DE102015015328A1 - Device for additive manufacturing - Google Patents

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Yu-Lun Su
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Cheng-Tsung Kuo
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Ho-Chung Fu
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Abstract

Eine Vorrichtung für additive bzw. generative Fertigung wird vorgesehen, welche eine Tragplatte, eine Energiequelle und eine Temperatursteuervorrichtung aufweist. Eine Vielzahl von Pulverschichten kann sequentiell auf der Tragplatte gestapelt werden. Die Energiequelle ist ausgebildet, um Energiestrahlen sequentiell auf die Pulverschichten zu leiten, so dass jede der Pulverschichten zumindest teilweise geformt bzw. bearbeitet wird. Die Temperatursteuervorrichtung ist ausgebildet, um die Pulverschichten aufzuheizen, so dass eine Temperatur von jeder der Pulverschichten gesteuert wird, welche geformt werden.An additive manufacturing apparatus is provided which includes a support plate, a power source, and a temperature control device. A plurality of powder layers may be sequentially stacked on the support plate. The power source is configured to sequentially direct energy beams onto the powder layers so that each of the powder layers is at least partially shaped. The temperature control device is configured to heat the powder layers so as to control a temperature of each of the powder layers being formed.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fertigungsvorrichtung und sie bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung für additive bzw. generative Fertigung.The invention relates to a manufacturing apparatus and more particularly relates to an apparatus for additive manufacturing.

Beschreibung der verwandten TechnikDescription of the Related Art

Die Technik für generative Fertigung (AM-Technik; AM = additive manufacturing = additive bzw. generative Fertigung) wird auch als eine Material hinzufügende Fertigung bezeichnet, welche zwei-dimensionale Konturen (2D-Konturen) mit einer Vielzahl von Schichten aus einer drei-dimensionalen Bilddatei (3D-Bilddatei) extrahiert und ein drei-dimensionales Objekt bzw. 3D-Objekt gemäß 2D-Daten aus jeder der Schichten erstellt. Anders als bei einer herkömmlichen subtrahierenden (Material abtragenden) Fertigungstechnik stellt die generative Fertigungstechnik das 3D-Objekt durch Stapeln von Schicht auf Schicht her, wodurch eine Fertigungszeit und ein Fertigungsverfahren des 3D-Objektes mit einer komplizierten 3D-Struktur verkürzt werden kann, um eine Vielzahl von Bearbeitungen und eine Zeit zum Wechseln der Bearbeitungswerkzeuge oder der Bearbeitungsmaschine einzusparen, und um entsprechend stark die Effizienz bei der Fertigung zu verbessern.The additive manufacturing (AM) technique is also referred to as "material adding fabrication", which uses two-dimensional contours (2D contours) with a plurality of layers of three-dimensional contours Extract image file (3D image file) and create a three-dimensional object or 3D object according to 2D data from each of the layers. Unlike a conventional subtractive (material-ablating) manufacturing technique, the additive manufacturing technique manufactures the 3D object by stacking layer upon layer, thereby shortening a manufacturing time and manufacturing process of the 3D object having a complicated 3D structure to a variety of machining and a time for changing the machining tools or the machine tool to save, and to correspondingly greatly improve the efficiency in manufacturing.

