專(zhuān)利名稱(chēng)：粉末施加系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉末施加系統(tǒng)，用于在利用可通過(guò)電磁輻射或 電子束照射而被固化的粉末材料逐層制造三維物體的設(shè)備中將粉 末供《會(huì)和分配到工作區(qū)上。
背景技術(shù)：
使用可通過(guò)電磁輻射或電子束照射而被固化的粉末材料逐層
制造三維物體的設(shè)備從例如US4863538、 US5647931和SE524467 中可知。這樣的設(shè)備包括如粉末供應(yīng)、用來(lái)將一層粉末施加在工作 區(qū)上的裝置和引導(dǎo)射束到工作區(qū)域上的裝置。粉末隨射束在工作區(qū) 上移動(dòng)而燒結(jié)或熔化并固化。出于產(chǎn)品質(zhì)量原因的考慮，粉末在工 作區(qū)上均勻分布以及粉末層厚度明確并符合預(yù)定值是非常重要的。 而且，為保持盡可能高的生產(chǎn)速度而使得粉末層被快速施加是非常 有利的。
傳統(tǒng)的粉末施加裝置通常包括供給件和分配件，其中供給件將 來(lái)自于粉末供應(yīng)的一定量粉末傳送到分配件，分配件又在工作區(qū)上 分配粉末。
粉末施加裝置工作的條件是惡劣的；溫度高，粉末顆粒從開(kāi)口 和狹縫中找到出路，蒸發(fā)后的粉末材料冷凝并形成涂層等等。這會(huì) 產(chǎn)生以下問(wèn)題，即，軸、鉸鏈和其他可動(dòng)部件(尤其是供給件)塞住會(huì)引起更糟的機(jī)械性能。除了生產(chǎn)中斷，它還會(huì)在為分配件供給 正確4分末量方面產(chǎn)生問(wèn)題，由此導(dǎo)致不均勻的并分末分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 一 個(gè)目的是才是供 一 種用于制造三維物體的設(shè)備的改
進(jìn)斗分末施加系統(tǒng)。該目的分別通過(guò)包含在^又利要求1、 8和9中的 技術(shù)特征而實(shí)現(xiàn)。獨(dú)立權(quán)利要求包含優(yōu)選實(shí)施方式，還包括本發(fā)明 的進(jìn)一步發(fā)展和變型。
本發(fā)明涉及一種用于在制造三維物體的i殳備中的工作區(qū)上供 給和分配粉末的粉末施加系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括適于容納粉末供應(yīng)的 斗分末存貯單元，還包括分配件，其"i殳置成可損J,工作區(qū)移動(dòng)以將部 分粉末分配到工作區(qū)上。本發(fā)明特征在于，在第一步中，分配件4皮 設(shè)置成可移動(dòng)到放置于粉末存貯單元中的粉末供應(yīng)中預(yù)定距離，所 述距離足夠長(zhǎng)以將來(lái)自于分配件一側(cè)處的粉末供應(yīng)的部分粉末輸 送到分配件的面向工作區(qū)的另一側(cè)，且在第二步中，分配件^皮i殳置 成可朝向并橫跨工作區(qū)移動(dòng)以將部分粉末分配到工作區(qū)上。
因此，根據(jù)本發(fā)明的分配件同時(shí)用作供給件和分配件，這使得 不需要另外的移動(dòng)部將粉末供給到分配件。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是它l吏 得系統(tǒng)枳4成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且比傳統(tǒng)系統(tǒng)更可靠。
在本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例中，粉末存貯單元以開(kāi)放方式詔:
