專利名稱：：用于由粉末狀制造材料分層地生產三維物體的設備和方法
技術領域：
：本發明涉及用于由粉末狀制造材料分層生產三維物體的設備和方法。特別地，本發明涉及選擇性激光燒結的方法，在下文中簡稱為激光燒結方法，和激光燒結設備。
背景技術：
：根據權利要求1以及權利要求5的前序部分的激光燒結方法和激光燒結設備例如從DE10105504Al中已知。在此方法中，特別地使用了合成材料粉末，例如聚酰胺。在已知的方法中，制造過程中總是使用了一定量的舊粉末，即在一個或多個在先的制造過程中、作為未燒結的粉末而剩余下來的粉末。然而舊粉末經受了老化過程。因此，舊粉末熱學地和/或熱氧化地受損且因此具有與新粉末不同的材料特性和因此不同的加工參數。因此舊粉末僅能以一定的比例與新粉末混合而不損害制造過程和構件質量。所謂的更新率是在用于制造過程的混合量中新粉末的百分比比例/在混合量中舊粉末的百分比比例(例如50/50)。該更新率應盡可能小，因為可以節約用于新粉末的成本。在DE10105504A1中建議，將舊粉末或舊粉末和新粉末的混合物在固化前預處理，例如通過流體化處理，以降低因老化而質量降低的改變作用，且因此可以混合更多的舊粉末。然而，通過這樣的預處理通常不能消除粉末的因老化而質量降低的改變。特別地，過高的舊粉末比例導致外部構件壁的不滿意的表面特性，這稱為縮孔，也稱為"縮痕"或"橘皮"。由WO2005/097475已知了用于這樣的方法的激光燒結方法和激光燒結粉末，其中試圖通過使用一定的材料來解決縮孔的問題，該材料在燒結過程中具有高的穩定性且因此當作為舊粉末使用時具有更小的因老化的損害。但教示了使用者使用此特定的粉末，該粉末又具有與迄今通常使用的粉末不同的特性且可能不滿足所有要求。進一步從US4，938，816中已知，在激光燒結中，在固化中或固化前，以激光通過產生電磁場將粉末壓縮，以得到高的體積密度。從EP1058675Bl中已知，在激光燒結陶瓷粉末中通過滾子將涂敷上的粉末層壓縮。因此降低了在陶瓷粉末的固相中燒結所要求的時間。從DE19514740Cl中已知了用于激光燒結的設備，特別是激光燒結金屬粉末的設備，其中粉末通過涂敷器刃片涂敷。刃片在涂敷器緣上具有其角度在30。和90°之間的傾斜的側面。在對置的平滑緣上同樣提供了具有在r和60°之間的角度的傾斜的面。平滑緣將已固化的層平滑。
發明內容本發明的任務是提供用于生產三維物體的方法和設備，特別是激光燒結方法和激光燒結設備，通過該方法和設備可降低更新率，且通過該方法和設備可降低方法的成本。本任務通過根據權利要求1的設備和根據權利要求7、8或13的方法解決。本發明的擴展在從屬權利要求中給出。此方法具有的優點是可以使用常規的粉末用于激光燒結，例如聚酰胺或其他材料種類，特別是聚醚醚酮(PEEK)，各自帶有或不帶有例如玻璃微粒、強化纖維、金屬添加物的添加物，例如填充鋁的聚酰胺等。粉末的特性充分地已知。以此方法且以此設備可以進一步將更新率降低至0%新粉末(0/100)。本發明的另外的特征和實用性從根據附圖對實施例的描述中可見。各圖為圖l示出了激光燒結設備的示意性圖示；和圖2示出了使用激光燒結設備內的涂敷器的粉末涂敷的示意性透視側視圖3示出了涂敷器的涂敷器刃片的橫截面的示意性圖示；和圖4示出了涂敷器如何將粉末涂敷在已燒結的層上的部分剖視的透視圖。具體實施例方式在圖l中圖示的激光燒結設備具有向上打開的容器l，容器l帶有在其內、在垂直方向上可移動的承載器2，它承載了待形成的物體3且限定了制造區。承載器2在垂直方向上這樣調節，使得物體的每個待固化的層位于工作平面4上。