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(dòng)一個(gè)過程例如原材料的熔融或燒結(jié)，其中，這個(gè)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。

開頭所述類型的設(shè)備例如由sabinaluisacampanelli、nicolacontuzzi、andreaangelastro和antoniodomenicoludovico(2010)的“capabilitiesandperformancesoftheselectivelasermeltingprocess，newtrendsintechnologies：devices，computer，communicationandindustrialsystems，mengjooer(ed.)”，isbn：978-953-307-212-8，intech(也見：http：//www.intechopen.com/books/new-trends-in-technologies--devices--computer--communication-and-industrial-systems/capabilities-and-performances-of-the-selective-laser-melting-process)。圖1示意性示出已知設(shè)備的一部分。

在那里，準(zhǔn)直的激光束1從左側(cè)射到兩個(gè)可的反光鏡2上，圖中僅示出其中一個(gè)反光鏡。兩個(gè)反光鏡2使得激光輻射1沿兩個(gè)相互垂直的方向轉(zhuǎn)型，以便能夠在工作平面4中沿兩個(gè)相互獨(dú)立的方向?qū)崿F(xiàn)掃描。反光鏡例如可以構(gòu)造成電鍍反光鏡。激光輻射從反光鏡起經(jīng)由構(gòu)造成f-θ物鏡的光學(xué)裝置3偏轉(zhuǎn)到工作平面4上，使得激光輻射1的聚焦面基本上在工作平面4中。反光鏡2在此可以將激光輻射有針對(duì)性地引導(dǎo)向工作平面4中的多個(gè)點(diǎn)，在這些點(diǎn)中應(yīng)該為粉末狀的原材料施加激光輻射。反光鏡2和光學(xué)裝置3通常被集合在標(biāo)準(zhǔn)激光頭中。

這種3d打印設(shè)備的缺點(diǎn)在于：通過點(diǎn)狀地掃描工作平面來制造較大的產(chǎn)品在某些情況下需要很長(zhǎng)時(shí)間。

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：至少一個(gè)激光源設(shè)計(jì)成使得在所述設(shè)備運(yùn)行中，在工作區(qū)域上彼此間隔開距離地產(chǎn)生激光輻射的多個(gè)入射點(diǎn)或入射區(qū)域。

在此可以設(shè)定：在3d打印設(shè)備的運(yùn)行中通過激光輻射在工作區(qū)域中的多個(gè)彼此間隔開距離的入射點(diǎn)或入射區(qū)域來同時(shí)在多個(gè)部位使粉末狀的原材料硬化，以這種方式縮短制造產(chǎn)品的時(shí)間。

存在的可能性是：掃描裝置包括至少一個(gè)可動(dòng)的反光鏡和至少一個(gè)不可動(dòng)的反光鏡，特別是所述至少一個(gè)可動(dòng)的反光鏡大于所述至少一個(gè)不可動(dòng)的反光鏡。

可以設(shè)定：3d打印設(shè)備包括至少兩個(gè)激光源，從所述激光源中可以分別射出一個(gè)激光輻射，特別地，所述至少兩個(gè)激光源的射出面在垂直于激光輻射平均傳播方向的平面中彼此間隔開距離?？梢詫?shí)現(xiàn)的是：所述至少兩個(gè)激光源的激光輻射可以被同時(shí)有針對(duì)性地引入到工作平面中，從而相應(yīng)縮短加工時(shí)間。

存在的可能性是：掃描裝置包括多個(gè)不可動(dòng)的反光鏡，所述至少一個(gè)不可動(dòng)的反光鏡中的至少一個(gè)不可動(dòng)的反光鏡配屬給其中每個(gè)激光輻射。

可以設(shè)定：掃描裝置包括一個(gè)或多個(gè)可動(dòng)的反光鏡，在3d打印設(shè)備運(yùn)行中，多個(gè)激光輻射尤其是全部激光輻射從所述反光鏡轉(zhuǎn)型。以這種方式可以設(shè)置例如一個(gè)或兩個(gè)可動(dòng)的大反光鏡，多個(gè)激光輻射尤其是全部激光輻射由所述可動(dòng)的大反光鏡轉(zhuǎn)向。所述大反光鏡對(duì)于大的激光功率比較不敏感。此外還可以將其它運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)作為電流促動(dòng)器(galvanoaktuator)用于所述大反光鏡的運(yùn)動(dòng)，使得系統(tǒng)總體上更牢固并且成本更低廉。

可以設(shè)定：掃描裝置設(shè)計(jì)成使得激光輻射在工作區(qū)域上的入射點(diǎn)或入射區(qū)域可以沿以下方向運(yùn)動(dòng)，激光輻射的入射點(diǎn)或入射區(qū)域沿著該方向并排設(shè)置。通過這種運(yùn)動(dòng)，工作區(qū)域的需施加激光輻射的區(qū)域被多次短促地依次施加激光輻射。由此能減小各個(gè)焦點(diǎn)的作用持續(xù)時(shí)間，因?yàn)橥ㄟ^接連施加仍然可以在所述區(qū)域中施加充足的能量，以便將原材料例如熔化。以這種方式可以增大焦點(diǎn)在工作平面上運(yùn)動(dòng)的速度，因此總體上同樣可以縮短加工時(shí)間。

