本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的用于制造在空間上延展的產(chǎn)品的3D打印設(shè)備。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)的3D打印設(shè)備中，例如借助激光束以能量點(diǎn)狀地施加粉末狀輸送的原材料，從而在所施加的位置上啟動一個過程例如原材料的熔融或燒結(jié)，其中，這個過程導(dǎo)致原材料顆粒的連接。由此通過激光束在工作區(qū)域上的光柵狀掃描分層地產(chǎn)生需制造的產(chǎn)品。

存在如下的3D打印設(shè)備，在這些3D打印設(shè)備中發(fā)生原材料的預(yù)熱。這具有的優(yōu)點(diǎn)是：不是原材料的整個加熱都必須由例如光柵狀在原材料上方引導(dǎo)的激光束產(chǎn)生。這種3D打印設(shè)備的缺點(diǎn)是：通過預(yù)熱相應(yīng)加熱整個產(chǎn)品，因而在3D打印之后必須進(jìn)行漫長的冷卻過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于本發(fā)明的問題是：提供一種比由現(xiàn)有技術(shù)已知的設(shè)備更高效、尤其更快速的3D打印設(shè)備。

這根據(jù)本發(fā)明通過開頭所述類型的具有權(quán)利要求1特征部分特征的3D打印設(shè)備得以解決。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的優(yōu)選的構(gòu)造。

根據(jù)權(quán)利要求1規(guī)定：用于預(yù)熱的裝置包括至少一個第二激光源，該第二激光源可以射出第二激光輻射。由此存在如下的可能性，即，僅局部預(yù)熱所述原材料，從而在3D打印過程后無需或只需非常短的冷卻階段。

可以規(guī)定：運(yùn)行3D打印設(shè)備時，至少一個第一激光輻射在工作區(qū)域中的入射區(qū)域比至少一個第二激光輻射在工作區(qū)域中的入射區(qū)域更小，其中，所述至少一個第一激光輻射的入射區(qū)域在3D打印設(shè)備運(yùn)行時相對所述至少一個第二激光輻射的入射區(qū)域運(yùn)動。

此外還可以規(guī)定：在3D打印設(shè)備運(yùn)行時，所述至少一個第一激光輻射和所述至少一個第二激光輻射在工作區(qū)域中至少局部重疊，其中，所述至少一個第一激光輻射在工作區(qū)域中的入射區(qū)域比所述至少一個第二激光輻射在工作區(qū)域中的入射區(qū)域更小，并且在3D打印設(shè)備運(yùn)行時，所述至少一個第一激光輻射的入射區(qū)域相對所述至少一個第二激光輻射的入射區(qū)域在該至少一個第二激光輻射的入射區(qū)域內(nèi)部運(yùn)動。

例如存在如下的可能性，第一激光源是光纖激光器，而第二激光源是半導(dǎo)體激光器或CO₂激光器。

附圖說明

參見附圖參照借助下文對優(yōu)選實(shí)施例的描述使得本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)變得明顯。附圖中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的3D打印設(shè)備的第一實(shí)施方式的示意圖；

圖2示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第一布局的示意圖，其中示出這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖3示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第二布局的示意圖，其中示出這些區(qū)域的運(yùn)動所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖4示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第三布局的示意圖，其中示出這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖5示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第四布局的示意圖，其中示出這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖6示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第五布局的示意圖，其中這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖7示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第六布局的示意圖，其中示出這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖8示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第七布局的示意圖，其中示出這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖9示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第八布局的示意圖，其中示出這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖10示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第九布局的示意圖，其中示出這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖11示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第十布局的示意圖，其中示出這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖12示出至少一個第一和至少一個第二激光輻射在工作平面中的入射區(qū)域的第十一布局的示意圖，其中這些區(qū)域的運(yùn)動和所述至少一個第二激光輻射的示意性強(qiáng)度分布；

圖13示出根據(jù)本發(fā)明的3D打印設(shè)備的第二實(shí)施方式的透視圖。

附圖中相同的和功能相同的部件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。

具體實(shí)施方式

圖1示出的根據(jù)本發(fā)明的3D打印設(shè)備的實(shí)施方式包括至少一個發(fā)射第一激光輻射2的第一激光源1。第一激光源1可以是光纖激光器。示意性示出的掃描裝置3例如包括兩個可動的反光鏡和在可能情況下諸如F-θ物鏡的適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，在該掃描裝置中，第一激光輻射2在工作區(qū)域4中偏轉(zhuǎn)或者聚焦，在該工作區(qū)域中設(shè)置有需加工的特別是粉末狀輸送的原材料。

所描繪的3D打印設(shè)備此外包括至少一個發(fā)射第二激光輻射6的第二激光源5。第二激光源5可以是半導(dǎo)體激光器或CO₂激光器并且尤其是可以具有比第一激光源1更高的功率。

