[发明专利]用于制造构件的方法以及光学辐照设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造构件的方法，所述方法通过依次固化由粉末 状的、颗粒的或液态的材料构成的各个层来制造构件，所述固化借助于激 光器用激光辐射进行辐照来实现，其中每个层分解为具有边缘区域表面的 边缘区域和内部区域，以及涉及一种光学辐照设备。

背景技术

生成式制造方法通过其反复将层或体积元件以重叠或靠紧的方式 接合用于制造三维的对象，并且应用于制造原型的领域以及在此期间也 应用于构件制造，尤其个体成形的构件的制造。作为原料提供多种不同 的材料，所述材料不仅能够以粉末或颗粒的形式存在，而且也能够以流 体的形式存在例如作为悬浮液存在。在生成式制造方法中，三维的对象 通过多个单个的材料层形成，所述材料层依次沉积在可下降的构件平台 上并且随后单个地经受局部选择性的固化工艺。

为了借助于选择性激光(束)熔化(SLM)来制造构件，借助于激 光束根据预设的照射文件(Belichtungsfile)照射粉末床，其中从3D-CAD 文件中产生数据。在计算步骤中，将构件分为各个层。在第二计算步骤 中，对于每个层产生激光束经过的轨迹(矢量)。

如果粉末层被照射，那么构件平台下降并且借助于涂布器 (Schieber)、例如耙子施加新的粉末层然后重新通过激光器并且借助于 照射文件照射所述新的粉末层。这继续进行，直至完全地生成构件。专 门借助于选择性的激光束熔化可以生成式地构造具有复杂的空心结构 的构件。

在该工艺中，通过方法参数(激光器功率、射束直径、移动速度) 以及所使用的粉末材料的粒度级确定表面粗糙度(正常为20μm至 40μm)。此外，激光束的强度剖面具有如下强度分布，所述强度分布能 够通过钟形轮廓(高斯分布)描述。这意味着，强度最大值位于激光束 中心并且强度朝激光束的边缘降低。由此，在粉末床熔化时，在粉末床 的表面上的激光束的中心中达到温度最大值，其中温度朝边缘降低并且 在边缘处不足以熔化颗粒。由此，在粉末床的表面上尤其在待制造的构 件横截面的边缘处产生问题。也就是说，激光束必须在横截面的边缘处 停留长至待制造的构件的边缘颗粒已被熔化。但是，在边缘附近、即在 存在激光束的强度最大值的地方，在该时间点已经输送了过高的能量。 因此，尤其难以在横截面的边缘处控制所述工艺。因此，产生相对大的 平均粗糙度深度值R_z(所测得的粗糙度深度的平均值)或平均粗糙度值 R_a(与中线的偏差的算术平均值)。由此，位于内部的表面在选择性的 激光束熔化工艺之后难以被再加工或完全不能被再加工。

发明内容

因此，本发明的第一目的是提出一种用于制造层式构造的构件、尤 其受高温负荷的构件的方法，所述方法避免上述问题。第二目的是提出 一种改进的用于制造构件的光学辐照设备，所述光学辐照设备尤其适合 于执行上述方法。

根据本发明，第一目的借助于如下方法实现，所述方法通过依次固 化由粉末状的、颗粒的或液态的材料构成的各个层来制造构件，所述固化 借助于激光器用激光辐射进行辐照来实现，其中每个层分解为具有边缘 区域表面的边缘区域和内部区域，并且其中在每个层中在通过激光器进 行辐照之后用超短脉冲激光器至少辐照相应的层的边缘区域的边缘区 域表面。

根据本发明，借助于超短脉冲激光器(超短脉冲激光束源)在每个 焊接层片之后将在边缘区域中的表面结构化或重熔。由于超短脉冲激光 器的短的脉冲持续时间，仅影响直接由激光束射到的材料。由此，至少 有针对性地并且完全地熔化边缘区域的表面，由此相对于现有技术在该 边缘区域中产生限定的表面结构。由此避免构件表面的再加工。也改进 了粗糙度深度值R_z或平均粗糙度值R_a，也就是说，所述粗糙度深度值 R_z或平均粗糙度值R_a变得更低，使得从一开始就在边缘区域中设置改 进的表面质量。在此，显然也能够将术语边缘区域理解为在构件中心的 留空部处的边缘区域。

在优选的设计方案中，相应的层的整个边缘区域被辐照。这例如可 经由超短脉冲激光器的功率实现。由此，保证限定的表面结构，尤其在 边缘区域中。

优选地，超短脉冲激光器发射脉冲式激光，所述脉冲式激光具有在 皮秒和飞秒的范围中的脉冲持续时间。这特别适合于材料加工。