專利名稱：用于逐層制造三維物體的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過逐層硬化建筑材料來制造三維物體的設(shè) 備和方法。
背景技術(shù)：
已知這樣的方法和設(shè)備，其中三維物體通過建筑材料的逐層硬化 制造。
這樣的方法例如由DE19813742C1已知。在公開的設(shè)備中粉末狀 的建筑材料利用激光在被涂覆的層中的相應(yīng)的位置上局部燒結(jié)或瞬時 熔化并且由此硬化。在這種設(shè)備中因此熱量加入被涂覆的建筑材料中 并且材料在硬化之后不久是熱的。當(dāng)硬化的材料在硬化后快速冷卻或 在 一 層中的不同的位置之間出現(xiàn)強(qiáng)烈的溫度梯度時，會出現(xiàn)這樣的危 險，即在業(yè)已被加工的建筑材料床中出現(xiàn)應(yīng)力，這導(dǎo)致所制造的物體 的不期望的變形。
在DE 10 2005 016 940 Al中描述了 一種用于逐層制造三維的物體 的設(shè)備，其通過激光燒結(jié)設(shè)備構(gòu)成。在這種設(shè)備中加工粉末狀的建筑 材料。為了涂覆粉末狀材料層，設(shè)置一個裝置，其具有涂層器、輸送 輥和輸送井筒。
由WO 00/21736 Al描述了 一種用于制造三維物體的i殳備，其通過 激光燒結(jié)機(jī)器構(gòu)成。在此描述了一個更換容器，在其中整合一個工件 平臺作為容器底部。更換容器可由設(shè)備取出，并且在該設(shè)備中設(shè)置一 個耦合裝置，利用該耦合裝置將容器容納在設(shè)備中并且將工件平臺與 一個驅(qū)動裝置連接。
在DE 101 08 612 Cl建議，這樣加熱其中容納^皮加工的建筑材料 的容器，使得已經(jīng)硬化的建筑材料緩慢地冷卻，以便抑制應(yīng)力的出現(xiàn)。 然而此外存在這樣的問題，即在層的內(nèi)部可能出現(xiàn)較大的溫度梯度。特別是已經(jīng)確定的是，在容器的角部內(nèi)的溫度與例如在中心或在直線
的側(cè)面的區(qū)域中的溫度顯著不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)為，提供一種設(shè)備和方法，利用它們可以克服上述 的問題。決。
有利的改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中給出。
通過將流對準(zhǔn)容器的角部，以便將其調(diào)溫，從而可以減小在硬化 的層內(nèi)的溫度梯度并且因此可以改善待制造的三維物體的組件精度。


本發(fā)明的其它特征和目的根據(jù)附圖從實(shí)施例的說明得出。圖中 圖1示出按照一個實(shí)施形式的框架系統(tǒng)的示意圖； 圖2示出如圖1的實(shí)施形式中的射線導(dǎo)向的示意圖； 圖3a和3b示出圖2的光闌(Blende)的示意詳圖； 圖4示出在該實(shí)施形式中，在射線導(dǎo)向的范圍內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的示意
的透視詳圖5示出在該實(shí)施形式中，建筑空間的示意圖6示出在該實(shí)施形式中，建筑容器-通風(fēng)系統(tǒng)的示意圖7示出在該實(shí)施形式中，定量配給裝置的固定的示意圖8示出在該實(shí)施形式中，建筑空間-加熱模塊的固定的示意圖9示出在該實(shí)施形式中，涂層器的固定的示意圖IO示出建筑容器的支撐的示意圖11示出在該實(shí)施形式中，建筑平臺密封部的示意圖12示出在該實(shí)施形式中，建筑材料供應(yīng)系統(tǒng)的示意圖13示出在該實(shí)施形式中，涂層系統(tǒng)的示意圖14示出用在射線調(diào)整方法中的一個層的示意視圖；以及
圖15示出用于描述建筑材料供應(yīng)系統(tǒng)的另一示意圖。
具體實(shí)施例方式
5下面聯(lián)系圖1和5描述用于通過逐層硬化建筑材料制造三維物體 的設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，按照一個實(shí)施形式，該設(shè)備構(gòu)成為激光燒結(jié)裝置。 在用于制造三維物體的設(shè)備中，建筑材料層依次疊加地涂覆，并且在 涂覆下一層之前，在相應(yīng)的層中分別有選擇地硬化對應(yīng)于要制造的物 體的位置。在所示的實(shí)施形式中采用粉末形的建筑材料，它通過能量 射線的作用在所選擇的位置硬化。在所示的實(shí)施形式中，粉末形的建 筑材料借助激光射線在所選擇的位置局部加熱，以使它通過燒結(jié)或熔 化與建筑材料的相鄰的組份連接。
如同在圖l中示出的那樣，激光燒結(jié)裝置有一光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué) 系統(tǒng)的構(gòu)件各自固定在機(jī)器框架的部件上。在機(jī)器框架中設(shè)置一在圖 5中示意地示出的建筑空間10。
在所示的實(shí)施形式中，光學(xué)系統(tǒng)包含一激光器6、 一偏光鏡7和 一掃描器8。激光器6產(chǎn)生一射線9，射線9射在偏光鏡7上并從偏光 鏡朝掃描器8的方向偏轉(zhuǎn)。另一種方案為，也可以采用其它的能量源 如其它的能產(chǎn)生能量射線的照射源以代替激光器，該能量射線被朝掃 描器8的方向引導(dǎo)。掃描器8按已知的方式如此形成，即它可以如同 圖5所示的那樣，可以將入射的射線9對準(zhǔn)位于建筑空間10中的一個 建筑平面11中的任何位置。為了能做到這一點(diǎn)，在掃描器8與建筑空 間IO之間在建筑空間10的上隔壁56中設(shè)置一入射窗12，入射窗12 使射線9能進(jìn)入建筑空間10中。
下面聯(lián)系圖5描述實(shí)施形式中的設(shè)備的建筑空間。
如同在圖5中看到的那樣，在建筑空間10中設(shè)置一向上開口的容 器25。在容器25中布置一支承裝置26，以用于支承一用于形成的三 維物體。支承裝置26可借助一未示出的驅(qū)動裝置沿垂直方向在容器 25中往復(fù)移動。在容器25的上邊緣的范圍內(nèi)，界定建筑平面11。用 于通過掃描器8對準(zhǔn)建筑平面11的射線9的入射窗12布置在建筑平 面11的上方。設(shè)置一涂層器27，以用于在支承裝置26的表面或之前 已經(jīng)硬化的層上涂覆待硬化的建筑材料。涂層器27可借助一通過箭頭 在圖5中示意地示出的驅(qū)動裝置在水平方向沿建筑平面11移動。在建筑平面11的兩側(cè)設(shè)置定量配給裝置28和29，它們對涂層器27提供 預(yù)定的用于涂覆的建筑材料量。
在定量配給裝置29的側(cè)面設(shè)置一供應(yīng)口 30。供應(yīng)口 30沿垂直于 圖5的圖面的方向沿建筑平面11的整個寬度延伸。供應(yīng)口用于將在所 示的實(shí)施形式中為一可通過照射硬化的粉末材料的建筑材料送入建筑 空間中。
如同在圖5中示意地示出的那樣，在該實(shí)施形式中，建筑空間分 成一上部區(qū)域40和一下部區(qū)域41。上部區(qū)域40形成實(shí)際的工作區(qū)， 在其中進(jìn)行逐層地涂覆建筑材料，并進(jìn)行其有選擇的硬化。下部區(qū)域 41接納容器25。
在所示的實(shí)施形式中，通過在相應(yīng)的層中有選擇地硬化與物體相 對應(yīng)的位置來逐層制造一三維元件的方法制造一些構(gòu)件。在該實(shí)施形 式中，采用激光燒結(jié)法用于它的制造。與傳統(tǒng)的用于制造三維對象的 方法例如銑削、車削、壓鑄等相比，尤其是當(dāng)要產(chǎn)生復(fù)雜的幾何形狀 和/或只要制造比較少的件數(shù)時，這種方法有其優(yōu)點(diǎn)。
設(shè)備的操作
在操作設(shè)備l時，通過供應(yīng)口 30將建筑材料送入建筑空間中，并 用定量配給裝置28、 29按預(yù)定的量供給涂層器27。涂層器27將一建 筑材料層涂覆在支承裝置26上或一以前已經(jīng)硬化的層上，并且借助激 光器6和掃描器8，將射線9引導(dǎo)至建筑平面11中的所選擇的位置上， 以便在那兒在與要形成的三維物體對應(yīng)的位置有選擇地硬化建筑材 料。接著，支承裝置按一個層的厚度往下降，涂覆一新的層，并重復(fù) 該方法，直至產(chǎn)生要形成的物體的全部層。
