CN107428079A - 用于利用多条射线制造三维物体的设备以及生成式层构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造三维物体的一种设备和一种方法。所述物体(3)被构造在至少一个能沿高度方向移动的支架(2)上。所述支架的水平延伸尺寸限定所述构建区(5)。输入装置(6、8、9)受控制地将至少一个辐射源的射线定向在涂敷层的对应于物体横截面的区域上。所述输入装置(6、8、9)将多条射线同时定向到涂覆层的多个不同区域上。每条射线仅定向到层的分配给该射线的局部区域上，该局部区域小于整个构建区(5)。所述整个构建区(5)由这些局部区域的总量覆盖。借助控制单元(10)控制所述输入装置(6、8、9)。在此，这些局部区域中的至少一个局部区域部分地、但不完全地与这些局部区域中的至少一个另外的局部区域重叠。由这样的重叠构成的重叠面的重叠总量具有构建区总面积的至少10％。

Description

用于利用多条射线制造三维物体的设备以及生成式层构建 方法

技术领域

本发明涉及一种用于借助生成式层构建方法制造三维物体的设备。本发明本身也涉及一种生成式层构建方法。

背景技术

生成式制造方法或生成式层构建方法可以使用用于制造许多不同种类的物体。在此，作为示例包括牙冠、发动机缸体或鞋。在此，可以使用不同的材料，例如塑料粉末、金属粉末、型砂等等。这种方法的基本过程和相应设备的基本构造例如在EP0734842A1中作为激光烧结方法的示例说明。

在EP0734842A1中所说明的方法中存在具有所属扫描装置的激光，借助该扫描装置在构建区的所有位置上能够固化粉末。在此，精度另外与用于粉末固化的激光束的直径有关，在物体横截面之内的物体细节能够以所述精度制造。通常，在粉末层上的激光束直径具有几十微米至几百微米之间的值。

尤其是在大的构件或构建区中出现如下问题：扫描器的激光束不再大致垂直地射到选择性待固化粉末层上，而是在粉末层的最远远离所述扫描装置的位置上过度倾斜地入射。这导致在粉末层上的激光作用面不希望地强烈增大，并且因此导致细节精度降低。

美国专利申请US2004/0094728A1通过如下方式对付刚好提及的问题，即，扫描装置被安装到十字滑动件上，从而构建区的远离的位置不通过如下方式达到，即，所述扫描装置附加地在构建区上方的十字滑动件上移动。然而，将所述扫描装置装配在十字滑动件上导致延长构造时间，因为扫描装置必须在固化过程之前才借助十字滑动件移动。

德国专利申请DE4302418A1致力于如下问题：激光束不能任意快速地沿着层被引导。在该专利申请中首先说明一种光固化成形方法，然而粉末也可作为材料。根据DE4302418A1建议，多个辐射源分别设有一个配设的用于激光束的偏转装置。因此，构建区的不同区域可以同时被照射和固化。在此，每条激光束分配给层的一个单独区域，亦或区域这样被固化，使得多条射线交替地掠过并排的线形区域。

WO2014/199134A1致力于如下问题：尽管建造材料层利用多条激光在不同的位置上同时照射导致时间损耗。在此可看作如下问题：存在与物体横截面的结构有关的偏转装置，该偏转装置几乎保持不工作，因为在建造材料层的配设给该偏转装置的区域中仅存在较少的待固化位置，而其他偏转装置必须将激光辐射转向到在其工作区域之内的所有位置上。然后，物体横截面的固化时间由在链中最缓慢的环节、即这样的偏转装置确定，该偏转装置在其工作区域中必须固化最大的面积或者说该偏转装置需要在其工作区域中用于固化的最长时间。为了解决上述问题，WO2014/199134A1建议将配设给偏转装置的工作区域重叠，从而几乎不工作的偏转装置可以在与相邻偏转装置的工作区域的重叠区域中被使用。

因为物体横截面的位置可以由层到层变化，并且此外物体横截面可以具有复杂的几何形状，所以在重叠区域的哪个位置上应该使用哪个激光的自动决定、换句话说用于固化材料而对准所述材料的射线的协调不总是简单的。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种替代的和/或改进的用于实施生成式层构建方法的设备和一种所属的生成式层构建方法。在此，尤其是如下地争取达到所述改进：简化层构建方法的实施。

