CN111093952B - 制造三维物体的装置及其测量***以及测量***的使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对通过选择性逐层固化构造材料(15)来制造三维物体(2)的装置(1)进行扩装或改装的测量***(40)。所述装置(1)包括照射机(18)，用于在对应于要制造的物体(2)的横截面的位置处选择性照射施加在所述装置(1)的工作平面(7)中的构造材料(15)的层，以便使照射的位置固化。所述照射机(18)包括至少两个照射单元，优选是激光器阵列。每个照射单元能成像到所述工作平面(7)中的一个像点上并且至少是能接通和关断的。所述测量***(40)包括：至少一个影像设备(41)，用于绝对地和/或相对于彼此相对地确定和分析由照射机(18)发出的辐射和/或所述照射单元绝对的或相对彼此的位置和/或走向；以及至少一个距离传感器(42)，用于检测沿垂直于工作平面(7)的方向(z)上的延伸长度。

Description

制造三维物体的装置及其测量***以及测量***的使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过逐层施加和选择性固化构造材料、优选是粉末来生成式制造三维物体的装置的测量***、一种用于通过选择性逐层固化构造材料来制造三维物体的装置以及在所述装置中使用所述测量***的方法。
背景技术
这种类型的装置和方法例如在快速原型法、快速加工法或增材式制造法中使用。这种方法的一个例子例如以名称“选择性激光烧结或激光熔融”已知。这里重复地施加粉末装构造材料的薄层并在每个层中通过用激光射束选择性照射与要制造的物体的横截面相对应的位置来选择性地使构造材料固化。
选择性照射所施加的粉末层例如可以通过激光射束来进行，通过例如由多个检流计反射镜形成的转向装置使所述激光射束偏转，从而使得激光射束在粉末表面上的命中点在要固化的位置上移动。
WO 2015/091485 A1备选地公开了一种照射装置，所述照射装置包含多个激光器阵列。每个所述激光器阵列有多个单个的VCSEL(垂直腔面发射激光器)构成，这些VCSEL共同地接通或关断。所述激光器阵列通过光学元件在粉末表面上成像。通过选择性地接通或关断激光器阵列以及通过照射装置平行于粉末表面的移动可以选择性地照射整个粉末层。
为了确保所述激光器阵列以足够的精度和足够均匀的功率向粉末表面上成像，这个成像为了校准、调节和质量保证的目的必须是能以相应的精度测量的。由于这种照射装置可能由数百个或上千个单激光源构成并且可能还应以多种不同的功率值操控这些单激光源，由此可能导致所需的单次测量的数量非常高。因此，适当的测量装置必须构造成，使得这些测量能够基本上自动地以及足够快速和高频率地进行，以便避免出现过长的测量时间。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于通过逐层施加和选择性固化构造材料来生成式制造三维物体的装置的测量机构和测量方法，利用所述测量机构和测量方法能快速和自动地对由多个单激光器阵列组成的照射装置进行测量。
所述目的通过根据本发明测量***、根据本发明的包含这种测量***的装置和根据本发明的用于使用所述测量***的方法来实现。这里，所述方法也可以通过所述装置的特征来改进，或者反之亦然，或者所述装置的特征也可以分别相互利用以实现改进。
根据本发明的测量***用于对通过选择性逐层固化构造材料来制造三维物体的装置进行扩装或改装。所述装置包括照射机，用于在对应于要制造的物体的横截面的位置处选择性照射施加在所述装置的工作平面中的构造材料的层，以便使照射的位置固化。所述照射机包括至少两个照射单元，优选是激光器阵列，并且每个照射单元能成像到所述工作平面中的一个像点上并且至少是能接通和关闭的。所述测量***包括：至少一个影像设备，用于绝对地和/或相对于彼此相对地确定和分析由照射机发出的辐射和/或所述照射单元/各所述照射单元的位置和/或走向；以及至少一个距离传感器，用于检测沿垂直于工作平面的方向上的延伸长度。通过不同测量器件、特别是影像设备和距离传感器的组合，可以快速、简单和自动地执行例如用于校准所述装置的测量。
