專利名稱：用于制造三維物體的裝置用的框架和具有這樣框架的用于制造三維物體的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述的用于制造三維物體的裝置用 的框架。
背景技術：
WO 00/21736A中公開同類型的用于制造三維物體的裝置用的框架。所述裝置借助 于激光器或另一能量源的作用在與各層中的待制造的物體的橫截面相對應的位置上通過 逐層地固結粉末狀的構造材料來制造三維物體。框架和平板限定一個制造空間，在所述制 造空間中制造三維物體?？蚣芎推桨迥K式相互連接成可換式機架，其中所述可換式機架 可以裝入所述裝置中和從其中取出。由DE 199 39 616 Al已知一種類似的用于制造三維物體的裝置。在按照該現(xiàn)有 技術的裝置中，在實施激光燒結過程中通常將制造空間加熱到100°c至150°C的溫度。在傳統(tǒng)的用于制造三維物體的裝置中的一個問題在于，在外部將框架加熱到明顯 較高的溫度迄今為止是不可能的，因為框架的周圍遭受強烈的熱負荷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，設置一種用于制造三維物體的裝置用的框架，它允許將制造空 間加熱到明顯較高的溫度。該目的通過一種具有權利要求1的特征的用于制造三維物體的裝置用的框架和 通過一種具有權利要求10的特征的裝置達到。有利的進一步構成是諸從屬權利要求的主題。通過使用玻璃陶瓷板和通過選擇性地控制所需要的加熱區(qū)，達370°C的過程溫度 是可能的。如果平板在制造開始時完全處在上面，則只加熱框架的上部的區(qū)域，根據(jù)制造過 程接通其他的處在下面的加熱區(qū)。由此避免特別是處在下面的升降機構的過度的熱負荷。 玻璃陶瓷板也不過強地沿垂直方向散熱。這特別是在制造開始時是有利的，因為升降機構 不受過強的熱負荷。該用于制造三維物體的裝置特別適合用作高溫激光燒結機，借其可以加工具有高 熔點的燒結粉末，例如聚醚醚酮(PEEK)。
借助附圖由實施例的描述得出本發(fā)明的其他的特征和合理性。附圖示出圖1按照本發(fā)明的用于制造三維物體的裝置的示意圖；圖2按照本發(fā)明的用于制造三維物體的裝置用的框架的一部分的示意的水平剖 視圖；圖3用于按照本發(fā)明的框架的具有兩個加熱區(qū)的平面加熱元件的示意的垂直剖視圖；以及圖4用于按照本發(fā)明的框架的具有三個加熱區(qū)的平面加熱元件的示意的垂直剖 視圖。
具體實施例方式圖1示出按照本發(fā)明的用于制造三維物體3的裝置的示意圖，其在實施例中構造 成激光燒結裝置。激光燒結裝置具有向上開口的框架1以及一個在所述框架中沿垂直方向可移動 的平板2，所述平板承載待制造的三維物體3?？蚣?和平板2在內(nèi)部限定一個制造空間。 平板2連接于升降機構12，所述升降機構使它沿垂直方向移動，從而使當前物體3的待固結 的層處于一個工作平面4內(nèi)?？蚣?和平板2模塊式相互連接成可換式機架。在完成三維 物體3的制造以后，可以從所述裝置中取出可換式機架以及在其中制成的物體3并且用一 個新的可換式機架來代替。此外，設有一個涂敷器5，用以涂覆一層粉末狀的構造材料3a。作為構造材料3a 可以使用所有可激光燒結的粉末，例如聚酰胺、聚苯乙烯、金屬、陶瓷、復合材料和特別是高 溫塑料例如PEEK。首先從儲料容器6向框架1供給構造材料3a。然后將涂敷器5以一個 預定的高度移到工作平面4中，以便使粉末狀的構造材料3a的層以一個規(guī)定的高度位于最 后固結的層上。所述裝置還具有激光器7，其產(chǎn)生激光束7a，它通過偏轉裝置8聚焦到工作 平面4內(nèi)的預定的點上。借此激光束7a可以在與各層中的待制造的物體3的橫截面相對 應的位置上選擇性地固結粉末狀的構造材料3a。用附圖標記10表示處理腔室，在所述處理腔室中可以設置框架1、平板2、升降機 構12和涂敷器5。