專利名稱：粉末施加系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種粉末施加系統，用于在利用可通過電磁輻射或 電子束照射而被固化的粉末材料逐層制造三維物體的設備中將粉 末供《會和分配到工作區上。
背景技術：
使用可通過電磁輻射或電子束照射而被固化的粉末材料逐層
制造三維物體的設備從例如US4863538、 US5647931和SE524467 中可知。這樣的設備包括如粉末供應、用來將一層粉末施加在工作 區上的裝置和引導射束到工作區域上的裝置。粉末隨射束在工作區 上移動而燒結或熔化并固化。出于產品質量原因的考慮，粉末在工 作區上均勻分布以及粉末層厚度明確并符合預定值是非常重要的。 而且，為保持盡可能高的生產速度而使得粉末層被快速施加是非常 有利的。
傳統的粉末施加裝置通常包括供給件和分配件，其中供給件將 來自于粉末供應的一定量粉末傳送到分配件，分配件又在工作區上 分配粉末。
粉末施加裝置工作的條件是惡劣的；溫度高，粉末顆粒從開口 和狹縫中找到出路，蒸發后的粉末材料冷凝并形成涂層等等。這會 產生以下問題，即，軸、鉸鏈和其他可動部件(尤其是供給件)塞住會引起更糟的機械性能。除了生產中斷，它還會在為分配件供給 正確4分末量方面產生問題，由此導致不均勻的并分末分布。
發明內容
本發明的 一 個目的是才是供 一 種用于制造三維物體的設備的改
進斗分末施加系統。該目的分別通過包含在^又利要求1、 8和9中的 技術特征而實現。獨立權利要求包含優選實施方式，還包括本發明 的進一步發展和變型。
本發明涉及一種用于在制造三維物體的i殳備中的工作區上供 給和分配粉末的粉末施加系統，所述系統包括適于容納粉末供應的 斗分末存貯單元，還包括分配件，其"i殳置成可損J,工作區移動以將部 分粉末分配到工作區上。本發明特征在于，在第一步中，分配件4皮 設置成可移動到放置于粉末存貯單元中的粉末供應中預定距離，所 述距離足夠長以將來自于分配件一側處的粉末供應的部分粉末輸 送到分配件的面向工作區的另一側，且在第二步中，分配件^皮i殳置 成可朝向并橫跨工作區移動以將部分粉末分配到工作區上。
因此，根據本發明的分配件同時用作供給件和分配件，這使得 不需要另外的移動部將粉末供給到分配件。這種設計的優點是它l吏 得系統枳4成結構簡單并且比傳統系統更可靠。
在本發明的第一優選實施例中，粉末存貯單元以開放方式詔:
形的明確形狀，因此這種設計能夠僅通過控制分配件的移動，即， 通過i殳定分配件移動到4分末存貯單元中并進而移動到4分末供應中 的距離，就可以獲得部分粉末的明確尺寸。這是一種為分配件輸送 正確并分末量的簡單、可靠方法。本發明還涉及一種使用可通過電磁輻射或電子束照射而固化 的粉末材料逐層制造三維物體的設備，其特征在于，所述設備包括: 該有創造性的4分末施加系統。
本發明還涉及一種在用于制造三維物體的設備中在工作區上
施加4分末的方法，所述方法包括下列步驟 一夸來自于4分末供應的部 分粉末傳送至分配件，以及使得分配件橫跨工作區移動以將部分粉 末分配到工作區上。該有創造性的方法特征在于，該方法包括第一 步，使得分配件移動到在粉末供應中預定距離，以使得來自于分配 件一側處的^分末供應的部分4分末輸送到分配4牛的面向工作區的另 一側，和第二步，使得分配件朝向并橫跨工作區移動以將部分粉末 分配到工作區上。
在以下給出的本發明描述中參考下面附圖，在附圖中
圖1以示意性立體圖的形式示出本發明的第一優選實施例；以
及
圖2A-2D以示意性立體截面圖的形式示出本發明第一優選實 施例的功能。