所述至少一个影像设备和所述至少一个距离传感器优选集成在单一的测量装置中。由此，例如可以实现所述测量***简单的操作并且易于将所述测量***设置在制造装置中。
优选所述测量***还包括至少一个功率测量装置，用于确定照射机和/或至少一个照射单元的辐射功率。由此可以例如在通过测量***执行的测量期间同时还检查所发出的测量功率。
优选所述测量***包括至少一个开关，所述开关构造成，避免照射机和/或也包含在所述装置中的涂布机与所述测量***发生碰撞。由此可以例如避免所述装置和/或所述测量***发生损坏。
优选所述影像设备包括CMOS传感器和/或CCD传感器，和/或所述功率测量装置包括光电二极管和/或光敏电阻，优选集成在布利希球积分光度计中。由此例如可以执行光学测量并且可能还可以执行后续的图像处理。
根据本发明的装置用于通过选择性逐层固化构造材料来制造三维物体。所述装置包括照射机，用于在对应于要制造的物体的横截面的位置处选择性照射施加在所述装置的工作平面中的构造材料的层，以便使照射的位置固化，其中，所述照射机包括至少两个照射单元，优选是激光器阵列，并且每个照射单元能成像到所述工作平面中的一个像点上并且至少是能接通和关闭的。所述装置构造成和/或这样控制所述装置，使得重复施加和选择性固化的步骤，直至所述物体完成。此外，所述装置还包括根据本发明的测量***。通过这种装置与根据本发明的测量***的组合，可以快速、简单和自动地执行例如用于校准所述装置的测量。
优选所述照射单元设置模块中和/或所述模块按梯级结构设置和/或所述照射单元构造成激光器阵列，所述激光器阵列的激光器优选是VCSEL或VECSEL。由此可以例如可以以简单的方式实现一种行式照射机。
优选在所述装置中沿照射机的移动方向和沿垂直于工作平面的方向能移动地设置保持装置，并且所述测量***能沿垂直于这两个方向的方向移动地设置在所述保持装置上。由此可以例如实现所述测量***在所述装置内部的简单定位。
优选所述测量***和/或所述保持装置是能从所述装置中取出的。由此，可以例如为了制造物体而从所述装置中取出所述测量***和/或所述保持装置，并且由此对制造工艺的妨碍较少。
根据本发明的第一方法在于在根据本发明的装置中使用根据本发明的测量***。这里，使所述装置的涂布机和/或所述照射机和/或所述测量***能相对于彼此定向和/或相对于所述装置的一个基准平面定向。由此，例如在所述装置的试运行期间执行各个部件相对于彼此的校准或者调节。
优选确定所述涂布机和/或所述照射机和/或所述测量***和/或所述装置的至少一个基准平面。这里，所述涂布机的一个基准平面优选是涂布平面，和/或所述照射机的一个基准平面优选是照射单元的平均焦平面。由此可以例如确定各基准平面相对于彼此的相对位置。
优选对所述照射机的定向和/或所述照射机的平均焦平面的确定根据各个照射单元在不同的垂直位置中所确定的清晰度值以及根据所述成像在x/y平面中的位置来进行。由此例如可以将照射机调整到希望的位置和走向。
优选根据相对应的基准平面的绝对z位置和/或绕x和/或y方向的角度位置来对所述涂布机和/或所述照射机进行定向。由此例如可以参照所述装置的坐标系实现对涂布机和/或照射机进行准确的定向。
优选首先执行所述涂布机和/或所述照射机和/或所述测量***的粗定向，然后执行所述涂布机和/或所述照射机和/或所述测量***的精确定向。由此例如可以更为精确地执行对所述涂布机和/或所述照射机的定向。
根据本发明的第二方法在于在根据本发明的装置中使用根据本发明的测量***。这里，特别是借助于功率测量装置确定失效的激光器或照射单元和/或确定各个照射单元的功率等级。由此例如可以检查照射机的功能。
