[发明专利]增材式制造设备和对应的增材式制造方法

说明书

本发明涉及一种用于制造三维物体的增材式制造设备，所述制造设备具有：用于逐层施加构造材料的层施加装置(16)；能量输入装置(20)，所述能量输入装置具有一氧化碳激光器(21)和辐射供应装置，用于将一氧化碳激光器的激光辐射供应到每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置；以及激光功率修正装置(27)，所述激光功率修正装置适于，当激光功率增大时，在小于300μs和/或大于50ns的时间段内使得单位面积命中构造材料的功率上升，和/或当激光功率减小时，在小于100μs和/或大于100ns的时间段内使得单位面积命中构造材料的功率下降。

技术领域

本发明涉及一种增材式制造设备、一种相对应的增材式制造方法以及一种借助所述制造设备和制造方法制造的成型体。

背景技术

增材式制造设备和相对应的方法(也称为“增材式制造”)的特征通常在于，在所述制造设备中，通过使无成形的构造材料固化来逐层地制造物体。可以例如通过向构造材料供应热能实现固化，这借助于利用电磁辐射或粒子辐射(例如激光烧结或激光熔融或电子束熔融)照射构造材料来进行。例如，在激光烧结或激光熔融中，激光束在构造材料层上的命中区域会在该层的对应于要制造的物体在该层中的物体横截面的位置上移动。

如果选择塑料粉末(聚合物粉末)作为构造材料，则通常构造材料的固化借助于利用CO₂激光器进行的照射来实现。这种激光器发射波长为10.6μm的辐射，并且特别是因为多数聚合物材料都能很好地吸收波长为10.6μm的辐射而使用这种激光器。

由于在构造材料上的辐射焦点大小取决于波长，因此用于固化所使用的辐射的波长越小，则可以在所制造的物体中实现更大的细节分辨率。由于聚合物材料对小于10.6μm的波长吸收不良，DE 199 18 981A1建议，将构造材料与吸收剂混合，所述吸收剂吸收波长为500至1500nm的激光辐射，从而也可以使用在这个波长范围内发射的激光器，例如Nd-YAG或Nd-YLF激光器，并且可以实现更好的细节分辨率。

然而，使用吸收剂添加剂本身带来一些缺点。一方面，由于吸收剂添加剂的材料成本以及吸收剂添加剂与构造材料均匀混合的需要或将吸收剂添加剂施加到构造材料层上，提高了工艺成本。此外，工艺窗口，即可供用于实现稳定的过程控制的温度范围缩小。另外，过程调控更加困难，因为在吸收剂总量中的不均匀性可能导致在所制造的物体或其表面中的不均匀性。最后，难以获得具有希望颜色的物体：深色吸收剂、如碳黑会导致形成深色的物体，例如，在需要深色不显光的浅色的物体时，只能在提高成本情况下对物体进行重新着色。

发明内容

本发明的目的因此是提供一种基于激光的增材式制造设备和相关的增材式制造方法，利用所述制造设备和制造方法可以以增材的方式制造具有更高的细节分辨率的物体，而没有附加的缺点。

所述目的通过根据本发明的增材式制造设备、根据本发明的增材式制造方法和根据本发明的成型体来实现。根据本发明的设备尤其是还可以通过根据本发明的方法的下面的特征进行改进，反之亦然。此外，虽然没有明确说明，结合设备所描述的特征也可以用于改进其它根据本发明设备。

根据本发明的用于制造三维物体的增材式制造设备具有：

用于逐层施加构造材料的层施加装置，

能量输入装置，所述能量输入装置具有一氧化碳激光器和辐射供应装置，所述辐射供应装置用于将一氧化碳激光器的激光辐射供应到每个层中与物体在该层中的横截面相对应的位置，以及

激光功率修正装置，所述激光功率修正装置适用于，当激光功率增大时，在小于300μs和/或大于50ns的时间段内使得命中构造材料的单位面积的功率上升，和/或当激光功率减小时，在小于100μs和/或大于100ns的时间段内使得命中构造材料的单位面积的功率下降。