附圖說明

參見附圖參照借助下文對(duì)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)現(xiàn)有技術(shù)的3d打印設(shè)備示意圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備第一實(shí)施方式的示意圖；

圖3示出用于根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的多個(gè)激光源的示意圖；

圖4示出用于說明圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的功能的示意圖；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備第二實(shí)施方式的示意圖；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的第三實(shí)施方式的示意圖；

圖7a示出用于根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的多個(gè)激光源的射出面的第一布局的示意圖；

圖7b示出用于根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的多個(gè)激光源的射出面的第二布局的示意圖；

圖7c示出用于根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的多個(gè)激光源的射出面的第三布局的示意圖；

圖7d示出用于根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的多個(gè)激光源的射出面的第四布局的示意圖；

圖8示出焦點(diǎn)在用于根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的工作平面中的第一種布局的示意圖；

圖9示出焦點(diǎn)在根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的工作平面中的第二布局的示意圖；

圖10示出根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的第四實(shí)施方式的示意圖；

圖11示出第二實(shí)施方式的與圖5相應(yīng)的視圖，其中示出焦點(diǎn)在工作平面中的運(yùn)動(dòng)；

圖12示出第四實(shí)施方式的與圖10相應(yīng)的視圖，其中示出焦點(diǎn)在工作平面中的運(yùn)動(dòng)；

具體實(shí)施方式

在附圖中，相同和功能相同的部件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。

在圖2示出的根據(jù)本發(fā)明的3d打印設(shè)備的實(shí)施方式中，除了第一激光源之外還設(shè)置有第二激光源，從而產(chǎn)生附加的激光輻射1′。第二激光源的射出面在垂直于激光輻射1、1’的平均傳播方向的平面中與第一激光源的射出面間隔開距離，特別是間隔開在10μm至10mm之間、例如約100μm的距離。在工作平面4中，激光輻射1、1’同樣彼此間隔開距離入射(例如見圖2)。

激光輻射1、1’的傳播方向略微相互傾斜，使得它們?cè)诜垂忡R2上或者在其前面不遠(yuǎn)處或在其后大致共同入射。兩個(gè)激光輻射1、1’由反光鏡2同時(shí)并且共同轉(zhuǎn)向。

3d打印設(shè)備在反光鏡2前具有另外的光學(xué)裝置3′，這些另外的光學(xué)裝置同樣可以構(gòu)造成f-θ物鏡、例如與光學(xué)裝置3完全相同。但是絕對(duì)也存在如下的可能性，即，設(shè)置其它形式的光學(xué)裝置3′，它們例如具有不同于光學(xué)裝置3的焦距。

還存在的可能性是：完全棄用光學(xué)裝置3′，并且激光輻射1以及激光輻射1’可以作為很大程度準(zhǔn)直的激光輻射射向反光鏡2。激光輻射1、1’的傳播方向在這里也應(yīng)略微相互傾斜，使得它們?cè)诜垂忡R2上或者在其前面不遠(yuǎn)處或者在其后面大致共同入射。

也可以取代兩個(gè)激光源采用兩個(gè)以上的激光源，如圖2所示例如25個(gè)激光源亦或25個(gè)以上的激光源。圖7a至7d示出多個(gè)激光源的射出面5的示例性布局。這些激光源例如例如設(shè)置成一排(圖7a)或設(shè)置成十字形(圖7b)。也可以形成圓形(附圖7d)或間距較大的行列形式(圖7c)。也可以是其它布局。

通過工作平面4中的例如多個(gè)并排設(shè)置的焦點(diǎn)可以同時(shí)在多個(gè)部位上使粉末狀的原材料硬化，從而可以由此縮短用于制造產(chǎn)品的時(shí)間。這相應(yīng)地也適用于激光源射出面的其它布局。

圖4表明不同激光輻射1、1’的焦點(diǎn)在工作平面4中同時(shí)運(yùn)動(dòng)。為此示出不同的反光鏡位置。

圖8示出焦點(diǎn)11在工作平面中的線狀布局。其沿線縱向運(yùn)動(dòng)如通過箭頭v所示出的那樣。通過沿線縱向方向的運(yùn)動(dòng)對(duì)工作平面的需施加激光輻射的區(qū)域多次短促地依次施加激光輻射。由此能減小各個(gè)焦點(diǎn)11的作用持續(xù)時(shí)間，這是因?yàn)橥ㄟ^接連施加仍然可以將充足的能量置入到所述區(qū)域中，以便將原材料例如熔化。