优选在使用所述测量***之前建立所述装置的正常运行状态。由此例如可以在所述装置的对应于实际生产状态的状态下进行校准或调节。
附图说明
本发明其他的特征和有利之处由参考附图对实施例的说明得出。
图1部分用剖视图示出用于逐层制造三维物体的装置的一个实施例的示意图，本发明可以用于所述装置；
图2a示出在图1中示出的装置所包含的照射机从下面观察的示意图；
图2b示出在图2a中示出的照射机中所包含的激光模块的示意图；
图2c示出在图2b中示出的激光模块中所包含的激光器阵列的示意图；
图3示出在图1中示出的带有根据本发明的一个实施例的测量***的所述装置的一部分的示意性透视图。
具体实施方式
下面参考图1说明装置1的一个实施例，本发明能够应用于该装置。在图1中示出的装置是激光烧结或激光熔融装置1。为了构造物体2，所述装置包括具有腔壁4的处理腔3。
在处理腔3中设置向上敞开的具有容器壁6的容器5。通过容器5上部的开口定义了一个工作平面7，工作平面7位于所述开口内部的可以用于构造所述物体2的区域称为构造区8。
在容器5中设置能沿竖直方向V运动的支座10，在所述支座上安装基板11，所述基板向下封闭容器5并由此构成容器的底部。基板11可以是与支座10分开地构成的板件，所述板件固定在支座10上，或者所述基板可以与支座10一体地构成。根据所使用的粉末和工艺可以在基板11上还安装构造平台12作为构造底座，在所述构造平台上构造所述物体2。但也可以在基板11本身上构造所述物体2，所述基板此时用作构造底座。在图1中，要在容器5中在构造平台12的形成的物体2以具有多个已固化的层的中间状态在工作平面7的下方示出，这些已固化的层由保持未固化的构造材料13包围。
所述激光烧结装置1还包含用于能通过电磁辐射固化的粉末状构造材料15的存放容器14和能沿水平方向H运动的涂布机16，用于在构造区8的内部施加构造材料15。优选所述涂布机16横向于其运动方向在整个要涂布的区域上延伸。
可选地在所述处理腔3中还设置辐射加热器17，所述辐射加热器用于加热已施加的构造材料15。例如可以设置红外辐射器作为辐射加热器17。
所述激光烧结装置1此外还包含同样能沿水平方向H运动的照射机18，所述照射机产生激光辐射19，所述激光辐射聚焦到工作平面7上。所述照射机18优选构造成行式照射机，所述行式照射机能够照射横向于其运动方向延伸的线，所述线在整个要照射的区域上延伸。
此外，所述激光烧结装置1包括控制单元20，通过所述控制单元以协调的方式控制所述装置的各个部件，以便执行构造过程。备选地，所述控制单元也可以部分或完全地设置在所述装置之外。所述控制单元可以含有CPU，所述CPU的运行通过计算机程序(软件)控制。所述计算机程序可以与所述装置分开地存储在存储介质上，可以从所述存储介质将所述计算机程序装载到所述装置中，特别是装载到所述控制单元中。
在运行中，为了施加粉末层，首先使支座10降低一个对应于希望的层厚的高度。首先使涂布机16移动到存放容器14并从存放容器中提取对于施加一个层足够量的构造材料15。然后，所述涂布机在构造区8上移动并在这里向构造底座或向此前已经存在的粉末层上施加一个薄层的粉末状构造材料15。这种施加至少在要制造的物体2的整个横截面上进行，优选在整个构造区8上进行，就是说，在通过容器壁6限定的区域上进行。可选地，通过辐射加热器17将所述粉末状的构造材料15加热到工作温度。
接着，照射机18在已施加并且预热的粉末层上移动并且在对应于要制造的物体2的横截面的位置处使粉末状的构造材料15固化，其方式是，所述照射机选择性地用激光辐射19照射这些位置。这里，在这些位置处的粉末颗粒通过由辐射引入的能量部分或完全熔化，从而在冷却之后相互连接地作为固体存在。重复这些步骤，直至所述物体2制造完成并能够从处理腔3中取出。