下面更詳細(xì)地描述設(shè)備的若干部件。
框架結(jié)構(gòu)
首先根據(jù)圖1描述所示實(shí)施形式的設(shè)備的框架結(jié)構(gòu)。如同在圖1 中示出的那樣，設(shè)備有一機(jī)器框架，它通過三個基礎(chǔ)支架2、 3和4 形成，基礎(chǔ)支架通過橫向支撐5彼此連接。三個基礎(chǔ)支架2、 3和4 基本垂直地延伸，并在所示的實(shí)施形式中形成設(shè)備的三個角。由此，設(shè)備1在俯視圖中基本有一三角形的外形輪廓?；A(chǔ)支架2、 3和4 和橫向支撐5此時如此布置，以使外形輪廓基本對應(yīng)于一直角三角形 的外形輪廓，其中直角三角形的斜邊這一側(cè)形成設(shè)備的正面?zhèn)?。橫向 支撐5基本水平地延伸，并如此連接基礎(chǔ)支架，以致形成一剛性的、 抗扭曲的機(jī)器框架，其部件即使在力單側(cè)作用時也不會相互改變其相 對位置，或僅僅極小地改變。
通過具有三個基本垂直地延伸并按一三角形布置的基礎(chǔ)支架2、 3 和4的構(gòu)造，設(shè)備l可在三個點(diǎn)支承在地基上。由于這種三條腿的結(jié) 構(gòu)，設(shè)備可以如此快速而又不復(fù)雜地定向，以致可以防止相對于地基 的搖晃和傾翻。尤其是，可以改變?nèi)齻€支承點(diǎn)中的一個的支承高度， 得到相對于地基的定向的改變，因?yàn)檫@會造成繞其它兩個支承點(diǎn)的連 線的旋轉(zhuǎn)。在四點(diǎn)或多點(diǎn)支承中，為了改變定向，必須至少改變兩個 支承點(diǎn)的高度，才能重新得到一穩(wěn)定的支承。
在基礎(chǔ)支架2、 3和4的朝向地面的下側(cè)，各自布置一滾子50和 一可調(diào)節(jié)高度的支承腳51。支承腳51此時可以調(diào)節(jié)高度地裝在各自 的基礎(chǔ)支架2、 3或4上。支承腳51可分別移動至一第一位置，在該 位置所屬的滾子50與支承腳51的下側(cè)相比離開所屬的基礎(chǔ)支架的下 側(cè)的距離較大。由此，在此第一位置設(shè)備1站在滾子50上，而支承腳 51則離開地基有一段距離。滾子50可旋轉(zhuǎn)地固定在基礎(chǔ)支架2、 3和 4上，以致設(shè)備1可以在滾子50上朝任何方向沿地基移動。此外，支 撐腳51可移動至一第二位置，在該第二位置支承腳51的下側(cè)與所屬 的滾子50相比更遠(yuǎn)地從基礎(chǔ)支架2、 3、 4的下側(cè)離開而站立。在此位 置，設(shè)備1站在支承腳51上并且可以可靠地防止設(shè)備相對于地基移動。
在所示的實(shí)施形式中，支承腳51各自在朝向所屬的基礎(chǔ)支架2、 3或4的一側(cè)構(gòu)成為具有外螺紋的螺桿的形式。在各自所屬的基礎(chǔ)支 架2、 3和4的下側(cè)，各自設(shè)置相應(yīng)的、具有內(nèi)螺紋的孔，在孔中可擰 入支承腳51。由此，通過在所屬的基礎(chǔ)支架2、 3或4中擰入或擰出 支承腳51，可以無級地調(diào)節(jié)各自的支承腳51離開基礎(chǔ)支架的距離。
如在圖l中示出，在機(jī)器框架的兩個不同的位置上安裝兩個水平儀52。水平儀52永久對齊地固定在設(shè)備1上。在所示的實(shí)施形式中， 兩個水平儀52布置在一平行于水平面的平面中，并在此平面中彼此有 一大致為90。的角。兩個水平儀指出，設(shè)備l是否相對于水平面最佳 地定向。為了設(shè)備l的定向，可以分別改變?nèi)齻€支承腳51的高度，而 設(shè)備1的定向的改變可根據(jù)水平儀52目測地進(jìn)行。在設(shè)備內(nèi)的部件 彼此相對地預(yù)調(diào)整。因?yàn)樗鼈冊诳蚣芟到y(tǒng)中剛性地固定，并且由于設(shè) 備l的剛性框架結(jié)構(gòu)，故能相互保持其相對位置。由此，在設(shè)備l對 齊以后，所有元件都位于正確的相對位置上，所述元件的準(zhǔn)確的相互 空間定位對于完美的功能是必需的。水平儀有利于垂直地安放設(shè)備。 因此，在運(yùn)輸或位置改變以后，有可能快速而高效地對齊設(shè)備1。具 有三個基礎(chǔ)支架2、 3、 4和所屬的支承腳51的結(jié)構(gòu)有助于以很少的工 步進(jìn)行設(shè)備l的對齊。 光學(xué)系統(tǒng)
下面根據(jù)圖1、 2和4較詳細(xì)地描述光學(xué)系統(tǒng)。如在圖l中看出， 形式為激光器6的能量源布置在機(jī)器框架的一個垂直的基礎(chǔ)支架2中 或與該基礎(chǔ)支架平行，并且可調(diào)整地與該基礎(chǔ)支架連接。射線9從激 光器6出來，通過管子13被引導(dǎo)。管子13以其一端與激光器6的殼 體連接，并以其另一端與一殼體14連接，該殼體14包圍偏光鏡7和 其它構(gòu)件。由此，射線9沿垂直方向從激光器6延伸至偏光鏡7。如 同在圖4中看到的那樣，殼體14有一側(cè)壁14a,它可以從殼體14上 取下。在圖2中示出的殼體14已經(jīng)取下側(cè)壁14a。
如同在圖2和4中看到的那樣，殼體14的離開管子13的一端與 掃描器8的輸入側(cè)連接，并且殼體14與機(jī)器框架8的元件連接。管子 13和殼體14如此設(shè)置，以使射線9從激光器6向掃描器8在一個對 外隔絕的空間中在管子13和殼體14內(nèi)延伸。在管子13與殼體14的 連接位置設(shè)置一在圖中僅僅示意地示出的關(guān)閉器15。該關(guān)閉器15此 時如此形成，以致當(dāng)側(cè)壁14a被從殼體14上取下時，射線9從激光器 6至偏光鏡7的射線路徑就中斷。通過這一結(jié)構(gòu)可以保證，如果側(cè)壁 14a被取下，則當(dāng)能量源工作時，不會發(fā)生由于疏忽大意而無意地傷
9害操作人員。在此實(shí)施形式中，關(guān)閉器15可通過一機(jī)械的滑板實(shí)現(xiàn)， 它在側(cè)壁14a被取下時，關(guān)閉從管子13至殼體14的射線通道。
如同在圖l和2中看出的那樣，射線9被偏光鏡7朝掃描器的入 射區(qū)8a偏轉(zhuǎn)。偏光鏡7懸桂成可以調(diào)節(jié)定向，并且設(shè)有一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 16,以用于調(diào)節(jié)偏光鏡的定向。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16包含兩個調(diào)節(jié)元件17和 18,它們各自如此布置，以使調(diào)節(jié)元件17和18的驅(qū)動設(shè)備17a和18a 位于殼體14的外面。由此，驅(qū)動設(shè)備17a和18a在殼體14封閉時可 以從外面接近，而偏光鏡7的定向的改變可以在殼體封閉時進(jìn)行。在 所示的實(shí)施形式中，調(diào)節(jié)元件17和18各自通過機(jī)械的調(diào)節(jié)螺釘形成， 它們在驅(qū)動設(shè)備17a和18a的范圍內(nèi)各自有一刻度盤，該刻度盤對應(yīng) 于偏光鏡的定向。驅(qū)動設(shè)備17a和18a作為旋鈕形成。在所示的實(shí)施 形式中，調(diào)節(jié)元件17和18通過激光燒結(jié)法制成。旋鈕是可以鎖住的， 以便防止無意的調(diào)節(jié)。
為了設(shè)備的最佳工作方式，需要準(zhǔn)確調(diào)節(jié)射線9對掃描器的入射 區(qū)8a的定向。為了達(dá)到此目的，在殼體14中設(shè)置做成一體的光闌19、 20、 21，它們可以安裝在射線路徑中。在所示的實(shí)施形式中，在殼體 中設(shè)置三個光闌19、 20、 21，但是也可以設(shè)置較多或較少的數(shù)目。在 此實(shí)施形式中，布置在偏光鏡7附近的光闌19和設(shè)置在掃描器8的入 射區(qū)8a附近的光闌，如同在3a中示出的那樣，各自作為具有細(xì)十字 線的光闌形成，而布置在它們之間的光闌20,則如同在圖3b中示出 的那樣，則作為孔眼光闌形成。對于不同的調(diào)整任務(wù)，光闌也有可能 有其它的構(gòu)形。也可以進(jìn)一步設(shè)置多個光闌組，它們可以根據(jù)所需要 的調(diào)整的要求互換。根據(jù)用于射線9的能量源，也可以設(shè)置對專家們 已經(jīng)熟悉的其它類型的、可以用它們檢測射線的位置的元件，以代替 機(jī)械式光闌，例如用于檢測射線位置的光學(xué)檢測器。