Da jedoch bei der generativen Fertigungstechnik sequentiell ein Strahl mit hoher Energie auf jede Pulverschicht gerichtet wird, die Schicht-auf-Schicht gestapelt wird, um die Pulverschichten zu sintern und zu formen, wird eine Formgebungstemperatur davon aufgrund der restlichen Wärme der unteren bearbeiteten Pulverschichten gesteigert, wenn die Pulverschicht, die oben aufgestapelt ist, gesintert und geformt wird. Daher sind die Formgebungstemperaturen der Pulverschichten unterschiedlich zueinander, so dass die Materialeigenschaften von jeder Schichtstruktur des 3D-Objektes nicht konsistent sind, was eine niedrige Fertigungsqualität bewirkt. Wenn darüber hinaus eine Abkühlung der bearbeiteten Pulverschichten in einer Umgebung mit Raumtemperatur übermäßig schnell ist, ist es wahrscheinlich, dass sich thermische Spannung aufbaut, was eine Verwerfung der Pulverschichten bewirkt, was die darauf folgende Stapelanordnung und Bearbeitung der Pulverschichten beeinflusst.However, in generative manufacturing technology, since a high-energy beam is sequentially directed to each powder layer, the layer-on-layer is stacked to sinter and form the powder layers, a molding temperature thereof is increased due to the residual heat of the lower processed powder layers. when the powder layer stacked on top is sintered and molded. Therefore, the molding temperatures of the powder layers are different from each other, so that the material properties of each layered structure of the 3D object are inconsistent, resulting in low manufacturing quality. Moreover, if cooling of the machined powder layers in an ambient room temperature environment is excessively fast, thermal stress is likely to build up causing warpage of the powder layers, which affects subsequent stacking and processing of the powder layers.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur additiven bzw. generativen Fertigung gerichtet, bei der eine Materialeigenschaft von jeder Schichtstruktur eines 3D-Objektes konsistent ist, um das Aufbauen von übermäßiger thermischer Spannung zu vermeiden, welche eine Verwerfung bewirken kann, nachdem die Pulverschichten bearbeitet wurden.The invention is directed to an additive manufacturing apparatus in which a material property of each layered structure of a 3D object is consistent to avoid building up excessive thermal stress which may cause warpage after the powder layers have been processed.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zu generativen Fertigung vor, die eine Tragplatte, eine Energiequelle und eine Temperatursteuervorrichtung aufweist. Eine Vielzahl von Pulverschichten kann auf der Tragplatte aufeinander folgende gestapelt werden. Die Energiequelle ist ausgebildet, um Energiestrahlen in Abfolge auf die Pulverschichten zu leiten, so dass jede der Pulverschichten zumindest teilweise geformt wird. Die Temperatursteuervorrichtung ist ausgebildet, um die Pulverschichten vorzuheizen, um eine Temperatur von jeder der gerade geformten Pulverschichten zu steuern.The invention provides an apparatus for additive manufacturing comprising a support plate, a power source and a temperature control device. A variety of powder layers can be stacked on the support plate consecutively. The energy source is configured to direct energy beams in sequence onto the powder layers so that each of the powder layers is at least partially shaped. The temperature control device is configured to preheat the powder layers to control a temperature of each of the powder layers being formed.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Temperatursteuervorrichtung ausgebildet, um kontinuierlich jede der Pulverschichten aufzuheizen, um eine Abkühlungsrate von jeder der geformten Pulverschichten zu verringern.In one embodiment of the invention, the temperature control device is configured to continuously heat each of the powder layers to reduce a cooling rate of each of the shaped powder layers.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jede der Pulverschichten ausgebildet, um den Energiestrahl aufzunehmen, der von der Energiequelle geliefert wird, bevor sie von einer anderen Pulverschicht bedeckt wird, und sie wird gleichzeitig durch die Temperatursteuervorrichtung aufgeheizt.In one embodiment of the invention, each of the powder layers is configured to receive the energy beam delivered by the energy source before it is covered by another powder layer, and it is simultaneously heated by the temperature control device.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Tragplatte eine Oberseite und eine Unterseite, die einander gegenüber liegen, wobei die Oberseite ausgebildet ist, um die Pulverschichten zu tragen, und wobei die Temperatursteuervorrichtung an der Unterseite angeordnet ist.In one embodiment of the invention, the support plate has a top and a bottom, which face each other, wherein the top is formed to support the powder layers, and wherein the temperature control device is disposed on the bottom.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Temperatursteuervorrichtung eine Widerstandsheizplatte auf.In one embodiment of the invention, the temperature control device has a resistance heating plate.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zur generativen Fertigung eine Temperaturabfühleinheit auf, wobei die Temperaturabfühleinheit ausgebildet ist, um eine Temperatur der oberen Pulverschicht von den Pulverschichten abzukühlen, wobei die Temperatursteuervorrichtung die Pulverschichten gemäß den Temperaturen der oberen Pulverschicht der Pulverschichten aufheizt.In one embodiment of the invention, the additive manufacturing apparatus includes a temperature sensing unit, wherein the temperature sensing unit is configured to cool a temperature of the top powder layer from the powder layers, wherein the temperature control device heats the powder layers according to the temperatures of the top powder layer of the powder layers.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zur generativen Fertigung eine Hubvorrichtung auf, wobei die Hubvorrichtung ausgebildet ist, um die Tragplatte anzutreiben, so dass diese relativ zu einer Arbeitsebene angehoben und abgesenkt wird, so dass jede der Pulverschichten gestapelt wird und den Energiestrahl aufnimmt, der von der Energiequelle zur Arbeitsebene geliefert wird. In one embodiment of the invention, the apparatus for generative manufacturing comprises a lifting device, wherein the lifting device is designed to drive the carrier plate so that it is raised and lowered relative to a working plane, so that each of the powder layers is stacked and receives the energy beam, which is supplied by the energy source to the working level.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung für generative Fertigung eine erste Steuereinheit, eine zweite Steuereinheit und eine dritte Steuereinheit auf, wobei die erste Steuereinheit, die zweite Steuereinheit und die dritte Steuereinheit jeweils ausgebildet sind, um die Energiequelle, die Temperatursteuervorrichtung und die Hubvorrichtung zu steuern.In one embodiment of the invention, the additive manufacturing apparatus includes a first control unit, a second control unit, and a third control unit, wherein the first control unit, the second control unit, and the third control unit are each configured to receive the power source, the temperature control device, and the lift device Taxes.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zur generativen Fertigung eine Bodenplatte und eine Kühlvorrichtung auf, wobei die Bodenplatte die Temperatursteuervorrichtung und die Tragplatte trägt, und wobei die Kühlvorrichtung in der Bodenplatte angeordnet ist.In an embodiment of the invention, the apparatus for additive manufacturing comprises a bottom plate and a cooling device, wherein the bottom plate carries the temperature control device and the support plate, and wherein the cooling device is arranged in the bottom plate.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zur generativen Fertigung einen Behältertank auf, wobei die Tragplatte und die Temperatursteuervorrichtung in dem Behältertank angeordnet sind, und wobei der Behältertank ausgebildet ist, um die Pulverschichten auf der Tragplatte zu enthalten bzw. zu lagern.In one embodiment of the invention, the apparatus for additive manufacturing comprises a container tank, wherein the support plate and the temperature control device are arranged in the container tank, and wherein the container tank is formed to store the powder layers on the support plate.