对要固化的位置的照射优选这样进行，即，使照射机沿移动方向在构造区上移动并且同时照射粉末层的所有相应地位于涂布机的当前位置下方的位置。为此，照射机必须装备成能沿横向于照射方向的方向产生不同的照射分布。在当前实施形式中这是通过多个能相互独立地操控的照射单元来实现的。
图2示意性示出照射机18从下面观察的视图。照射机在构造区上的移动方向这里用箭头B给出。这里，图2a示出了，如何在照射机18的下侧上在相互错开的排中设置多个激光模块30。图2b示出了，每个激光模块30如何由多个激光器阵列31构成。图2c示出了，每个激光器阵列31如何由多个单个激光器32构成。
这些单个激光器32构造成VCSEL(垂直腔面发射激光器)或VECSEL(垂直外腔面发射激光器)类型的半导体二极管激光器。这种激光源具有垂直于主延伸方向(晶片平面)的发射方向和圆形对称的辐射发散，并且特别适合于按二维阵列设置。在图2c中示出的激光器阵列31中，各单个激光器32按六边形设置，但也可以采用任意其他的布置形式。优选同时操控一个激光器阵列31的所有激光器32。照射机18的能单独操控的最小照射单元此时是激光器阵列31。这有这样的优点，即，在单个激光器失效时不是整个照射单元同样失效，而是能够由该激光器阵列的其他激光器补偿所出现的功率降低。
多个激光器阵列31组成一个激光模块30。对于每个激光模块30，还提供(在图中没有示出的)光学元件，利用所述光学元件使激光器阵列31向工作平面7上成像。每个激光器阵列31这里在工作平面7中成像到一个像点(像素)上。如果照射机在其运动方向B上运动，则接通的激光器阵列31的像点形成一个轨迹。
在图2b中所示的激光模块30中，各单个激光器阵列31设置在两个错开的排排，使得它们在工作平面中的像点在激光模块30移动时的轨迹沿运动方向B彼此邻接。如果例如激光器阵列31横向于运动方向具有0.1mm的宽度并且光学构件具有1:5的缩小的成像比例，则激光器阵列31彼此邻接的轨迹具有0.02mm的宽度。换而言之，照射机18沿横向于其运动方向的方向具有0.02mm的分辨率。
为了利用照射机18的整个宽度，沿横向于运动方向B的方向将多个激光模块30设置成一排。由于激光模块30通过光学元件的光学缩小，在一个激光模块30沿运动方向B运动时由该激光模块30的所有激光器阵列31的像点形成的轨迹的宽度的总和以所述缩小比例窄于激光模块30本身。一排中所有激光模块的轨迹的这种网格尺寸、即轨迹相互间的平均间距对应于激光模块30的(未缩小的)网格尺寸。因此，在能通过各排激光模块30照射的轨迹之间保留了一个不能被照射的区域。
因此，为了实现沿横向于运动方向B的方向连续地照射工作平面，相互错开地设置多排激光模块30。换而言之，构成由激光模块30组成单个梯级结构(Kaskade)，这些激光模块沿移动方向前后相继，但沿横向于移动方向的方向相互错开。在图2a中，例如五排中最左边的各激光模块30构成一个梯级结构。多个这种梯级结构此时沿横向于移动方向的方向并排设置。在每个梯级结构中，各激光模块30相互错开这样的距离，使得其激光器阵列31的像点的轨迹彼此邻接。
在一个示例性实施形式中，照射机包括108个激光模块，每个激光模块包括32个激光器阵列，每个激光器阵列包括282个VCSEL。由此得到3456个能单独操控的照射单元(激光器阵列)。如果应以61个功率级别(从0＝关闭一直到60＝最大功率)操控这些激光器阵列，则为了完整地校准或调节需要进行超过200000次测量。
这些测量例如可能在伴随生产的校准/调节、伴随生产的质量保障或由客户或维护人员进行的周期性质量保障的范围内是必需的。这些测量必需自动地准确且快速地进行，由此能够以可接受的执行时间和可接受的成本执行对照射机的测量。
图3简化示出测量***40的透视图，所述测量***使用对激光烧结装置1进行扩装或改装。因此为了清楚起见省去了激光烧结装置1的对于描述测量***40及其使用不必要的部件。
