个能量束4固化的例如为金属粉末的粉末状建造材料3构成的层来添加式地制造例如为技术部件的三维物体2。能量束4例如可以是电子束或激光束。因此，设备1可实施为例如选择性电子束熔化设备或选择性激光熔化设备。

设备1包括过程室7。从图1中清楚地可知，过程室7可包括：建造材料供应区sr，例如，呈现为计量模块11的形式，从其供应(新的)建造材料3；建造区br，例如，呈现为建造模块12的形式，在其中进行实际的建造材料层的选择性照射和固化；以及建造材料接收区rr，例如呈现为溢出模块13的形式，在其中接收未固化的颗粒状建造材料。

设备1包括一定数量的在其运行期间工作和可工作的功能和/或结构装置。每一功能和/或结构装置可包括一定数量的功能单元。功能和/或结构装置以及设备的运行由(中央)控制装置(未示出)控制。

设备1的示例性的功能和/或结构装置是例如为涂覆装置的建造材料施加装置5、照射设备6、流产生装置8以及过滤装置10(可选的)。

建造材料施加装置5配置为在设备1的过程室7的建造平面e中施加由建造材料3构成的层，所述层在物体2的添加式建造过程中被选择性照射和固化。如双箭头p1指示的那样，建造材料施加装置5被可移动地支撑在设备1的过程室7内部。

照射装置6配置为在物体2的添加式建造过程中使用至少一个能量束4选择性照射和固化部分由建造材料3构成的层。照射装置6可包括：束产生单元(未示出)，其配置为产生至少一个能量束4；以及例如为扫描仪单元的束偏转单元(未示出)，其配置为将能量束4偏转至设备1的建造平面e中的不同位置。

流产生装置8适于产生如箭头p2指示的那样流经设备1的过程室7的过程气体流。过程气体流可以是惰性气体流。当流经过程室7——即在过程室7的过程气体流入口9a(设置在过程室7的第一(侧)壁7a上)和过程室7的过程气体流出口9b(设置在与过程室7的第一(侧)壁7a相对的过程室7的第二(侧)壁7b上)之间流动——时，过程气体流携带未固化的颗粒状建造材料，以便经由过程气体流从过程室7去除相应的未固化的颗粒状建造材料。

相应的未固化的颗粒状建造材料可包括在设备1的运行期间产生于设备1的过程室7中的烟颗粒和/或烟雾颗粒。然而，相应的未固化的颗粒状建造材料也可包括来自建造材料接收区rr的建造材料颗粒。因此，过程气体流可携带在设备1的运行期间产生于设备1的过程室7中的烟颗粒和/或烟雾颗粒以及来自建造材料接收区rr的建造材料颗粒。换言之，过程气体流可携带不同部分的未固化的颗粒状建造材料；典型地，每一部分包括具有特定的特征性颗粒尺寸范围的未固化的颗粒状建造材料。

(可选的)过滤装置10配置为从过程气体流中过滤未固化的颗粒状建造材料。过滤装置10包括一定数量的(主动)过滤元件14。过滤装置10特别是配置为从过程气体流中过滤烟颗粒和/或烟雾颗粒，即，过滤具有相对较小颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料部分。

过程室7和过滤装置10经由流动通道结构16的软管状、管子状或管道状的流动通道元件15连接。因此设备包括的流动通道结构16包括例如软管状、管子状或管道状的流动通道元件15，其在过程室7和过滤装置10之间延伸，即，在过程室7的过程气体流出口9b与过滤装置10的过程气体流入口10a之间延伸。流动通道元件15通常与过程室7的过程气体流入口9a和/或过程气体流出口9b连通，即与其连接。

流动通道元件15包括界定流动通道17的中空壁部，离开过程室7的过程气体流可从该流动通道中通过。

值得注意的是，设备1还包括颗粒分离装置18，其配置为从流经流动通道元件15的过程气体流中分离未固化的颗粒状建造材料。颗粒分离装置18特别是配置为从过程气体流中分离来自建造材料接收区rr的相应的建造材料颗粒。因此，颗粒分离装置18特别是配置为从过程气体流中分离具有相对较大颗粒尺寸的未固化的建造材料的相应部分，如来自建造材料接收区rr的的相应的建造材料颗粒。

因此，通过提供单独的颗粒分离装置18——其独立于过滤装置10且因此不会与之相混淆，减少了将被过滤装置10过滤的未固化的颗粒状建造材料的量。由于将被过滤装置10过滤的未固化的颗粒状建造材料的量减少，更换过滤装置10的过滤元件14的需求也减少。因此，也相应地避免或减少了对其间设备无法运行的、尤其是用于更换过滤元件14的维护期间的需求。

颗粒分离装置18配置为产生由箭头f指示的作用在飘浮于沿着颗粒分离装置18的过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料上的致偏力，该致偏力能够使未固化的颗粒状建造材料朝流动通道元件15的内壁部偏移。因此，颗粒分离装置18配置为影响飘浮于沿着颗粒分离装置18的过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的运动，特别是飘浮于过程气体流中且具有相对较大颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料的相应部分，例如来自建造材料接收区rr的建造材料颗粒。使未固化的颗粒状建造材料——特别是飘浮于过程气体流中且具有相对较大颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料的相应部分、例如来自建造材料接收区rr的建造材料颗粒——朝流动通道元件15的内壁部的偏移以及因此将未固化的建造材料“安置”或聚集在流动通道元件15的内壁部，使得更容易从过程气体流中分离未固化的颗粒状建造材料。