Gemäß den obigen Beschreibungen ist bei der Erfindung die Temperatursteuervorrichtung ausgebildet, um eine Verarbeitungstemperatur von jeder der Pulverschichten zu steuern. Wenn die Pulverschichten sequentiell gestapelt sind und sequentiell die Energiestrahlen aufnehmen, die von der Energiequelle geliefert werden, um eine additive bzw. generative Fertigung zu erreichen, kann die Temperatursteuervorrichtung kontinuierlich die Pulverschichten aufheizen, um die Pulverschichten dazu zu zwingen, die generative Fertigung in einem gleichen Temperaturbereich auszuführen. Auf diese Weise wird, wenn die oben aufgestapelte Pulverschicht gesintert und geformt wird, eine Formgebungstemperatur davon nicht in unerwarteter Weise aufgrund der restlichen Wärme der unteren schon bearbeiteten Pulverschichten gesteigert, um eine Inkonsistenz der Materialeigenschaften von jeder der Schichtstrukturen des 3D-Objektes aufgrund eines Unterschiedes der Verarbeitungstemperatur zu vermeiden, und um entsprechend die Fertigungsqualität zu garantieren. Darüber hinaus kann die Temperatursteuervorrichtung die Formgebungstemperatur der Pulverschichten gemäß einer Materialart der Pulverschichten steuern, so dass das 3D-Objekt eine erwartete Materialeigenschaft haben kann. Darüber hinaus ist aufgrund des Heizeffektes der Temperatursteuervorrichtung die Abkühlung der verarbeiteten Pulverschichten nicht übermäßig schnell, so dass sich übermäßig große thermische Spannung aufbaut, um eine Verwerfung bzw. Verzerrung des Produktes zu vermeiden, welche die darauf folgende Stapelung und Verarbeitung der Pulverschichten beeinflusst, und wobei weiter die Fertigungsqualität verbessert wird.According to the above descriptions, in the invention, the temperature control device is configured to control a processing temperature of each of the powder layers. When the powder layers are sequentially stacked and sequentially receive the energy beams supplied from the power source to achieve additive manufacturing, the temperature control device can continuously heat the powder layers to force the powder layers to cogenerate in a similar manner Temperature range. In this way, when the above stacked powder layer is sintered and molded, a molding temperature thereof is not unexpectedly increased due to the residual heat of the lower already processed powder layers to avoid inconsistency of the material properties of each of the layer structures of the 3D object due to a difference in the To avoid processing temperature, and to guarantee the manufacturing quality accordingly. Moreover, the temperature control device may control the molding temperature of the powder layers according to a kind of material of the powder layers, so that the 3D object may have an expected material property. Moreover, due to the heating effect of the temperature control device, the cooling of the processed powder layers is not excessively fast, so that excessively large thermal stress builds up to avoid distortion of the product, which influences the subsequent stacking and processing of the powder layers, and further the production quality is improved.

Um die zuvor erwähnten und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung verständlich zu machen, werden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen in Verbindung mit Figuren im Detail unten beschrieben.To clarify the aforementioned and other features and advantages of the invention, various exemplary embodiments in conjunction with figures will be described in detail below.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die beigefügten Zeichnungen sind mit eingeschlossen, um ein weitergehendes Verständnis der Erfindung zu bieten, und sie sind in dieser Beschreibung mit eingeschlossen und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der Erfindung.The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention, and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

1 ist eine schematische Abbildung einer Vorrichtung für generative Fertigung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 is a schematic illustration of a device for additive manufacturing according to an embodiment of the invention.

2 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur generativen Fertigung gemäß einen Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. 2 FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of additive manufacturing according to one embodiment of the invention. FIG.

3 ist ein Blockdiagramm von Teilkomponenten der Vorrichtung für generative Fertigung der 1. 3 is a block diagram of subcomponents of the device for additive manufacturing of 1 ,

4 ist ein Blockdiagramm von Teilkomponenten der Vorrichtung für generative Fertigung der 1. 4 is a block diagram of subcomponents of the device for additive manufacturing of 1 ,

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

1 ist eine schematische Abbildung einer Vorrichtung für additive bzw. generative Fertigung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Mit Bezug auf 1 weist die Vorrichtung 100 für generative Fertigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Tragplatte 110 und eine Energiequelle 120 auf. Eine Vielzahl von Pulverschichten 50 ist so ausgebildet, dass sie in Aufeinanderfolge bzw. sequentiell auf der Tragplatte 110 aufgestapelt werden, und die Energiequelle 120 ist ausgebildet, um Energiestrahlen L aufeinander folgend auf die Pulverschichten 50 zu leiten, so dass jede der Pulverschichten 50 zumindest teilweise geformt bzw. bearbeitet wird. Die Energiestrahlen, die von der Energiequelle 120 geliefert werden, sind beispielsweise Laserstrahlen, Elektronenstrahlen oder andere geeignete Energiestrahlen, wobei die Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist. Jede der Pulverschichten 50 weist beispielsweise eine Vielzahl von Metallpulvern oder anderen Pulvern mit einer geeigneten Materialart auf, wobei die Erfindung darauf nicht eingeschränkt ist. 1 is a schematic illustration of a device for additive or additive manufacturing according to an embodiment of the invention. Regarding 1 has the device 100 for generative manufacturing of the present embodiment, a support plate 110 and an energy source 120 on. A variety of powder layers 50 is designed to be in succession or sequentially on the support plate 110 be stacked up, and the energy source 120 is designed to make energy beams L consecutive to the powder layers 50 to direct, so that each of the powder layers 50 at least partially shaped or edited. The energy rays coming from the energy source 120 can be supplied, for example, laser beams, electron beams or other suitable energy beams, the invention is not limited thereto. Each of the powder layers 50 For example, it has a variety of metal powders or other powders of a suitable type of material, but the invention is not limited thereto.

In 1 ist eine Vielzahl von Pulverschichten 50 auf die Tragplatte 110 gestapelt worden, und eine Arbeitsebene S ist mit der oberen Pulverschicht 50 ausgerichtet. Die Vorrichtung 100 für generative Fertigung der Erfindung kann eine Hubvorrichtung 140 aufweisen, und die Hubvorrichtung 140 ist ausgebildet, um die Tragplatte 110 und die Pulverschichten 50 darauf anzutreiben, so dass diese relativ zur Arbeitsebene S absinken, und zwar gemäß einer Zunahme der Anzahl der gestapelten Pulverschichten 50, so dass die darauf folgend vorgesehene Pulverschicht 50 auf die Tragplatte 110 gestapelt werden kann und den Energiestrahl L aufnehmen kann, der von der Energiequelle 120 an die Arbeitsoberfläche S geleitet wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel treibt beispielsweise die Hubvorrichtung 140 die Tragplatte 110 so an, dass sie durch eine Schrauben- bzw. Schneckenbetätigung ansteigt und absinkt, obwohl die Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist, und in anderen Ausführungsbeispielen kann die Hubvorrichtung 140 andere Antriebsverfahren einsetzen, um die Tragplatte 110 anzutreiben, so dass sie angehoben und abgesenkt wird.In 1 is a variety of powder layers 50 on the support plate 110 has been stacked, and a working plane S is with the upper powder layer 50 aligned. The device 100 for generative manufacturing of the invention may be a lifting device 140 have, and the lifting device 140 is designed to support the support plate 110 and the powder layers 50 be driven so that they decrease relative to the working plane S, in accordance with an increase in the number of stacked powder layers 50 , so that the subsequently provided powder layer 50 on the support plate 110 can be stacked and can absorb the energy beam L, that of the energy source 120 is directed to the work surface S. In the present embodiment, for example, the lifting device is driving 140 the support plate 110 so that it rises and falls by a screw operation, although the invention is not limited thereto, and in other embodiments, the lifting device 140 use other drive methods to the support plate 110 drive so that it is raised and lowered.