如图3中所示，这样定义所述装置的三维坐标系：
·x方向是工作平面中的涂布机16和照射机18在装置1的工作平面7中移动的方向。
·y方向是工作平面7中的垂直于x方向延伸的方向。涂布机16和照射机18的纵向方向在这个方向上延伸。
·z方向是支座10运动的高度方向。在这个方向上的运动改变到涂布机或照射机的竖直距离。
测量***40包括影像设备41、距离传感器42和功率测量装置43。测量***40的这三个部件以彼此间固定的位置关系设置在测量头支架44上。优选这三个部件沿x方向并排设置，而沿y方向有最小的延伸尺寸。
测量头支架44沿y方向能移动地设置在y定位单元45上。所述y定位单元安装在(未示出的)保持装置上，所述保持装置沿x方向和沿z方向能运动地设置在所述装置1中。由于所述装置1已经具有用于使涂布机16和照射机18沿x方向运动和使支座10沿z方向运动的驱动装置，为此不需要专门的驱动装置。
保持装置能够从所述装置1中取出地安装在装置1中。优选所述测量头支架44也能从装置1中取出地安装在y定位单元45上。所述保持装置例如利用磁体安装在支座10上。
测量***40利用本身已知的元件和方法、例如利用三个调节螺钉相对于工作平面进行找平(Nivellierung)而对准机器的坐标系。对于所有三个方向提供一种位移测量***，从而可以确定并且可重现地调整测量***的位置。
影像设备41用于从下面拍摄照射机18、特别是激光器阵列31和激光模块30在发光状态下的光学图像。为此，可以这样调整影像设备41的镜头，使得例如要观察的激光器阵列31直接在影像设备的图像采集芯片上成像。但也可以在激光器阵列31的激光模块30的光学元件成像的平面内安装毛玻璃片并且由影像设备的镜头在所述毛玻璃片上形成的图像成像到图像采集芯片上，或在没有中间设置毛玻璃片的情况下直接将这个真实的图像成像到图像采集芯片上。
作为图像采集芯片利用使用CCD传感器或CMOS传感器。所述传感器将接收到的图像转换成电信号，然后可以例如对所述电信号进行数字化、存储和继续处理。
所述影像设备此外可以包含用于滤光镜的支架，所述滤光镜例如用于将到达图像采集芯片的激光功率减弱到适当的值。
距离传感器42用于确定到位于传感器上方的元件的竖直距离(沿z方向、即垂直于工作平面的距离)。距离传感器的测量原理可以是通过量规机械式地实现的，或者设计成非接触式的，例如设计成感应式的、电容式的或光学的。
通常，距离传感器具有几个mm的测量范围。分辨率优选在μm范围内，理想地为1μm或更高。
功率测量装置43用于确定由一个或多个激光器阵列31输出的辐射功率。为此目的，所述功率测量装置包括能够将光学功率转换成电信号的传感器，然后可以对所述电信号例如进行数字化、存储和继续处理。为此，功率测量装置43包括光电传感器，例如光敏电阻或光电二极管，或者OLPC传感器(激光功率在线控制)。所述传感器优选集成在布利希球积分光度计(Ulbricht-Kugel)中，所述布利希球积分光度计用于收集由激光器阵列31发出的辐射。
可选地还提供其他元件，例如限位开关，所述限位开关优选非接触式地工作并且能避免测量***40与涂布机16、照射机18或装置1的其他部件发生碰撞。
下面说明测量、校准和调节装置1的方法，在所述测量、校准和调节中使用测量***40。
在装配所述装置1之后，由于较长的公差链只能以不充分的精度确定和知晓涂布机16和照射机18的相对位置因此，在试运行之前需要使涂布机和照射机相对于彼此并相对于装置1进行调整定向。
优选为此确定装置1、涂布机16和/或照射机18的基准平面，并使这些基准平行相互重合或至少相互平行地定向。作为装置1的基准平面可以例如采用在恒定的z位置处的x/y平面或者采用容器5的上边缘。作为涂布机16的基准平面例如采用涂布平面，所述涂布平面通过涂布机16的涂布元件、例如刮片或辊子的下边缘沿y方向的走势和其沿x方向的移动来确定。作为照射机18的基准平面例如采用向下封闭照射机的照射窗的下表面或者采用各个激光器阵列31的平均焦平面。考虑采用所述平均焦平面是因为，各个激光器阵列31的焦平面由于公差而可能相对于彼此略有偏差。