示意性示出的掃描裝置7例如包括兩個可動的反光鏡和在可能情況下諸如F-θ物鏡的適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，在該掃描裝置中，第二激光輻射6在圖1中向左偏轉(zhuǎn)到部分透光的反光鏡8上，該反光鏡尤構(gòu)成為介電的二向色性反光鏡。反光鏡8使第二激光輻射6向工作區(qū)域4偏轉(zhuǎn)，使其在那里與第一激光輻射2一起入射。還可以使用其它組合裝置例如用于組合兩個激光輻射2，6的偏振選擇性構(gòu)件來代替反光鏡8。

原材料被第二激光輻射6預(yù)熱，其中，通過附加地施加第一激光輻射2來在施加的位置上啟動一個過程例如原材料的熔融或燒結(jié)，這個過程導(dǎo)致該原材料顆粒的連接。由此通過儀激光束2，6在工作區(qū)域上方的掃描來分層地產(chǎn)生需制造的產(chǎn)品。

在所示出的實(shí)施例中，為第一和第二激光輻射2，6設(shè)置有不同的掃描裝置3，7。然而絕對還存在如下的可能性，即，使這兩個激光輻射2，6從相同的掃描裝置轉(zhuǎn)向。在這種情況下可以取消部分透光的反光鏡。

此外還存在的可能性是：在至少一個第二激光源5和反光鏡8之間不設(shè)置掃描裝置，而是將反光鏡8本身設(shè)計(jì)得可動。

圖2示意性示出第一和該第二激光輻射2，6在工作區(qū)域上的入射區(qū)域9，10。在此，第一激光輻射2的入射區(qū)域9基本上呈圓形而且具有小的直徑d。例如還存在的可能性是：使所述入射區(qū)域呈正方形輪廓。通過第一激光輻射2入射區(qū)域9或者焦區(qū)的小尺寸可以實(shí)現(xiàn)需制造的3D構(gòu)件小的結(jié)構(gòu)。第一激光輻射2的入射區(qū)域9沿著箭頭11在第二激光輻射的入射區(qū)域10中運(yùn)動。

與此相對，第二激光輻射6的入射區(qū)域10比較大并且具有長度為L和高度為H的矩形輪廓。其它輪廓和尺寸是絕對可能的。第二激光輻射6的強(qiáng)度分布可以是不均勻的、尤其是可以具有強(qiáng)度在高度H上改變的分布，如這圖2右邊緣所示的那樣。由此在入射區(qū)域10上邊緣范圍中的強(qiáng)度大于下邊緣的區(qū)域中的強(qiáng)度。

第二激光輻射6的入射區(qū)域10在圖2中沿著箭頭12向上運(yùn)動。由于第二激光輻射6的強(qiáng)度分布和由于該運(yùn)動獲得向需加工的、尤其是需熔化的粉末中的均勻的能量輸入。

絕對存在如下的可能性，即，不同地設(shè)計(jì)第二激光輻射的強(qiáng)度分布，例如其是均勻的或在縱向上具有梯度。

第二激光輻射6在工作區(qū)域4的如下區(qū)段上方運(yùn)動，在這些區(qū)段中在原材料的相應(yīng)位置中應(yīng)該進(jìn)行粉末的硬化。施加第二激光輻射的各區(qū)段的大小根據(jù)需制造的構(gòu)件的輪廓確定。

最后負(fù)責(zé)原材料的逐點(diǎn)硬化的第二激光輻射2在第二激光輻射6的入射區(qū)域10中運(yùn)動。這例如可以用鋸齒形的運(yùn)動進(jìn)行。尤其可以規(guī)定：第一激光輻射基本上入射在第二激光輻射6入射區(qū)域10的后邊緣的范圍中，其中，后邊緣是在圖2中的下邊緣或者說背向運(yùn)動方向12的邊緣。

不同于圖2，圖3示出第一激光輻射2的多個入射區(qū)域9或者多個第一激光輻射2。入射區(qū)域9可以平行地同時沿箭頭11的方向運(yùn)動。

尤其可以設(shè)置多個第一激光源1，它們尤其可以被單獨(dú)操控并且產(chǎn)生多個第一激光輻射2。原材料的硬化由此可以同時在多個入射區(qū)域9中進(jìn)行，其中，根據(jù)需制造的構(gòu)件的輪廓可以在工作區(qū)域的的確定區(qū)段略去其中幾個入射區(qū)域。

還尤其可以設(shè)置多個第二激光源5，它們尤其可以被單獨(dú)操控并且產(chǎn)生多個第二激光輻射6。原材料的預(yù)熱由此可以同時在多個入射區(qū)域10中進(jìn)行，其中，根據(jù)需制造的構(gòu)件的輪廓，在工作區(qū)域的確定區(qū)段上可以略去其中幾個入射區(qū)域。

