[发明专利]用于逐层地制造三维对象的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于熔融/烧结粉末颗粒以逐层地制造三维对象的方法。

背景技术

顺畅地提供原型是最近经常提出的任务。能够实现这一点的方法称为快速原型建造（Rapid Prototyping）/快速制造或者也称为添加式制造方法。在粉末状原料基础上工作的方法特别适合，并且在这些方法中所希望的结构通过选择性熔融和凝固逐层地制造。在此，可放弃在悬垂和咬边时的支承结构，因为包围熔融区域的构造区平面（Baufeldebene）提供足够的支承作用。同样取消移除支承的再加工。该方法也适用于小批量制造。构造空间温度选择成使得在构造过程期间不发生逐层地制造的结构的变形。

选择性激光烧结（SLS）是特别好地适合于快速原型建造目的的方法。在该方法中，塑料粉末在室中用激光束选择性短暂地辐照（belichten），由此由激光束击中的粉末颗粒熔化。熔化的颗粒流入彼此并再次快速地固化成固体块。通过对总是新涂覆的层的重复辐照，利用该方法可以简单和快速地制造三维体。

在专利文献US 6136948和WO 96/06881（两者均是DTM 公司）中详细记载了用于由粉末状聚合物制备成型体的激光烧结方法（快速原型建造）。对于该应用要求保护大量聚合物和共聚物，例如多醋酸盐、聚丙烯、聚乙烯、离聚物和聚酰胺。

在此，这样的装置的坐标系通常定义成使得在构造区平面中x坐标平行于粉末施加装置的移动路径（Verfahrweg）伸展。y坐标在构造区平面中与粉末施加装置的移动路径垂直。z坐标与构造区平面垂直。

在此，在公知的方法和装置中，选择性待凝固面以直线段形式逐行地（x方向）或逐列地（y方向）用电磁辐射束（简称：能量束）游历（abfahren）。此外，从DE 10233389A1中已知在x、y平面内以确定的角度的直的伸展。

在此，以直的、平行伸展的线段形式的这些辐照线（Belichtungslinien）通过待凝固面的外边限定。行或列之间的距离是可调节的。能量束通常构成为使得能量束的焦点尽可能在构造区平面中。为了改善待制造对象的表面，待凝固面的轮廓常常附加地用能量束进行游历。用能量束游历该区域所需的时间主要通过能量束的移动速度（Verfahrgeschwindigkeit）和各行或列之间的距离确定。因此，为了加速该过程容易想到提高能量束的移动速度和/或行或列之间的距离。能量束的移动速度是不能任意提高的，因为在加速或延迟过强情况下扫描器系统的镜不再能精确定位。在该情况下所制造的对象在边缘处具有不平坦。辐照线之间的距离也不能任意提高，因为从确定的距离起，就连各辐照线之间的连接也不充分。在该情况下所制造的对象的机械特征值变差。

发明内容

本发明的任务是提供用于制造三维对象的改善的方法，利用该方法能够减少用能量束游历待凝固区域所需的时间，而不必忍受在所制造的对象的质量方面的降低。

本发明的主题是用于在装置中逐层地制造三维对象（成型体）的方法，该装置包括构造空间（10），所述构造空间（10）具有高度可调节的构造平台（6）、用于将通过电磁辐射作用可凝固的材料的层涂覆到构造平台（6）上的装置（7）、包括发射电磁辐射的辐射源（1）、控制单元（3）的辐射装置和位于电磁辐射光路中的透镜系统（8），其中通过电磁辐射作用可凝固的材料的层非线性地、也就是说以非直的线（辐照线或扫描线）的方式被电磁辐射游历。因此，在此情况下线非平行地伸展。

令人惊讶地发现，当能量束非线性地（非平行地）游历待凝固面时，也就是说辐照线选择成使得所述辐照线是非线性的时，用电磁辐射源的束游历待凝固面的时间能够被加速。电磁辐射的非线性游历优选借助于可移动地安放的光学有效元件（19）实现。

在本发明意义下，辐照线理解为构造区平面（4）中的通过电磁辐射束游历的区域。

为了实施按照本发明的方法，通常在构造空间（10）中使高度可调节的构造平台（6）下降并且利用装置（7）将通过电磁辐射作用可凝固的材料的层施加到构造平台（6）上。在对材料加温后，材料借助于发射电磁辐射的辐射源（1）在希望的位置上被选择性熔化或烧结。电磁辐射的焦点借助于控制单元（3）和位于电磁辐射光路中的透镜（8）被引导到构造区平面（4）中的相应位置上。

附图说明

图1示出了用于制造三维对象的装置的原理构造，

图2和3示出了按照现有技术用于游历待凝固面的方法，

图4示例性示出了按照本发明的用于游历待凝固面的方法，

图5示出了用于逐层地制造三维对象的装置，