附圖標記9表示在處理腔室10中的開口，用以引入激光束7a。此外設 有控制單元11，經(jīng)由所述控制單元為了實施制造過程以協(xié)調(diào)的方式控制所述裝置。在所述裝置工作時，在第一步驟中通過升降機構12將平板2—直移動這么遠，直 到其上面處在工作平面4下方的一個層厚度。接著借助于儲料容器6和涂敷器5將材料3a 的第一層涂覆到平板2上并使其平整。因此控制單元11控制偏轉裝置8，使偏轉的激光束 7a按選擇擊中材料3a的層的要固結的位置。借此在這些位置上固結或燒結所述材料3a。在下一步驟中，通過升降機構12將平板下降下一層的厚度。通過儲料容器6和涂 敷器5涂覆、平整第二材料層并且借助于激光束7a按選擇地固結。如此常常地實施這些步 驟，直到制成所需的物體3。圖2示出按照本發(fā)明的用于制造三維物體的裝置的框架1的一部分的示意的水平 剖視圖?？蚣?在其面向制造空間的內(nèi)側上具有玻璃陶瓷板13。例如可以使用khott股 份公司的名稱為Robax(注冊商標)的玻璃陶瓷板13。在所示的實施例中，玻璃陶瓷板13 具有約5mm的壁厚。玻璃陶瓷板13的特別的特性是高的耐熱性和較小的熱膨脹系數(shù)，借此 在大的溫度差時沿板幾乎不出現(xiàn)扭曲。玻璃陶瓷板13因此不顯示出缺陷如爆裂(如在普 通的玻璃時)或翹曲(如在金屬時)。玻璃陶瓷板13還具有較小的熱導率，從而特別是朝 向板平面的方向不發(fā)生顯著的熱傳送。在板平面內(nèi)的溫度梯度基本上繼續(xù)存在。此外玻璃 陶瓷板13具有很好的平面度，從而特別是在單件的玻璃陶瓷板13的情況下在框架1與平板2或在其上安裝的密封唇之間達到良好的密封。此外玻璃陶瓷板13的清潔是簡單的并 且其不形成膨脹間隙，它可能由粉末填塞?？蚣?在玻璃陶瓷板13的遠離制造空間的外側上還具有平面加熱元件14。例如 可以使用Freek公司的名稱為Mikanit (商標)的平面加熱元件14。在所示的實施例中平 面加熱元件14由人造云母片構成，其用扁平的加熱金屬絲纏繞成電阻加熱器。人造云母片 通常在兩側與絕緣板和支承板連接。但人造云母片在電絕緣的玻璃陶瓷板13上的直接安 裝能夠省去內(nèi)部的絕緣板和支承板。由此能夠實現(xiàn)加熱金屬絲在玻璃陶瓷板13上的很好 的熱連接。圖3示出用于按照本發(fā)明的框架1的具有兩個加熱區(qū)14a、14b的平面加熱元件14 的示意的垂直剖視圖。在所示的實施例中，平面加熱元件14限定兩個垂直重疊設置的加熱 區(qū)14a、14b，它們是可單獨控制的?？刂茊卧?1按照制造過程僅僅控制在平板2的上方的 一個或多個加熱區(qū)。這樣的平面加熱元件14允許簡單的使用，因為框架1的每一側面只須 安裝緊湊的平面加熱元件14。此外，這些平面加熱元件14允許關于加熱區(qū)14a、14b的數(shù)目 和位置的簡單的配置，它們是可分開控制的。由此接著制造過程可以向下加大加熱的面積， 從而只加熱當前需要的區(qū)域，這些區(qū)域實際上用粉末填滿。因此一方面向外發(fā)送盡可能少 的熱量，而另一方面防止三維物體的構件扭曲。圖4示出另一實施例的平面加熱元件14'的示意的垂直剖視圖。平面加熱元件 14'類似于平面加熱元件14，只是平面加熱元件14'具有三個加熱區(qū)14a、14b、14c。控制 單元11按照制造過程(亦即以時間上的順序14a、14b、14c)僅僅控制在平板2的上方的一 個或多個加熱區(qū)。在平面加熱元件14、14'中集成溫度探測器(未示出)。它們大致在相應的加熱 區(qū)14a、14b、14c的中心與相應的玻璃陶瓷板13處于平面的接觸。這能夠實現(xiàn)接近過程的 溫度測量，其中能夠非常接近過程溫度地引出粉末床的溫度。各平面加熱元件14、14'在其遠離制造空間的外側上還具有層狀石墨板15。這些 層狀石墨板15不一定是必需的，但具有均勻的熱分布的優(yōu)點。