形的明確形狀，因此這種設(shè)計(jì)能夠僅通過(guò)控制分配件的移動(dòng)，即， 通過(guò)i殳定分配件移動(dòng)到4分末存貯單元中并進(jìn)而移動(dòng)到4分末供應(yīng)中 的距離，就可以獲得部分粉末的明確尺寸。這是一種為分配件輸送 正確并分末量的簡(jiǎn)單、可靠方法。本發(fā)明還涉及一種使用可通過(guò)電磁輻射或電子束照射而固化 的粉末材料逐層制造三維物體的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括: 該有創(chuàng)造性的4分末施加系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及一種在用于制造三維物體的設(shè)備中在工作區(qū)上
施加4分末的方法，所述方法包括下列步驟 一夸來(lái)自于4分末供應(yīng)的部 分粉末傳送至分配件，以及使得分配件橫跨工作區(qū)移動(dòng)以將部分粉 末分配到工作區(qū)上。該有創(chuàng)造性的方法特征在于，該方法包括第一 步，使得分配件移動(dòng)到在粉末供應(yīng)中預(yù)定距離，以使得來(lái)自于分配 件一側(cè)處的^分末供應(yīng)的部分4分末輸送到分配4牛的面向工作區(qū)的另 一側(cè)，和第二步，使得分配件朝向并橫跨工作區(qū)移動(dòng)以將部分粉末 分配到工作區(qū)上。


在以下給出的本發(fā)明描述中參考下面附圖，在附圖中
圖1以示意性立體圖的形式示出本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例；以
及
圖2A-2D以示意性立體截面圖的形式示出本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí) 施例的功能。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2示出了本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的部件和功能。如這 些圖所示，粉末施加系統(tǒng)1設(shè)置在基本平坦的工作臺(tái)5上并且包括 對(duì)稱(chēng)設(shè)置于工作區(qū)3的相對(duì)側(cè)部上的兩個(gè)粉末存貯單元11，工作區(qū) 域3位于可豎直調(diào)節(jié)的平臺(tái)4的頂部上，該平臺(tái)4安裝在工作臺(tái)5 的切口部分中。每個(gè)粉末存貯單元11適于容納粉末供應(yīng)源(powdersupply) 2 (見(jiàn)圖2A)。采用才黃截面為三角形的殺+塊形式的分配件6 沿工作區(qū)3延伸，并借助于導(dǎo)軌(未示出)被i殳置成可在垂直于其 延伸方向的方向上4黃^夸工作區(qū)3移動(dòng)。
照射源(未示出)優(yōu)選設(shè)置在工作區(qū)3上方一定距離處，該工 作區(qū)3作為用于固化粉末的電不茲輻射或電子束的目標(biāo)區(qū)。
每一個(gè)4分末存貯單元11連同其相應(yīng)的4分末供應(yīng)2 —起在基本 平行于斜塊6的方向上沿工作區(qū)3的一側(cè)延伸。壁8a、 8b和端壁 (未示出)限定了粉末存貯單元11的部分并將粉末供應(yīng)保持在適 當(dāng)位置中。通過(guò)1"吏面向工作區(qū)3的壁8a終止于工作臺(tái)5上方的一 定距離處而將并分末存貯單元1H殳置成開(kāi)》文方式。這具有以下效果， 即，使得粉末供應(yīng)2的一部分是自由的以在粉末供應(yīng)2的面向工作 區(qū)3的一側(cè)上形成靜止角a。在圖2A中這部分粉末供應(yīng)2由虛線 表示出來(lái)并標(biāo)注為2b。 4分末存貯單元11從上方一皮填充或補(bǔ)充。在 圖2A-2D中示出了裝有4分末的4分末存貯單元11。
下面將描述粉末施加系統(tǒng)1的功能。圖2A-2D涉及關(guān)于三維物 體的制造的初始狀態(tài)，即，平臺(tái)4被調(diào)整到稍微低于工作臺(tái)5水平 面的位置，從而有助于將第一層粉末施加在工作區(qū)3上。圖2A示 出了位于第一位置中的斜塊6，在該位置斜塊6朝向4分末供應(yīng)2向 右移動(dòng)。在圖2B中，斜塊6已經(jīng)到達(dá)進(jìn)入粉末供應(yīng)2中預(yù)定距離 的第二^f立置，即，進(jìn)入4分末存貝i單元11中預(yù)定3巨離。