進一步地提供了涂敷器5，以涂敷通過電磁輻射可固化的粉末狀制造材料。設備進一步具有激光器6。由激光器6產生的激光束7通過偏轉裝置8偏轉到耦合窗9上，且從耦合窗9通入處理室10內且在工作平面4內的預先確定的點中聚焦。進一步提供了控制單元ll，通過控制單元ll以協同的方式控制設備的組件以執行制造過程。如在圖2中示出，涂敷器5具有兩個以一定間隔相互分開的且在工作平面上方一定距離處布置的夾板51、52，粉末儲備20位于夾板中間。夾板51、52在制造區的整個寬度上延伸。在夾板的相互指向的內側上各自提供了刃片60、61，刃片60、61也在整個制造區的寬度上延伸，且在夾板上、在工作平面的方向上各自向下突出。刃片下側具有距承載器上表面或最后固化的層的距離d，該距離d對應于希望的層的層厚。在圖2中，所圖示的目前涂敷器5的行進方向以B給出。如從圖3中可見，刃片在行進方向B上具有厚度D，且具有兩個基本上垂直于工作平面4延伸、且相互基本上平行地對齊的表面60a、60b，表面60a、60b橫向地在制造區上延伸。在指向工作平面的下側上，刃片具有斜面60c，其中刃片在涂敷器中這樣布置，使得斜面60c在涂敷方向B上上升。斜面形成了涂敷面。斜面60c與平行于工作平面4或者說承載器表面的面E形成銳角a，其角度值大于O。且大約5。，優選地為大約2°。在垂直表面60b和傾斜的刃片面60c之間的下緣60d位于相對于面E的高度x上。在刃片厚度D為大約6mm的情況下，高度x大于0.03且小于0.5mm。刃片的厚度可以在lmm和20mm之間。因此，涂敷器具有在涂敷方向B上僅微弱偏調的面60c。第二涂敷器刃片61布置在第二夾板52內側，且與第一涂敷器刃片60鏡像對稱地形成。第二涂敷器刃片61的傾斜的面61c因此逆著涂敷方向B偏調，在涂敷方向B中第一涂敷器刃片60進行涂敷過程。因此，可以使用涂敷器每次在去程和回程中涂敷新的粉末層，且每次攜帶粉末儲備且在需要時補充粉末儲備。在運行中優選地使用合成材料粉末作為粉末，例如，如聚酰胺的聚合物粉末，特別是聚酰胺12，或來自其他材料種類的粉末，例如PEEK，各自帶有或不帶有添加物。在涂敷過程前，將從一個或多個在先制造過程中作為未燒結粉末而剩余下來的舊粉末與新粉末混合。更新率例如在非填充的聚酰胺的情況中為50%—30%新粉末(更新率50/50至30/70)，且在填充的聚酰胺的情況中為100%_70%新粉末(更新率100/0至70/30)。對于新粉末，理解為未在在先的生產步驟中使用過的粉末。對于舊粉末理解為這樣的粉末，它由90%的、在粉末餅內一同置入的、且在制造過程的整個持續期間內在高溫下存儲的粉末，和大約10%的、在層涂敷中推入溢出容器中的粉末，組成。混合可以在激光燒結設備外部或內部進行。在每個涂敷過程之前，將粉末以這樣的量供給到涂敷器5內，所供給的量足夠涂敷粉末層。然后涂敷器5行進通過制造區，其中涂敷器刃片60涂敷了帶有預先確定的厚度d的層21。通過在涂敷方向B上傾斜地偏調的面60c，在待分配的、在處于涂敷器刃片60前的粉末柱內的粉末上，施加指向工作面的力。因此在涂敷層時將粉末20壓緊。接著，以激光束在各層內照射物體3的橫截面且因此將粉末固化。然后，涂敷器5再次填充以粉末且在與圖2和圖3中示出的方向B相反的方向上上移動。因此與第一涂敷器刃片60鏡像對稱地形成的第二涂敷器刃片62作為涂敷器起作用，且在最后固化的層或者說圍繞已固化的區域的粉末上涂敷新的粉末層。圖4示意性地解釋了根據本發明的刃片的運行。