光闌19、 20、 21各自可以擺動地固定在一固定在殼體14上的支 撐19a、 20a或21a上。它們在一第 一位置放在射線路徑中并固定，并 且在一第二位置從射線路徑中取出并固定。光闌的懸桂可例如通過一 軸來實(shí)現(xiàn)，光闌19、 20和21可沿垂直于射線路徑的方向繞該軸擺動。光闌19、 20、 21在各自的位置上的固定可例如通過一滾花螺釘實(shí)現(xiàn)， 該螺釘擰在軸上。但是，也可能有許多其它的懸掛類型，對于專家們， 它們可由于其專業(yè)知識而立即得知。例如，也可以有一機(jī)構(gòu)，光闌在 其中可在兩個位置上鎖住。
如同只在圖1中示意地示出的那樣，掃描器8同樣固定在機(jī)器框 架的部件上。在所示的實(shí)施形式中，掃描器8安裝在一橫向支撐5上。 在該實(shí)施形式中，掃描器8如此懸掛，以使掃描器的定向的調(diào)整有可 能通過繞一軸的擺動做到，該軸平行于從偏光鏡7至掃描器的入射區(qū) 8a的射線路徑延伸。為了這種調(diào)整，設(shè)置一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8b。這使得有可 能簡單而快速地精細(xì)調(diào)整掃描器8的定向。
射線9從激光器6至掃描器8只偏轉(zhuǎn)一次。偏轉(zhuǎn)通過偏光鏡7實(shí) 現(xiàn)，偏光鏡的定向可在殼體14封閉時調(diào)節(jié)。這可以造成一種射線路徑， 它可以以簡單的方式通過調(diào)整少數(shù)部件的位置來調(diào)整。由此，在所示 的實(shí)施形式中，只需要調(diào)整激光器6、偏光鏡7和掃描器8的位置。 激光器6的位置可通過一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6b調(diào)整。激光器6、偏光鏡7和掃 描器8各自直接固定在剛性的框架系統(tǒng)的部件上。由此，即使在設(shè)備 1的運(yùn)輸或位置改變時，彼此也不會改變或僅僅很少改變它們的相對 位置。因此，可以在較短的時間內(nèi)高效地進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。
為了調(diào)整射線路徑，光闌19、 20和21可各自單獨(dú)地或彼此組合 地放在射線路徑中。這附加地改進(jìn)了快速而高效地調(diào)節(jié)射線路徑的可 能性。由此，可以在設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)時節(jié)省費(fèi)用，這是因?yàn)閷τ谡{(diào)節(jié) 只需要較少的人工費(fèi)用。
用于射線調(diào)整的方法
下面描述可能的、用于調(diào)整射線路徑的方法。
在一種方法中，兩個細(xì)十字線光闌19、 20和21中的一個放在射 線路徑中，并直接在細(xì)十字線的后面放一發(fā)光紙。接著用一激光脈沖 照亮該發(fā)光紙，并評估細(xì)十字線的投影圖像。射線截面的中點(diǎn)應(yīng)當(dāng)準(zhǔn) 確地與細(xì)十字線中點(diǎn)吻合。射線路徑要經(jīng)由調(diào)節(jié)元件17和18通過偏 光鏡7的定向的調(diào)節(jié)和通過激光器6的位置的調(diào)節(jié)來補(bǔ)充調(diào)整。此方
ii法也適于這樣的情況，即射線路徑首先偏離所要求的路徑。也有這樣
的可能，即在此方法中在射線路徑中附加地放置孔眼光闌20。
在用于補(bǔ)充調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的方法中，作為孔眼光闌形成的光闌20 放在射線路徑中，并接著封閉殼體14。在建筑平面11中放置一測量 射線9的總功率的功率測量儀。掃描器8要如此控制，以使在準(zhǔn)確調(diào) 整時射線9最佳地對準(zhǔn)功率測量儀。監(jiān)控通過功率測量儀測得的射線 功率，并通過操作調(diào)節(jié)元件17和18改變偏光鏡7的定向。偏光鏡7 的定向一直要改變到能通過功率測量儀測出最大射線功率為止。在此 位置，來自偏光鏡7的射線9最佳地對準(zhǔn)掃描器8的入射區(qū)8a。在此 方法中，不用孔眼光闌也可以工作，從而掃描器8上的入射孔承擔(dān)光 闌的作用。
這種調(diào)節(jié)方式使得有可能在光學(xué)系統(tǒng)的部件之間只產(chǎn)生微小的位 置變化并且在只需要精細(xì)調(diào)整的情況下，簡單而快速地調(diào)整射線路徑。 通過該方法，調(diào)整可在較短的時間內(nèi)完成，同時在運(yùn)行時和維護(hù)時用 于調(diào)整的費(fèi)用可以減少。根據(jù)調(diào)整任務(wù)，也有可能不用首先在射線路 徑中放置孔眼光闌20就能實(shí)施此方法。在此情況下，將進(jìn)一步節(jié)省時 間，并減少人工費(fèi)用。
在另一種方法中， 一種對射線9的照射靈敏地反應(yīng)的材料層110 (例如一種通過溫度作用改變顏色的紙)放在建筑平面11的規(guī)定的區(qū) 域中。如同在圖14中示出的那樣，層IIO在一在建筑過程中要用射線 9照射的建筑場地的邊緣上的少數(shù)選出的位置上設(shè)有標(biāo)志111。接著， 通過掃描器8用射線9照亮那些在正確調(diào)節(jié)時對應(yīng)于標(biāo)志111的位置。 接著，沿兩個方向在層110上測量照亮的位置與標(biāo)志111的偏差。該 測量可例如以最簡單的方式用一尺子進(jìn)行。接著，從所測量的邊界點(diǎn) 可以確定，是否相對于最佳的調(diào)整產(chǎn)生例如放大誤差或傾斜。所產(chǎn)生 的誤差的確定可例如通過將測量值輸入相應(yīng)的評估程序來實(shí)現(xiàn)。
放大誤差可例如通過在掃描器8與建筑場地之間在建筑平面11 中的機(jī)械的距離改變產(chǎn)生，或通過掃描器8的電子構(gòu)件的電子漂移產(chǎn) 生。傾斜誤差可例如通過機(jī)械的距離改變或角度改變產(chǎn)生。根據(jù)所找到的誤差，所找到的放大誤差和/或傾斜誤差可例如用上面描述的精細(xì)
調(diào)整通過補(bǔ)充調(diào)整掃描器8的水平定向來補(bǔ)償，或通過計(jì)算校正參數(shù) 來補(bǔ)償，該校正參數(shù)在控制掃描器8的控制程序的范圍內(nèi)對射線9作 了目標(biāo)點(diǎn)的程序技術(shù)校正。
在該方法中，只在建筑場地的邊緣上測量個別的測量點(diǎn)，而對建 筑場地的在測量點(diǎn)之間的點(diǎn)，則通過內(nèi)插法進(jìn)行誤差的確定。對于測 量點(diǎn)之間的點(diǎn)的誤差的校正，同樣通過內(nèi)插法進(jìn)行。由此，只需要記 錄少量的測量點(diǎn)，這可以以較短的時間用少量的人工費(fèi)用實(shí)現(xiàn)。因此， 附帶的用于調(diào)整工作和維護(hù)工作的工作時間可以明顯地減少，因而可 以附帶地降低運(yùn)行費(fèi)用。
激光器冷卻和光學(xué)系統(tǒng)冷卻
下面根據(jù)圖1、 2和4描述用于光學(xué)系統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)。 基礎(chǔ)支架2在其內(nèi)部有一空腔53，其中有激光器6和管子13。設(shè) 置了兩個通風(fēng)機(jī)54。通風(fēng)機(jī)54產(chǎn)生氣流T，它從激光器6將熱空氣 帶走，因而將其冷卻。在此實(shí)施形式中，通風(fēng)機(jī)54在空腔53中設(shè)置 在管子13的范圍內(nèi)?？涨?3用兩個軟管55與建筑空間IO的上方的 設(shè)備l的區(qū)域連接，在建筑空間中設(shè)置掃描器8、偏光鏡7和光闌19、 20、 21。
