【課題を解決するための手段】
【0006】
この課題は請求項1による3次元物体を付加製造するための装置によって解決される。これに従属する請求項はこの装置の可能な実施形態に関する。
【0007】
ここで説明される装置(「設備」)は、3次元物体を、すなわち例えば技術的構造部材または技術的構造部材群を、
層に関係づけられた、製造すべき物体の横断面に対応する領域内で、
硬化可能な造形材料からなる造形材料層の、連続した層ごとの選択的な照射、およびこれに伴う、連続した層ごとの選択的な硬化によって付加製造するために、
設けられている。
この造形材料は、特に微粒子状または粉末形状の、金属材料、プラスチック材料および/またはセラミック材料であり得る。
それぞれの選択的に硬化されるべき造形材料層の選択的な硬化は、物体に関連した造形データを基礎として実施される。
相応する造形データは、それぞれ付加製造すべき物体の幾何的・構造的形状を記述し、且つ、例えば付加製造すべき物体の「スライスされた(geslicte)」CADデータを含むことができる。この装置は、SLM装置、すなわち選択的レーザ溶融方法(SLM方法)を実施するための装置として、またはSLS装置、すなわち選択的レーザ焼結方法(SLS方法)を実施するための装置として形成されることができる。
【0008】
この装置は、付加造形過程を実施するために、典型的に必要とされる機能構成要素を備えている。これに関して、特に、選択的に硬化されるべき造形材料層(装置の製造ステージ内で)を形成するために設けられているコーティング装置と、選択的に硬化されるべき造形材料層(装置の製造ステージ内で)を選択的に照射するために設けられている照射装置とが対象として挙げられる。
このコーティング装置は、複数の構成部分、すなわち例えば1つの特にブレード状の層形成工具を含むコーティング構成要素、および定義された移動路に沿ってコーティング構成要素を導くための案内装置を含むことができる。照射装置も複数の構成部分を含むことができ、すなわち例えばエネルギービームまたはレーザビームの生成のためのビーム発生装置、ビーム発生装置で生成されたエネルギービームまたはレーザビームを、選択的に硬化させるべき造形材料層の照射領域上に方向変換するためのビーム方向変換装置(スキャナ装置)、および各種の光学的構成要素、例えばフィルタ構成要素、対物レンズ構成要素、レンズ構成要素、等を含む。
【0009】
この装置は、不活性化が可能なプロセスチャンバを含む。プロセスチャンバは、プロセスチャンバ境界によって空間的・物質的(raeumlich−koerperlich)に境界付けされている。このプロセスチャンバは、1つの上方のおよび下方のプロセスチャンバ境界によって定義されたプロセスチャンバ高さを持つ。上方のプロセスチャンバ境界は、プロセスチャンバの天井側を境界付けるプロセスチャンバ壁であり得る。下方のプロセスチャンバ境界は、プロセスチャンバの底側を境界付けるプロセスチャンバ壁であり得る。下方のプロセスチャンバ境界は、少なくとも1つの粉末モジュール、特にその中の粉末収容スペース(製造すペース)内で本来の3次元物体の付加製造が行われる造形モジュールを含む粉末モジュール造形群の表面または表面側であり得る。
相応する粉末モジュール造形群は、粉末モジュール造形群側の(機械的な)結合接続部を介して、プロセスチャンバ側の(機械的な)結合接続部を含む接合領域上に、プロセスチャンバ壁上に、特にプロセスチャンバを側方から境界付けるプロセスチャンバ壁上に、接合可能である。
【0010】
