[发明专利]用于制造三维对象的积层制造方法和三维对象

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造三维对象的积层制造方法以及涉及一种可利用这种方法制造的三维对象。

背景技术

积层制造方法越来越多地用于非常快速地制造样品或成品部件。不同于传统的、包括通过例如铣削、切割、钻孔或其它加工工艺而将材料从材料块上切除的制造方法的是，积层制造方法在对于对象的数字化说明的基础上直接逐层地构造预期的三维对象。这种方法也已经作为3D打印或快速成型是已知的。

在典型的积层制造方法中，首先在支承板上施加一层由应由其制成对象的粉末状材料制成的薄的层，并且刚刚施加的层中的粉末选择性地仅在层的与待制造的对象相应的区域内通过激光辐射而熔化或烧结。随后将另一层薄的、由粉末状材料制成的层涂在经过这样处理的第一层上并再次选择性地仅在层的与待制造的对象相应的区域内通过激光辐射而熔化或烧结。重复这一步骤，直至完整的对象制造完成。在每个层中，与对象不相符的粉末不受辐射并保持粉末状，从而能够在后来的时间点上将其从成品对象上去除。支承板能够通过可移动的工作台来提供，在每次完成对层的辐射后，该可移动的工作台均下降与该层的厚度相等的距离，以便在施加每个层前提供一致的初始条件。

在此须指出的是，原则上也存在这种可能性，即各个层并不是连续的或者完全覆盖支承板，而是仅在与待制造的对象相应的区域内或者在包括与待制造的对象相应的区域的区域内具有材料。

特别的积层制造方法有所谓的选择性激光熔化（selective laser melting,SLM）和所谓的选择性激光烧结（selective laser sintering,SLS），正如在上面已经说明的一样，在这些方法中应用激光束以便辐射层。然而也存在这种可能性，即为实现该目的而应用粒子束和特别是电子束。与此前所述的两种方法相应地，应用电子束的特殊的积层制造方法有所谓的选择性电子束熔化和所谓的选择性电子束烧结。

正如在上面已经说明的一样，直接逐层地以三维的方式构造对象。这使得能够在同一装置中用不同的材料、特别是用金属、但也可以用塑料和陶瓷材料有效地和快速地制造高度复杂的不同对象。例如能够轻松地制造利用其它方法无法或难以制造的高度复杂的栅格-或蜂窝结构。与传统的制造方法相比，对象的复杂性仅对制造成本产生非常小的影响。

然而，在如上所述的积层制造方法中须注意的是，在可能的情况下，在对象的、在逐层构造对象的期间从与重力相反的方向上来看（即在制造对象的期间的对象的定向上）形成伸出量或者说突起段的区域内必须采取特别的措施，以便能够制造对象或提高其几何精度。在这种在本申请的范畴内称为伸出量的区域内，每一层的熔化的或者说烧结的部分通过边缘段从前一层的熔化的或者说烧结的部分中突起，因此，各个层的边缘段便不受相应的前一层的熔化的或者说烧结的部分的支承。这导致了，当各个边缘段分别从相应的前一层中突起的程度过大时，这些区域便在它们的重力作用下陷入粉末床中。

一种可能的措施在于，这样选择边缘段的大小，即在这些区域的上面上的、通过各个层提供的梯级结构（Treppchenstruktur）使这些区域足够地稳定，以便防止下陷。对于该梯级结构的确切要求主要取决于对象的结构和大小和取决于有哪些力基于该对象而对伸出区域起作用。然而，已经表明的是，当伸出区域的上面在逐层地构造对象的期间关于重力方向所形成的角度不超过50°时能够可靠地避免问题的产生。须注意的是，在本申请的范畴内，上面的走向通常不考虑始终存在的梯级结构，即该走向是在梯级结构基础上所取的平均值。

如果-例如基于对于待制造的对象的几何形状的要求-而不能维持该条件，则必须为伸出区域设计支承结构，该支承结构在对象制造完成后被机械地或化学地去除或保留在对象中。无论在哪种情况下，支承结构都意味着附加的材料投入并由此提高了对象的重量和成本。

特别是在三维对象具有在构造方向上相互间隔开的两个区段的情况下必须注意这一点，这两个区段必须通过支承结构互相连接，并且在这两段中，当支承结构的设计不合理时，第二区段将具有外面，该外面在逐层地构造对象的期间限定上述范畴内的伸出区域的界限或者说限定上述范畴内的伸出区域并且关于重力方向成大于45°或50°的角度延伸。

发明内容

本发明的目的在于，在三维对象具有通过支承结构而相互连接的两个区段的情况下实现成本和重量缩减。其中，对象可以例如是液压分配系统或液压分配系统的部件。

该目的通过具有权利要求1所述的特征的方法和具有权利要求16所述的特征的三维对象实现。该方法和该对象的有利的实施方式在相应附属的从属权利要求中进行说明。