Im Detail ist jede der Pulverschichten 50 so ausgebildet, dass sie den Energiestrahl L aufnimmt, der von der Energiequelle 120 geliefert wird, bevor sie von einer weiteren Pulverschicht 50 bedeckt wird, so dass das Pulver der Pulverschicht 50 in einem vorbestimmten zwei-dimensionalen bzw. 2D-Bereich durch den Energiestrahl L geschmolzen und geformt werden kann. Dann senkt die Hubvorrichtung 140 die Pulverschicht 50 so, dass sie unter der Arbeitsebene ist, und eine weitere Pulverschicht 50 bedeckt die zuvor erwähnte Pulverschicht 50 und wird auch von dem Energiestrahl L, der von der Energiequelle 120 geliefert wird, geschmolzen und geformt bzw. in einer Form ausgebildet. Gemäß dem obigen Verfahren wird eine Vielzahl von Pulverschichten 50 sequentiell bearbeitet, um ein 3D-Objekt mit einer vorbestimmten 3D-Form herzustellen. In 1 stellt ein schraffierter Bereich R in den Pulverschichten 50 schematisch den vorbestimmten 2D-Bereich und die vorbestimmte 3D-Form dar.In detail, each of the powder layers 50 designed to receive the energy beam L from the energy source 120 is delivered before leaving another powder layer 50 is covered, so that the powder of the powder layer 50 in a predetermined two-dimensional or 2D region can be melted and formed by the energy beam L. Then the lifting device lowers 140 the powder layer 50 so that it is below the working level, and another layer of powder 50 covers the aforementioned powder layer 50 and also from the energy beam L, from the energy source 120 is supplied, melted and formed or formed in a mold. According to the above method, a plurality of powder layers 50 processed sequentially to produce a 3D object with a predetermined 3D shape. In 1 represents a hatched area R in the powder layers 50 schematically the predetermined 2D area and the predetermined 3D shape.

Wie in 1 gezeigt, weist die Vorrichtung 100 für generative Fertigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels weiter eine Temperatursteuervorrichtung 130 auf.As in 1 shown, the device 100 for generative manufacturing of the present embodiment further a temperature control device 130 on.

Die Tragplatte 110 hat eine Oberseite 110a und eine Unterseite 110b, die einander gegenüberliegen, wobei die Oberseite 110a ausgebildet ist, um die Pulverschichten 50 zu tragen, und wobei die Temperatursteuervorrichtung 130 an der Unterseite 110b angeordnet ist. Wenn jede der Pulverschichten 50 den Energiestrahl L aufnimmt, der von der Energiequelle 120 geliefert wird, bevor sie von einer anderen Pulverschicht 50 bedeckt wird, heizt die Temperatursteuervorrichtung 130 kontinuierlich die Pulverschichten 50 auf, die auf der Tragplatte 110 gestapelt sind, um eine Temperatur von jeder der Pulverschichten 50, die gerade geformt werden, zu steuern, und um eine Abkühlungsrate von jeder der geformten bzw. bearbeiteten Pulverschichten 50 zu verringern. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Temperatursteuervorrichtung 130 beispielsweise eine Widerstandsheizplatte auf, und die Pulverschichten 50 werden unter Verwendung der Widerstandsheizplatte aufgeheizt, obwohl die Temperatursteuervorrichtung 130 in anderen Ausführungsbeispielen auch eine andere geeignete Art einer Heizvorrichtung sein kann, was bei der Erfindung nicht eingeschränkt ist. Darüber hinaus ist eine Konfigurationsposition der Temperatursteuervorrichtung bei der Erfindung ebenfalls nicht eingeschränkt, und in anderen Ausführungsbeispielen kann die Temperatursteuervorrichtung 130 gemäß einer tatsächlichen Anforderung an einer anderen geeigneten Position der Vorrichtung 100 für generative Fertigung konfiguriert bzw. angeordnet werden.The support plate 110 has a top 110a and a bottom 110b that face each other, with the top side 110a is formed to the powder layers 50 to carry, and wherein the temperature control device 130 on the bottom 110b is arranged. When each of the powder layers 50 receives the energy beam L from the energy source 120 is delivered before coming off another powder layer 50 is covered, the temperature controller heats up 130 continuously the powder layers 50 on that on the support plate 110 are stacked to a temperature of each of the powder layers 50 which are being shaped to control, and a cooling rate of each of the shaped powder layers 50 to reduce. In the present embodiment, the temperature control device 130 for example, a resistance heating plate, and the powder layers 50 are heated using the resistance heating plate, although the temperature control device 130 in other embodiments may also be another suitable type of heating device, which is not limited in the invention. Moreover, a configuration position of the temperature control device in the invention is also not limited, and in other embodiments, the temperature control device 130 according to an actual request at another suitable position of the device 100 configured or arranged for additive manufacturing.