この装置は、1つの流れ生成装置を含み、この流れ生成装置が、プロセスチャンバをプロセスチャンバ側の流入領域とプロセスチャンバ側の流出領域との間で貫流する、特に不活性なガス流、すなわち例えばアルゴン気流または窒素気流を生成するために設けられている。このプロセスチャンバ側の流入領域およびプロセスチャンバ側の流出領域は、典型的には相互に対向して位置し、特にプロセスチャンバを側方から境界付けるプロセスチャンバ境界またはプロセスチャンバ壁に配置されているかまたは形成されている。このガス流は、プロセスチャンバを特に全幅または全長にわたって貫流する。
【0011】
このガス流は、プロセスチャンバをどのような場合でも全プロセスチャンバ高さにわたって貫流する。この流れ生成装置は、それゆえに、プロセスチャンバを全プロセスチャンバ高さにわたって貫流するガス流を生成するために設けられている。これに関連して、高さの方向に見て、ガス流が貫流しないプロセスチャンバ領域は存在しない。これに関連して、流入領域は、典型的には同じく全プロセスチャンバ高さに延在するが、しかしながら、このことは必ずしも必要であるわけではない。何故ならば、ガス流がプロセスチャンバをその全プロセスチャンバ高さにわたって貫流することは、ガス流またはガス流の一部を1つの適当な整向状態を介して、同様に達成され得るからである。
【0012】
加えてこのガス流は、プロセスチャンバを平行に重なって貫流する、複数の部分ガス流に分割されている。それぞれの部分ガス流は、それぞれの部分ガス流の流れ特性に関わる、少なくとも1つの流れパラメータにおいて区別される。流れパラメータは、特に流速に関するものである。流れ生成装置は、それゆえに、このガス流を複数の、プロセスチャンバを平行に重なって貫流する個々のガス流または部分ガス流に分割するように設けられていて、それらは少なくとも1つの、それぞれの部分ガス流の流れ特性に関わる流れパラメータで区別される。それぞれの、平行に重なってプロセスチャンバを貫流する部分ガス流は、全体でプロセスチャンバを貫流するガス流を形成する。このガス流は、これに関連し、異なった部分ガス流によって形成された、平行に重なって位置する異なった流れ領域を含み、その領域の中を異なった流れ特性を持ったガス流がプロセスチャンバを貫流する。
【0013】
この流れ生成装置は、それゆえに、典型的には、
第1の流入構成要素または第1の流入構成要素群を含み、前記第1の流入構成要素または第1の流入構成要素群が、第1の部分ガス流の形成のもとでまたは形成のために、ガスをプロセスチャンバ内へ流入させるために設けられており、および、
少なくとも1つの別の流入構成要素または少なくとも1つの別の流入構成要素群を含み、前記少なくとも1つの別の流入構成要素または少なくとも1つの別の流入構成要素群が、少なくとも1つの別の部分ガス流の形成のもとでまたは形成のために、ガスをプロセスチャンバ内へ流入させるために設けられている。
それぞれの流入構成要素は、少なくとも1つの、特にノズル状のまたはノズル形状の流入開口を含む。それぞれの流入構成要素は、少なくとも区間的に、流れに影響を与える構造、すなわち例えば格子構造またはハニカム構造を備えることができ、それらはそれぞれの流入開口の格子状もしくはハニカム状の、または、格子形状もしくはハニカム形状の配置および/または構成によって形成されている。
【0014】
プロセスガス流がプロセスチャンバから流出するために、流出領域が少なくとも1つの流出構成要素を含むことをここで注記しておく。それぞれの流出構成要素は、少なくとも1つの、場合によってはノズル状のまたはノズル形状の流出開口を含む。
【0015】
ガス流がプロセスチャンバを全プロセスチャンバ高さにわたって貫流し、また複数の異なった流れ特性の、すなわち特に異なった流速の部分ガス流が使用されることで、相応の微粒子状の汚染物質をプロセスチャンバから除去する効率が高まる。ガス流がプロセスチャンバを全プロセスチャンバ高さにわたって貫流し、また複数の異なった流れ特性の、すなわち特に異なった流速の部分ガス流が使用されることで、加えて望ましくない渦形成が回避される。全体としてこれによって、特にプロセスに条件付けられて発生する微粒子状の汚染物質をプロセスチャンバから除去する効率に鑑みて、3次元物体を付加製造するための改善された装置が提供される。