以這種方式可以增大焦點(diǎn)11在工作平面上運(yùn)動(dòng)的速度。因此總體上同樣可以縮短加工時(shí)間。

圖9示出焦點(diǎn)11在工作平面中的多個(gè)相互平行的線的布局的實(shí)施例。這些焦點(diǎn)沿平行線的線縱向運(yùn)動(dòng)如通過箭頭v表示的那樣。

通過平行線的沿縱向的運(yùn)動(dòng)同時(shí)對(duì)工作平面的多個(gè)需施加激光輻射的區(qū)域多次短促地依次施加激光輻射。由此能縮短各個(gè)焦點(diǎn)11的作用持續(xù)時(shí)間，因?yàn)橥ㄟ^接連施加仍然可以將充足的能量置入到這些區(qū)域中，以便使原材料例如熔化。

與圖8的區(qū)別在于：在圖9所示的實(shí)施方式中，所述熔化在多個(gè)區(qū)域中并行完成。因此總體上可以進(jìn)一步縮短加工時(shí)間。

圖3表明，與使用多個(gè)尤其是25個(gè)示意性示出的激光源6一樣，例如可以實(shí)現(xiàn)用于激光輻射1、1′、...的多個(gè)尤其是25個(gè)射出面的菱形布局。

在所示的實(shí)施例中，激光源作為光導(dǎo)纖維7的射出端示出。完全也可以使用其它激光源。

光導(dǎo)纖維7的端部以橫斷面為菱形的聚束，其中，從該聚束中射出的激光輻射1、1′、...在適當(dāng)?shù)姆垂忡R8上偏轉(zhuǎn)之后射向所述另外的光學(xué)裝置3′。

圖5表明：如通過適當(dāng)?shù)剡x擇多個(gè)激光源和具有多個(gè)反光鏡2和多個(gè)未示出的光學(xué)裝置的多個(gè)激光頭一樣，在工作平面中可以實(shí)現(xiàn)一排例如100個(gè)以上的焦點(diǎn)11。為此可以將多個(gè)具有反光鏡2的激光頭并排設(shè)置并且分別給其施加多個(gè)、例如10個(gè)激光輻射1、1′、1″、...。反光鏡2可以相互垂直或者可以圍繞兩個(gè)相互垂直的軸線樞轉(zhuǎn)。

圖6示出一種類似的布局，其中激光輻射1、1′、...從兩個(gè)不同側(cè)射向這里設(shè)置成相互平行的兩排9、9’的反光鏡2。在此在工作平面中也產(chǎn)生如100個(gè)或更多個(gè)焦點(diǎn)11的一長(zhǎng)排。

圖10示出一種布局，其有別于圖5，相互垂直的反光鏡2不是可動(dòng)的，而是不可動(dòng)的。與圖5類似，每個(gè)通道或者每個(gè)激光源分別采用兩個(gè)這種反光鏡2。

為了使得焦點(diǎn)11在盡管反光鏡2不可動(dòng)的情況下仍然在工作平面中運(yùn)動(dòng)，在反光鏡2的前面、下面、后面分別設(shè)置有至少一個(gè)可動(dòng)的反光鏡12、13。這些反光鏡12、13長(zhǎng)形構(gòu)造并且可以同時(shí)使得激光輻射1、1′、1″中的多個(gè)激光輻射或所有激光輻射轉(zhuǎn)向。尤其利用壓電促動(dòng)器14、15實(shí)現(xiàn)反光鏡12、13的樞轉(zhuǎn)。

第一反光鏡12的運(yùn)動(dòng)引起焦點(diǎn)11沿多個(gè)焦點(diǎn)11并排設(shè)置的縱向16的運(yùn)動(dòng)。第二反光鏡13的運(yùn)動(dòng)引起焦點(diǎn)11沿垂直于縱向16的方向的運(yùn)動(dòng)。

顯而易見，第一反光鏡12例如可以僅在±0.15°的范圍內(nèi)以60hz的頻率運(yùn)動(dòng)，與此相反，第二反光鏡13可以在±15°的范圍內(nèi)以0.005hz的頻率運(yùn)動(dòng)，以便使焦點(diǎn)11在工作平面4中實(shí)施所期望的運(yùn)動(dòng)。基于這些緩慢的運(yùn)動(dòng)或者小振幅的運(yùn)動(dòng)，可以使用驅(qū)動(dòng)器的如壓電促動(dòng)器14、15的其它實(shí)施方式來替代電鍍反光鏡(galvanospiegel)。

可以從沿第一方向和與其垂直的第二方向的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)光束的鋸齒形運(yùn)動(dòng)。圖11以類似于圖5的視圖示意性說明各個(gè)焦點(diǎn)11的鋸齒形運(yùn)動(dòng)。圖12以類似于圖10的視圖示意性說明各個(gè)焦點(diǎn)11的鋸齒形運(yùn)動(dòng)。