颗粒分离装置18可构造为或包括至少一个涡电流分离装置。因此，致偏力可基于涡电流分离装置的磁性元件19(参见图2)和(导电的)未固化的颗粒状建造材料之间的磁相互作用而产生。相应的涡电流分离装置包括壳体结构25，其具有一定数量的例如为永磁体的磁性元件19，其绕旋转轴线20被转动地支撑。因此，通过绕旋转轴线20旋转磁性元件19，产生了感应出涡电流的旋转磁场，以及在(导电的)未固化的颗粒状建造材料中的磁场。因此，未固化的颗粒状建造材料可通过互斥的磁力而被分离。

如从附图中清楚可知地，颗粒分离装置18可被布置在流动通道元件15的外部，尤其是完全暴露的外壁部。颗粒分离装置18可附接至流动通道元件15的外部，特别是完全暴露的外壁部。颗粒分离装置18的布置或附接大体上以这种方式选择：相应的致偏力可作用在飘浮于沿着颗粒分离装置18的过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料上。

如从以上所述、特别是颗粒分离装置18配置为产生相应的致偏力以及颗粒分离装置18可布置在流动通道15的外部、特别是完全暴露的外壁部这样的事实可知地，颗粒分离装置并不影响流经流动通道元件15的过程气体流的流动性质。因此，从过程气体流中分离未固化的颗粒状建造材料特别地并不导致过程气体流的压力损失，这对操作/维持过程气体流是有利的。

图2以放大截面图的方式示出了图1中的细节a的原理图，如从图2中清楚可知地，流动通道元件15在颗粒分离装置18的布置区域可具有特殊的截面形状。流动通道元件15的特殊截面形状——例如可以是矩形或梯形截面形状——以这种方式选择：相应的致偏力可高效地作用在未固化的颗粒状建造材料上。流动通道元件15的截面形状的具体尺寸典型地考虑颗粒分离装置18的尺寸进行选择；对于构造为或包括涡电流分离装置的颗粒分离装置18的示例性实施例，流动通道元件15的截面形状的尺寸——特别是宽度——可与由涡电流分离装置的磁性元件19提供的旋转轴线20的长度相匹配(参见图2)。

如从图1中清楚可知地，流动通道元件15可在颗粒分离装置18的布置区域分叉，以使第一流动通道元件分支15a朝过程室7的过程气体流入口9a和/或过程气体流出口9b——特别是过滤装置10的过程气体流入口10a——延伸，第二流动通道元件分支15b朝处理装置21延伸，该处理装置21配置为处理由颗粒分离装置18从过程气体流中分离出的未固化的颗粒状建造材料。第二流动通道元件分支15b可以一定的倾角α从流动通道元件15的未分叉部分延伸出去。第二流动通道元件分支15b可朝向地面，以使从过程气体流中分离未固化的颗粒状建造材料能够得到重力的辅助。

相应的处理装置21可构造为或包括：建造材料再利用装置，特别是所述设备1的建造材料再利用装置，其配置为对分离出的颗粒状建造材料再利用；和/或去磁装置，特别是所述设备1的去磁装置，其配置为对分离出的在用颗粒分离装置18分离期间磁化的未固化的颗粒状建造材料去磁。因此，第二流动通道元件分支15b可朝配置为对分离出的颗粒状建造材料再利用的建造材料再利用装置延伸，和/或朝配置为对分离出的在用颗粒分离装置分离期间磁化的未固化的颗粒状建造材料去磁的去磁装置延伸。

设备1还可包括可选的检测装置22，其配置为检测特别是在流经流动通道元件15时过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的浓度，并生成指示所检测的过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的浓度的检测信息。检测装置22可特别是配置为检测过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的每一部分的浓度；因此，检测装置22可配置为分别检测过程气体流中的具有相对较小颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料部分——例如在设备1运行期间产生于设备1的过程室7中的烟颗粒和/或烟雾颗粒——以及具有相对较大颗粒尺寸的未固化的颗粒状建造材料部分——例如来自建造材料接收区rr的建造材料颗粒——的浓度。

检测装置22可包括一定数量的检测元件23，其例如设置在流动通道元件15中。相应的检测元件23可构造为声学或光学检测元件，其能对取决于浓度而不同的过程气体流的特性——例如流动特性——进行声学或光学检测；也就是说，对于过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的不同浓度，相应的过程气体流的特性——例如流动特性——可能不同，从而能够获得关于过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的浓度的信息，或关于过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的相应部分的浓度的信息。

该设备还可以包括实施为硬件或软件的控制单元24，其配置为基于检测信息来控制颗粒分离装置18的运行。因此，颗粒分离装置18的运行可以被非常有效地控制，因为例如只有在达到特定的浓度——即特别是过程气体流中的未固化的颗粒状建造材料的特定部分的特别是最大或最小阈值浓度——时颗粒分离装置18才会(完全地)运行。

该设备1能够实施用于从流经与设备1的过程室7的过程气体流入口9a和/或过程气体流出口9b连通的至少一个流动通道元件15的过程气体流中分离未固化的建造材料的方法，其中颗粒分离装置18用于从流经流动通道元件15的过程气体流中分离未固化的建造材料。