在此4立置， 4分末的特定部分已由于重力而乂人4分末供應(yīng)2到4斗塊6的面向工作區(qū) 3的側(cè)部掠過(guò)斜塊6。圖2C示出了斜塊6處于與圖2A相似的位置 中，但在這種情況下，斜塊6向左運(yùn)動(dòng)以將部分4分末推向工作區(qū)3。 在圖2D中，^!"塊6在已經(jīng)坤黃穿現(xiàn)在其上已施加有第一4分末層10的 工作區(qū)3之后4立于第四4立置中。在該點(diǎn)處，第一層10可以通過(guò)照 射裝置^皮固化。優(yōu)選地，斜塊6設(shè)有至少一個(gè)柔性帶(未示出)，其沿斜塊6 的下側(cè)延伸并當(dāng)斜塊6橫穿工作區(qū)3移動(dòng)時(shí)輕壓在工作區(qū)3上。這 樣的柔性帶使得比較容易實(shí)現(xiàn)均勻?qū)?0。而且，這個(gè)特征使得粉末 施加系統(tǒng)1不易受由例如燒結(jié)表面中的不規(guī)則部而導(dǎo)致的工作區(qū)3 與斜塊6下側(cè)之間距離變化的影響。這樣的帶例如可以由薄金屬板 制成。
另外，系統(tǒng)1包括活才反門(mén)9，其可-皮打開(kāi)以清除雜質(zhì)，如成團(tuán) 的粉末顆?；蛘邅?lái)自工作臺(tái)5的多余并分末?；铈撮T(mén)9在需要時(shí)可人 工打開(kāi)或可^皮4空制成以一定時(shí)間間隔自動(dòng)打開(kāi)。
將要流過(guò)分配件6的粉末量，即，待施加到工作區(qū)3上的部分 4分末的尺寸，一4殳耳又決于分配件6移動(dòng)至粉末供應(yīng)2中的距離；分 配件6的速度、形狀和表面性能；粉末存貯單元11的設(shè)計(jì)；以及 粉末的類(lèi)型。粉末類(lèi)型影響粉末的流動(dòng)性能，粉末的流動(dòng)性能影響 靜止角a的大小和實(shí)際流過(guò)分配件6的粉末量?jī)烧摺?br> "形成靜止角" 一詞指的是，粉末供應(yīng)2中至少在特定區(qū)域2b 中邊界是這樣的，即，^吏得粉末形成一定形狀，這通常耳又決于所述 粉末的內(nèi)摩擦力。通過(guò)將粉末存貯單元11設(shè)置成至少部分開(kāi)放的 方式，使得粉末可形成這樣的靜止角。在最簡(jiǎn)單的形式中，粉末存 貯單元11僅是粉末供應(yīng)2可設(shè)于其上的區(qū)域。但是，為了將粉末 供應(yīng)2保持在適當(dāng)位置中并且有助于粉末供應(yīng)的補(bǔ)充和靜止角的重 新形成，粉末存貯單元11優(yōu)選地包4舌限制件，例如壁8a、 8b。
靜止角a耳又決于粉末性質(zhì)，例如材料類(lèi)型、尺寸分布和顆粒形 狀。粉末供應(yīng)2中形成靜止角a的部分2b的形狀和位置，以及(可 能的)角a本身可受例如改變粉末存貯裝置11的i殳計(jì)而影響，該 改變i殳計(jì)通過(guò)改變壁8a、 8b之間的距離和/或改變工作臺(tái)5與面向 工作區(qū)3的壁8a之間的距離而實(shí)現(xiàn)。每一層所需要的粉末量，即，待施加到工作區(qū)3之上的粉末部 分的所需尺寸，例如取決于待制造的物體的尺寸。為確定粉末部分 的所需尺寸，對(duì)于給定并分末和給定分配件，可以進(jìn)行少量測(cè)試同時(shí) 通過(guò)改變相對(duì)于壁8a的高度而調(diào)整^分末供應(yīng)2的位置，和/或調(diào)整 平臺(tái)4與分配件6的端部位置(見(jiàn)圖2B)之間的距離，所述端部 位置與分配件6移動(dòng)到粉末供應(yīng)2中的距離有關(guān)。如果要使用另一 種類(lèi)型的4分末，則這種簡(jiǎn)單的測(cè)試過(guò)程可以 一皮重復(fù)。
粉末部分的尺寸不要太小是重要的，這是因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致非均勻 的層厚。盡管4艮據(jù)本發(fā)明的粉末施加系統(tǒng)1不易受過(guò)大4分末部分的 影響，但另一方面，如果粉末部分太大的話可導(dǎo)致難以施加均勻?qū)印?優(yōu)選地，每一次均選沖奪比所需稍孩i大些的4分末量。因?yàn)閕)該系統(tǒng) 《又包4舌一個(gè)移動(dòng)部分，即分配^牛6， ii)該可移動(dòng)部分比4交容易完全 控制，以及iii)形成《爭(zhēng)止角a的^分末供應(yīng)2的形狀以同4f的方式重 新形成，根據(jù)本發(fā)明的粉末施加系統(tǒng)1每次均能選擇非常接近相同 尺寸的沖分末部分。