所述任务通过根据权利要求1所述的一种设备和根据权利要求14所述的一种方法得以解决。本发明的进一步改进方案在从属权利要求中给出。在此，在从属权利要求中以及对于所述设备下面的说明中所谓的进一步改进方案或实施方式也可以被看作按照本发明的方法的进一步改进方案或实施方式，或反之亦然。

按照本发明，开头所述类型的设备具有：

至少一个能沿高度方向移动的支架，在该支架上制造所述物体并且该支架的水平尺寸限定构建区，

输入装置，该输入装置用于受控制地将至少一个辐射源的射线定向到在所述构建区之内的建造材料涂敷层的对应于物体横截面的区域上。

所述输入装置构造成和/或在运行中被控制成，使得所述输入装置能将多条射线同时定向到涂覆层的多个不同区域上，

所述多条射线中的每条射线能够仅定向到建造材料的层的分配给该射线的(特别是固定的)局部区域上，该局部区域小于整个构建区，并且整个构建区由这些局部区域的总量覆盖。此外，所述用于制造三维物体的设备具有用于控制所述输入装置的控制单元，使得每条射线在其入射区域中、也就是在该射线入射到层上的区域中对建造材料起作用、尤其是使得所述建造材料被固化。这些局部区域中的至少一个局部区域部分地、但不完全地与这些局部区域中的至少一个另外的局部区域重叠。由这样的重叠构成的重叠面的重叠总量具有构建区总面积的至少10％。特别是所述控制单元设计成，使得该控制单元将多条射线同时定向到重叠面的至少一部分上，使得所述多条射线的入射区域相交。

按照本发明的设备可能的是，将物体横截面在多个位置上同时固化，这导致缩短用于物体的制造时间：

在按照本发明的设备中存在各局部区域的一定重叠，从而在固化时，一个射线(在涉及该射线的局部区域中仅较少的位置被固化)可以用在相邻的局部区域中，在该相邻的局部区域中许多位置必须被固化。此外，当入射区域在利用多条射线同时固化时相交时，则这使得速度提升，因为各单个射线只需输入较少能量并且由此能够更快速地在建造材料上移动。优选地，在所述入射区域相交时产生建造材料的至少部分共同的、也就是说连接的熔池，从而例如可以实现，多条射线能够协同地被用于熔化建造材料。

尤其是，按照本发明的设备能够简单地实现自动协调多条射线，这些射线为了固化建造材料被同时定向到所述建造材料的一个区域上。对于所述协调，不必考虑待固化物体横截面的形状，因为射线的入射区域仅彼此相对地定向。

此外，对极不同形状的以测试方式制造的物体的研究显示，当重叠总量具有构建区总面积的至少10％的上述值时，基于上述方式然后出现平均制造时间的减小。在此，重叠总量越大，则制造时间的减少越大，使得对于重叠总量而言优选为构建区总面积的至少20％、特别优选至少40％的值是有利的。

在试验中构建区总面积的最高80％、尤其是最高60％被证明为重叠总量的上限。这与通过射线过度倾斜地输入能量的上述问题有关联。

尽管本发明优选可被用在如下设备上，在该设备中为了固化建造材料而使用相同波长的电磁射线，所述电磁射线可以以相同的方式在借助粒子辐射(例如借助电子)进行固化的设备中使用。

优选地，入射区域的相交区域的面积应该是所述多条射线的入射区域的面积的至少80％、进一步优选基本上100％。在所述情况下不是仅在固化时实现速度优点。而且被输入能量的区域狭窄地被界定，从而在构建区中的温度分布可以很好地被控制。尤其当入射区域虽然具有类似的尺寸然而不同的形状时，恰好100％的相交不会实现。即使在使用例如两条相同波长的射线时，如开头所述，当所述两条射线不同斜度地射到建造材料上时，出现该问题。

优选地，由所述多条射线在入射点的相交区域中输入的总能量等于用于物体横截面的在相交区域之外的一个位置上的建造材料的、事先确定的固化能量。以这种方式，确保尽可能均一地将能量输入到建造材料中，而与同时用于固化的射线数量无关。

进一步优选地，所述控制单元这样设计，使得该控制单元恰好将两条射线、即第一射线和第二射线同时定向到一个重叠面的至少一部分上。以这种方式，尤其是当所述两条射线在相交区域中输入相同的能量时，射线和尤其是通过多条射线同时输入到建造材料中的总能量的协调非常简单。