如同在圖5中看出的那樣，氣流T通過通風(fēng)機(jī)54對準(zhǔn)建筑空間 10的上隔壁56。由此，用于冷卻能量源的氣流也朝光學(xué)系統(tǒng)的方向偏 轉(zhuǎn)。
由此，在該實(shí)施形式中，用于冷卻形式為激光器6的能量源的冷 卻系統(tǒng)同時用于冷卻光學(xué)系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)具有掃描器8、偏光鏡7 和光闌19、 20和21。因此，使之有可能用一個通風(fēng)系統(tǒng)去冷卻光學(xué) 系統(tǒng)的所有部件。
由于氣流T也導(dǎo)向建筑空間10的上隔壁56，故也可以用同一個 通風(fēng)系統(tǒng)去冷卻建筑空間IO的上側(cè)，同時可以防止設(shè)備l的控制裝置 的布置在建筑空間10的上方的部件的強(qiáng)烈加熱。用光學(xué)系統(tǒng)的通風(fēng)系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑空間10的上側(cè)的冷卻。因此，不用提供單獨(dú)的冷卻裝置，這是因?yàn)榧す馄鞯睦鋮s系統(tǒng)也可用于從設(shè)備1引走來自建筑過程的處 理熱。由此可以節(jié)省費(fèi)用，設(shè)備1可以以緊湊的方式建造。
在該實(shí)施形式中，其中有激光器6的空腔53與建筑空間10的上 側(cè)的連接通過兩個軟管實(shí)現(xiàn)。但是也可以例如通過機(jī)器框架本身中的 流動通道實(shí)現(xiàn)連接。也可以只設(shè)置一根軟管或一個連接通道。雖然示 出了兩個通風(fēng)機(jī)54，也可以按照所需要的冷卻功率，只設(shè)置一個通風(fēng) 機(jī)或更多的通風(fēng)機(jī)54。對于光學(xué)系統(tǒng)和建筑空間10的上側(cè)設(shè)置一共 用的通風(fēng)系統(tǒng)并不限于一種結(jié)構(gòu)，其中能量源為一激光器或能量源布 置在基礎(chǔ)支架2中。光學(xué)系統(tǒng)和建筑空間上側(cè)的高效而經(jīng)濟(jì)的冷卻也 可在其它的布置中達(dá)到。但是，在框架的一個基礎(chǔ)支架中布置能量源 使得有可能實(shí)現(xiàn)節(jié)省地方。
下面描述建筑空間10中的設(shè)備l的各單個部件。
加熱裝置
如同在圖5中示出的那樣，在建筑空間10中在建筑平面11的上 方布置一加熱裝置31，以用于加熱容器25中的粉末床并且尤其是用 于預(yù)熱一已經(jīng)涂覆但是尚未硬化的層。加熱裝置31例如按一個或多個 熱射線如紅外輻射器的形式形成，它或它們?nèi)绱瞬贾迷诮ㄖ矫?1 的上方，以使能均勻地加熱所涂覆的建筑材料層。在所示的實(shí)施形式 中，加熱裝置31作為平面輻射器形成，其熱輻射元件通過一石墨板形 成。如同在圖8中看出的那樣，熱輻射元件回紋形地結(jié)構(gòu)化 (strukturiert )。
在所示的實(shí)施形式中，加熱裝置31作為基本上正方形的板圍繞一 區(qū)域延伸，該板在其中部在入射窗12的下方具有基本正方形的凹座， 射線9穿過所述區(qū)域從掃描器8延伸至建筑平面11。
根據(jù)圖8描述加熱裝置31的固定。如同在圖8中示出的那樣，在 該實(shí)施形式中加熱裝置31主要由一支撐44和熱輻射器45組成。支撐 44被接納在一支座46中，該支座布置在建筑空間10的上部區(qū)域40 中。熱輻射器45被接納在支撐44中。
如同在圖8中示意地通過箭頭A示出的那樣，支撐44可以與熱輻射器45 —起從支座46中取出。支座46按一軌道的形狀形成，在其 中推入支撐44。支撐44可以不用工具插入支座46中，并從其取出。 支撐44與支座46之間的連接有可能有各種構(gòu)成。有一種固定可例如 通過鍵、夾子或類似物實(shí)現(xiàn)。也可設(shè)置一種結(jié)構(gòu)，其中支撐44鎖定在 支座46中。
支撐44同樣有一軌道狀的結(jié)構(gòu)，向其中推入熱輻射器45。熱輻 射器45可以不用工具插入支撐44中，并從支撐44中取出。如同在支 撐44與支座46之間的連接那樣，支撐44與熱輻射器45之間再次有 可能有不同的類型。也可以規(guī)定，熱輻射器45嵌接在支撐44中。
由此，所描述的支座46、支撐44和熱輻射器45的構(gòu)造使之有可 能一方面不用工具就將支撐44連同熱輻射器45 —起取出。為了清洗 建筑空間IO,這是特別有利的。另一方面，可以不用工具就將熱輻射 器45從支撐44中取出。在維護(hù)和更換熱輻射器45時，這是特別有利 的。不用工具取出或不用工具更換加熱裝置31的部件，使之有可能快 速而不復(fù)雜地清洗設(shè)備1和快速而不復(fù)雜地更換熱輻射器45。由此， 可以在維護(hù)工作和清洗工作時節(jié)省時間，同時設(shè)備1可以對下一個加 工步驟較快地重新作好準(zhǔn)備。
定量配給裝置
如同在圖5中示意地示出的那樣，在所示的實(shí)施形式中定量配給 裝置28和29各自構(gòu)成彎曲的板，它們在垂直于圖5的圖面的方向沿 建筑平面11的整個寬度延伸。定量配給裝置28和29可以繞一平行于 結(jié)構(gòu)平面ll延伸的軸線像輥?zhàn)右粯有D(zhuǎn)，并且各自形成一輸送輥。定 量配給裝置28、 29此時如此構(gòu)成，以使它們通過涂層器27的運(yùn)動被 驅(qū)動成繞其軸線轉(zhuǎn)動一規(guī)定的角度。
在圖7中，示意地示出定量配給裝置28。定量配給裝置29類似 于定量配給裝置28形成，不再詳細(xì)描述。定量配給裝置28可以不用 工具從設(shè)備l中取出并重新插入。如同在圖7中示出的那樣，定量配 給裝置28有一中間段28c，它按一彎曲的板的形式構(gòu)成并沿旋轉(zhuǎn)軸線 Z延伸。中間段28c用于配給規(guī)定的建筑材料量。定量配給裝置28此外具有一第一端28a，它在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線Z的方向有一小于中間段 28c的橫截面。定量配給裝置28的第二端28b同樣在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線 Z的方向有一小于中間段28c的橫截面。定量配給裝置28的第一端 28a與一懸掛裝置36連接，定量配給裝置28圍繞該懸掛裝置或與其 一起繞旋轉(zhuǎn)軸線Z轉(zhuǎn)動。為此，第一端28a與懸掛裝置36按形鎖合 方式彼此連接。在所示的實(shí)施形式中，第一端28a例如有一圓柱形突 起28a'，它形鎖合地插在懸掛裝置36的同樣是圓柱形的凹座36'中， 但是，懸掛裝置36和第一端28a也可以按另一種方式形成，例如第一 端28a可以有一凹座，而懸掛裝置則有一突起。凹座和相應(yīng)的突起可 例如有 一任何其它的導(dǎo)致形鎖合連接的形狀。
定量配給裝置28的第二端28b與一軸承37連接。該第二端28b 可旋轉(zhuǎn)地通過軸承37支承。在所示的實(shí)施例中，軸承37有一圓形的 突出的邊緣37a，它與旋轉(zhuǎn)軸線Z同心地延伸。第二端28b作為圓柱 形突起形成，它插在通過圓柱形的突出的邊緣37a形成的凹陷中。但 是，軸承37和第二端28a也可能有其它的構(gòu)形，例如軸承37作為突 出的軸銷形成，而第二端28b則有一凹陷，軸銷嵌入該凹陷內(nèi)。也可 能以多種不同的方式實(shí)現(xiàn)定量配給裝置28的可旋轉(zhuǎn)的支承。
在所示的實(shí)施形式中，此外在第二端28b的一側(cè)，在定量配給裝 置28與軸承37之間，設(shè)置一預(yù)緊元件38，預(yù)緊元件38朝懸掛裝置 36的方向預(yù)緊定量配給裝置28。在實(shí)施形式中，預(yù)緊元件38通過一 螺旋彈簧形成，它與旋轉(zhuǎn)軸線Z共軸地沿邊緣37a和第二端28b設(shè)置， 但是，也可能有可代替的構(gòu)形，例如預(yù)緊元件也可以按板彈的形式形 成，該預(yù)緊元件可設(shè)置在軸承37中或在第二端28b中，或者第二端 28b本身可通過預(yù)緊元件可運(yùn)動地裝在定量配給裝置28上。