才艮據(jù)本發(fā)明的4分末施加系統(tǒng)非常適于各種金屬、塑^K陶瓷或 其他粉末材料。在上下文中術(shù)語(yǔ)"4分末"應(yīng)該針對(duì)存在于粉末中的 顆粒的尺寸或尺寸分布方面給出一個(gè)廣義的解釋。該有創(chuàng)造性的系 統(tǒng)可用于大多凄t顆粒尺寸分布；典型的顆粒尺寸可為約10-100 !xm, 但顆?？杀仍摲秶』虼笾辽僖粋€(gè)數(shù)量級(jí)。
圖1和圖2中所示的優(yōu)選實(shí)施例中的分配件6的一黃截面為三角 形。但是，各種截面形狀都可以。通常，面向粉末供應(yīng)2的一側(cè)應(yīng) 適于適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)到4分末供應(yīng)2中，而面向工作區(qū)3的一側(cè)應(yīng)適于適 當(dāng)?shù)赝苿?dòng)并分配粉末，并且上側(cè)部應(yīng)該適于在分配件6位于圖2B 所示的位置中時(shí)適當(dāng)?shù)貙⒎勰囊粋?cè)傳遞到另一側(cè)。例如，分配件 6可i殳有一個(gè)或多個(gè)粉末通道，該通道乂人一側(cè)到另 一側(cè)穿過(guò)元件6， 因此當(dāng)/人粉末供應(yīng)2傳送到分配件6的另 一邊時(shí)，4分末不必在整個(gè)元件6上方經(jīng)過(guò)。在使用兩個(gè)粉末供應(yīng)2的情況下，如上述實(shí)施例 中，元件6優(yōu)選為對(duì)稱(chēng)的。但是，如果使用兩種不同類(lèi)型的粉末， 即，每一個(gè)并分末供應(yīng)2中4吏用一種類(lèi)型，則分配件6可為非對(duì)稱(chēng)的。 三角形截面的優(yōu)點(diǎn)在于只有少量4分末停留在分配件6的頂部上，而 對(duì)于例如矩形截面的情況就不是這樣了 。
優(yōu)選地，分配件6由控制單元(未示出)控制，該控制單元還 適用于控制例如用來(lái)照射粉末材料的射束和平臺(tái)4的豎直位置。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，而是許多改變都可在外又利要求的 范圍之內(nèi)。例如，可使用兩套粉末供應(yīng)2和分配件6,這樣兩個(gè)分 配件6 —次一個(gè)i也基本相互垂直i也穿過(guò)工作區(qū)3移動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種用于在制造三維物體的設(shè)備中的工作區(qū)(3)上供給和分配粉末的粉末施加系統(tǒng)(1)，所述系統(tǒng)(1)包括適于容納粉末供應(yīng)(2)的粉末存貯單元(11)，還包括分配件(6)，其設(shè)置成可橫跨工作區(qū)(3)移動(dòng)以將部分粉末分配到工作區(qū)(3)上，其特征在于，在第一步中，所述分配件(6)被設(shè)置成可移動(dòng)到放置于所述粉末存貯單元(11)中的粉末供應(yīng)(2)中預(yù)定距離，所述距離足夠長(zhǎng)以將來(lái)自于所述分配件一側(cè)處的粉末供應(yīng)(2)的部分粉末輸送到分配件(6)的面向工作區(qū)(3)的另一側(cè)，并且在第二步中，所述分配件(6)被設(shè)置成可朝向并橫跨工作區(qū)(3)移動(dòng)以將所述部分粉末分配到所述工作區(qū)(3)上。
