[发明专利]3D打印装置和方法

说明书

本发明涉及采用粉末材料生产三维部件的装置，所述装置通过分层应用粉末材料并通过采用至少一个能量束选择性地照射对应于所述待生产部件的横截面的层上的点以对层上的粉末材料进行部分固化来生产所述三维部件，所述装置包括：用于容纳所述粉末材料的构造容器(1)；对所述粉末材料进行所述分层应用的涂覆装置(2)；用于容纳生产过程中未使用的材料残余物的溢流容器(3)，用于容纳应用过程中未使用的材料残余物以及进一步将所述未使用的材料残余物运输至所述溢流容器(3)的中间容器(4)。本发明还涉及采用上述装置进行生产的方法。

技术领域

本发明涉及一种采用粉末材料生产三维部件的装置，所述装置通过分层应用粉末材料和采用至少一个能量束(如电子或激光束)选择性地照射对应于待生产部件的横截面的层上的点以使层上的粉末材料至少部分固化来生产三维部件，所述装置包括容纳粉末材料的构造容器或可更换框架、包括对粉末材料进行分层应用的涂覆装置和包括至少一个容纳生产过程中的粉末材料的未使用的材料残余物的溢流容器。根据涂覆装置的操作模式(即仅在一个操作方向上或在两个相反方向上进行分层构造)，所述装置可包括一个或两个溢流容器。这些溢流容器分别在涂覆装置的操作方向上位于构造容器的下游。本发明还涉及在上述装置中采用粉末材料制备三维部件的方法。

背景技术

在增材制造(通常也称为“3D打印”)的情况下，基于计算机生成的控制命令生产三维部件。增材制造的一个特别突出的示例是分别以“选择性激光烧结或激光熔融”而为人们所知。由此，通过用激光束选择性地照射对应于待生产部件的横截面上的点对常规粉末材料上的每一薄层进行选择性固化，重复性地施加常规粉末材料的薄层。原则上，上述过程在保护气体氛围(protective gas atmosphere)和约50℃的温度下进行，通常为约100 ℃，或者也可以是以几百摄氏度作为工艺气氛。

发明内容

本发明的目的是设计更加成本有效的三维部件的粉末材料增材制造。

在上述装置的情况中，根据本发明，该目的通过一种中间容器解决，该中间容器用于容纳应用或涂覆过程的粉末材料中未使用的材料残余物并进一步用于将未使用的材料残余物输送至溢流容器。根据上面已经提到的涂覆装置的操作模式，所述装置可以包括一个、两个或多个溢流容器以及同样的一个、两个或多个中间容器。为简便起见，下面以假设仅有一个中间容器和一个溢流容器的情况进行说明，据此原则上也可以类似地包括多个中间容器和多个溢流容器的布置情形。

未使用的材料残余物是应用过程中的粉末材料的一部分，在构造容器的前一层或底部上或者在构造容器的构造平台上均未用到这些粉末材料来生成层。事实上，是将其引向涂覆装置前作为多余的材料或储备，以有效地防止粉末材料的不足，并在应用过程结束时将其从构造容器中排出。

中间容器容纳涂覆工艺中未使用的材料残余物或一些涂覆工艺中未使用的材料残余物(如果可以，但至少仅部分量的材料残余物)，这些未使用的材料残余物在待生产的部件的整个生产过程中累积。中间容器随后将材料残余物输送到溢流容器，以使其至少部分清空以再次容纳材料残余物从而供再次使用。因此，中间容器的尺寸可以小于溢流容器的尺寸。这是因为后者必须容纳整个生产过程中多个应用过程的未使用的材料残余物，直到完成一个或多个部件的制造。

因此，本发明避免用大的溢流容器捕获每个涂覆过程的材料残余物，溢流容器布置在构造容器之后或至少紧邻构造容器，并且可以响应于构造容器上的维护工作而在该位置上介入。事实上，本发明所追求的原则是，最初仅在中间容器中容纳部分量的材料残余物以及随后将中间容器的材料残余物清空到溢流容器中，材料残余物在整个过程中积累，其中，中间容器就技术过程而言布置在靠近构造容器的位置，而溢流容器可以放置在距离构造容器一定的距离处。因此，可以更快地从构造容器的周围环境中去除涂覆过程中的材料残余物，而在通常情况下该构造容器会承受高温。越快地从高温区域移除粉末材料残余物，其对与热相关的材料的损坏或影响就越小——例如在塑料基粉末作为粉末材料的情况下，这些损坏或影响使其不能被再次作为粉末材料使用。因此，从构造容器中移除粉末材料残余物可以实现高度的再循环，从而使装置的运行成本更低。