Ein Verlauf eines Verfahrens für additive bzw. generative Fertigung, welches von der Vorrichtung für generative Fertigung des Ausführungsbeispiels ausgeführt wird, ist wie folgt. Eine Vielzahl von Pulverschichten 50 wird in Aufeinanderfolge bzw. sequentiell auf der Tragplatte 110 gestapelt, und während eines Vorgangs des Stapelns der Pulverschichten 50 auf der Tragplatte 110 liefert die Energiequelle 120 Energiestrahlen L sequentiell an die Pulverschichten 50, so dass jede der Pulverschichten 50 zumindest teilweise geformt bzw. bearbeitet wird. Darüber hinaus werden die Pulverschichten 50 während des Prozesses des Lieferns der Energiestrahlen L auf die Pulverschichten 50, unter Verwendung der Temperatursteuervorrichtung 130 aufgeheizt, so dass die Temperatur von jeder der Pulverschichten 50, die gerade geformt werden, gesteuert wird. Der Verlauf des Verfahrens für generative Fertigung wird unten im Detail mit Bezugnahme auf ein Flussdiagramm beschrieben.A history of a method for additive manufacturing performed by the additive manufacturing apparatus of the embodiment is as follows. A variety of powder layers 50 is in succession or sequentially on the support plate 110 stacked, and during a process of stacking the powder layers 50 on the support plate 110 supplies the energy source 120 Energy rays L sequentially to the powder layers 50 so that each of the powder layers 50 at least partially shaped or edited. In addition, the powder layers become 50 during the process of supplying the energy beams L to the powder layers 50 using the temperature control device 130 heated, so that the temperature of each of the powder layers 50 being just shaped, controlled. The history of the additive manufacturing process will be described in detail below with reference to a flowchart.

2 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren für generative Fertigung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Mit Bezug auf 2 wird zuerst eine Pulverschicht auf einer Tragplatte gestapelt (Schritt S602). Ein Energiestrahl wird an die Pulverschicht unter Verwendung einer Energiequelle geliefert, so dass die Pulverschicht zumindest teilweise geformt bzw. bearbeitet wird (Schritt S604). Die Pulverschicht wird unter Verwendung einer Temperatursteuervorrichtung aufgeheizt, um eine Temperatur der Pulverschicht zu steuern, welche gerade geformt wird (Schritt S606). Dann werden die Schritte S602–S606 wiederholt, um sequentiell die Pulverschichten zu formen, bis der Fertigungsvorgang des vorbestimmten 3D-Objektes vollendet ist. 2 FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of additive manufacturing according to one embodiment of the invention. FIG. Regarding 2 At first, a powder layer is stacked on a support plate (step S602). An energy beam is supplied to the powder layer using a power source, so that the powder layer is at least partially formed (step S604). The powder layer is heated by using a temperature control device to control a temperature of the powder layer that is being molded (step S606). Then, steps S602-S606 are repeated to sequentially form the powder layers until the manufacturing process of the predetermined 3D object is completed.

Gemäß dem zuvor erwähnten Betriebsverfahren kann die Temperatursteuervorrichtung 130 kontinuierlich die Pulverschichten 50 aufheizen, um die Pulverschichten 50 zu veranlassen, die generative Fertigung in einem gleichen Temperaturbereich auszuführen, wenn die Pulverschichten 50 sequentiell gestapelt werden und sequentiell die Energiestrahlen L aufnehmen, die von der Energiequelle 120 geliefert werden, um die generative Fertigung auszuführen. Wenn die oben aufgestapelten Pulverschichten 50 geformt werden, wird auf diese Weise eine Formgebungstemperatur davon nicht in unerwarteter Weise aufgrund der restlichen Wärme der unteren verarbeiteten Pulverschichten 50 gesteigert, was eine Inkonsistenz bzw. Ungleichmäßigkeit der Materialeigenschaften von jeder der Schichtstrukturen des 3D-Objektes aufgrund eines Unterschiedes der Verarbeitungstemperaturen vermeidet und entsprechend die Produktqualität garantiert. Darüber hinaus kann die Temperatursteuervorrichtung die Formgebungstemperaturen von den Pulverschichten 50 gemäß einer Materialart der Pulverschichten 50 steuern, so dass das 3D-Objekt eine erwartete Materialeigenschaft haben kann. Darüber hinaus ist wegen dem Aufheizungseffekt der Temperatursteuervorrichtung 130 eine Abkühlung der verarbeiteten Pulverschichten 50 nicht so übermäßig schnell, dass sich eine übermäßig große thermische Spannung aufbaut bzw. aufbauen würde, wodurch eine Verwerfung des Produktes vermieden wird, welche die darauf folgende Stapelung und Bearbeitung der Pulverschichten 50 beeinflussen kann, und wodurch weiter die Herstellungsqualität verbessert wird.According to the aforementioned operation method, the temperature control device 130 continuously the powder layers 50 heat up, um the powder layers 50 to cause the additive manufacturing in a same temperature range when the powder layers 50 be sequentially stacked and sequentially absorb the energy beams L from the energy source 120 delivered to perform the additive manufacturing. When the stacked powder layers above 50 In this way, a molding temperature thereof does not unexpectedly become due to the residual heat of the lower processed powder layers 50 increased, which avoids inconsistency or non-uniformity of the material properties of each of the layer structures of the 3D object due to a difference in processing temperatures and accordingly guarantees the product quality. In addition, the temperature control device can control the molding temperatures of the powder layers 50 according to a type of material of the powder layers 50 control so that the 3D object can have an expected material property. Moreover, because of the heating effect, the temperature control device 130 a cooling of the processed powder layers 50 not so excessively fast that an excessively high thermal stress builds up, thereby avoiding product warpage, which is the subsequent stacking and processing of the powder layers 50 and thereby further improving manufacturing quality.