由于测量***40总是只能确定各基准平面相对于彼此的相对位置，必须事先机械地调节一个平面。这例如可以是测量***40本身的运动平面或这也可以是涂布机16的基准平面。这例如通过利用平行于容器5上边缘的厚度规对涂布机进行调整定向来实现。
各基准平面的调整定向借助于各个基准平面的绝对z位置和/或绕x和/或y方向的角度位置来进行。
测量***40和涂布机16的基准平面的相对位置这样来确定，即，在沿y方向相互隔开尽可能远的位置处借助于距离传感器42测量涂布元件(或各涂布元件，图3中示出两个涂布辊)的下边缘。由这些测量值可以确定这两个平面相对于彼此绕x轴的倾斜并且必要时对这种倾斜进行修正。当涂布机16和测量***40充分地沿x方向移动并重复测量时，可以确定两个平面相对于彼此绕y轴的倾斜并且必要时对这种倾斜进行修正。但如果涂布机16和测量***40借助于相同的驱动装置沿x方向移动，则它们自动地平行延伸并且因此不需要进行测量。
照射机18的调整优选以两个步骤进行。为了进行粗定向，通过距离传感器，即借助于距离传感器42测量照射窗的至少三个相隔尽可能远的位置。由这些测量值可以求得照射窗平面的倾斜并且必要时对其进行修正。
然后，为了进行精确定向可以采用照射机18的平均焦平面作为基准平面。这个平均焦平面借助于各个照射单元在不同的垂直于竖直的z轴的图像平面中的成像的所确定的清晰度值和所述成像在x/y平面中位置来确定。为此，使测量***40沿x和y方向移动到照射机18下方的不同位置。将一个(或多个)激光器阵列31接通，利用影像设备41分析其图像并通过测量***40沿z方向的移动，通过z轴的位移测量***确定最大清晰度的位置。由各z位置的差可以确定平均焦平面的倾斜并且必要时对其进行修正。对于照射机18沿y方向的不同位置也可以执行相同的方法。
通过使测量***40沿x和y方向移动到要测量的激光器阵列31的下面并且确定激光器阵列31的图像在影像设备的图像采集传感器上的位置，也可以识别激光器阵列31的位置偏差并对其进行修正。例如当照射机18绕z轴转动时，就会出现这种偏差。
除了每个激光器阵列31的焦平面的位置之外，还可以由激光器阵列31的图像确定个别激光器32的失效。
此外，测量***40也可以确定单个激光器阵列31的功率输出。为此，将功率测量装置带到要测量的激光器阵列31下面，并通过脉冲宽度调制信号(PWM信号)以从关闭状态(PWM信号连续关断)直到持续运行状态(PWM信号持续接通)的不同功率级别操控该激光器阵列31。由测量结果可以识别出所发出的光强度与PWM操控的相关性并且必要时对其进行修正。偏差例如可能由各个激光器阵列不同的效率、由非线性或由一个模块的个别激光器的失效形成。在极端情况下，一个激光器阵列也可能整体失效，此时通过测量装置检测这种情况。
不是仅在试运行中利用这种对各单个激光器阵列31的测量，而且也可以在装置1的运行时间期间不断重复实施所述测量，优选按预先确定的时间间隔或根据装置的使用情况重复实施所述测量。
在使用测量***40之前，可以使所述装置建立正常的运行状态，这种运行状态在制造三维物体时对应于照射的情况。
替代照射机沿移动方向的运动和照射机沿移动方向的横向方向在构造区要照射的整个宽度上的延伸，也可以使用具有较小尺寸的照射机，在构造区上以二维的形式引导这种照射机。此时，也可以利用所描述的测量***确定这种照射机沿y方向的定位精度并且必要时对其进行修正。
由于影像设备41、距离传感器42和功率测量装置43以彼此间固定的位置关系安装在所述装置中，可以由两个所述测量器件或所有三个测量器件进行组合的测量。在这种测量过程期间可以省去对测量器件的复杂定向，并且可以使三个测量器件的测量结果建立彼此之间精确的并且可再现的关系。由此，可以以简单的方式对照射机的所有相关功率数据执行快速的、高度自动化的并且用户友好的测量并将这种测量用于校准、调节、建立文档和维护目的。