【0016】
この流れ生成装置は、特に、1つの下方のプロセスチャンバ境界、特にプロセスチャンバ底側を境界付けるプロセスチャンバ壁と、プロセスチャンバの第1の高さ区間との間の、第1の流れ領域内を、下方のプロセスチャンバ境界に沿って、特にプロセスチャンバ底側を境界付けるプロセスチャンバ壁に沿って、プロセスチャンバを通って流れる、1つの第1の部分ガス流(下方部分ガス流)と、
プロセスチャンバの第1の高さ区間と上方のプロセスチャンバ境界、特にプロセスチャンバ天井側を境界付けるプロセスチャンバ壁との間の、別の流れ領域内を、上方のプロセスチャンバ境界に沿って、特にプロセスチャンバ天井側を境界付けるプロセスチャンバ壁に沿って、プロセスチャンバを通って流れる1つの別の(または第2の)部分ガス流(上方部分ガス流)とを生成するために設けられることができる。この流れ生成装置は、それゆえに、ガス流を2つの相応する部分ガス流に分割するために設けられることができる。
【0017】
したがって、このガス流は、(正確に)2つの部分ガス流に分割されることができ、この際に第1の部分ガス流が、下方のプロセスチャンバ境界とプロセスチャンバの第1の高さ区間との間の、第1の流れ領域内を、下方のプロセスチャンバ境界に沿って、プロセスチャンバを通って流れ、および、
別の部分ガス流が、プロセスチャンバの第1の高さ区間と、上方のプロセスチャンバ境界との間の、別の流れ領域内を、上方のプロセスチャンバ境界に沿って、プロセスチャンバを通って流れることができる。
【0018】
しかしながら流れ生成装置が、1つの下方のプロセスチャンバ境界、特にプロセスチャンバ底側を境界付けるプロセスチャンバ壁と、プロセスチャンバの第1の高さ区間との間の第1の流れ領域内を、下方のプロセスチャンバ境界に沿って、特にプロセスチャンバ底側を境界付けるプロセスチャンバ壁に沿ってプロセスチャンバを通って流れる第1の部分ガス流(下方部分ガス流)と、
プロセスチャンバの第1の高さ区間とプロセスチャンバの第2の高さ区間との間の第2の流れ領域内を、プロセスチャンバを通って流れる第2の部分ガス流(中央部分ガス流)と、
プロセスチャンバの第2の高さ区間と上方のプロセスチャンバ境界、特にプロセスチャンバ天井側を境界付けるプロセスチャンバ壁との間の第3の流れ領域内を、上方のプロセスチャンバ境界に沿って、特にプロセスチャンバ天井側を境界付けるプロセスチャンバ壁に沿ってプロセスチャンバを通って流れる第3の部分ガス流(上方部分ガス流)とを生成するように設けられていることも考えられる。
この流れ生成装置はそれゆえにガス流を(正確に)3つの部分ガス流に分割するように設けられることができる。
【0019】
したがってこのガス流は、3つの部分ガス流に分割されることができ、この際に第1の部分ガス流が、下方のプロセスチャンバ境界とプロセスチャンバの第1の高さ区間との間の第1の流れ領域内を、下方のプロセスチャンバ境界に沿ってプロセスチャンバを通って流れ、
第2の部分ガス流が、プロセスチャンバの第1の高さ区間とプロセスチャンバの第2の高さ区間との間の第2の流れ領域内を、プロセスチャンバを通って流れ、
第3の部分ガス流は、プロセスチャンバの第2の高さ区間と上方のプロセスチャンバ境界との間の第3の流れ領域内を、上方のプロセスチャンバ境界に沿ってプロセスチャンバを通って流れる。
【0020】
もちろんこのガス流を3つ以上の部分ガス流に分割することも可能である。前述の実施形態は相応するものと見なされる。
【0021】