具體實施例方式
圖1和圖2示出了本發明第一優選實施例的部件和功能。如這 些圖所示，粉末施加系統1設置在基本平坦的工作臺5上并且包括 對稱設置于工作區3的相對側部上的兩個粉末存貯單元11，工作區 域3位于可豎直調節的平臺4的頂部上，該平臺4安裝在工作臺5 的切口部分中。每個粉末存貯單元11適于容納粉末供應源(powdersupply) 2 (見圖2A)。采用才黃截面為三角形的殺+塊形式的分配件6 沿工作區3延伸，并借助于導軌(未示出)被i殳置成可在垂直于其 延伸方向的方向上4黃^夸工作區3移動。
照射源(未示出)優選設置在工作區3上方一定距離處，該工 作區3作為用于固化粉末的電不茲輻射或電子束的目標區。
每一個4分末存貯單元11連同其相應的4分末供應2 —起在基本 平行于斜塊6的方向上沿工作區3的一側延伸。壁8a、 8b和端壁 (未示出)限定了粉末存貯單元11的部分并將粉末供應保持在適 當位置中。通過1"吏面向工作區3的壁8a終止于工作臺5上方的一 定距離處而將并分末存貯單元1H殳置成開》文方式。這具有以下效果， 即，使得粉末供應2的一部分是自由的以在粉末供應2的面向工作 區3的一側上形成靜止角a。在圖2A中這部分粉末供應2由虛線 表示出來并標注為2b。 4分末存貯單元11從上方一皮填充或補充。在 圖2A-2D中示出了裝有4分末的4分末存貯單元11。
下面將描述粉末施加系統1的功能。圖2A-2D涉及關于三維物 體的制造的初始狀態，即，平臺4被調整到稍微低于工作臺5水平 面的位置，從而有助于將第一層粉末施加在工作區3上。圖2A示 出了位于第一位置中的斜塊6，在該位置斜塊6朝向4分末供應2向 右移動。在圖2B中，斜塊6已經到達進入粉末供應2中預定距離 的第二^f立置，即，進入4分末存貝i單元11中預定3巨離。在此4立置， 4分末的特定部分已由于重力而乂人4分末供應2到4斗塊6的面向工作區 3的側部掠過斜塊6。圖2C示出了斜塊6處于與圖2A相似的位置 中，但在這種情況下，斜塊6向左運動以將部分4分末推向工作區3。 在圖2D中，^!"塊6在已經坤黃穿現在其上已施加有第一4分末層10的 工作區3之后4立于第四4立置中。在該點處，第一層10可以通過照 射裝置^皮固化。優選地，斜塊6設有至少一個柔性帶(未示出)，其沿斜塊6 的下側延伸并當斜塊6橫穿工作區3移動時輕壓在工作區3上。這 樣的柔性帶使得比較容易實現均勻層10。而且，這個特征使得粉末 施加系統1不易受由例如燒結表面中的不規則部而導致的工作區3 與斜塊6下側之間距離變化的影響。這樣的帶例如可以由薄金屬板 制成。
另外，系統1包括活才反門9，其可-皮打開以清除雜質，如成團 的粉末顆粒或者來自工作臺5的多余并分末。活纟反門9在需要時可人 工打開或可^皮4空制成以一定時間間隔自動打開。
將要流過分配件6的粉末量，即，待施加到工作區3上的部分 4分末的尺寸，一4殳耳又決于分配件6移動至粉末供應2中的距離；分 配件6的速度、形狀和表面性能；粉末存貯單元11的設計；以及 粉末的類型。粉末類型影響粉末的流動性能，粉末的流動性能影響 靜止角a的大小和實際流過分配件6的粉末量兩者。
"形成靜止角" 一詞指的是，粉末供應2中至少在特定區域2b 中邊界是這樣的，即，^吏得粉末形成一定形狀，這通常耳又決于所述 粉末的內摩擦力。通過將粉末存貯單元11設置成至少部分開放的 方式，使得粉末可形成這樣的靜止角。在最簡單的形式中，粉末存 貯單元11僅是粉末供應2可設于其上的區域。但是，為了將粉末 供應2保持在適當位置中并且有助于粉末供應的補充和靜止角的重 新形成，粉末存貯單元11優選地包4舌限制件，例如壁8a、 8b。