进一步优选地，所述两条射线在其入射区域相交之前在入射区域的间距单调减少的情况下依次相继地在重叠区域的所述部分上移动以用于固化建造材料，直到所述入射区域相交。以这样一种方式，由于提高同时工作的射线的数量来避免强烈的局部温差。特别优选地，首先仅所述第一射线定向到重叠区域的所述部分上并且将所述事先确定的固化能量的至少100％、优选基本上100％输入到建造材料(11)中。并且而后所述第二射线附加地定向到重叠区域的该部分上，其中，基本上随着两条射线的入射区域开始相交，由第一射线输入的固化能量单调减少，并且同时由第二射线输入的固化能量单调增加，直到在入射区域至少80％、优选基本上100％相交时由所述第一射线和所述第二射线共同将所述事先确定的固化能量的至少100％、优选基本上100％输入到建造材料中。利用这样控制由射线输入到材料中的能量，能够避免在小空间上的特别强烈温差。

进一步优选地，在将利用两条射线同时的照射转换到利用仅一条射线的照射时，所述两条射线在其入射区域至少80％、优选基本上100％相交之后在入射区域的间距单调增大的情况下依次相继地在重叠区域上移动以用于固化建造材料，直到所述两条射线中的仅一条射线还定向到重叠区域上。以这样一种方式，避免由于减少同时工作的射线的数量带来的强烈的局部温差。在此，特别优选的是所述处理方式：在入射区域至少80％、优选基本上100％相交时由两条射线共同总共将所述事先确定的固化能量的至少100％、优选基本上100％输入到建造材料中，并且随着入射区域的间距单调增大，由两条射线的其中一条射线输入的能量被单调减少并且由另外一条射线输入的能量被单调增加，从而最后仅所述两条射线的其中一条射线还定向到重叠区域的所述部分上并且在那里输入所述事先确定的固化能量的至少100％、优选基本上100％。因此，再次能够避免在小空间上的特别强烈温差。

优选地，这些局部区域中的至少一个局部区域部分地但不完全地与这些局部区域的至少一个另外的局部区域重叠。在此，特别优选所述局部区域中的至少一个局部区域具有如下面，在该面中所述局部区域同时与至少两个其他的局部区域重叠。因此，尤其是这样实现至少一个局部区域与其他局部区域多次部分地重叠，使得甚至出现如下的面，该面由至少三个、优选甚至四个互相在该面中重叠的局部区域构成。由此，在所述面的区域中尤其提高定向到所述面的多条射线的协同效应，这些射线还可以互相明显更好地补充。

根据一种有利的进一步改进方案，所有局部区域具有相同的尺寸。这例如简化对于使用者以及也对于射线的控制器的清晰性。

原理上，局部区域可以具有任何形状，优选地至少一个局部区域、特别优选地所有局部区域是矩形的、特别是正方形的。

虽然原则上可能的是，仅一些局部区域与其他的局部区域重叠，并且其他的局部区域不是，然而尤其在改进协同作用的意义上优选的是，每个局部区域与其相邻的局部区域重叠。

此外，尤其是为了改善上面提到的清晰性和可控制性有利的是，对于所有重叠的局部区域来说与相邻的局部区域的重叠面是相同的。

根据本发明的一种进一步改进方案，这些局部区域中多个局部区域与其相邻的局部区域重叠，并且重叠侧沿这些局部区域的布置结构的第一方向的延伸尺寸不同于重叠侧沿横向于、优选垂直于第一方向的第二方向的延伸尺寸。

此外优选的是，两个相邻的局部区域的侧沿其在一个空间方向上的整个延伸基本上相互重叠。这再次简化上面提及的清楚性和可控制性。

所述构建区优选是矩形的、尤其是正方形的，并且存在四个局部区域，这些局部区域设置在构建区的各角中。

进一步优选的是，总共存在至少三个局部区域、优选四个、特别优选至少六个并且完全特殊地优选至少十个局部区域。

特别的是，例如基于简单的几何布置结构优选的是，局部区域的数量是偶数，并且在此尤其是这些局部区域至少设置在两排中。

根据一种特别的实施形式，所述局部区域彼此这样设置，使得其布置结构的至少一部分基本上完全或部分地具有敞开的或闭合的圆形或椭圆的形状。这可以、但不是必须意味着，所述构建区本身在其外边界具有(半)圆或(半)椭圆的形状。作为替代形式，有角的局部区域也可以这样互相部分重叠地彼此设置，使得所述局部区域共同形成非线或行列布置结构，而恰好是(部分)圆形或(部分)椭圆形。在此，一般在所述特别的实施形式的范围中也可以规定：在这样的布置结构的中间没有构建区，而是所述布置结构限定敞开的或闭合的(圆形的或椭圆的)圆环。

