【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種在增材制造方法期間提供工藝氣體氣氛的設備和方法，以及一種與之相適用的增材制造方法和一種與之相適用的增材制造設備。
技術介紹
1、用于增材制造三維物體的設備和方法例如在被稱為“快速原型法”、“快速模具制造”和“增材制造”的方法中使用。這種方法的一個示例是以“選擇性激光燒結”或“選擇性激光熔化”而為人所知的。在此，重復地施加通常呈粉末狀的構造材料的層，并且每層中的構造材料通過用激光射束選擇性地照射與要制造的物體的在該層中的橫截面相對應的部位來選擇性地固化，其方式例如是，構造材料在這些部位上通過由激光射束提供的能量部分地或完全地熔化并且熔化物隨后在冷卻時固化。更多細節例如在ep?2?978?589?b1中描述。
2、在增材制造過程中，通常會在處理腔中保持工藝氣體氣氛，在該處理腔中選擇性地借助輻射處理構造材料。工藝氣體氣氛通常是惰性氣體氣氛（也稱為“保護氣體氣氛”），因為一些構造材料（特別是當這些材料含有金屬時）在出現高溫的情況下容易氧化，這會阻礙物體的形成，或者至少阻礙形成具有期望的材料結構的物體。例如，鈦可能在存在氧氣的情況下開始不受控制地燃燒。
3、在制造過程期間，部分構造材料通常會因為照射而蒸發，這導致所產生的蒸汽再次固化之后形成冷凝物。此外，部分構造材料往往還會被揚起。此外，通過照射可能產生飛濺。在此通常是指構造材料的熔體的凝固液滴，其直徑為例如20到300?μm。例如在激光束刺入時，飛濺物從產生的熔融物或熔融池被拋出。
4、在照射構造材料時所提到的效應也導致工藝氣體氣氛中
5、為了減少資源消耗，將工藝氣體，例如氬氣在回路中引導。然而，這就需要在工藝氣體再次供應到處理腔之前通過過濾雜質來清潔。為此，在工藝氣體回路中布置具有合適過濾元件的過濾裝置。因為所使用的過濾元件在運行過程中會受到越來越多的污染，所以必須每隔一段時間更換或替換它們。為此，中斷工藝氣體循環并取出過濾元件。在插入新的過濾元件之后，工藝氣體回路再開始循環。
6、為了進一步降低資源消耗，de?10?2014?207?160?a1提出，借助于氣體壓力沖擊實施對過濾元件的定期清潔，以便延長過濾元件的更換間隔。
7、ep?3?321?071?a1針對如下問題，即當更換過濾元件時，必須中斷增材制造設備的運行，因為增材制造過程只能在過濾工藝氣流時才能進行。為了解決該問題，提出一種切換裝置，借助于該切換裝置能夠將多個過濾模塊單獨地切換到運行狀態中和非運行狀態中，在所述運行狀態中多個過濾模塊能夠被工藝氣體穿流，在所述非運行狀態中多個過濾模塊不能被工藝氣體穿流。由此可以確保在更換過濾元件期間不必中斷增材的制造設備的運行。
8、本專利技術人已經發現，過濾元件的清潔和更換過程可能導致所制造的物體出現影響質量的偏移和變色。
技術實現思路
1、因此，本專利技術的目的是，提供一種設備和方法，借助于所述設備和方法能夠改善所制造的物體的質量。
2、所述目的通過根據權利要求1和14的一種用于提供工藝氣體氣氛的設備和方法以及通過根據權利要求13和20的一種增材制造設備和增材制造方法來實現。本專利技術的改進方案分別在從屬權利要求中說明。在此，這些方法也可以通過在說明書或從屬的設備權利要求中描述的設備特征來擴展。同樣，這些設備也可以通過在說明書或從屬方法權利要求中描述的方法特征來擴展。
3、根據本專利技術的用于在三維物體的制造方法期間在增材制造設備的處理腔中提供工藝氣體氣氛的設備，在所述制造方法中制造所述物體，其方式為：逐層施加構造材料并且通過將輻射能輸送到在每層中的與在該層中物體橫截面相對應的固化部位來固化構造材料，所述設備具有氣體循環系統，所述氣體循環系統具有用于被引導穿過處理腔的工藝氣體的在運行中閉合的氣體回路，其中，在閉合的氣體回路中布置有具有多個過濾腔的過濾系統，其特征在于，存在至少三個過濾腔，其中每個過濾腔具有至少一個用于過濾所述氣體回路中的顆粒的過濾元件，并且存在用于控制氣體回路的氣體控制設備，所述氣體控制設備設置成使得其可以在正在進行的制造方法期間將一些過濾腔與氣體回路隔開，并且在此可以確保保留在氣體回路中的過濾腔的數量至少暫時地、優選持續地超過與氣體回路隔開的過濾腔的數量。
4、本專利技術所涉及的增材制造設備在此特別是那些適于生成式制造三維物體、尤其是由含金屬的構造材料制造三維物體的設備。這尤其涉及在其中逐層地構造物體的這種制造設備，即例如激光熔化設備和激光燒結設備。為了供應輻射能量，例如可以使用一個或多個氣體激光器或固體激光器或任何其他類型的激光器，例如也可以使用激光二極管，尤其是vcsel（垂直腔面發射激光器）或vecsel（垂直外腔面發射激光器）或一行所述激光器。例如可以使用其它光源、電子束或任何其他適合于固化構造材料的能量源或輻射源來代替激光器。
5、此外，也可以應用在非逐層加工的生成式設備中，這些設備在高工藝溫度下工作，以便熔化具有高熔點的構造材料，例如激光包層設備。在所有上述情況下，也可以使用在其中使用電子束以引入熔化構造材料所需的能量的設備來代替具有激光器的設備。
