[发明专利]通过激光烧结中的射线形成改善的器件特性

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于逐层地制造三维对象的设备、用于逐层地制造的方法以及相应的成型体。

背景技术

顺畅地提供原型是最近经常提出的任务。能够实现这一点的方法称为快速原型建造（Rapid Prototyping）/快速制造或者还称为添加式制造方法。特别合适的是基于粉末状原料工作以及其中逐层地通过选择性的熔化和固化制造期望结构的方法。在此可以放弃在悬垂和咬边时的支承构造，因为包围熔化的区域的粉末床提供足够的支承作用。同样取消去掉支承的追加工作。这些方法还适于制造小批量。结构空间温度被选择为，使得在构建过程期间不导致逐层制造的结构的变形。

一种特别良好地适用于快速原型建造/快速制造目的的方法是选择性激光烧结（SLS）。用于表示由粉末状聚合物制成的成型体的激光烧结方法（快速原型建造）在专利文献US6136948和WO96/06881（两个都是DTM公司的）中详细描述。针对该应用对多种聚合物和共聚物要求保护，例如多醋酸盐（Polyacetat）、聚酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、离聚物和聚酰胺。

在上述方法中的问题是，聚合材料通过激光焦点中的局部温度峰值受到损坏。局部温度峰值可能导致聚合物的分子链的断裂。此外在该处理时偶尔通过激光焦点中的温度峰值释放聚合原料的成分。所释放的物质干扰该过程，因为这些物质在如透镜或高温计的重要器件处沉积并且影响其功能。简单地减小激光能量不引向目标，因为用以使粉末状材料足够快速地熔化的能量于是不足够地被引入。过程将会由于该措施明显变慢。

发明内容

因此本发明的任务是激光烧结过程的改善。

令人吃惊地发现，该问题可以用激光焦点中的合适的功率密度分布或能量密度分布来解决。

本发明的第一主题是一种用于逐层地制造三维对象的设备，至少包括激光器，其中该设备包含射线形成系统。优选地，通过该射线形成系统将焦点中功率密度的最大值调节到比焦点中功率密度的平均值高不到50%（weniger als…über...），优选不到20%和特别优选地不到10%。

令人吃惊地已经表明，如果功率密度分布被构成为，使得激光焦点中的功率密度的最大值超过整个焦点上的功率密度的值至多（nicht mehr als）50%，则由此可以避免分子量分解。对于激光射线来说常见的几乎高斯形的功率密度分布（电磁场的振幅随着至传播轴的距离而以指数下降）正好不满足该要求，更确切地说分子量分解被观察。尤其是本发明的设备具有以下优点，即仅通过射线形成系统的存在就可以实现本发明的优点，而无需对涂层设备进行更大的改造。

原则上，技术人员已知的每一个射线形成系统在根据本发明的设备中适用，优选地是折射光束整形器和/或均化器。

根据本发明的设备的实施方式从图1中可看出。从而用于逐层地制造对象的设备具有结构容器（9）。在该容器中设置具有基本上平坦的并且与结构容器的上边缘基本上平行取向的上侧的载体（7）。载体（7）被构成用于承载待形成的对象（6）。载体（7）可以通过（未示出的）高度调节装置在垂直方向上移动。其中施加和固化粉末材料的平面形成工作平面（5）。在借助扫描系统（4）将激光射线（2）偏转到粉末表面（5）上之前，借助合适的设备（3）从激光器（1）对激光射线（2）进行变换。

结构容器可以退火和/或用惰性气体（例如用氩）惰性化。

本发明的另一个主题是用于由聚合物粉末逐层地制造三维对象的方法，其中通过激光器对聚合物粉末进行选择性熔化或烧结，所述激光器的焦点中功率密度的最大值比焦点中功率密度的平均值高不到50%。优选地，焦点中功率密度的最大值比焦点中功率密度的平均值高不到20%，特别优选地不到10%。

在本发明的方法中，焦点中的功率密度分布尤其是借助射线变换调节，优选在如上所述的设备中，特别优选的是借助折射光束整形器和/或均化器来进行射线变换。