尤其是出于提高单条射线彼此的协同作用、也就是说更好的配合作用的原因，优选的是，重叠总量具有构建区总面积的至少20％、特别优选至少40％。

另外一方面，太大的重叠总量意味着，所述构建区由于上述的避免射线太大角度的必要性不能任意选择大的。在该背景下优选的是，重叠总量包含构建区总面积的最高80％、特别优选最高60％。

按照本发明的用于借助设备制造三维物体的生成式层构建方法具有以下步骤：

将所述物体构造在至少一个能沿高度方向移动的支架上，该支架的水平延伸尺寸限定构建区，

通过输入装置将至少一个辐射源的射线受控制地定向到在所述构建区之内的建造材料涂敷层的对应于物体横截面的区域上，

其中，所述输入装置将多条射线同时定向到涂覆层的多个不同区域上，

并且所述多条射线中的每条射线仅定向到建造材料的层的分配给该射线的局部区域上，该局部区域小于整个构建区，并且整个构建区由这些局部区域的总量覆盖，

这些局部区域中的至少一个局部区域部分地、但不完全地与这些局部区域中的至少一个另外的局部区域重叠，并且由这样的重叠构成的重叠面的重叠总量具有构建区总面积的至少10％，

将所述输入装置控制成，使得每条射线在其入射区域中、也就是在该射线入射到层上的区域中对建造材料起作用、尤其是使得所述建造材料被固化，

将多条射线同时定向到重叠面的至少一部分上，使得所述多条射线的入射区域相交。

利用按照本发明的生成式层构建方法，尤其是当所述方法在其中一个上述设备上实施时，能够实现进一步在上面结合按照本发明的生成式层构建设备在所有变型方案中所说明的优点。

附图说明

图1示出按照本发明的设备的一种实施形式的示意性结构。

图2示出一种用于具有四条激光束的示例的具有由激光束扫过的局部区域的构建区的俯视图。

图3示出一种用于具有六个局部区域的示例的、具有由激光束扫过的局部区域的构建区的俯视图。

图4示出一种用于具有十个局部区域的示例的、具有由激光束扫过的局部区域的构建区的俯视图。

图5示出一种用于具有五个局部区域的示例的、具有由激光束扫过的局部区域的构建区的俯视图。

图6示出所述构建区的两个重叠局部区域的俯视图，以用于说明一种按照本发明的通过多条射线在重叠区域中的固化。

图7示出所述构建区的两个重叠局部区域的俯视图，以用于说明一种可替代的按照本发明的通过多条射线在重叠区域中的固化。

图8示出所述构建区的两个重叠局部区域的俯视图，以用于说明一种按照本发明的在更改同时用于固化区域的射线的数量时的方式。

具体实施方式

一般地，术语“生成式制造方法”在本申请中理解为一种构建方法，在该构建方法中物体由不成形的材料、尤其是粉末通过逐层固化制成。为此使用辐射能量、尤其是如在下面示例中详细解释的激光能量。因此，接下来“激光”示例性地被描述为辐射源，然而不会由此在内容上限制公开内容。本发明不仅能够与激光辐射相关联地被实现，而且也可以与其他电磁辐射、尤其也是与粒子辐射(例如电子束)相关联地被实现。尤其是，本发明针对这种成形方法，在该成形方法中物体以所希望的结构在没有借助外部模具的情况下通过如下方式被制造，使得在建造材料层中(应当被固化成待制造物体的横截面)的位置利用激光照射，其中，激光在层中的作用点借助扫描器更改。这样一种方法的示例是选择性激光熔化，选择性激光烧结以及光固化成形方法。

术语“固化”在本申请中这样理解，所述固化描述成一种过程，该过程这样照射液体的或粉末状的建造材料，使得该建造材料在该位置上通过由辐射引入的热能部分地或完全地被熔化，从而该建造材料在其冷却之后作为固体存在。在此，事先确定的固化能量对应于每面积单位为固化过程待引入的热能。因此，当接下来提及“事先确定的要输入的热能量”时，其指的是在所提及的面区域之内在所有位置上每面积单位要输入的用于固化过程的热能。