6、優選使用含金屬的構造材料，例如含鐵和/或含鈦的構造材料，也可以使用含銅、鎂、鋁、鎢，鈷、鉻和/或含鎳的材料。所述元素一方面可以幾乎純凈的形式存在（共占構造材料的超過80重量百分比），或者也可以作為合金的組成成分存在。
7、處理腔被看作是制造設備的如下區域，即，在該區域中進行增材制造，并且該區域被包套封閉，從而在其內部可以保持與制造設備的環境不同的氣體氣氛。處理腔內部的工藝氣體尤其可以是惰性氣體，即例如氮氣、氦氣或氬氣，其中工藝氣體也可以包含不同化學元素的混合物，并且處理腔中的壓力必要時也可以低于大氣壓。尤其也可以考慮的是，除了惰性氣體之外，工藝氣體也具有其它成分。
8、氣體循環系統具有氣體輸送裝置（例如高壓風扇或離心風扇）以及氣體管路系統，借助于所述氣體管路系統能夠在閉合的回路中引導氣體穿過處理腔，從而在制造過程期間能夠在處理腔中提供氣流。
9、當氣體循環系統運行時，氣體輸送裝置確保連續的工藝氣流，其中，已經被引導通過處理腔的工藝氣體被供應給過濾系統，并且再從過濾系統供應給處理腔，從而形成閉合的氣體回路。過濾系統在此包括至少一個過濾腔，工藝氣體流被引導通過所述過濾腔。過濾腔的一側（在該側上工藝氣體流進入過濾腔）在下文也稱為未處理氣體側。過濾腔的一側（在該側上工藝氣體流在穿流過過濾元件之后又離開過濾腔）在下文也被稱為清潔氣體側。
10、在每個過濾腔中存在至少一個過濾元本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于在三維物體（2）的制造方法期間在增材制造設備的處理腔（3）中提供工藝氣體氣氛的設備，在所述制造方法中制造所述物體，其方式為：逐層施加構造材料（13）并且通過將輻射能輸送到在每層中的固化部位來固化所述構造材料，所述固化部位與物體在該層中的橫截面相對應，
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述過濾腔（41a、41b、41c）中的每個過濾腔具有至少一個用于過濾所述氣體回路中的顆粒的過濾元件（43a、43b、43c），所述過濾元件能通過氣體壓力沖擊來清潔和/或能夠被更換。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中，所述多個過濾腔（41a、41b、41c）具有基本上相同的體積，和/或
4.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述氣體控制設備（80）設置為，使得該氣體控制設備確保：在正在進行的制造方法期間，未與所述工藝氣體回路隔開的過濾腔和與所述工藝氣體回路隔開的過濾腔的數量比至少暫時地、優選持續地大于或等于最小值55：45，優選60：40，更優選2：1，再優選70：30，還更優選3：1，特別優選4：1。
5.根據前述權利要求
6.根據前述權利要求之一所述的設備，其中，所述至少三個過濾腔（41a、41b、41c）是所述過濾系統（40）的一個或多個主腔室的彼此氣密地分開的子腔室。
7.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，針對所述至少三個過濾腔（41a、41b、41c）中的每個過濾腔，在上游設置有開關單元（36a、36b、36c）和/或在下游設置有開關單元（37a、37b、37c），借助所述開關單元能分別將該過濾腔與其它過濾腔分開地相對于氣體回路隔離。
8.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，針對所述至少三個過濾腔（41a、41b、41c）中的每個過濾腔，在上游和下游分別設置有壓力傳感器（38a、38b、38c、39a、39b、39c），使得能夠確定在過濾腔（41a、41b、41c）中的過濾元件（43a、43b、43c）的未處理氣體側和清潔氣體側之間的壓差。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的設備，其中，為了確定在多個過濾腔、優選所有過濾腔的未處理氣體側和清潔氣體側之間的壓差，在未清潔氣體到多個過濾腔的輸入管路的分岔部的上游設置有一個壓力傳感器（38g），并且在清潔氣體從多個過濾腔的排出管路的匯合部的下游設置有一個壓力傳感器（39g），并且通過比較這兩個壓力傳感器的壓力值來確定壓差。
10.根據權利要求8或9所述的設備，其中，所述氣體控制設備（80）通過信號連接件（90）與過濾腔的上游和下游的壓力傳感器連接，并且被設置成，如果由壓力傳感器接收的壓差超過預設的最大值，則啟動對在這些壓力傳感器之間的過濾元件的清潔。
11.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，在所述過濾系統的下游布置有用于確定在閉合的氣體回路中的工藝氣體的體積流量的傳感器（51），該傳感器通過信號連接件與所述氣體控制設備連接，其中，所述氣體控制設備設置成，如果由所述傳感器接收的體積流量的值低于預設的最小值，則啟動對過濾元件的清潔。