在所示的實(shí)施形式中，軸承37與懸掛裝置36之間的距離比定量 配給裝置的從第一端28a至第二端28b的長度大一個預(yù)定的距離。該 預(yù)定的距離比突起28a'沿旋轉(zhuǎn)軸線Z的方向的長度略大。通過這種構(gòu) 成，定量配給裝置28可對抗預(yù)緊元件38的預(yù)緊力沿軸承37的方向移 動，以致在第一端28a和懸掛裝置36之間的形鎖合嵌接得以脫開。于
16是可以取出定量配給裝置28并且例如予以清洗，或者用另一個定量配 給裝置代替。定量配給裝置28的放入是按反向的方法步驟實(shí)現(xiàn)的。
由此，所描述的構(gòu)成使之有可能不用工具就能取出定量配給裝置 28。定量配給裝置28的不用工具的取出或不用工具的更換使之有可能 快速而不復(fù)雜地清洗設(shè)備1，并且快速而不復(fù)雜地更換定量配給裝置。 由此，可以在維護(hù)工作和清洗工作時節(jié)省時間，并且設(shè)備l可以較快 地再次等待在下一個工作步驟中使用，并可降低設(shè)備1的運(yùn)行費(fèi)用。
另 一種方案為，例如軸承37和/或懸掛裝置36也可構(gòu)成為驅(qū)動軸， 它們驅(qū)動定量配給裝置旋轉(zhuǎn)。在此情況下，也可在第二端28b與軸承 之間實(shí)現(xiàn)形鎖合連接。
定量配給裝置28的兩側(cè)的支座(定量配給裝置28保持在該支座 中)也可以例如構(gòu)成為凹座，定量配給裝置28側(cè)向移入所述凹座中。 固定可例如通過鍵、夾子或類似物實(shí)現(xiàn)。也可以設(shè)置這樣的結(jié)構(gòu)，其 中將定量配給裝置28嵌接在其支撐上。定量配給裝置28也可例如用 一滾花螺釘固定，該滾花螺釘可用手松開和上緊。
建筑材料供應(yīng)/熱力防護(hù)
現(xiàn)在根據(jù)圖5描述建筑空間10中的定量配給裝置28和29的區(qū)域。
在定量配給裝置28的區(qū)域內(nèi)形成一建筑材料接納區(qū)23，它在建 筑平面11所處的平面的下方。建筑材料接納區(qū)23如此形成，以使它 可以接納限定量的、由涂層器27供給的建筑材料。在定量配給裝置 29和供應(yīng)口 30的區(qū)域內(nèi)形成一建筑材料接納區(qū)24。該建筑材料接納 區(qū)24要如此確定尺寸，以使通過供應(yīng)口 30供應(yīng)的建筑材料以及還有 通過涂層器27返回的建筑材料都可以接納在其中。
建筑材料接納區(qū)23與24和定量配給裝置28與29的尺寸要如此 彼此協(xié)調(diào)，以使在定量配給裝置28或29每轉(zhuǎn)過180°時，有一規(guī)定 的建筑材料量在涂層器27前面移過。
如同在圖5中示出的那樣，在定量配給裝置28和29的上方，各 自安裝一射線防護(hù)板32和33。射線防護(hù)板32和33防止熱輻射從加 熱裝置31直接作用在建筑材料上，所述建筑材料在定量配給裝置28與29和供應(yīng)口 30的區(qū)域內(nèi)位于建筑材料接納區(qū)23和24中。
建筑材料接納區(qū)23和24的下側(cè)設(shè)有一雙層壁的結(jié)構(gòu)，通過該結(jié) 構(gòu)形成空腔34和35?？涨谎亟ㄖ牧辖蛹{區(qū)23和24的整個下側(cè)延 伸。通過這種雙層壁結(jié)構(gòu)，建筑材料接納區(qū)可向下相對于設(shè)備l的位 于下方的部件被隔熱。按照一種實(shí)施形式， 一流體可穿過該空腔34 和35循環(huán)，以便調(diào)節(jié)位于建筑材料接納區(qū)23和24中的建筑材料的溫 度。還可進(jìn)一步設(shè)置一調(diào)節(jié)裝置，它調(diào)節(jié)通過空腔34和34的流體的 流量率和/或流體的溫度。通過設(shè)置這種調(diào)節(jié)裝置可以控制建筑材料的 溫度。
通過設(shè)置射線防護(hù)板32與33和空腔34與35，可將定量配給裝 置28與29的區(qū)域和粉末接納區(qū)23與24中的建筑材料的溫度保持成 比建筑平面11的上方的建筑空間的溫度和容器25下方的區(qū)域的建筑 材料的溫度低。
由此，設(shè)置空腔34與35和射線防護(hù)板32與33防止非所希望地 過分升高建筑材料接納區(qū)23、 24中的建筑材料的溫度。由此，可以在 建筑過程之前減少對建筑材料的性能的熱力學(xué)影響。
涂層系統(tǒng)
下面根據(jù)圖9和13描述實(shí)施形式中的涂層系統(tǒng)。 如同在圖13中看出的那樣，涂層系統(tǒng)具有涂層器27和一驅(qū)動機(jī) 構(gòu)59。涂層器27具有涂層元件61和一支撐60。涂層元件61保持在 支撐60中。支撐60與驅(qū)動機(jī)構(gòu)59連接。
如同在圖9中看出的那樣，支撐60有一個主臂62和兩個從主臂 垂直向下延伸的支撐臂，即第一支撐臂63和第二支撐臂64。第一支 撐臂63做成剛性的，并固定地與主臂62連接。第二支撐臂64在其一 個端部64a固定地與主臂62連接。第二支撐臂有一撓性，以致其自由 端64b可以對抗第二支承臂64的材料的回彈力以一有限的量運(yùn)動，如 圖9通過箭頭C指出的那樣。通過這一運(yùn)動，可以加大支撐臂63和 64的自由端63b、 64b之間的距離。在支撐臂63和64中各自設(shè)置一 凹座63c和64c。涂層元件61有一基本平行于支撐60的主臂62延伸的主體61a， 和兩個在側(cè)面從主體61a伸出的突起61b。兩個突起61b如此決定其 尺寸，以使它們可以形鎖合地插在支撐臂63和64的凹座63c和64c 中。形鎖合的接合在涂層元件61和支撐60之間產(chǎn)生一不能轉(zhuǎn)動的連 接。在所示的實(shí)施形式中，涂層元件61作為一涂層刀片形成，其下邊 緣61c造成建筑材料的涂覆和抹平。
如同在圖9示意地通過箭頭C和D示出的那樣，自由端64b可以 沿箭頭C的方向從自由端63b移開，以致可以松開涂層元件61與第 二支撐臂64之間的形鎖合的接合。于是，如同通過箭頭D指出的那 樣，涂層元件61可以從支撐60上取下。
涂層元件61在支撐60上的固定是按反向的順序?qū)崿F(xiàn)的。
通過所描述的構(gòu)成，涂層元件61可以無工具地、也就是說不用工 具從支撐60上拆下和固定在支撐60上。由此，使之有可能較快地而 且更有效地更換涂層元件61?？梢栽诰S護(hù)工作和清洗工作時節(jié)省時 間，并且設(shè)備1可以較快地等待在下一個工作步驟中使用。尤其是， 可以對應(yīng)于各自的要求，對于依次跟隨的建筑過程，采用不同的涂層 元件61,并且在建筑過程之間用少量的人力耗費(fèi)更換涂層元件。
也可能與其他的將涂層元件61與支撐60連接的結(jié)構(gòu)。例如可以 在涂層元件61上設(shè)置凹座，在支撐60上設(shè)置突起，以用于形鎖合的 連接。也可以例如在槽中設(shè)置插入件，并在必要時設(shè)置在涂層元件61 與支撐60之間的卡鎖。
下面根據(jù)圖13描述涂層元件27的涂層機(jī)構(gòu)59。如同在圖13中 看出的那樣，涂層元件27的支撐60與一驅(qū)動軸65不旋轉(zhuǎn)地連接。驅(qū) 動軸65以其端部可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承66和67中。驅(qū)動軸65可繞一 垂直于在圖5中示出的建筑平面11延伸的軸線E旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)通過 圖13中的箭頭F表示。在驅(qū)動軸65上此外不旋轉(zhuǎn)地安裝一杠桿68。 杠桿68與一驅(qū)動裝置-活塞-缸體系統(tǒng)69連接。杠桿68此外與一制動 器-活塞-缸體系統(tǒng)70連接。在實(shí)施形式中，驅(qū)動裝置-活塞-缸體系統(tǒng) 69作為氣動系統(tǒng)形成，它在活塞被作用以壓力時，通過杠桿68驅(qū)動