在本申请中，术语“入射区域”是指在建造材料表面上的区域的面，在该面之内射束与建造材料相互作用，即输入热量。优选地，如下区域可被看作入射区域，在该区域中通过相互作用进行固化建造材料。优选地，然后对于本发明来说，当配设给各单条射束的、在其中进行固化的区域相交时，存在入射区域相交。如果固化通过如下方法实现，即，这些射线分别在建造材料层中产生熔池，然后优选地当配设给单条射线的熔池连接成一个共同的熔池时，存在射线相交。

此外应该强调，在本申请中术语“射线/射束”不限定于几乎点状地入射到粉末层上的辐射。此外，所述术语也包括例如线形地或以射束斑形式入射的辐射，该射束斑由于其大的尺寸不再被称为“点状的”。在此，尤其重要的是，射线按顺序扫描分配给其的局部区域。

接下来给出按照本发明的设备的一种说明，其中，选择激光烧结方法作为(在此基于激光的)生成式层构建方法的示例。

在图1中示出的设备具有结构容器1，在该结构容器中设置有支架2，以用于支承待制造的物体3。所述支架2能够经由高度调节装置4沿竖直方向在结构容器1中移动。平面(涂覆的粉末状建造材料在该平面中固化)限定工作平面。所述工作平面的由结构容器1包围的部分或在工作平面的由结构容器1包围的部分之内的专门确定界限的区域被称为构建区5。通常，所述构建区的尺寸与支架的水平尺寸相同。为了将粉末状材料在构建区5中固化，设置有产生激光束7的激光器6，该激光束通过偏转装置8和9聚焦到构建区5上。在本发明的范围中也可以设置多条激光和/或其他多个偏转装置。

在图1中示例性地示出两个偏转装置(扫描器)，其光由激光器6供应。在此，由激光器6产生的激光束7被分成(未详细地示出)在所述偏转装置8上反射的激光束7a和在所述偏转装置9上反射的激光束7b。仅示意性示出的偏转装置8和9可以分别是检流计镜对，所述检流计镜对由控制器10操控。在此，所述控制器10访问数据，这些数据包含待制造物体(物体的三维CAD层模型)的结构。尤其是，这些数据包含关于每个待固化层的准确信息，其中，每个待固化的层配设给待构造物体的一个横截面。与所述数据有关地，偏转装置8和9这样被操控，使得激光束7a和7b被转向到构建区5的如下位置上，在该位置上借助激光的作用应该实现在涂敷的粉末状建造材料的层中的固化。

在图1中示意性地示出一种供给装置11，用于层的粉末状建造材料可以利用该供给装置被供给。建造材料然后借助涂敷器12以一定层厚度被施加在构建区5中并且被抹平。

在运行中，所述支架2逐层地下降，新的粉末层被涂覆并且借助激光束7a和7b在构建区中的相应层的与相应物体相对应的位置上被固化。

激光熔化设备的基本构造与上述的构造相同。

所有适合于激光烧结方法或激光熔化方法的粉末或粉末混合物可以用作粉末状建造材料。这样的粉末例如包括塑料粉末如聚酰胺或聚苯乙烯、PAEK(聚芳醚酮)、弹性体如PEBA(聚醚酰亚胺)、金属粉末(例如不锈钢粉末，但也是合金)、塑料涂层的沙以及陶瓷粉末。

按照本发明设置有多个偏转装置。所述数量无需被限制在如图1示例性示出的两个偏转装置。如借助图2接下来解释，每个偏转装置配设有构建区5的一个局部区域。这意味着，所述(局部)区域是被限定的并且仅包括构建区的一个固定的部分，激光束借助偏转装置可以被转向到所述所述(局部)区域中。

图2示出本发明的一种实施例，在该实施例中存在有四条激光束，这些激光束可以被转向到构建区上。尤其是，图2示出所述构建区的俯视图，该构建区在所述实施例中是正方形的。示意性地示出四个局部区域7a’、7b’、7c’和7d’，这些局部区域是如下局部区域，这些区域可以被相应的激光束7a、7b、7c和7d扫过。这就是说，激光束7a配设有一个局部区域7a’，激光束7b配设有一个局部区域7b’，等等。