它們具有相應的平面加熱元 件14、14'的加熱區(qū)14a、14b、14c的尺寸。例如可以使用SGL Carbon股份公司的名稱為 Sigraflex (注冊商標)的層狀石墨板15。層狀石墨板15具有強的各向異性的熱導率的特 性，亦即熱導率沿層狀石墨板15的平面方向顯著大于垂直于該平面方向?？蚣?在各層狀石墨板15的遠離制造空間的外側上還具有玻璃纖維墊16。例如 可以使用Promat股份有限公司的名稱為ftOmaglaf HTI1200 (注冊商標)的玻璃纖維墊 16。各玻璃纖維墊16的作用是，朝向以下描述的支承元件18大面積地偏壓玻璃陶瓷板13 和框架1的其他的板部件。玻璃纖維墊16同時保證向外和向下的很好的絕熱。玻璃纖維墊16的另一優(yōu)點是 其在溫度循環(huán)時的彈性?？蚣?在各玻璃纖維墊16的遠離制造空間的外側上還具有外面的板17，所述外面 的板優(yōu)選由玻璃陶瓷構成。所述外面的板17要輔助以下描述的支承元件18向內(nèi)擠壓玻璃 纖維墊16?？蚣?還具有多個支承元件18，其優(yōu)選由優(yōu)質(zhì)鋼構成，它們特別在框架的各邊緣 上支承框架1。特別是支承元件18的作用是，彼此相對壓緊玻璃陶瓷板13和所述外面的板17。由此壓縮和偏壓處在中間的玻璃纖維墊16。此外，各支承元件18分別設置在框架1的 邊緣上并在那里連接框架1的各個壁。在所示的實施例中，支承元件18由優(yōu)質(zhì)鋼構成，從 而它們與鋁相比具有較小的熱導率和較小的熱膨脹系數(shù)。此外優(yōu)質(zhì)鋼比鋁具有更好的耐腐 蝕性。支承元件18具有由盡可能薄壁的四邊形空心型材構成的多角板條18a。通過薄的 壁厚限制熱導率，支承元件18還具有多個夾持金屬板18c，它們從內(nèi)部支承各玻璃陶瓷板 13。支承元件18還具有外面的壓緊金屬板18b，它們用螺釘擰緊到各空心型材18a上并且 與夾持金屬板18c相配合相互夾緊框架1的各層部件。框架1的四個壁通過這樣的結構連 接在一起。支承元件18還具有多個墊塊18d，優(yōu)選由絕熱材料構成，它們固定地預定在玻璃 陶瓷板13與所述外面的板17之間的間距。支承元件18還具有多個金屬板條18e，它們使 框架1在其各內(nèi)邊緣上成圓形。各金屬板條18e防止粉末進入在框架1的各不同的部件之 間的接縫中并且便于框架1的清潔。各支承元件18保證框架1的完全的支承，從而較脆的 玻璃陶瓷板13不必具有用于支承框架1的功能?？蚣?在所述外面的板17的遠離制造空間的外側上還具有外殼19。外殼19構成 框架1的殼體并還保證向外的另一絕熱。這樣構成的框架1具有以下特征框架1和屬于此類的裝置適用于由熔點高于150°C和特別是高于180°C的構造材 料3a制造三維物體3。通過所使用的材料和通過需要的加熱區(qū)14a、14b、14c的選擇性的 控制，達約370°C的過程溫度是可能的。如果平板2在制造開始時完全處在上方，則只加熱 框架1的上部的區(qū)域，其實際上由粉末填滿。接著制造過程接通其他的處在下方的加熱區(qū)。 由此避免特別是升降機構12的過度的熱負荷。玻璃陶瓷板13的材料也幾乎不沿垂直方向 散熱。這特別是在制造開始時是有利的，因為升降機構12不受過強的熱負荷。結果是盡可 能少地向下和向外發(fā)送熱。在所示的實施例中，所述框架描述為多部件的層狀復合件，其中各鄰接的部件相 互接觸。但這樣的接觸對于本發(fā)明是不重要的，從而在描述的各層部件之間可以設置其他 的層，而不偏離諸權利要求中限定的保護范圍。特別在諸權利要求中采用的概念“遠離制造 空間的外側”并不是一定指相應的層部件的具體的外表面。更確切地說概念“遠離制造空 間的外側”說明層結構從制造空間開始向外側的定向。保護范圍并不限于所示的實施例，而它包括其他的改變和變型，只要它們落入在 由諸從屬權利要求限定的范圍內(nèi)。例如按照本發(fā)明的框架和用于制造三維物體裝置并不限于激光燒結裝置?？蚣?也適用于在立體平板印刷裝置中應用，其中代替粉末將可光硬化的樹脂用作為構造材料， 或適用于電子射線燒結或熔化裝置，其中代替激光利用電子射線。也可考慮在三維印刷或 FDM (熔融沉積成型)中的應用。