2. 才艮才居卄又利要,，1戶斤述的并分末施力口系纟充(1 )，其特征在于，所述4分末存貯單元(11 )以開(kāi)力t方式i殳置，4吏得i文置于4分 末存貯單元(11 )中的粉末在粉末供應(yīng)(2)的面向工作區(qū)(3 ) 的側(cè)部(2b)上形成靜止角(a)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的粉末施加系統(tǒng)(1 )，其特征在于，所述4分末存貯單元(11)沿工作區(qū)(3)的一側(cè)延伸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末施加系統(tǒng)(1 )，其特征在于，所述分配件(6)基本平行于所述粉末存貯單元(11 )延伸。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的粉末施加系統(tǒng)(1 )，其特征在于，所述工作區(qū)(3)位于可豎直調(diào)節(jié)的平臺(tái)(4)上。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的粉末施加系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述系統(tǒng)(1)包括布置于工作區(qū)(3)的相對(duì)側(cè)上的兩 個(gè)4分末存貯單元(11 )。
7. 根據(jù)前述4又利要求中任一項(xiàng)所述的粉末施加系統(tǒng)(1 )，其特征在于，所述分配件(6)具有三角形橫截面。
8. —種使用可通過(guò)電磁輻射或電子束照射而固化的粉末材料逐 層制造三維物體的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的粉末 施力o系統(tǒng)(1 )。
9. 一種用于在用于制造三維物體的設(shè)備中在工作區(qū)(3)上施加 粉末的方法，所述方法包括下列步驟將來(lái)自于粉末供應(yīng)(2)的部分粉末傳送至分配件(6)，以及使得分配件(6)橫跨工 作區(qū)(3)移動(dòng)以將部分4分末分配到工作區(qū)(3)上，其特征在于， 該方法包括第一步，使得分配件(6)移動(dòng)到在粉末供應(yīng)(2)中預(yù) 定距離，以使得來(lái)自于分配件(6 ) —側(cè)處的粉末供應(yīng)(2 )的 部分粉末輸送到分配件(6)的面向工作區(qū)(3)的另一側(cè)，和第二步，使得分配件(6)朝向并橫跨工作區(qū)(3)移動(dòng) 以將部分4分末分配到工作區(qū)(3)上。
10. 4艮據(jù)^f又利要求9所述的方法，其特征在于，所述4分末供應(yīng)(2)以開(kāi)方文方式i殳置，使得并分末在所述斗分 末供應(yīng)(2)的面向工作區(qū)(3)的側(cè)部上形成,爭(zhēng)止角(a)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述4分末供應(yīng)(2)沿所述工作區(qū)(3)的一側(cè)延伸。
12. 4艮據(jù)—又利要求11所述的方法，其特征在于，所述分配件(6)基本平行地沿所述4分末供應(yīng)(2)延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在制造三維物體的設(shè)備中的工作區(qū)(3)上供給和分配粉末的粉末施加系統(tǒng)(1)，所述系統(tǒng)(1)包括適于容納粉末供應(yīng)(2)的粉末存貯單元，還包括分配件(6)，其設(shè)置成可橫跨工作區(qū)(3)移動(dòng)以將部分粉末分配到工作區(qū)(3)上。本發(fā)明的特征在于，在第一步中，分配件(6)被設(shè)置成可移動(dòng)到放置于粉末存貯單元(11)中的粉末供應(yīng)(2)中預(yù)定距離，所述距離足夠長(zhǎng)以將來(lái)自于所述分配件一側(cè)處的粉末供應(yīng)(2)的部分粉末輸送到分配件(6)的面向工作區(qū)(3)的另一側(cè)，并且在第二步中，所述分配件(6)被設(shè)置成可朝向并橫跨工作區(qū)(3)移動(dòng)以將部分粉末分配到所述工作區(qū)(3)上。
文檔編號(hào)B22F3/105GK101410208SQ200580049640
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者烏爾夫·阿克爾德, 約蘭·瓦爾格倫, 馬蒂亞斯·斯文松 申請(qǐng)人:阿卡姆股份公司