3 ist ein Blockdiagramm von Teilkomponenten der Vorrichtung für generative Fertigung der 1. Mit Bezug auf 3 weist die Vorrichtung 100 für generative Fertigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels weiter eine Temperaturabfühleinheit 150 auf. Die Temperaturabfühleinheit 150 ist ausgeführt, um eine Temperatur der oberen Pulverschicht der Pulverschichten 50 abzufühlen, und die Temperatursteuervorrichtung 130 nimmt die Temperaturen der oberen Pulverschicht der Pulverschichten 50, die von der Temperaturabfühleinheit 150 abgefühlt wurden, als Einspeisungs- bzw. Rückkoppelungstemperaturen auf, um die Pulverschichten 50 auf einen vorbestimmten Temperaturbereich vorzuheizen. Der vorbestimmte Temperaturbereich ist beispielsweise 400–600 Grad Celsius oder irgendein anderer geeigneter Temperaturbereich, was durch die Erfindung nicht eingeschränkt wird. Beispielsweise ist der Schmelzpunkt einer Titanlegierung 1630°C, und somit ist die vorbestimmte Temperatur auf 70% unter dem Schmelzpunkt ausgelegt, wobei zwischen 40% und 50% besser ist, so dass der Temperaturgradient verringert werden kann und das Verfahren beschleunigt wird. 3 is a block diagram of subcomponents of the device for additive manufacturing of 1 , Regarding 3 has the device 100 for generative manufacturing of the present embodiment, further a temperature sensing unit 150 on. The temperature sensing unit 150 is performed to a temperature of the upper powder layer of the powder layers 50 to sense, and the temperature control device 130 takes the temperatures of the upper powder layer of the powder layers 50 that of the temperature sensing unit 150 were measured as feed-in or feedback temperatures around the powder layers 50 preheat to a predetermined temperature range. The predetermined temperature range is, for example, 400-600 degrees Celsius or any other suitable temperature range, which is not limited by the invention. For example, the melting point of a titanium alloy is 1630 ° C, and thus the predetermined temperature is set to 70% below the melting point, with between 40% and 50% being better, so that the temperature gradient can be reduced and the process is accelerated.

4 ist ein Blockdiagramm von Teilkomponenten der Vorrichtung für generative Fertigung der 1. Mit Bezug auf 4 weist die Vorrichtung 100 für generative Fertigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine erste Steuereinheit 160a, eine zweite Steuereinheit 160b und eine dritte Steuereinheit 160c auf, wobei die erste Steuereinheit 160a, die zweite Steuereinheit 160b und die dritte Steuereinheit 160c jeweils ausgebildet sind, um Betriebsvorgänge der Energiequelle 120, der Temperatursteuervorrichtung 130 und der Hubvorrichtung 140 zu steuern. Weiterhin sind die erste Steuereinheit 160a, die zweite Steuereinheit 160b und die dritte Steuereinheit 160c beispielsweise Steuerschaltungen in einem automatischen Steuersystem, und sie arbeiten zusammen, um die Energiequelle 120, die Temperatursteuervorrichtung 130 und die Hubvorrichtung 140 anzutreiben, um die generative Fertigung durch einen vorbestimmten automatischen Verlauf zu leiten. 4 is a block diagram of subcomponents of the device for additive manufacturing of 1 , Regarding 4 has the device 100 for generative manufacturing of the present embodiment, a first control unit 160a , a second control unit 160b and a third control unit 160c on, with the first control unit 160a , the second control unit 160b and the third control unit 160c are each adapted to operations of the power source 120 , the temperature control device 130 and the lifting device 140 to control. Furthermore, the first control unit 160a , the second control unit 160b and the third control unit 160c For example, control circuits in an automatic control system and they work together to control the energy source 120 , the temperature control device 130 and the lifting device 140 to drive the generative manufacturing through a predetermined automatic course.

Mit Bezug auf 1 weist die Vorrichtung 100 für generative Fertigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Bodenplatte 170 und eine Kühlvorrichtung 180 auf. Die Bodenplatte 170 ist konfiguriert, um die Temperatursteuervorrichtung 130 und die Tragplatte 110 zu tragen, und die Hubvorrichtung 140 ist mit der Bodenplatte 170 verbunden, um die Bodenplatte 170, die Temperatursteuervorrichtung 130 und die Tragplatte 110 anzutreiben, so dass diese gemeinsam angehoben und abgesenkt werden. Die Kühlvorrichtung 180 ist beispielsweise eine Wasserleitung für Kühlwasser und ist in der Bodenplatte 170 angeordnet, wobei sie für eine Beschleunigung einer Abkühlungsrate der Pulverschichten unter Verwendung des Kühlwassers in der Wasserleitung in einem geeigneten Moment gemäß tatsächlichen Anforderungen verwendet wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Kühlvorrichtung 180 auch gemäß einer tatsächlichen Anforderung an anderen Positionen der Vorrichtung 100 für generative Fertigung angeordnet werden, wobei dies durch die Erfindung nicht eingeschränkt wird.Regarding 1 has the device 100 for generative manufacturing of the present embodiment, a bottom plate 170 and a cooling device 180 on. The bottom plate 170 is configured to the temperature control device 130 and the support plate 110 to carry, and the lifting device 140 is with the bottom plate 170 connected to the bottom plate 170 , the temperature control device 130 and the support plate 110 to drive so that they are raised and lowered together. The cooling device 180 For example, is a water pipe for cooling water and is in the bottom plate 170 being arranged to be used for accelerating a cooling rate of the powder layers by using the cooling water in the water pipe at an appropriate moment according to actual requirements. In another embodiment, the cooling device 180 also according to an actual request to other positions of the device 100 for generative manufacturing, which is not limited by the invention.