尤其是，在图2中识别出，正方形的局部区域7a’、7b’、7c’和7d’相互局部地重叠。因此，所述局部区域7a’和7b’沿在图2中的水平方向相互重叠。相同的内容也适合于局部区域7c’和7d’。此外，所述局部区域7a’和7c’沿在图2中的竖直方向相互重叠。相同的内容也适合于局部区域7b’和7d’。

通过上面示出的在构建区5中由激光束扫过的局部区域的布置实现，在两个局部区域的重叠面中建造材料不仅可以利用配设给局部区域的激光束，也可以利用配设给另一个区域的激光束进行固化。因为优选配设给单个局部区域的激光束同时被转向到构建区上，通过所选择的布置实现，在重叠面中可以更快地固化建造材料，因为在那里两条激光束可以同时固化材料。

在图2中构建区的不同面用大写A、B和C标记。因此应该标出，其中有多少激光束可以达到相应的面：

——用A标记的面由仅一条激光束达到。

——用B标记的面可以由两条激光束达到。

——用C标记的面可以由四条激光束达到。

如果大的物体的横截面被固化在构建区5中，则在构建区5中心的待固化的面份额倾向于比在构建区5的各角中的待固化的面份额大。因此，通过配设给激光束的局部区域的在图2中所选择的布置结构实现，正好在构建区5的中心可以比在各角中更快地被固化。在此，当然并不是局部地在构建区5的中心更多的能量在固化过程中被引入在粉末层的确定的位置上。而是，在构建区5的中心多条激光束可以“分担工作”。在用B标记的面中，例如在一个点上所述两条激光束中的每个激光束可以输入用于固化所需能量的一半。作为替代形式，面B这样被利用激光束的各平行轨迹覆盖，使得其中一条激光束的一条轨迹分别处于其他激光束的两条相邻轨迹之间。在面C中以相应的方式利用四条激光束进行固化。

因此，在一个层之内同时利用多条激光束进行固化。尽管物体的横截面可以位于在构建区之内的最不同的位置上，然而以按照本发明的方式实现，可以减少用于固化横截面的时间。通过将在构建区的内部区域中的配设给各单条激光束的局部区域重叠，在那里可以更快地进行固化，在那里建造材料倾向于在更大的面上被固化。同时不存在激光偏转装置的冗余，而是现有数量的激光偏转装置被有效地利用。

因为如已经在引言中解释的，在较大的待制造物体中出于更高的细节精度反正有利的是，一个用于固化的激光束仅可以作用在构建区的一个局部区域中，因此通过本发明不仅实现特别短的时间，而且也实现高的细节精度。

因为激光束在使粉末固化的地方的重叠面中不再允许比在如下面中输入更多的能量，在所述面中仅一条激光束工作，所以多条激光束必须在重叠区域中被协调。这例如可以通过操控单个偏转装置的控制器10发生。

图6示出构建区的两个重叠的局部区域30和40的俯视图，以用于说明按照本发明的方式利用多条射线在两个局部区域的重叠区域中固化建造材料。详细地，所述两个局部区域30和40分别是矩形的并且水平地在侧30a和30b或40a和40b之间延伸。因此，重叠区域水平地在图6中的线40a与30b之间延伸。按照本发明，在同时使用多条激光束在重叠区域中固化建造材料时使这些射线这样相互地协调，使得射线在扫过建造材料时射线在层上的入射区域相交。在图6中这以两条射线为示例示出。在此，附图标记50是指第一激光束的入射区域，并且附图标记60是指第二激光束的入射区域。仅示例性地，所述两个入射区域是接近圆形的。两个入射区域50和60的相交区域设有附图标记55。在该按照本发明的示例中，第一激光束通过偏转装置8被转向到入射区域50上，并且第二激光束通过偏转装置9被转向到入射区域60上。现在，为了固化建造材料，所述两个入射区域同步地沿构建区在重叠区域之内移动，其中，优选地相交区域55的面的尺寸不改变。为了限定在相交区域55中输入的能量，由偏转装置8和9转向的两条射线的能量相应地这样减少，使得在相交区域55中输入的能量基本上相同地对应于在涂覆的建造材料层的其他位置上引入的能量。因此，配设给入射区域50的射线可以提供50％的要输入的能量，并且配设给入射区域60的射线同样提供50％的能量。完全一样好地但也可能的是，例如第一射线(配设给区域50)仅输入30％的能量，并且配设给区域60的射线输入70％的能量。当然，任意的组合是可能的，只要最终在重叠区域55中输入事先确定的要输入能量的至少100％。在此，事先确定的用于固化建造材料的要输入的能量与建造材料的类型、其在层涂敷时的密度、在辐射定向到建造材料上时的工作温度以及还有其他参数有关。优选地，在改变重叠区域的面的尺寸时，由单条射线输入的能量这样适配，使得在相交区域中输入事先确定的固化能量的至少100％。为了避免当所述两个入射区域不完全重叠时出现的困难，优选地争取实现两个入射区域50和60(大致、也就是说基本上)完全重叠。尽管在图6中仅说明两个入射区域50和60，按照本发明的方式当然也在存在多于两个入射区域(多于两条用于固化的射线)的情况下是可能的。