物體3具有多個已固化的層21和圍繞這些層的未燒結的粉末22。最后涂敷且固化的層具有已固化的節段23a和未燒結的粉末23b。因為在燒結中密度增加，所以已固化的區域23a在高度級上略微低于未固化的粉末23b。因此，在已固化的節段23a和未固化的區域23b之間存在邊緣24。如果使用根據本發明的刃片60，則令人驚奇地顯示在層內微粒上施加壓緊壓力，且在制成的構件中幾乎沒有或不存在縮孔。通過提高粉末密度，不僅實現了降低更新率，而且實現了使用迄今因其過低的熔融粘性而不適用于或僅有條件地適用于激光燒結過程的粉末。粉末床密度如下測量。這樣照射封閉的中空薄壁四邊形激光燒結構件，使得在照射中封閉的體積在方向xyz上具有100mmX100mmX15mm的值。圍繞該體積的構件相應地定尺寸。將這樣地制造的零件從外部從附著的粉末剩余物中釋放出來，且將零件稱重。接著將零件切開且將內部的粉末清空，以及再次將空的零件稱重。質量差對應于被封閉的粉末體積的質量。因為粉末體積已知，所以由此可計算出粉末床的密度。下面的表示出了根據本發明的設備和方法與現有技術的對比的結果。使用聚酰胺12作為激光燒結粉末，該粉末可以以商品名PA2200獲得(本申請人的用于EOSINTP機器的燒結粉末)。所涂敷的層厚為0.15mm。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>粉末的溶解粘性(L6sungsviskosimt)根據ISO307確定，粉末床密度根據以上方法確定。根據此方法和設備可降低對新粉末比例的要求。在特別的情況中甚至可以實現以幾乎100%的舊粉末工作。此外，表還示出，衡量材料的烙融粘性的溶解粘性隨舊粉末比例的升高而升高。因此，以根據本發明的方法也可以實現的是對具有相應高的熔融粘性且以迄今的方法和設備不能加工的粉末材料進行燒結。聚酰胺(PA)，特別是PA12有利地適合于本設備和方法，因為它可通過沉淀工藝生產，且因此與研磨粉末相比具有特別平滑的表面。因此，可以在涂敷中以有利地方式進行定型工藝(Setzprozei3)。涂敷器幾何尺寸不限制于特定地示出的實施例。所以表面60a、60b不必平行，而是也不排除成型面。涂敷面的坡度不必是恒定的，而是可以另外地上升，例如具有魚鱗形或其他形式。作為激光的替代可以使用另外的適合于固化粉末材料的能量源，例如使用電子輻射源。其他形式的能量輸入也是可以的，例如掩模燒結、壓抑燒結或線形能量輸入或通過陣列的能量輸入。權利要求1.設備，用于，通過在各層內對應于物體橫截面的位置處、通過激光或其它能量源的作用、相繼地固化粉末狀制造材料的層，來生產三維物體，所述設備帶有承載器(2)，在所述承載器上制造所述物體，涂敷器(5)，用于將所述粉末材料的層涂敷到所述承載器上，或涂敷到在先固化的層上，其中，所述涂敷器在至少一個涂敷方向(B)上，可以在所述承載器或所述在先固化的層的上方移動，固化裝置(6)，用于在所述各層內對應于所述物體的所述位置處，固化所述粉末材料，其特征在于所述涂敷器(5)具有刃片(60、61)，其帶有在涂敷方向上上升的涂敷面(60c、61c)，其中，所述涂敷面提供在所述刃片的、指向所述承載器(2)的下側上，且在所述涂敷器的移動方向(B)上，以大于0.2°且小于大約5°的角度，優選地以在大約0.5°和大約3°之間的角度，進一步優選地以在大約0.7°和2.8°之間的角度，上升。2.根據權利要求l所述的設備，其特征在于所述面的坡度在大約0.01和大約0.06之間。3.