Die Vorrichtung 100 für generative Fertigung des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist einen Behältertank 190 auf, wobei die Tragplatte 110, die Temperatursteuervorrichtung 130 und die Bodenplatte 170 in dem Behältertank 190 angeordnet sind, und wobei der Behältertank 190 ausgebildet ist, um die Pulverschichten 50 auf der Tragplatte 110 zu halten, um zu vermeiden, dass das Pulver der Pulverschichten 50 in unerwarteter Weise während des Herstellungsprozesses von der Tragplatte 110 herunterfällt. Darüber hinaus sind die Tragplatte 110 und die Temperatursteuervorrichtung 130 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beispielsweise an der Bodenplatte 170 durch Verriegelungsglieder 60 befestigt, obwohl die Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist, und die Tragplatte 110 und die Temperatursteuervorrichtung 130 können durch andere geeignete Verfahren befestigt werden.The device 100 for additive manufacturing of the present embodiment comprises a container tank 190 on, with the support plate 110 , the temperature control device 130 and the bottom plate 170 in the container tank 190 are arranged, and wherein the container tank 190 is formed to the powder layers 50 on the support plate 110 to keep, to avoid the powder of the powder layers 50 in an unexpected way during the manufacturing process of the support plate 110 falling. In addition, the support plate 110 and the temperature control device 130 of the present embodiment, for example, on the bottom plate 170 by locking members 60 attached, although the invention is not limited thereto, and the support plate 110 and the temperature control device 130 can be attached by other suitable methods.

Zusammengefasst wird die Temperatursteuervorrichtung bei der Erfindung angewendet, um eine Verarbeitungstemperatur von jeder der Pulverschichten zu steuern. Wenn die Pulverschichten sequentiell gestapelt werden und sequentiell die Energiestrahlen aufnehmen, die von der Energiequelle geliefert werden, um die additive bzw. generative Fertigung durchzuführen, kann die Temperatursteuervorrichtung kontinuierlich Pulverschichten aufheizen, um die Pulverschichten dazu zu veranlassen, die generative Fertigung in einem gleichen Temperaturbereich zu durchlaufen. Wenn die oben aufgestapelten Pulverschichten geformt werden, wird auf diese Weise eine Formgebungstemperatur davon nicht in unerwarteter Weise aufgrund der restlichen Wärme der unteren bearbeiteten Pulverschichten gesteigert, so dass eine Ungleichmäßigkeit der Materialeigenschaften von jeder der Schichtstrukturen des 3D-Objektes aufgrund eines Unterschiedes der Verarbeitungstemperatur vermieden wird, und wodurch in entsprechender Weise die Produktqualität garantiert wird. Darüber hinaus kann die Temperatursteuervorrichtung die Formgebungstemperaturen der Pulverschichten gemäß einer Materialart der Pulverschichten steuern, so dass das 3D-Objekt eine erwartete Materialeigenschaft haben kann. Basierend auf dem Aufheizungseffekt der Temperatursteuervorrichtung ist darüber hinaus die Abkühlung der verarbeiteten Pulverschichten nicht so übermäßig schnell, dass sich übermäßig große thermische Spannung aufbaut, so dass eine Verwerfung des Produktes vermieden wird, welche die darauf folgende Stapelung und Verarbeitung der Pulverschichten beeinflusst, und wodurch weiter die Fertigungsqualität verbessert wird. Darüber hinaus kann die Kühlvorrichtung angewendet werden, um eine Abkühlungsrate der Pulverschichten in einem geeigneten Moment zu beschleunigen, um die Betriebseffizienz der Vorrichtung für generative Fertigung zu verbessern.In summary, the temperature control device is applied to the invention to control a processing temperature of each of the powder layers. When the powder layers are sequentially stacked and sequentially receive the energy beams supplied from the power source to perform the additive manufacturing, the temperature control device can continuously heat powder layers to cause the powder layers to increase the generative manufacturing in a same temperature range run through. In this way, when the above-stacked powder layers are formed, a forming temperature thereof is not increased unexpectedly due to the residual heat of the lower processed powder layers, so that unevenness of the material properties of each of the layer structures of the 3D object due to a difference in processing temperature is avoided , and by which product quality is guaranteed in a corresponding manner. Moreover, the temperature control device may control the molding temperatures of the powder layers according to a kind of material of the powder layers, so that the 3D object may have an expected material property. Moreover, based on the heating effect of the temperature control device, the cooling of the processed powder layers is not so excessively fast that excessive thermal stress builds up, thus avoiding warpage of the product, which affects the subsequent stacking and processing of the powder layers, and thereby further the manufacturing quality is improved. In addition, the cooling device may be applied to accelerate a cooling rate of the powder layers at an appropriate moment to improve the operation efficiency of the device for additive manufacturing.

Claims (10)