權利要求
1.用于制造三維物體(3)的裝置用的框架(1)，其中所述裝置在一個制造空間中在與 各層中的待制造的物體(3)的橫截面相對應的位置上通過逐層地固結粉末狀的或液態(tài)的 構造材料(3a)來制造三維物體(3)，該制造空間通過框架(1)和處于所述框架(1)中的垂 直可移動的平板( 限定；其特征在于，所述框架(1)在其面向制造空間的內(nèi)側上具有玻璃 陶瓷板(13)。
2.按照權利要求1所述的框架(1)，其特征在于，還包括平面加熱元件(14，14')，所 述平面加熱元件在玻璃陶瓷板(1 的遠離制造空間的外側上。
3.按照權利要求2所述的框架(1)，其特征在于，所述平面加熱元件(14，14')限定多 個垂直重疊設置的加熱區(qū)(14a、14b、14c)，所述加熱區(qū)能單獨地控制。
4.按照權利要求3所述的框架，其特征在于，還包括控制單元(11)，所述控制單元按照 制造過程僅僅控制在平板O)的上方的一個或多個加熱區(qū)。
5.按照權利要求2至4之一項所述的框架(1)，其特征在于，所述平面加熱元件(14， 14')在其遠離制造空間的外側上具有層狀石墨板(15)。
6.按照權利要求2至5之一項所述的框架(1)，其特征在于，還包括玻璃纖維墊(16)， 所述玻璃纖維墊設置在平面加熱元件(14，14')的遠離制造空間的外側上。
7.按照權利要求6所述的框架(1)，其特征在于，還包括外面的板(17)，所述外面的板 位于玻璃纖維墊(16)的遠離制造空間的外側上，所述外面的板優(yōu)選由玻璃陶瓷制成。
8.按照上述權利要求之一項所述的框架(1)，其特征在于，還包括支承元件(18)，所述 支承元件優(yōu)選由優(yōu)質(zhì)鋼制成，所述支承元件特別是在框架的邊緣上支承所述框架(1)的構 件。
9.按照上述權利要求之一項所述的框架(1)，其特征在于，框架(1)和平板(2)模塊式 相互連接成一個可換式機架，其中所述可換式機架能夠裝入所述裝置中和從所述裝置中取出ο
10.用于制造三維物體(3)的裝置，包括按照上述權利要求之一項所述的框架(1)，其 中所述裝置在一個制造空間中在與各層中的待制造的物體(3)的橫截面相對應的位置上 通過逐層地固結粉末狀的或液態(tài)的構造材料(3a)來制造三維物體(3)，所述制造空間通過 框架(1)和處于框架(1)中的垂直可移動的平板( 來限定。
11.按照權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述裝置具有型式為激光器(7)或另一 種能量源的固結裝置。
12.按照權利要求10或11所述的裝置，其特征在于，所述裝置適于由熔點高于180°C 的構造材料(3a)來制造三維物體(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造三維物體(3)的裝置用的框架(1)。所述裝置在一個制造空間中在與各層中的待制造的物體(3)的橫截面相對應的位置上通過逐層地固結粉末狀的或液態(tài)的構造材料(3a)來制造三維物體(3)，所述制造空間通過框架(1)和處于框架(1)中垂直可移動的平板(2)限定；其中框架(1)在其面向制造空間的內(nèi)側上具有玻璃陶瓷板。
文檔編號B29C67/00GK102123850SQ200980131915
公開日2011年7月13日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權日2008年10月13日
發(fā)明者A·博克蒂, M·羅伊特勒 申請人:Eos有限公司電鍍光纖系統(tǒng)