替代在图6中示出的方式，也可以如在图7中示出的那样，在重叠区域之内这样进行同时固化，使得并排的配设有不同激光束的激光轨迹同时被固化。图7的重叠区域对应于图6的重叠区域。在图7中但不再示出入射区域50和60，而是图7示出出现的射线轨迹50’和60’，这些射线轨迹通过入射区域50和60在构建区上的移动而产生。因此，在图7的实施例中为了固化在轨迹50’和60’中的建造材料，所述入射区域50和60首先沿在图7中两个上面的轨迹50’和60’移动(例如在重叠区域的边界40a上开始并且在重叠区域的边界30b上结束)。对此，然后在两个下面的轨迹50’和60’中所述两个入射区域50和60再次同时例如从右(在线30b上开始)向左移动直到线40a。在轨迹50’和60’之间分别存在有一个在图7中未示出的相交区域，该相交区域由所述两个入射区域50和60沿竖直方向的相交而形成。如果所述相交区域是小的，则在所述两个并排的轨迹50’和60’中分别输入的能量不必适合于所述情形。然而如果存在轨迹50’和60’的明显相交，必要时可以稍微减少在单条轨迹50’和60’中输入的能量。

通过按照本发明的方式可以简单地相互协调多条射线，利用这些射线同时在一个区域之内固化材料。通过将射线彼此耦合，可以与在局部区域之间的重叠区域之内的待固化横截面区域的形状无关地以简单的方式自动协调射线。为了协调射线，待固化横截面的形状根本不必考虑。例如足够的是，当其中一条射线被选中作为引导射线并且其他射线仅如此对准该引导射线，使得存在射线的入射区域的至少部分相交。

此外，还应注意，当仅重叠区域的一部分以按照本发明的方式被固化时，就已经实现了按照本发明的有利效果。

图3示出本发明的一种实施例，在该实施例中矩形的构建区由六个分别配设给一条激光束的局部区域遮盖。出于清楚的原因仅突出显示两个局部区域的轮廓。当然通过大括号示出局部区域的位置。在用A标记的面中又仅一条激光束是激活的。在用B标记的面中存在两个局部区域互相的重叠，并且在用C标记的面中出现四个局部区域的重叠。尤其是在图3中看出，局部区域的重叠沿图的水平方向具有的大小与在图中沿竖直方向的重叠的大小不同。在此，由于在图3中局部区域的布置结构，多于50％的构建区可以利用超过一条激光束照射。

图4示出一种实施形式，在该实施形式中示出十个局部区域以代替六个局部区域。这些局部区域以及同样单个面A、B和C的布置结构对应于在图3中的布置结构。借助图4可以看出，本发明可以以任意数量的局部区域实现。即使在八个、十二个、十四个等局部区域的情况下，构建区的相应划分是类似的。

图5示出具有五个局部区域的另一种实施形式。在此，如在图2中设置有四个局部区域。仅强调地示出附加的第五局部区域并且其位置用大括号标记。在用A标记的面中又仅一条激光束是激活的。在用B标记的面中存在两个局部区域互相的重叠，并且在用C标记的面中出现四个局部区域的重叠。附加的第五局部区域导致，在构建区的中心(面D)五条激光束可以同时是激活的。如在图5中相应的方式也能够是其他奇数数量的激光束。例如，以如在图5中相同的方式也可以在图3和图4的布置结构中还将附加的局部区域放置到中间。