Vorrichtung (100) für additive bzw. generative Fertigung, die Folgendes aufweist: eine Tragplatte (110), wobei eine Vielzahl von Pulverschichten (50) auf der Tragplatte (110) sequentiell gestapelt werden kann; eine Energiequelle (120), die ausgebildet ist, um Energiestrahlen (L) sequentiell auf die Pulverschichten (50) zu leiten, so dass jede der Pulverschichten (50) zumindest teilweise geformt wird; und eine Temperatursteuervorrichtung (130), die ausgebildet ist, um die Pulverschichten (50) vorzuheizen, um eine Temperatur von jeder der gerade geformten Pulverschichten (50) zu steuern.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing, comprising: a support plate ( 110 ), wherein a plurality of powder layers ( 50 ) on the support plate ( 110 ) can be sequentially stacked; an energy source ( 120 ), which is designed to sequentially direct energy beams (L) onto the powder layers ( 50 ), so that each of the powder layers ( 50 ) is at least partially formed; and a temperature control device ( 130 ), which is formed around the powder layers ( 50 ) to a temperature of each of the currently formed powder layers ( 50 ) to control. Vorrichtung (100) für generative Fertigung nach Anspruch 1, wobei die Temperatursteuervorrichtung (130) ausgebildet ist, um kontinuierlich jede der Pulverschichten (50) aufzuheizen, um eine Abkühlungsrate von jeder der geformten Pulverschichten (50) zu verringern.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing according to claim 1, wherein the temperature control device ( 130 ) is formed to continuously separate each of the powder layers ( 50 ) to a cooling rate of each of the shaped powder layers ( 50 ) to reduce. Vorrichtung (100) für generative Fertigung nach Anspruch 1, wobei jede der Pulverschichten (50) ausgebildet ist, um den Energiestrahl (L) aufzunehmen, der von der Energiequelle (120) geliefert wird, bevor sie von einer anderen der Pulverschichten (50) bedeckt wird, und wobei sie gleichzeitig von der Temperatursteuervorrichtung (130) beheizt wird.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing according to claim 1, wherein each of the powder layers ( 50 ) is adapted to receive the energy beam (L) emitted by the energy source ( 120 ) before being transferred from another of the powder layers ( 50 ) and at the same time from the temperature control device ( 130 ) is heated. Vorrichtung (100) für generative Fertigung nach Anspruch 1, wobei die Tragplatte (110) eine Oberseite (110a) und eine Unterseite (110b) hat, die einander gegenüber liegen, wobei die Oberseite (110a) ausgebildet ist, um die Pulverschichten (50) zu tragen, und wobei die Temperatursteuervorrichtung (130) an der Unterseite (110b) angeordnet ist.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing according to claim 1, wherein the support plate ( 110 ) an upper side ( 110a ) and a bottom ( 110b ), which are opposite each other, wherein the top ( 110a ) is formed around the powder layers ( 50 ), and wherein the temperature control device ( 130 ) on the bottom ( 110b ) is arranged. Vorrichtung (100) für generative Fertigung nach Anspruch 1, wobei die Temperatursteuervorrichtung (130) eine Widerstandsheizplatte aufweist.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing according to claim 1, wherein the temperature control device ( 130 ) has a resistance heating plate. Vorrichtung (100) für generative Fertigung nach Anspruch 1, die weiter eine Temperaturabfühleinheit (150) aufweist, wobei die Temperaturabfühleinheit (150) ausgebildet ist, um eine Temperatur von einer oberen Schicht der Pulverschichten (50) abzufühlen, wobei die Temperatursteuervorrichtung (130) die Pulverschichten (50) gemäß den Temperaturen der oberen Schicht der Pulverschichten (50) aufheizt.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing according to claim 1, further comprising a temperature sensing unit ( 150 ), wherein the temperature sensing unit ( 150 ) is adapted to a temperature of an upper layer of the powder layers ( 50 ), wherein the temperature control device ( 130 ) the powder layers ( 50 ) according to the temperatures of the upper layer of the powder layers ( 50 ) heats up. Vorrichtung (100) für generative Fertigung nach Anspruch 1, die weiter eine Hubvorrichtung (150) aufweist, wobei die Hubvorrichtung (150) ausgebildet ist, um die Tragplatte (110) anzutreiben, so dass sie relativ zu einer Arbeitsebene (S) angehoben und abgesenkt wird, so dass jede der Pulverschichten (50) gestapelt wird und den Energiestrahl (L), der von der Energiequelle (120) geliefert wird, in der Arbeitsebene (S) aufnimmt.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing according to claim 1, further comprising a lifting device ( 150 ), wherein the lifting device ( 150 ) is formed to the support plate ( 110 ) so that it is raised and lowered relative to a working plane (S), so that each of the powder layers ( 50 ) and the energy beam (L) emitted by the energy source ( 120 ) is received in the working plane (S). Vorrichtung (100) für generative Fertigung nach Anspruch 7, die weiter eine erste Steuereinheit (160a), eine zweite Steuereinheit (160b) und eine dritte Steuereinheit (160c) aufweist, wobei die erste Steuereinheit (160a), die zweite Steuereinheit (160b) und die dritte Steuereinheit (160c) jeweils ausgebildet sind, um die Energiequelle (120), die Temperatursteuervorrichtung (130) und die Hubvorrichtung (150) zu steuern.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing according to claim 7, further comprising a first control unit ( 160a ), a second control unit ( 160b ) and a third control unit ( 160c ), wherein the first control unit ( 160a ), the second control unit ( 160b ) and the third control unit ( 160c ) are each adapted to the energy source ( 120 ), the temperature control device ( 130 ) and the lifting device ( 150 ) to control. Vorrichtung (100) für generative Fertigung nach Anspruch 1, die weiter eine Bodenplatte (170) und eine Kühlvorrichtung (180) aufweist, wobei die Bodenplatte (170), die Temperatursteuervorrichtung (130) und die Tragplatte (110) trägt, und wobei die Kühlvorrichtung (180) in der Bodenplatte (170) angeordnet ist.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing according to claim 1, further comprising a bottom plate ( 170 ) and a cooling device ( 180 ), wherein the bottom plate ( 170 ), the temperature control device ( 130 ) and the support plate ( 110 ) and wherein the cooling device ( 180 ) in the bottom plate ( 170 ) is arranged. Vorrichtung (100) für generative Fertigung nach Anspruch 1, die weiter einen Behältertank (190) aufweist, wobei die Tragplatte (110) und die Temperatursteuervorrichtung (130) in dem Behältertank (190) angeordnet sind, und wobei der Behältertank (190) ausgebildet ist, um die Pulverschichten (50) auf der Tragplatte (110) zu halten.Contraption ( 100 ) for additive manufacturing according to claim 1, further comprising a container tank ( 190 ), wherein the support plate ( 110 ) and the Temperature control device ( 130 ) in the container tank ( 190 ) are arranged, and wherein the container tank ( 190 ) is formed around the powder layers ( 50 ) on the support plate ( 110 ) to keep.
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