どのような場合でも、この第1の部分ガス流は、そこではエネルギービームによって硬化可能な造形材料からなる造形材料層の連続した層ごとの選択的な照射、およびこれに伴う、連続した層ごとの選択的な硬化が行われる、装置の製造ステージの直ぐ上方に流入する。これに関連し、この第1の部分ガス流は、特にプロセスに条件付けられて発生する汚染物質を製造ステージの領域から除去する。
【0022】
別の部分ガス流、すなわち2つの部分ガス流の場合の第2の部分ガス流は、および、3つの部分ガス流の場合の第3の部分ガス流は、プロセスチャンバの天井側を境界付けるプロセスチャンバ境界またはプロセスチャンバ壁に沿って、直ぐ傍で流れる。この別の部分ガス流は、この際に典型的には、エネルギービームまたはレーザビームをプロセスチャンバに入射するために設けられている、例えばエネルギービーム入射ウインドウの形態の、エネルギービーム入射装置の直ぐ下方に流れる。この別の部分ガス流はこれに関連し、特にプロセスに条件付けられて発生する汚染物質をエネルギービーム入射装置の領域から除去する。
【0023】
この第1の部分ガス流は、少なくともその直ぐ上方を流れる別の部分ガス流よりもより速い流速を持つことができる。このようにして、プロセスに条件付けられて発生する汚染物質を製造ステージの領域から効率良く除去することが保障される。
【0024】
それが存在する場合は、第3の部分ガス流は、少なくともその直ぐ下方を流れる第2の部分ガス流よりもより速い流速を持つことができる。このようにして、プロセスに条件付けられて発生する汚染物質をエネルギービーム入射装置の領域から効率良く除去することが保障される。3つの部分ガス流の場合は、ガス流の流速の分布は、比較的速い流速を持つ、下方のプロセスチャンバ境界内、特に製造ステージの領域、および上方のプロセスチャンバ境界の領域内、特にエネルギービーム入射装置の領域、ならびに1つの比較的低い流速のそれらの間に位置する領域が結果として生じ得る。
下方のおよび上方の流れ領域内の合目的な流速の増加によって、そこでは造形部品の品質またはプロセスの品質に対して特に重要な不利な影響に相応する、プロセスに条件付けられて発生する汚染物質を低減することができ、場合によっては起こり得る、プロセスチャンバを通るエネルギービームまたはレーザビーム上への流速による不利な影響は、その間に位置する中央の流れ領域の比較的低い流速で阻止することができる。
【0025】
この流れ生成装置は、それぞれの部分ガス流の流れ特性に関わる、少なくとも1つ流れパラメータにおいて異なる部分ガス流を生成するために、少なくとも2つの異なる流れ生成装置、特に吸引装置または送風装置を含むことができる。1つの第1の流れ生成装置は、1つの第1の部分ガス流を生成するために設けられることができ、および、少なくとも1つの別の流れ生成装置が少なくとも1つの別の部分ガス流を生成するために設けられることができる。
この第1の流れ生成装置には第1の流入構成要素または第1の流入構成要素群が割り当てられ、別の流れ生成装置には1つの別の流入構成要素または第1の流入構成要素群が割り当てられている。それぞれの流れ生成装置は、例えばその保有する性能で差があり、それが異なった流れ特性の部分ガス流を生成することができる。
【0026】
この流れ生成装置は、(同様に、)それぞれの部分ガス流の流れ特性に関わる、少なくとも1つの流れパラメータにおいて異なる部分ガス流を生成するために、少なくとも2つの異なった流入構成要素または少なくとも2つの異なった流入構成要素群を含むこともできる。第1の流入構成要素または第1の流入構成要素群は、第1の部分ガス流を生成するために設けられることができ、および、少なくとも1つの別の流入構成要素または少なくとも1つの別の流入構成要素群が、少なくとも1つの別の部分ガス流を生成するために設けられることができる。このそれぞれの流入構成要素は、例えばそのそれぞれの流入開口の流れ特性に影響を与える幾何形状において異なる。