靜止角a耳又決于粉末性質，例如材料類型、尺寸分布和顆粒形 狀。粉末供應2中形成靜止角a的部分2b的形狀和位置，以及(可 能的)角a本身可受例如改變粉末存貯裝置11的i殳計而影響，該 改變i殳計通過改變壁8a、 8b之間的距離和/或改變工作臺5與面向 工作區3的壁8a之間的距離而實現。每一層所需要的粉末量，即，待施加到工作區3之上的粉末部 分的所需尺寸，例如取決于待制造的物體的尺寸。為確定粉末部分 的所需尺寸，對于給定并分末和給定分配件，可以進行少量測試同時 通過改變相對于壁8a的高度而調整^分末供應2的位置，和/或調整 平臺4與分配件6的端部位置(見圖2B)之間的距離，所述端部 位置與分配件6移動到粉末供應2中的距離有關。如果要使用另一 種類型的4分末，則這種簡單的測試過程可以 一皮重復。
粉末部分的尺寸不要太小是重要的，這是因為這會導致非均勻 的層厚。盡管4艮據本發明的粉末施加系統1不易受過大4分末部分的 影響，但另一方面，如果粉末部分太大的話可導致難以施加均勻層。 優選地，每一次均選沖奪比所需稍孩i大些的4分末量。因為i)該系統 《又包4舌一個移動部分，即分配^牛6， ii)該可移動部分比4交容易完全 控制，以及iii)形成《爭止角a的^分末供應2的形狀以同4f的方式重 新形成，根據本發明的粉末施加系統1每次均能選擇非常接近相同 尺寸的沖分末部分。
才艮據本發明的4分末施加系統非常適于各種金屬、塑^K陶瓷或 其他粉末材料。在上下文中術語"4分末"應該針對存在于粉末中的 顆粒的尺寸或尺寸分布方面給出一個廣義的解釋。該有創造性的系 統可用于大多凄t顆粒尺寸分布；典型的顆粒尺寸可為約10-100 !xm, 但顆粒可比該范圍小或大至少一個數量級。
圖1和圖2中所示的優選實施例中的分配件6的一黃截面為三角 形。但是，各種截面形狀都可以。通常，面向粉末供應2的一側應 適于適當地移動到4分末供應2中，而面向工作區3的一側應適于適 當地推動并分配粉末，并且上側部應該適于在分配件6位于圖2B 所示的位置中時適當地將粉末從一側傳遞到另一側。例如，分配件 6可i殳有一個或多個粉末通道，該通道乂人一側到另 一側穿過元件6， 因此當/人粉末供應2傳送到分配件6的另 一邊時，4分末不必在整個元件6上方經過。在使用兩個粉末供應2的情況下，如上述實施例 中，元件6優選為對稱的。但是，如果使用兩種不同類型的粉末， 即，每一個并分末供應2中4吏用一種類型，則分配件6可為非對稱的。 三角形截面的優點在于只有少量4分末停留在分配件6的頂部上，而 對于例如矩形截面的情況就不是這樣了 。
優選地，分配件6由控制單元(未示出)控制，該控制單元還 適用于控制例如用來照射粉末材料的射束和平臺4的豎直位置。
本發明不局限于上述實施例，而是許多改變都可在外又利要求的 范圍之內。例如，可使用兩套粉末供應2和分配件6,這樣兩個分 配件6 —次一個i也基本相互垂直i也穿過工作區3移動。
權利要求
1.一種用于在制造三維物體的設備中的工作區(3)上供給和分配粉末的粉末施加系統(1)，所述系統(1)包括適于容納粉末供應(2)的粉末存貯單元(11)，還包括分配件(6)，其設置成可橫跨工作區(3)移動以將部分粉末分配到工作區(3)上，其特征在于，在第一步中，所述分配件(6)被設置成可移動到放置于所述粉末存貯單元(11)中的粉末供應(2)中預定距離，所述距離足夠長以將來自于所述分配件一側處的粉末供應(2)的部分粉末輸送到分配件(6)的面向工作區(3)的另一側，并且在第二步中，所述分配件(6)被設置成可朝向并橫跨工作區(3)移動以將所述部分粉末分配到所述工作區(3)上。