19驅(qū)動軸65使其繞軸線E轉(zhuǎn)動。驅(qū)動軸65的旋轉(zhuǎn)造成支撐60的旋轉(zhuǎn)， 以致使涂層元件61平行于建筑平面11運(yùn)動。驅(qū)動軸65在建筑場地的 側(cè)向布置在建筑空間的后部區(qū)域中，在所述建筑場地中實(shí)現(xiàn)建筑材料 的硬化。通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)59，涂層器27可在一有限的角度范圍上在一 相當(dāng)于一圓弧段的軌道上移動。由此，涂層器27在圓形軌道上在一在 建筑場地的一側(cè)的第一位置和一在建筑場地的相對側(cè)的第二位置之間 來回移動。由于這種構(gòu)成，為了涂層器27的運(yùn)動，驅(qū)動機(jī)構(gòu)59基本 布置在建筑場地的一側(cè)，并保證從相對的一側(cè)自由接近建筑場地。通 過設(shè)置氣動系統(tǒng)作為驅(qū)動裝置，可以同時以高精度和低費(fèi)用實(shí)現(xiàn)涂層 器的運(yùn)動。
制動器-活塞-缸體系統(tǒng)70構(gòu)成為液壓制動缸。制動器-活塞-缸體 系統(tǒng)70產(chǎn)生對壓力變化的阻尼，當(dāng)驅(qū)動裝置-活塞-缸體系統(tǒng)受載時或 與驅(qū)動裝置相反地作用的阻力有變化時(這會導(dǎo)致涂層器27的顫動的 速度變化)。由此，涂層器27有可能按預(yù)定的速度曲線作均勻的運(yùn)動。 優(yōu)化的涂層器27的運(yùn)動造成改進(jìn)的、均勻的層的涂覆，并由此造成構(gòu) 件品質(zhì)的改善。
在該實(shí)施形式中描述了一種涂層器27,它在圓形軌道上繞一軸線 E平行于建筑平面ll運(yùn)動。圓形軌道的尺寸如此確定，以使涂層器沿 整個建筑平面進(jìn)行一運(yùn)動。涂層器也可如此構(gòu)成，以使沿建筑平面11 實(shí)現(xiàn)一直線運(yùn)動。在此情況下，驅(qū)動裝置-活塞-缸體系統(tǒng)69與制動器 -活塞-缸體系統(tǒng)70的組合同樣造成涂層器的均勻的運(yùn)動，并由此造成 一改進(jìn)的層的涂覆。
替換容器/懸掛裝置
在實(shí)施形式中，根據(jù)圖5和10描述容器25的構(gòu)形。在圖中僅僅 示意地示出容器25連同布置在其中的支承裝置26。
在實(shí)施形式中，容器25構(gòu)成為替換容器，它與布置在其中的、形 成建筑平臺的支承裝置26 —起可從設(shè)備l中取出。在設(shè)備1中設(shè)置一 未示出的耦合機(jī)構(gòu)，用該耦合機(jī)構(gòu)可形成支承裝置26和容器25與用 于支承裝置26的垂直運(yùn)動的驅(qū)動裝置的連接，并可以脫開該連接。此耦合機(jī)構(gòu)通過設(shè)備1的控制來控制。耦合機(jī)構(gòu)可如此構(gòu)成，即它與在 引言中提到的現(xiàn)有技術(shù)中所描述的類似。
如同在圖10中示意地示出的那樣，在門73上設(shè)置一支撐74。門 73可擺動地固定在設(shè)備1的機(jī)器框架上，并在關(guān)閉狀態(tài)相對于設(shè)備1 的外側(cè)封閉設(shè)備l的建筑空間10。在實(shí)施形式中，門73在其一側(cè)如 此支承，以使它如同通過箭頭H表示的那樣，能繞一軸線G擺動。軸 線G在所示的實(shí)施形式中垂直地延伸，以致設(shè)備1的門73可以擺動 到側(cè)面打開。
容器25在一側(cè)有一緊固件75。緊固件75可與門73上的支撐74 嵌接，以致容器25能支承在門73上并與門73 —起從機(jī)器框架擺開。 支撐74在所示的實(shí)施形式中在門73的內(nèi)側(cè)作為一突起形成，該突起 在其上側(cè)上具有一凹座。在容器25上的緊固件75構(gòu)成為一突出的、 與凹座嵌接的鉤子。
為了將容器25插在設(shè)備1中，容器25的緊固件75在門73打開 時與支撐74嵌接。這個過程可以以輕松的方式進(jìn)行，這是因?yàn)樵陂T 73打開時，支撐74可從設(shè)備1的外側(cè)輕易接近。在門73關(guān)閉時，容 器25就移入建筑空間10內(nèi)。容器25通過設(shè)備1的控制經(jīng)由耦合機(jī)構(gòu) 與門的支撐74脫開。支承裝置26與所屬的驅(qū)動裝置連接。
在此情況下，容器25不與門73連接，門73可以在需要時打開， 而不必在此時從設(shè)備1上取下容器25。另一方面，可以通過設(shè)備l的 控制重新使容器25與支撐74嵌接，并從所屬的驅(qū)動裝置上卸下支承 裝置26。在此情況下，容器25可通過門73的打開從建筑空間10并 從設(shè)備1移出。容器25與門73—起擺出。在此位置，容器25可以容 易地從設(shè)備上取下，不需要進(jìn)入機(jī)器的內(nèi)部。
雖然門73在實(shí)施形式中是繞一垂直的軸線擺動的，但是也可以例 如，將門設(shè)置成按另一種方式在水平平面中打開。此外門73與容器 25的連接可不限于所描述的具有凹座和與凹座嵌接的鉤的實(shí)施方式。 也可以設(shè)置其它的機(jī)構(gòu)，以使門73與容器25嵌接。
建筑平臺密封根據(jù)圖ll描述支承裝置26在容器25中的導(dǎo)向。如同已經(jīng)根據(jù)圖 5描述的那樣，支承裝置26可通過一驅(qū)動裝置相對于容器25沿垂直 方向K移動。支承裝置26的上側(cè)形成建筑平臺78，在其上逐層地生 產(chǎn)要形成的三維物體。在建筑平臺78和容器25的內(nèi)壁79之間有一間 隙80，其尺寸要如此確定，以使支承裝置26可在容器25中沿垂直方 向移動。存在這樣的危險，即建筑材料通過間隙80從建筑平臺78的 區(qū)域到達(dá)在建筑平臺78的下方的容器25區(qū)域中。但是，建筑材料的 穿過是非所希望的，這是因?yàn)榭赡芘K驅(qū)動裝置，并且作為后果需要 維護(hù)工作。
為了防止建筑材料穿過，間隙80要通過一密封部81封閉，它在 下面描迷。密封部81通過一用柔性材料做的層形成，它成環(huán)形地沿建 筑平臺78的邊緣，在建筑平臺78的下方布置。密封部81例如用一硅 材料的扁平條制造。但是，它也可以是有足夠的耐熱性和撓性的其它 材料。密封部81在扁平的狀態(tài)在垂直移動方向K的平面中具有一略 大于容器25的內(nèi)尺寸的外尺寸。由此，密封部81在插入容器25中的 狀態(tài)時在間隙80的范圍內(nèi)略折彎，并由于其材料的柔性在輕微的張力 下靠在容器25的內(nèi)壁79上。
在密封部81的下方在建筑平臺78的下面布置一導(dǎo)板82，導(dǎo)板 82在垂直于移動方向K的平面內(nèi)有一比建筑平臺78略大的外尺寸。 導(dǎo)板82的周向的外緣82a沿間隙80的方向折彎。外緣82a在間隙80 的范圍內(nèi)靠在密封部81上。外緣82a在其外周的范圍內(nèi)使密封部81 彎曲，以致密封部的邊緣在間隙中朝上部空間邊界折彎。即使在建筑 平臺78沿與密封部81的折彎的邊緣區(qū)的彎曲方向移動時，導(dǎo)板82 也可防止柔性的密封部81在其邊緣區(qū)中沿與預(yù)變形的方向相反的方 向翻轉(zhuǎn)。由此，可以保證支承裝置26可與建筑平臺78—起在移動方 向K上相對于容器25可靠地移動。此外可防止建筑材料顆粒穿入建 筑平臺78下方的區(qū)域中，這可能在密封部翻轉(zhuǎn)時產(chǎn)生。
具有折彎的邊緣區(qū)82a的導(dǎo)板82此外有這樣的效果，即可以采用 例如用硅做的平板作為密封部81。密封部81也可例如用其它的塑料制造。由于這種實(shí)施，密封不需要沿周向在其外緣上有與容器的內(nèi)徑 的準(zhǔn)確尺寸特定相配的結(jié)構(gòu)或成型。 容器的調(diào)溫
根據(jù)圖5和6描述建筑空間10的下部區(qū)域41。如同在圖5中看 出的那樣，在下部區(qū)域41中形成一腔室85，其包圍容器25下側(cè)。腔 室85在設(shè)備1運(yùn)行時充滿流態(tài)介質(zhì)。在實(shí)施形式中，該流態(tài)介質(zhì)為氣 體。尤其是在一實(shí)施形式中，此氣體為一惰性氣體，它也在上部區(qū)域 40中使用，以便防止建筑材料通過例如氧化變壞。
