[发明专利]用于三维结构的增材制造的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于由材料(3)增材制造三维结构(2)的设备，该材料由于材料(3)的光诱导化学和/或物理过程而通过其位置选择性固化来固化，该设备具有用于产生激光束(5)的激光源(4)、用于聚焦激光束(5)以形成激光焦点(7)的聚焦光学单元(6)、和用于将激光束(5)分成至少两个部分激光束(9、33)的分束器光学单元(8、29)。激光源(4)、聚焦光学单元(6)和分束器光学单元(8、29)布置成使激光束(5)从激光源(4)开始，首先经过聚焦光学单元(6)，然后通过分束器光学单元(8、29)，并且最后部分激光束(9、33)分别引导向待固化的材料(3)上的不同位置。本发明进一步涉及一种用于由材料(3)增材制造三维结构(2)的方法，该材料由于材料(3)的光诱导化学和/或物理过程而通过其位置选择性固化来固化。

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于三维结构的增材制造的设备，以及一种根据权利要求6的前序部分的三维结构的增材制造方法。

背景技术

现今存在各种设备和方法，其基于构造数据(例如CAD数据)的三维结构(例如模型、图案)，由无定形或形状中性的材料，如粉末(可能添加的粘合剂)或液体(也包括暂时熔化的固体)制造原型、工具、最终产品等。这些方法也在例如“快速原型制造(RapidPrototyping)”，“快速制造(Rapid Manufacturing)”或“快速工具制造(Rapid Tooling)”集体术语下是已知的。在这方面，主要成形步骤通常在相应的制造设备中进行，其中起始材料从一开始就以液体形式存在或在此期间液化并在预期位置固化。在这种情况下，一种已知的方法是所谓的熔合丝制造(FFF，Fused filament fabrication)，其中工件由热塑性材料以层构成。例如以粉末或线料的形式供应的塑料材料熔化并通过印刷头以熔融形式施加，该印刷头连续地施加待生产的结构的单独的、通常水平的层。

还已知的设备和方法是其中粉状材料(例如塑料材料)分层施加并通过局部施加或印刷的粘合剂选择性固化的设备和方法。在其它方法中，诸如选择性激光烧结(SLS，Selective laser sintering)中，例如使用刮刀将粉末分层施加到基盘上。通过合适的聚焦辐射(例如聚焦激光束)选择性地加热粉末，从而烧结。在构建层之后，稍微降低基盘并施加新的层。这里可以使用塑料材料、陶瓷或金属作为粉末。在生产过程之后必须除去未烧结的粉末。在类似的方法中，选择性激光熔化(SLM，Selective laser melting)通过激光辐射引入粉末中的能量很高，使得粉末局部熔化并固化成连续的固体。该方法特别用于金属粉末的情况。

上面引用的方法通常也称为生成或增材制造方法。

US 2013/0056910 A1公开了一种用于由待固化的含有机聚硅氧烷的液体材料生成三维结构的设备和方法，其中该设备包括位置固定的激光源、至少一个位置固定的偏转镜和聚焦光学单元。由激光源产生的激光束被引导到偏转镜上，从而偏离其初始方向并随后被引导到聚焦光学单元，该聚焦光学单元将激光束聚焦在待固化材料中的可预定位置，以便在该位置固化上述材料，并以这种方式分层构建所需的三维结构。为了提高制造效率和缩短生产时间，设备包括两个串联布置的偏转镜，其中，从激光源开始，首先被激光束照射的偏转镜是部分透射镜(也称为分束镜)，其将初始激光束分成两部分激光束，其中偏转(反射)的第一部分激光束被引导到分配给它的第一聚焦光学单元，并且第二部分激光束穿过部分透射的偏转镜被引导到第二偏转镜上，第二偏转镜同样通过偏转将其引导到分配给第二部分激光束的第二聚焦光学单元上。使用分配给它们的两部分激光束和聚焦光学单元，可以在一个工作过程中同时产生两个相同的三维结构。

US 2017/0113303 A1同样公开了一种用于由待固化的粉状材料生成三维结构的设备，其中由激光源所产生的激光束最初被分束器光学单元分成多个部分激光束，每个所述部分光束分别被引导到单独的聚焦光学单元，并且随后将多个部分激光束引导到单个检流计扫描仪，其最终将部分激光束引导到粉状材料中的不同位置，以在相应的照射位置将其熔化。以这种方式，可以同时构建多个相同的三维结构。