[发明专利]用于生产三维工件的具有改进的气体流的设备

说明书

设备(10)包括处理室(12)，该处理室容纳用于容置原材料粉末的承载器(14)。设备(10)的辐照装置(16)被构造成选择性地将电磁辐射或粒子辐射照射到承载器(14)上的原材料粉末上，以便通过增材逐层构造方法生产工件，其中，传输元件(22)允许电磁辐射或粒子辐射传输到处理室(12)中。设备(10)进一步包括用于将气体供应到处理室(12)的气体入口(26)和用于从处理室排出气体的气体出口(32)，该气体入口和气体出口被构造成产生保护气体流(F1，F2)，以用于保护传输元件(22)免受存在于处理室(12)中的杂质污染。气体入口(26)包括形成气体入口区域(A)的可透气的多孔部件(36)。

技术领域

本发明涉及一种用于通过用电磁辐射或粒子辐射照射原材料粉末层来生产三维工件的设备。本发明进一步涉及一种用于生产三维工件的方法。

背景技术

粉末床熔融（fusion）是一种增材逐层工艺（additive layering process），通过粉末床熔融可以将粉状的、特别是金属和/或陶瓷的原材料加工成复杂形状的三维工件。为此，原材料粉末层被施加到承载器上并且根据待生产的工件的期望几何形状经受电磁辐射或粒子辐射。穿透粉末层的电磁辐射或粒子辐射引起对原材料颗粒的加热并且因而将其熔化（melting）或烧结（sintering）。然后，另外的原材料粉末层继续被施加到承载器上的已经经受辐射处理的层上，直到工件具有期望的形状和大小。具体地，可以将粉末床熔融方法用于基于CAD数据来生产原型（prototype）、工具、替换部件或医学假体。

例如，在EP 1 793 979 B1中描述了一种用于通过粉末床熔融工艺用粉状原材料生产模制主体的设备。现有技术的设备包括处理室，该处理室容纳多个用于待制造的成型主体的承载器。粉末层制备系统包括粉末容器支座，该粉末容器支座可以横跨承载器来回移动，以便将待用激光束照射的原材料粉末施加到承载器上。处理室设置有保护气体入口和保护气体出口，该保护气体入口和保护气体出口连接到保护气体环路。例如，保护气体（诸如，氩气）经由保护气体入口被供应到处理室，以便在处理室内建立保护气体气氛。例如，在流经处理室时被加载微粒杂质（诸如，剩余原材料粉末颗粒和焊烟颗粒）的保护气体经由保护气体出口从处理室排出。

根据EP 1 839 781 A2，在粉末床熔融过程中在照射并因此熔化原材料粉末时产生的焊烟可能污染处理室的内部以及辐照系统的部件，例如，所述部件诸如透镜或窗口，辐射光束通过该透镜或窗口被引导到处理室中。因此，由辐照系统发射的辐射能量中越来越多的部分可以被沉积的焊烟凝结物吸收。因此，EP 1 839 781 A2提出了为保护气体输送系统设置用于在产品形成区域与处理室的上壁之间产生和维持分隔区域（该分隔区域呈保护气体流动层形式）的装置，该分隔区域被指定为使焊烟几乎不能通过。具体地，保护气体输送系统包括在处理室的侧壁中沿水平方向延伸的细长喷嘴。借助于压缩机在升高的压力下供应到喷嘴的保护气体经由喷嘴以如下的方式供应到处理室，所述方式即，产生基本上层状的保护气体流。在处理室的与喷嘴相对的另一侧壁中设置出口孔，借助于鼓风机通过该出口孔将保护气体从处理室中排出。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于通过用电磁辐射或粒子辐射照射原材料粉末层来生产三维工件的设备和方法，其中，在操作时间期间能够维持稳定的操作条件并因此可以生产出高质量的工件。

该目的通过如下所述的设备以及如下所述的方法来应对。

用于生产三维工件的设备包括处理室，该处理室容纳用于容置原材料粉末的承载器。承载器可以是刚性固定的具有表面的承载器，原材料粉末被施加到该表面上，以便经受电磁辐射或粒子辐射。然而，优选地，承载器被设计成在竖直方向上可移位，使得随着工件的增加的构造高度（因为工件是通过原材料粉末的逐层堆积而构造的），承载器能够沿竖直方向向下移动。施加到处理室内的承载器上的原材料粉末优选地为金属粉末，特别是金属合金粉末，但也可以是陶瓷粉末或含有不同材料的粉末。粉末可以具有任何合适的颗粒尺寸或颗粒尺寸分布。然而，优选地是处理颗粒尺寸小于（）100μm的粉末。