[发明专利]用于在激光烧结中避免在光学组件处的沉积的设备

说明书

技术领域

本发明涉及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所希望的结构的方法。在此可以放弃在悬垂和侧凹时的支承构造，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。这些方法还适于小批量制造。结构空间温度被选择为，使得在构建过程期间不发生逐层制造的结构的变形。

一种特别好地适用于快速原型建造目的的方法是选择性激光烧结。在该方法中，在室中选择性短地用激光束照明塑料粉末，由此由激光束射中的粉末颗粒熔化。熔化的颗粒向彼此中运行并且快速地再次凝结成固态物质。通过重复地照明总是新施加的层可以用该方法简单地和快速地制造三维体。

用于表示由粉末状聚合物制成的成型体的激光烧结（快速原型建造）方法在专利文献US6,136,948和WO96/06881中详细描述。针对该应用对多种聚合物和共聚物要求保护，例如聚合醋酸盐（Polyacetat）、聚丙烯、聚乙烯、离聚物和聚酰胺。

其他良好适用的方法是如在WO 01/38061中所述的SIV方法（选择性化合物抑制）或者如在EP 1015214中所述的方法。两个方法利用用于熔化粉末的平面红外加热工作。熔化的选择性在第一方法情况下通过涂敷抑制剂来实现，在第二方法情况下通过掩模来实现。在DE 10311438中描述了另一方法。在该方法情况下，通过微波发生器引入用于熔化所需要的能量并且通过涂敷感受剂来实现选择性。另一方法在WO2005/105412中得以描述。在该方法情况下，通过电磁辐射引入用于熔化所需要的能量并且通过涂敷吸收剂来实现选择性。

在现有技术中所述的方法情况下的问题是，如果聚合粉末被加热，则聚合粉末的成分被释放或蒸发。所释放的物质或蒸汽干扰该过程，因为这些物质或蒸汽在重要的部件如透镜、高温计或掩模处沉淀并且影响其功能。

所释放的成分通常是单体、低聚体或者添加剂，其相比于聚合物具有明显较低的熔点。单体和低聚体在聚合物中的含量可以被减少，但是这需要显著的附加耗费。此外大多总是还有物质的剩余部分留在聚合物中，所述剩余部分在加热时可能被释放。

发明内容

因此，本发明的任务是防止在逐层地制造三维对象时产生的蒸汽在诸如透镜的敏感部件处的沉积并且从而改善用于逐层地制造三维对象的过程。

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，包括结构空间（19），其具有高度可调整的结构平台（6）、用于将通过电磁辐射的作用可固化的材料的层施加到结构平台（6）上的设备（7）、用于照射层的与对象（5）对应的位置的照射装置，所述照射装置包括发射电磁辐射的辐射源（1）、控制单元（3）和处于电磁辐射的光路中的透镜（8），其中所述设备具有至少一个处于结构空间中或外部的淀积表面（9，13，18）。对于本发明重要的是处于结构空间中或外部的淀积表面，其中在聚合原料熔化时产生的蒸汽借助于有针对性的冷凝可以沉淀在所述淀积表面处。为此在一种优选的实施方式中冷却淀积表面。此外优选的是，所述设备具有用于对结构空间调节温度的加热元件。从而结构空间可以例如被调整到对于制造三维对象理想的温度上。

令人吃惊地发现，利用具有被冷却的表面的设备可以防止在用于制造三维对象的设备的敏感部件处的沉积，其中蒸汽可以在被冷却的表面处冷却和沉积。在根据迄今现有技术的设备情况下试图利用惰性气体的大体积冲刷来避免在敏感部件处的沉积。但是惰性气体的大体积流在制造三维对象时干扰温度控制，其方式是，要创建的对象和周围的粉末太强烈地被冷却。于是恰好在处理聚合物粉末时发生要创建的对象的强烈变形。