12.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述氣體循環系統具有風扇（50）。
13.一種增材制造設備，包括：
14.一種用于在三維物體（2）的制造方法期間在增材制造設備的處理腔（3）中提供工藝氣體氣氛的方法，在該制造方法中制造所述物體，其方式為：逐層施加構造材料（13）并且通過將輻射能輸送到每層中的固化部位來固化所述構造材料，所述固化部位與物體在該層中的橫截面相對應，
15.根據權利要求14所述的方法，其中，在布置在所述氣體回路中的過濾腔（41a、41b、41c）中，確定施加在布置在所述過濾腔中的過濾元件（43a、43b、43c）上的壓差，并且當所確定的壓差超過預設的最大值時，進行對所述過濾元件的清潔。
16.根據權利要求14或15所述的方法，其中，使所述工藝氣體在閉合的氣體回路中以如下體積流量運動：該體積流量的值超過50?m3/h、優選100?m3/h、進一步優選200?m3/h，和/或低于2000?m3/h、優選500?m3/h、進一步優選400?m3/h。
17.根據權利要求14至16中任一項所述的方法，其中，確定在閉合的氣體回路中的在過濾系統（40）下游的工藝氣體的體積流量的值，并且當所確定的體積流量的值低于預設的最小值時，則進行對過濾元件（43a、43b、43c）的清潔。
18.根據前述權...
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種用于在三維物體（2）的制造方法期間在增材制造設備的處理腔（3）中提供工藝氣體氣氛的設備，在所述制造方法中制造所述物體，其方式為：逐層施加構造材料（13）并且通過將輻射能輸送到在每層中的固化部位來固化所述構造材料，所述固化部位與物體在該層中的橫截面相對應，
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述過濾腔（41a、41b、41c）中的每個過濾腔具有至少一個用于過濾所述氣體回路中的顆粒的過濾元件（43a、43b、43c），所述過濾元件能通過氣體壓力沖擊來清潔和/或能夠被更換。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中，所述多個過濾腔（41a、41b、41c）具有基本上相同的體積，和/或
4.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述氣體控制設備（80）設置為，使得該氣體控制設備確保：在正在進行的制造方法期間，未與所述工藝氣體回路隔開的過濾腔和與所述工藝氣體回路隔開的過濾腔的數量比至少暫時地、優選持續地大于或等于最小值55：45，優選60：40，更優選2：1，再優選70：30，還更優選3：1，特別優選4：1。
5.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，布置在所述氣體回路中的所有過濾腔（41a、41b、41c）始終彼此并聯連接地布置。
6.根據前述權利要求之一所述的設備，其中，所述至少三個過濾腔（41a、41b、41c）是所述過濾系統（40）的一個或多個主腔室的彼此氣密地分開的子腔室。
7.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，針對所述至少三個過濾腔（41a、41b、41c）中的每個過濾腔，在上游設置有開關單元（36a、36b、36c）和/或在下游設置有開關單元（37a、37b、37c），借助所述開關單元能分別將該過濾腔與其它過濾腔分開地相對于氣體回路隔離。
8.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，針對所述至少三個過濾腔（41a、41b、41c）中的每個過濾腔，在上游和下游分別設置有壓力傳感器（38a、38b、38c、39a、39b、39c），使得能夠確定在過濾腔（41a、41b、41c）中的過濾元件（43a、43b、43c）的未處理氣體側和清潔氣體側之間的壓差。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的設備，其中，為了確定在多個過濾腔、優選所有過濾腔的未處理氣體側和清潔氣體側之間的壓差，在未清潔氣體到多個過濾腔的輸入管路的分岔部的上游設置有一個壓力傳感器（38g），并且在清潔氣體從多個過濾腔的排出管路的匯合部的下游設置有一個壓力傳感器（39g），并且...
【專利技術屬性】
技術研發人員：T·埃貝霍恩，U·克萊因漢斯，J·雷索夫特，P·斯特羅貝爾，
申請(專利權)人：EOS有限公司電鍍光纖系統，
類型：發明
國別省市：
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