根據權利要求1或2所述的設備，其特征在于所述涂敷面在移動方向上的寬度在大約1mm和大約20mm之間，優選地為大約6mm。4.根據權利要求1至3之一所述的設備，其特征在于所述涂敷面的高度大于大約0.03mm且小于大約0.5mm，優選地大于大約0.08mm且小于大約5mm。5.根據權利要求1至4之一所述的設備，其特征在于所述涂敷器(5)具有兩個刃片，它們以一定的間隔相互布置，且它們關于垂直于所述涂敷器的移動方向(B)的平面鏡像對稱地形成。6.根據權利要求1至5之一所述的設備，其特征在于所述刃片對稱地形成且具有兩個涂敷面。7.方法，用于，通過在各層內對應于物體橫截面的位置處、通過激光或其它能量源的作用、相繼地固化粉末狀制造材料的層，來生產三維物體，其中，使用粉末材料，其具有大于2.1Tlrd的溶解粘性，以及其中，所述粉末在涂敷層時被機械地固化。8.方法，用于，通過在各層內對應于物體橫截面的位置處、通過激光或其它能量源的作用、相繼地固化粉末狀制造材料的層，來生產三維物體，其中，使用粉末材料，其具有熔融粘性，所述熔融粘性在PA2200下對應于大于2.1nrd的溶解粘性，以及其中所述粉末在涂敷層時被機械地固化。9.根據權利要求7或8所述的方法，其特征在于在壓縮中產生大于0.38g/cm3的粉末床密度。10.根據權利要求7至9之一所述的方法，其特征在于產生大于0.4g/cm3，且優選地大于0.41g/cm3，更優選地大于0.42，的粉末床密度。11.根據權利要求7至IO之一所述的方法，其特征在于所述溶解粘性大于大約2.1，優選地大于大約2.3，且更優選地大于大約2.6nrel。12.根據權利要求7至11之一所述的方法，其特征在于使用材料作為粉末狀制造材料，它具有舊粉末，其在生產一個或多個在先形成的物體時，作為未固化粉末而剩余下來；以及一定比例的新粉末，其先前還未在生產過程中使用過。13.方法，用于，通過在各層內對應于物體橫截面的位置處、通過激光或其它能量源的作用、相繼地固化粉末狀制造材料的層，來生產三維物體，其中，使用材料作為粉末狀制造材料，它包含舊粉末，其在生產一個或多個在先形成的物體時，作為未固化粉末而剩余下來；以及一定比例的新粉末，其先前還未在生產過程中使用過，其特征在于在涂敷層時，將所述粉末狀制造材料機械地壓縮，且其中，所述新粉末的比例小于制造過程所使用的總粉末量的50%。14.根據權利要求7至13之一所述的方法，其特征在于使用合成材料粉末作為材料。15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于所述材料包含聚酰胺粉末，優選地包含聚酰胺12。16.根據權利要求7至15之一所述的方法，其特征在于所述方法由根據權利要求1至6之一所述的設備來執行。17.根據權利要求7至16之一所述的方法，其特征在于以此方法生產的物體不具有縮孔。全文摘要公開一種方法，借助其，通過在各層內對應于物體橫截面的位置處、通過激光或其它能量源的作用、相繼地固化粉末狀制造材料的層，來生產三維物體，其中使用材料作為粉末狀制造材料，所述材料包含舊粉末，其在生產一個或多個在先形成的物體時，作為未固化粉末而剩余下來；以及一定比例的新粉末，其先前還未在生產過程中使用過，其特征在于，所述粉末狀制造材料在涂敷層時機械地被壓縮。文檔編號B29C67/00GK101351325SQ200780001000公開日2009年1月21日申請日期2007年4月25日優先權日2006年5月18日發明者弗蘭克·米勒,弗洛里安·普費弗科恩,約亨·魏丁格爾申請人:Eos電光系統有限責任公司