在根據(jù)圖3的實(shí)施例中示出第一激光輻射2的四個入射區(qū)域9?？梢杂懈嗷蚋俚娜肷鋮^(qū)域9，例如還可以有10個或20個或100個入射區(qū)域9。

圖4示出第二激光輻射6的較小的入射區(qū)域10。入射區(qū)域10在工作區(qū)域的需預(yù)熱的區(qū)段13中沿著箭頭14，15往復(fù)運(yùn)動，其中，入射區(qū)域10如圖2所示示例那樣同時或之后沿著箭頭12在圖4中向上運(yùn)動。通過入射區(qū)域10的這個運(yùn)動還可以實(shí)現(xiàn)均勻的預(yù)熱。

除了應(yīng)用多個第一激光輻射2和與此相應(yīng)的多個入射區(qū)域9，圖5與圖4相符。

圖6示出一種實(shí)施方式，其中不僅第二激光輻射6入射區(qū)域10的路徑而且第一激光輻射2入射區(qū)域9的路徑都與所制構(gòu)件的輪廓相匹配。由此為第一激光輻射的入射區(qū)域9例如給出螺旋形路徑。

為了在第二激光輻射6入射區(qū)域10的這個與構(gòu)件輪廓相匹配的路徑上實(shí)現(xiàn)盡可能均勻的預(yù)熱，可以相應(yīng)調(diào)整第二激光輻射6的強(qiáng)度分布。例如如圖5所示可以設(shè)置M形輪廓(M-Profil)。

圖7示出一種實(shí)施方式，其中第一激光輻射2的入射區(qū)域9鋸齒形地在被第二激光輻射6的入射區(qū)域10預(yù)熱的區(qū)段13中運(yùn)動。在此，第一激光輻射2的入射區(qū)域9平均(im Mittel)沿與區(qū)段13相同的方向運(yùn)動，在該區(qū)段中，第二激光輻射6的入射區(qū)域10往復(fù)運(yùn)動。在圖7中，不僅區(qū)段13而且第一激光輻射2的入射區(qū)域9平均沿順時針方向運(yùn)動。

圖8示出一種實(shí)施方式，其中第一激光輻射2的入射區(qū)域9鋸齒形地沿順時針方向運(yùn)動，而第二激光輻射6的入射區(qū)域10沿逆時針方向運(yùn)動。

在圖9和圖10示出的實(shí)施方式中，入射區(qū)域9，10基本上同步地在工作區(qū)域上方運(yùn)動。在此，圖9僅示出一個第一激光輻射2，而圖10示出多個第一激光輻射2的入射區(qū)域9。

在圖11和圖12示出的實(shí)施方式中，第二激光輻射6的入射區(qū)域10往復(fù)運(yùn)動并且在此局部從側(cè)向伸出需預(yù)熱的區(qū)段13。由此可以實(shí)現(xiàn)非常均勻的預(yù)熱。在此的缺點(diǎn)是：還同時加熱設(shè)置在為了制造3D部件所需區(qū)域以外的工作區(qū)域的區(qū)段。

在此，圖11僅示出一個第一激光輻射2，而圖12示出多個第一激光輻射2的入射區(qū)域9。

在根據(jù)本發(fā)明的3D打印設(shè)備的圖13所示的實(shí)施方式中設(shè)置有多個第一激光源1和多個第二激光源5。為第一激光源1的每個第一激光輻射2各設(shè)置有一個掃描裝置3，該掃描裝置各包括兩個可動的反光鏡。這些反光鏡尤其可以具有基于壓電的驅(qū)動裝置。

對于第二激光源5的激光輻射6不設(shè)置單獨(dú)的掃描裝置。更確切地說，使激光輻射2，6聯(lián)合的部分透光的反光鏡8設(shè)計(jì)成可動的，使得第二激光輻射6由此能夠在工作區(qū)域上方掃描。

第一激光源1、第二激光源5、掃描裝置3和反光鏡8聯(lián)合成一個尤其可動的單元。為此設(shè)置有機(jī)架16，在該機(jī)架中固定有上述的部件。機(jī)架16在其下側(cè)具有輥輪17，這些輥輪能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)架16在平臺18上的運(yùn)動，所述平臺設(shè)置在工作區(qū)域4上并且與該工作區(qū)域間隔開距離設(shè)置。

在平臺18中設(shè)置有多個激光輻射2，6可以穿過的窗口19。當(dāng)工作區(qū)域4的處于窗口19下的區(qū)段已被加工時，機(jī)架16可以移到下一個窗口19，從而可以加工工作區(qū)域的其它區(qū)段。

通過這種方式可以非常有效的通過3D打印來生產(chǎn)非常大的構(gòu)件。