[发明专利]改进激光烧结设备惰性化的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种尤其是通过选择性熔化和硬化粉末状基底来逐层制造三维物体的方法。

背景技术

快速提供型材是近期经常提出的任务。实现该任务的方法被称为快速成型/快速制造或者叠加式制造方法。尤其适当的是在粉末状材料的基底上进行工作的方法，其中逐层通过选择性熔化和硬化来制造期望的结构。在此，取消了悬垂和底切时的支撑结构，这是因为环绕所熔化区域的粉末层提供了足够的支撑作用。同样不需要去除支撑结构的后续工作。该方法也适合于小规模生产。选择结构空间的温度，以使在结构工艺流程中，逐层制造的结构不会变形。

在此，逐层工作方法的选择性例如可以通过涂覆感受器、吸收剂、抑制剂或者通过掩膜或者通过例如由激光束带来聚焦能量或通过玻璃纤维来实现。通过电磁辐射导入能量。

特别好地适合于实现快速成型/快速制造的目的的方法是选择性激光烧结(SLS)。在该方法中，利用激光束选择性地短暂照射腔室中的塑料粉末，由此使受到激光束作用的粉末颗粒熔化。所熔化的颗粒彼此聚结并且快速地再次变硬成为固体。通过重复照射总在新涂覆的层，利用本方法可以简单和快速地制造三维物体。

专利文献US 6136948和WO 96/06881(均属于DTM公司)中详细描述了一种用于制备由粉末状聚合物制成的成型物的激光烧结(快速成型)方法。多种聚合物和共聚物例如聚醋酸酯、聚丙烯、聚乙烯、离聚体和聚酰胺应用于此。

其他良好适用的方法是例如WO 01/38061中描述的SW方法或者EP1015214中描述的一种方法。这两种方法利用平面红外线加热来熔化粉末。熔化的选择性在第一种方法中通过涂覆抑制剂来实现，在第二种方法中通过掩膜来实现。DE10356193描述了另一方法。在该方法中，通过微波发生器输入熔融所需的能量，并且选择性通过涂覆感受器实现。

例如EP1737646中描述了其他适当的方法，其利用在粉末中所含的或者通过喷射方法涂覆的吸收剂工作。

针对所谓的快速成型或者快速制造方法(RP或者RM方法)可以应用粉末状基底，尤其是聚合物，优选从聚酯、聚氯乙烯、聚缩醛、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚(N-甲基甲基丙烯酰亚胺)(PMMI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、离聚体、聚酰胺或者它们的混合物中选择。

在加工聚合物粉末时通常需要提高的结构空间温度以避免出现收缩和变形问题。所需的结构空间温度(也被称为加工温度)取决于要加工的聚合物粉末，大多数情况下仅略微低于要加工材料的熔点。在该方法中存在的问题是空气氧的不利影响。在加工时的高温度导致损害要加工的聚合物。基于此原因，在加工时通常利用惰性气体对结构空间实施惰性化。在此，例如在整个过程中，持续利用氮气对结构空间实施扫气。持续的扫气是必要的，这是因为例如由于机器上的泄露会导致惰性气体逸出结构空间。在通过发生器提供氮气时不能保证所需的纯度，从而残余氧气的含量总是过高。另一方面，利用相应纯的氮气对结构空间实施扫气费用非常昂贵。因为所述方法的构件的使用范围不断扩大，因而对构件特性的要求也不断提高。因此，许多要求在未来可能只可利用比目前所用材料的熔融点更高的材料来满足。与此相关的更高的加工温度要求对惰性化进行改进，这是因为在加工时通常随着温度的升高，氧气的不利效果也会增加。

根据现有技术在相应设备中，惰性气体在大多数情况下经透镜和高温计导入，导入方式要避免在透镜和高温计上的沉积。同时惰性气体冷却透镜和高温计。惰性气体必须具有与结构空间温度相比明显更低的温度来获得相应的冷却效果。然而其缺点在于，冷的惰性气体明显冷却了结构空间，尤其是结构区域中的粉末。这干扰了结构流程，这是因为必须重新调节温度以避免变形效果。此外，冷的惰性气体加强结构空间中的涡流。

发明内容

本发明任务是提供简单的方法来制造三维物体，利用本发明一方面可以减少惰性气体的通过量，不会干扰结构流程自身的运行或者降低所获得的构件的质量。