测量***40可以作为具有相互分开地提供的部件的测量***实现，但这些部件也可以集成在一个单一的测量装置中。
虽然参考激光烧结或激光熔融装置说明了本发明，但本发明不仅限于激光烧结或激光熔融。本发明可以应用于任意用于通过逐层施加和选择性固化构造材料来生成式制造三维物体的方法，其中固化构造材料所需的能量以辐射的形式引入构造材料中。一般而言，作为照射机可以采用任意可以作为波辐射或粒子辐射选择性地将能量施加到构造材料层上的装置。
作为构造材料可以使用不同的材料，优选是粉末，特别是金属粉末、塑料粉末、陶瓷粉末、沙砾、填充或混合的粉末。

Claims (25)

1.用于对通过选择性逐层固化构造材料(15)来制造三维物体(2)的装置(1)进行扩装或改装的测量***(40)，
所述装置(1)包括照射机(18)，用于在对应于要制造的物体(2)的横截面的位置处选择性照射施加在所述装置(1)的工作平面(7)中的构造材料(15)的层，以便使照射的位置固化，
所述照射机(18)包括至少两个照射单元，并且每个照射单元能成像到所述工作平面(7)中的一个像点上并且至少是能接通和关断的，
并且所述测量***(40)包括：
至少一个影像设备(41)，用于绝对地和/或相对于彼此相对地确定和分析由照射机(18)发出的辐射和/或所述照射单元的位置和/或走向，以及
至少一个距离传感器(42)，用于检测沿垂直于工作平面(7)的方向(z)上的延伸长度，
所述测量***(40)构造成用于在所述装置(1)中安装成，使得所述影像设备(41)能够用于从下面拍摄照射机(18)的光学图像并且所述距离传感器能够确定到位于传感器上方的元件的沿z方向的竖直距离。
2.根据权利要求1所述的测量***(40)，其中，所述照射单元是激光器阵列。
3.根据权利要求1或2所述的测量***(40)，其中，所述至少一个影像设备(41)和所述至少一个距离传感器(42)集成在单一的测量装置中。
4.根据权利要求1或2所述的测量***(40)，所述测量***还包括至少一个功率测量装置(43)，用于确定照射机(18)和/或至少一个照射单元的辐射功率。
5.根据权利要求1或2所述的测量***，所述测量***包括至少一个开关，所述开关构造成，避免照射机(18)和/或也包含在所述装置(1)中的涂布机(16)与所述测量***(40)发生碰撞。
6.根据权利要求1或2所述的测量***(40)，其中，所述影像设备(41)包括CMOS传感器和/或CCD传感器。
7.根据权利要求4所述的测量***(40)，其中，所述功率测量装置(43)包括光电二极管和/或光敏电阻。
8.根据权利要求7所述的测量***(40)，其中，所述光电二极管和/或光敏电阻集成在布利希球积分光度计中。
9.用于通过选择性逐层固化构造材料(15)来制造三维物体(2)的装置(1)，所述装置(1)包括：
照射机(18)，用于在对应于要制造的物体(2)的横截面的位置处选择性地使施加在所述装置(1)的工作平面(7)中的构造材料(15)的层固化，所述照射机(18)包括至少两个照射单元，并且每个照射单元能成像到所述工作平面(7)中的一个像点上并且至少是能接通和关断的，
这样构成和/或控制所述装置(1)，使得所述装置重复施加和选择性固化的步骤，直至所述物体(2)制造完成，
并且所述装置(1)还包括根据权利要求1或2所述的测量***(40)，所述测量***在所述装置(1)中安装成，使得所述影像设备(41)能够用于从下面拍摄照射机(18)的光学图像并且所述距离传感器能够确定到位于传感器上方的元件的沿z方向的竖直距离。
10.根据权利要求9所述的装置(1)，其中，所述照射单元是激光器阵列。