腔室85在其側(cè)面通過側(cè)壁86界定，并向上在建筑平面11的高度 上，通過一隔板87與建筑空間10的上部區(qū)域40分開。腔室85向下 通過一底部88界定。底部88在容器25的下方的區(qū)域內(nèi)有一通孔89， 以用于支承裝置26與其驅(qū)動裝置連接。在底部88中在容器25的角部 的下方的區(qū)域內(nèi)設(shè)置出口孔90。在所示的實(shí)施形式中，在容器25的 每個角部的下方分別設(shè)置兩個出口孔90。不過，也可以設(shè)置其它的出 口孔數(shù)，例如也可以對于每個角部只設(shè)置一個出口孔。
在側(cè)壁86內(nèi)在上部區(qū)域中，如同在圖5中看出的那樣，另外設(shè)置 孔91?？?1通過一通風(fēng)系統(tǒng)與出口孔90連接。通風(fēng)系統(tǒng)在實(shí)施形式 中布置在腔室85的外面，并通過一在側(cè)壁86的外面和在底部88的下 面延伸的第二室84形成。在通風(fēng)系統(tǒng)中有一通風(fēng)機(jī)92。在通風(fēng)系統(tǒng) 中此外設(shè)置一加熱裝置93和一溫度傳感器。位于下部區(qū)域41中的流 態(tài)介質(zhì)通過通風(fēng)機(jī)92經(jīng)過孔91 ;故吸入第二室84中，并通過出口孔 90再次定向地流入腔室85中。由于出口孔90在容器25的角部的下 方的布置和孔91在側(cè)壁86的布置，在容器25的角部的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生定 向流，它對容器25起溫度平衡作用。此流動通過圖5和6中的箭頭S 表示。通過這種定向流，可以確定容器25的溫度分布，并有可能做到 容器25的均勻的調(diào)溫。設(shè)置加熱裝置93和溫度傳感器使得有可能準(zhǔn) 確調(diào)節(jié)定向流的溫度。由此，可以以規(guī)定的方式調(diào)節(jié)在設(shè)備1運(yùn)行時 容器25和位于其中的建筑材料的溫度。定向流導(dǎo)致流態(tài)介質(zhì)與容器 25尤其是在容器角部上的熱交換。從角部出發(fā)，可以以有利的方式特別均勾地保持容器25的溫度分布。
通過借助定向流對容器角部的有意識的調(diào)溫，可以在運(yùn)行時實(shí)現(xiàn) 硬化的建筑材料和容器25中周圍的未硬化的建筑材料的受控制的冷 卻。由此，可以在冷卻建筑材料時，防止一種極端的溫度梯度，這種 極端的溫度梯度在冷卻期間通過變形造成完成的三維物體的變壞。
在實(shí)施形式中，可以采用也在建筑空間10的上部區(qū)域40 (實(shí)際 建筑區(qū))中使用的同一種處理氣體作為流態(tài)介質(zhì)。由此，在建筑空間 10的上部區(qū)域40和下部區(qū)域41之間不需要特別密封。由此，有可能 做到設(shè)備1的經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)。還可以進(jìn)一步以較高的程度防止容器25 中的建筑材料的熱力學(xué)老化。特別考慮到未硬化的建筑材料在進(jìn)一步 的建筑過程中的重新使用，這也是有利的。
建筑材料供應(yīng)
根據(jù)圖1、 12和15描述建筑材料至設(shè)備1的供應(yīng)。如同在圖1 中看出的那樣，在設(shè)備1的后部區(qū)域形成一用于供應(yīng)建筑材料的開口 95。開口 95與在圖5中示出通向建筑空間IO的供應(yīng)口 30連接。在實(shí) 施形式中，供應(yīng)根據(jù)建筑材料的自重通過重力輸送進(jìn)行。在圖12中示 意地示出井筒69的上部區(qū)域。
井筒96在其上側(cè)有一蓋壁97，在蓋壁97中設(shè)置兩個孔97a和97b， 以用于與用于建筑材料供應(yīng)的填充管98a和98b連接。填充管98a和 98b在其上側(cè)有用于建筑材料供應(yīng)容器100a和100b的接頭99a、99b。 接頭99a和99b可分別與建筑材料供應(yīng)容器100a和100b連接。在填 充管98a、 98b中各自設(shè)置一活門101a、 101b?；铋T101a、 101b可各 自移入一第一位置，在該第一位置處如同在圖12的左面示出的那樣， 關(guān)閉所屬的填充管98a或98b的截面。活門101a、 101b還可各自移 入一第二位置，在該第二位置處填充管98a或98b的截面未關(guān)閉，建 筑材料可從建筑材料供應(yīng)容器100a或100b進(jìn)入井筒96中。
在井筒96中，在孔97a和97b的下方各自安裝一料位檢測器102a 和102b。料位檢測器102a檢測，是否在井筒96中在填充管98a的下 方有建筑材料。料位檢測器102b檢測，是否在井筒中在填充管98b填充管98a和98b各自設(shè)置一機(jī)構(gòu)，填充管可用該機(jī)構(gòu)與固定在 其上的建筑材料供應(yīng)容器100a和100b—起沿井筒96—起移動或可如 同在圖15中示意地示出的那樣，從井筒移開。該運(yùn)動可對兩個填充管 彼此分開地進(jìn)行。在此實(shí)施形式中，此移動可作為繞一基本水平地延 伸的軸線的擺動進(jìn)行。
在運(yùn)行中，井筒96首先填以建筑材料。建筑材料供應(yīng)容器100b 同樣填以建筑材料，而所屬的活門IOI則位于打開的位置。建筑材料 的材料柱在井筒96中一直延伸至所屬的料位檢測器102b的上方。第 二建筑材料供應(yīng)容器100a同樣填以建筑材料，但是所屬的活門則如同 在圖12中示出的那樣仍然處于關(guān)閉位置。
在設(shè)備l運(yùn)行時，要消耗建筑材料，井筒96中的料位下降，這是 因?yàn)榻ㄖ牧嫌捎谄渲亓慷ㄟ^供應(yīng)口 30被送至建筑空間10。只要 在建筑材料供應(yīng)容器100b中存在建筑材料，建筑材料就向下滑入井筒 96中。當(dāng)建筑材料供應(yīng)容器100b空的時候，則在設(shè)備1進(jìn)一步運(yùn)行 時，井筒96中的料位在料位檢測器102b的一側(cè)就下降。于是，料位 檢測器102b檢測到，建筑材料供應(yīng)容器100b是空的。接著，填充管 98b中的活門101關(guān)閉。另一個填充管98a中的活門101打開，以使 建筑材料從另一個建筑材料供應(yīng)容器100a供給井筒96。
在此位置，建筑材料供應(yīng)容器100b可從設(shè)備1上取下并填充，或 者用另一個已經(jīng)填充的建筑材料供應(yīng)容器替換。接頭99a或99b可例 如作為內(nèi)螺紋在填充管98a或98b中形成，在該內(nèi)螺紋中檸入建筑材 料供應(yīng)容器100a、 100b上的相應(yīng)的外螺紋。這使得有可能采用在市 場上得到的容器作為建筑材料供應(yīng)容器。已經(jīng)填充的或已經(jīng)替換的建 筑材料供應(yīng)容器可以重新與填充管98b連接，并沿井筒96移動，以使 它在另一建筑材料供應(yīng)容器100a是空的時候等待使用。
當(dāng)建筑材料供應(yīng)容器100a排空時，井筒96中的料位下降，料位 檢測器102a檢測該下降，并向設(shè)備l的控制裝置發(fā)出一信號，該信號 指出建筑材料供應(yīng)容器是空的。接著，填充管98a中的活門IOI可以
25旦I^P工丄鄉(xiāng)古姿"SL 士 、，義l，l 1 A, "ST ，" "lrr JT，力估，"舌扭21 2會終4J
料供應(yīng)容器100b供應(yīng)建筑材料。活門101的關(guān)閉和打開可通過設(shè)備l 的控制裝置進(jìn)行。于是，可以更換建筑材料供應(yīng)容器100a。
設(shè)置兩個建筑材料供應(yīng)容器100a和100b,它們可彼此獨(dú)立地通 過獨(dú)立的接頭98a和98b與設(shè)備1連接。當(dāng)更換一建筑材料供應(yīng)容器 100a或100b時，設(shè)備1的運(yùn)行必須不能中斷。當(dāng)在建筑空間IO中制 造一三維物體時，建筑材料供應(yīng)容器的替換可在進(jìn)行的建筑過程中進(jìn) 行?？梢缘玫皆O(shè)備1的高效運(yùn)行，并可減少其中可不進(jìn)行建筑過程的 停歇時間。設(shè)備l可以更簡單地操作。在運(yùn)行時，可以經(jīng)常保持一個 建筑材料供應(yīng)容器是填滿的。