【0027】
この流れ生成装置は、それぞれの部分ガス流の流れ特性に関わる、少なくとも1つの流れパラメータにおいて異なる部分ガス流を生成するために、(同様に、)少なくとも2つの異なった、それぞれ少なくとも1つの、例えば流れ誘導プレートの形態の流れ案内構成要素を備える流れ案内構成要素構成を含む。
第1の流れ案内構成要素構成は、第1の部分ガス流の生成のために、および、別の流れ案内構成要素構成が1つの別の部分ガス流の生成のために設けられていることができる。このそれぞれの流れ案内構成要素構成は、例えば流れ特性に影響を与えるそれぞれの流れ案内構成要素構成の形状で区別される。このそれぞれの流れ案内構成要素構成は、典型的には流体技術的に、流入構成要素の前に組み込まれている。
【0028】
すでに言及したように、流れ生成装置は、典型的には、
第1の部分ガス流の形成のもとでまたは形成のために、ガスをプロセスチャンバ内へ流入させるために設けられている、第1の流入構成要素または第1の流入構成要素群と、
別の部分ガス流の形成のもとでまたは形成のために、ガスをプロセスチャンバ内へ流入させるために設けられている、少なくとも1つの別の流入構成要素または少なくとも1つの別の流入構成要素群を含む。
【0029】
第1の部分ガス流を生成するために設けられている、この第1の流入構成要素または第1の流入構成要素群は、特にその中でエネルギービームによって硬化可能な造形材料からなる造形材料層の連続した層ごとの選択的な照射、およびこれに伴う、連続した層ごとの選択的な硬化が行われる製造ステージに対して相対的に移動可能に支承されていることができる。このようにして、第1の部分ガス流が、選択的に照射されまたは硬化される1つの造形材料層の領域の近くに移動することは可能であり、このことは、プロセスに条件付けられて発生する汚染物質を除去する効率を高める。
【0030】
それゆえに、この第1の流入構成要素または第1の流入構成要素群は、プロセスチャンバの内側で、特にその中でエネルギービームによって硬化可能な造形材料からなる造形材料層の連続した層ごとの選択的な照射、およびこれに伴う、連続した層ごとの選択的な硬化が行われる製造ステージに対して相対的に移動可能に支承されている、装置の機能構成要素上またはその内に配置されているかまたは形成されることができる。
具体的には、この第1の流入構成要素または第1の流入構成要素群は、
プロセスチャンバの内側で、
特に、その中でエネルギービームによって硬化可能な造形材料からなる造形材料層の連続した層ごとの選択的な照射、およびこれに伴う、連続した層ごとの選択的な硬化が行われる製造ステージに対して相対的に移動可能に支承されている、コーティング装置の機能構成要素上または、その中に、
特にブレード状のまたはブレード形状の、コーティング構成要素を支持する、
選択的に照射すべきまたは硬化すべき造形材料層を、装置の製造ステージ内において形成するために設けられている、特にコーティング本体上またはその中に、
配置されているかまたは形成されることができる。
【0031】
流出領域は、プロセスチャンバを側方から境界付け、特に円錐状に突き出しているプロセスチャンバ壁の、特に中央に配置されているかまたは形成されることができる。それぞれの部分ガス流は、与えられている形状、特に円錐形状のために、流出領域の領域内で一緒にまとめられてプロセスチャンバから流出し、これは特にこのようにして実現された吸引効果のために、相応のプロセスに条件付けられて発生する汚染物質が蓄積されたガス流をプロセスチャンバから効率良く排出することを可能にする。
【0032】
本発明を図面の例示的実施形態を参照して詳細に説明する。