2. 才艮才居卄又利要,，1戶斤述的并分末施力口系纟充(1 )，其特征在于，所述4分末存貯單元(11 )以開力t方式i殳置，4吏得i文置于4分 末存貯單元(11 )中的粉末在粉末供應(2)的面向工作區(3 ) 的側部(2b)上形成靜止角(a)。
3. 根據權利要求1或2所述的粉末施加系統(1 )，其特征在于，所述4分末存貯單元(11)沿工作區(3)的一側延伸。
4. 根據權利要求3所述的粉末施加系統(1 )，其特征在于，所述分配件(6)基本平行于所述粉末存貯單元(11 )延伸。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的粉末施加系統(1 )，其特征在于，所述工作區(3)位于可豎直調節的平臺(4)上。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的粉末施加系統(1)，其特征在于，所述系統(1)包括布置于工作區(3)的相對側上的兩 個4分末存貯單元(11 )。
7. 根據前述4又利要求中任一項所述的粉末施加系統(1 )，其特征在于，所述分配件(6)具有三角形橫截面。
8. —種使用可通過電磁輻射或電子束照射而固化的粉末材料逐 層制造三維物體的設備，其特征在于，所述設備包括根據權利要求1至7中任一項所述的粉末 施力o系統(1 )。
9. 一種用于在用于制造三維物體的設備中在工作區(3)上施加 粉末的方法，所述方法包括下列步驟將來自于粉末供應(2)的部分粉末傳送至分配件(6)，以及使得分配件(6)橫跨工 作區(3)移動以將部分4分末分配到工作區(3)上，其特征在于， 該方法包括第一步，使得分配件(6)移動到在粉末供應(2)中預 定距離，以使得來自于分配件(6 ) —側處的粉末供應(2 )的 部分粉末輸送到分配件(6)的面向工作區(3)的另一側，和第二步，使得分配件(6)朝向并橫跨工作區(3)移動 以將部分4分末分配到工作區(3)上。
10. 4艮據^f又利要求9所述的方法，其特征在于，所述4分末供應(2)以開方文方式i殳置，使得并分末在所述斗分 末供應(2)的面向工作區(3)的側部上形成,爭止角(a)。
11. 根據權利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述4分末供應(2)沿所述工作區(3)的一側延伸。
12. 4艮據—又利要求11所述的方法，其特征在于，所述分配件(6)基本平行地沿所述4分末供應(2)延伸。
全文摘要
本發明涉及一種用于在制造三維物體的設備中的工作區(3)上供給和分配粉末的粉末施加系統(1)，所述系統(1)包括適于容納粉末供應(2)的粉末存貯單元，還包括分配件(6)，其設置成可橫跨工作區(3)移動以將部分粉末分配到工作區(3)上。本發明的特征在于，在第一步中，分配件(6)被設置成可移動到放置于粉末存貯單元(11)中的粉末供應(2)中預定距離，所述距離足夠長以將來自于所述分配件一側處的粉末供應(2)的部分粉末輸送到分配件(6)的面向工作區(3)的另一側，并且在第二步中，所述分配件(6)被設置成可朝向并橫跨工作區(3)移動以將部分粉末分配到所述工作區(3)上。
文檔編號B22F3/105GK101410208SQ200580049640
公開日2009年4月15日 申請日期2005年5月11日 優先權日2005年5月11日
發明者烏爾夫·阿克爾德, 約蘭·瓦爾格倫, 馬蒂亞斯·斯文松 申請人:阿卡姆股份公司