可以進(jìn)一步設(shè)置一蓋子，以用于封閉建筑材料供應(yīng)容器100a、 100b。于是，建筑材料容器在向設(shè)備l供應(yīng)之前或在取走之后封閉。
通過形成具有用于建筑材料供應(yīng)容器100a、 100b的接頭99a、 99b 的填充管98a、 98b，可以在設(shè)備中使用也適合貯存和混合建筑材料的 建筑材料供應(yīng)容器。按照接頭的構(gòu)成，可以采用從市場上得到的容器。
也可以進(jìn)一步設(shè)置多個建筑材料供應(yīng)容器，以用于例如不同的建 筑材料，或者也可用于貯存建筑材料。尤其是，可以如此使用多個建 筑材料供應(yīng)容器，以使用兩個建筑材料供應(yīng)容器實(shí)現(xiàn)設(shè)備1的運(yùn)行， 并且同時在其它建筑材料供應(yīng)容器中進(jìn)行建筑材料的混合。設(shè)備l可 以進(jìn)一步設(shè)有用于建筑材料供應(yīng)容器的一個或多于兩個的接頭。
在一實(shí)施形式中，設(shè)備l的控制裝置如此形成，以使通過料位檢 測器102a、 102b自動電子地將料位信息發(fā)送給操作人員。發(fā)送可例如 通過SMS或E-mail進(jìn)行。為此，設(shè)備1有一合適的網(wǎng)絡(luò)接口 。
已經(jīng)描述了，建筑材料的供應(yīng)通過利用建筑材料的自重進(jìn)行。但 是，供應(yīng)也可以用其它的方式進(jìn)行。例如，可以對建筑材料供應(yīng)容器 設(shè)置一協(xié)助建筑材料至井筒的供應(yīng)的機(jī)械裝置。例如，可以是一使建 筑材料供應(yīng)容器100a、 lOOb或位于其中的建筑材料振動的振動裝置， 以便協(xié)助建筑材料至井筒96的供應(yīng)。振動裝置也可以通過在填充管 98a、 98b (填充段)上的一個或多個機(jī)械激振器來形成。變更
所述的設(shè)備有可能有各種變更。也可以采用其它能量源例如其它 光源或者例如電子源或其它粒子源，以代替激光。根據(jù)能量源，也可 以采其它光學(xué)系統(tǒng)。在用電子源作為能量源的情況，可例如采用電磁 透鏡系統(tǒng)和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
所描述的某些特色，例如形成框架系統(tǒng)，也可以例如在采用與噴 墨印刷類似的方法的、用于三維印刷的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，或在掩模曝光法 中實(shí)現(xiàn)。
在采用激光作為能量源時，設(shè)備可以構(gòu)造成為在激光燒結(jié)法中應(yīng) 用，或在激光熔化法中應(yīng)用，在激光熔化法中建筑材料局部熔化。
作為建筑材料，許多材料都有可能。例如可以采用塑料粉末例如 聚酰胺粉末，或者也可以采用金屬粉末或陶瓷粉末。也可能是混合物， 這樣例如可以采用用塑料涂層的金屬。
權(quán)利要求
1.通過在相應(yīng)的層中在與物體相對應(yīng)的位置上逐層硬化粉末狀的建筑材料以制造三維的物體的設(shè)備(1)，該設(shè)備包括設(shè)置在設(shè)備中的容器(25)；在容器中能沿垂直方向運(yùn)動的支承裝置(26)，該支承裝置的上側(cè)形成建筑平臺(78)，在該建筑平臺上逐層地制造三維的物體；涂層器(27)，所述涂層器用于將粉末狀的建筑材料涂覆在建筑平臺或一事先已經(jīng)硬化的層上；以及能量源(6)，所述能量源提供用于硬化粉末狀的建筑材料的射線(9)；其中，在設(shè)備(1)中在容器(25)下方的區(qū)域內(nèi)設(shè)置出口孔(90)，通過所述出口孔分別有一流態(tài)介質(zhì)的定向流朝向容器(25)的邊緣區(qū)域定向地流出。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征為，容器(25)具有一有棱 角的形狀，并且在容器(25)的每個角部下方分別設(shè)置至少一個出口 孔(90 )。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征為，在容器(25)的每個角 部上沿著角部產(chǎn)生一朝向容器(25)上側(cè)的流態(tài)介質(zhì)流。
4. 如權(quán)利要求1至3之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，容器(25) 在其底側(cè)被一腔室(85)包圍，并且出口孔設(shè)置在一向下限定腔室(85) 的底部(88)中。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征為，腔室(85)被側(cè)壁(86) 從側(cè)面包圍并且在其中至少一個側(cè)壁中設(shè)置孔(91)，該孔將流態(tài)介質(zhì) 流從腔室(85)中導(dǎo)出。
6. 如權(quán)利要求1至5之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，流態(tài)介質(zhì)是 惰性氣體。
7. 如權(quán)利要求1至6之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，建筑平臺(78 ) 的上側(cè)通過一建筑空間(10)包圍限定，并且流態(tài)介質(zhì)是與在建筑平臺(78)上方存在于建筑空間(10)中的氣體相同的氣體。
8. 如權(quán)利要求1至7之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，流態(tài)介質(zhì)通 過通風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)，該通風(fēng)系統(tǒng)具有用于產(chǎn)生定向流的通風(fēng)機(jī)(92)。
9. 如權(quán)利要求1至8之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，設(shè)置加熱裝 置(93)，用于調(diào)節(jié)流態(tài)介質(zhì)至規(guī)定的溫度。
10. 通過在相應(yīng)的層中在與物體相對應(yīng)的位置上逐層硬化粉末狀 的建筑材料以制造三維的物體的方法，包括下面的步驟重復(fù)地將粉末狀的建筑材料的層涂覆到一在容器(25)中能沿垂 直方向運(yùn)動的建筑平臺(78)上或一事先已經(jīng)硬化的建筑材料層上， 并且分別在相應(yīng)的層中在與待制造的物體對應(yīng)的位置上硬化粉末狀的 建筑材料，并且同時將一流態(tài)介質(zhì)的定向流朝向容器(25)的邊緣區(qū) 域定向。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，將所述定向流從下 方朝向容器(25)的角部定向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過在相應(yīng)的層中在與物體相對應(yīng)的位置上逐層硬化粉末狀的建筑材料以制造三維的物體的設(shè)備(1)。該設(shè)備包括設(shè)置在設(shè)備中的容器(25)；在容器中能沿垂直方向運(yùn)動的支承裝置(26)，該支承裝置的上側(cè)形成建筑平臺(78)，在該建筑平臺上逐層地制造三維的物體；涂層器(27)，所述涂層器用于將粉末狀的建筑材料涂覆在建筑平臺或一事先已經(jīng)硬化的層上；以及能量源(6)，所述能量源提供用于硬化粉末狀的建筑材料的射線(9)。在設(shè)備(1)中在容器(25)下方的區(qū)域內(nèi)設(shè)置出口孔(90)，通過所述出口孔分別有一流態(tài)介質(zhì)的定向流朝向容器(25)的邊緣區(qū)域定向地流出。
文檔編號B29C67/00GK101600560SQ200780033498
公開日2009年12月9日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者G·坎茨勒, H·佩雷特, J·菲利皮, M·格特, P·凱勒, S·席米特澤克, T·哈爾德 申請人:Eos有限公司電鍍光纖系統(tǒng)