11.根据权利要求9或10所述的装置(1)，其中，
所述照射单元设置在模块(30)中，和/或
所述模块(30)按梯级结构设置和/或，
所述照射单元构造成激光器阵列。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述激光器阵列的激光器是VCSEL或VECSEL。
13.根据权利要求9或10所述的装置(1)，其中，
在所述装置(1)中，沿照射机(18)的移动方向(y)和沿垂直于工作平面(7)的方向(z)能移动地设置保持装置，并且
所述测量***(40)能沿垂直于这两个方向(x、z)的方向(y)移动地设置在所述保持装置上。
14.根据权利要求9或10所述的装置(1)，其中，所述测量***(40)是能从所述装置(1)中取出的。
15.根据权利要求13所述的装置(1)，其中，所述保持装置是能从所述装置(1)中取出的。
16.用于在根据权利要求9或10所述的装置(1)中使用根据权利要求1或2所述的测量***(40)的方法，其中，使所述装置(1)的涂布机(16)和/或所述照射机(18)和/或所述测量***(40)相对于彼此调整定向和/或相对于所述装置(1)的一个基准平面调整定向，所述测量***(40)在所述装置(1)中安装成，使得所述影像设备(41)能够用于从下面拍摄照射机(18)的光学图像并且所述距离传感器能够确定到位于传感器上方的元件的沿z方向的竖直距离。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，
确定所述涂布机(16)和/或所述照射机(18)和/或所述测量***(40)和/或所述装置(1)的至少一个基准平面。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述涂布机(16)的一个基准平面是涂布平面。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述照射机(18)的一个基准平面是照射单元的平均焦平面。
20.根据权利要求16或17所述的方法，其中，对所述照射机(18)的调整定向和/或对所述照射机(18)的平均焦平面的确定根据各个照射单元在垂直于竖直的z轴的不同图像平面中的成像的所确定的清晰度值以及根据所述成像在x/y平面中的位置来进行。
21.根据权利要求16或17所述的方法，其中，根据相配的基准平面的绝对z位置和/或绕x和/或y方向的角度位置来对所述涂布机(16)和/或所述照射机(18)进行调整定向。
22.根据权利要求16或17所述的方法，其中，首先执行所述涂布机(16)和/或所述照射机(18)和/或所述测量***(40)的粗定向，然后执行所述涂布机和/或所述照射机和/或所述测量***的精确定向。
23.用于在根据权利要求9或10所述的装置(1)中使用根据权利要求1或2所述的测量***(40)的方法，其中，所述测量***(40)在所述装置(1)中安装成，使得所述影像设备(41)能够用于从下面拍摄照射机(18)的光学图像并且所述距离传感器能够确定到位于传感器上方的元件的沿z方向的竖直距离，并且确定失效的激光器(32)或照射单元和/或确定各个照射单元的功率等级。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，借助于功率测量装置(43)确定失效的激光器(32)或照射单元和/或确定各个照射单元的功率等级。
25.根据权利要求16或23所述的方法，其中，在使用所述测量***(40)之前使所述装置(1)建立正常的运行状态。
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GR01 Patent grant
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