当在一个区域中同时用于固化的激光束的数量改变时，本发明的进一步改进优化所述方式。尤其是，当射线的入射区域仅暂时地相交时，重要的是，控制由各单条射线引入的能量，以便保证，一方面足够地输入能量以用于固化建造材料，并且另一方面不过量地超过事先确定的要输入的能量，优选恰好输入事先确定的要输入的能量。此外，将入射区域在空间上分布到建造材料上也在可能的在固化时出现的、在待制造物体中的应力以及扭曲现象方面起到作用。由于射线的入射区域的空间分布，强烈地影响在待固化物体横截面之内的温度分布。在此，高温差当然导致在材料中的应力。

为了避免在建造材料中突然改变温度分布，按照本发明如在图8中示例性示出地进行。在此，图8示出如图6和7在所述示例中构建区的两个重叠局部区域的俯视图。尤其是，在两个局部区域的位于线40a和30b之间的重叠区域中又示出两条激光束的入射区域50和60。一种按照本发明的方式例如可以如下进行：

i)首先，在重叠区域中的固化仅利用第一激光束进行，该第一激光束配设给入射区域50。在此，激光束将事先确定的用于固化建造材料输入的能量的至少100％、优选基本上100％输入到所述建造材料中。

ii)在配设给入射区域60的第二激光束定向到建造材料层的重叠区域内部之后，所述第二激光束直接在其沿着物体横截面在重叠区域之内的运动开始时输入事先确定要输入的能量的0％。随着时间的推移，两个入射区域50和60之间的间距逐渐减小。这例如可以这样发生，即各入射区域以不同的速度在构建区上移动，并且如在图8中示出的那样，例如入射区域50在运动中跟随入射区域60，然而以比入射区域60更高的速度移动。基本上随着入射区域50和60开始相交，由第一激光输入的能量按照单调下降的函数而减少。然而，由第二激光输入的能量以相同的程度提高。因此，存在如下时间点，从该时间点起存在两个入射区域的优选至少80％、仍然优选100％的相交，并且由第一激光束和第二激光束输入的能量的总和再次为事先确定要输入能量的至少100％、优选基本上100％。

当然，该方式不限制于图8的示例。以相同的方式，例如当第二激光束跟随第一激光束时，入射区域60可以类似地朝向入射区域50移动。

当从利用多条激光束同时照射切换到仅利用一条激光束照射时，也可以类似于在图8中所描述的方式进行。在所述情况下，简单地以相反的方式发生，例如如下：

i)首先，两条射线在其入射区域至少80％相交、优选基本上完全相交的情况下同步地在待固化物体横截面上在图8中示出的重叠区域之内移动。

ii)然后，例如第二射线的速度减小，从而相交区域的面积逐渐减小并且最后第二射线跟在第一射线后面。为了说明，人们必须简单地考虑在图中示出的从上到下定向的箭头。同时随着入射区域50和60之间的间距增大，由第二射线输入的能量根据单调下降的函数而减少并且第一射线的能量以相应的方式提高。

iii)最后，当所述两个入射区域基本上不再相交时，在重叠区域中的固化仅更多地通过第一射线实施，然后第一射线输入事先确定的要输入能量的至少100％、优选基本上100％。

再次，当然也可以代替减慢第二射线而加快第一射线，或代替减慢第二射线进行相对于第二射线减慢第一射线。在后一种情况中，在结尾时存在如下情况：仅第二射线将能量输入到重叠区域中以固化建造材料。

借助图8所说明的方式不限于两条同时用于在重叠区域中进行固化的射线。此外，在图8中接入第二射线时，即使当入射区域还未相交，所述第二射线也不必强制地起初将事先确定的要输入能量的基本上0％输入到材料中。例如，已接入的第二射线起初可以输入事先确定能量的20％。在所述情况下，如果第二射线跟随第一射线，则在利用第一射线固化之后促成材料的延迟冷却。如果第二射线首先在第一射线之前运动，则第二射线将利用第一射线固化材料之前预热该材料。类似地，待断开射线的能量在断开之前不必强制地被减少到0％，而是事先例如也可以被减少到仅20％，即使当入射区域不再相交时也是如此。

此外，借助图8所说明的接入和断开射线也可以简单地实现在照射时从一条射线转换到另一条射线。如果例如首先仅第一射线在重叠区域中固化，则通过与图8相关说明的方式转换到仅仅利用第二射线实现的固化。通过所说明的方法确保，在转换时不会在建造材料中出现温度波动或不均匀性，以及因此避免在待制造物体的部件中的机械误差或尺寸误差。

此外，借助图8所说明的方式也能够实现两条或更多条射线在重叠区域之内共同固化时受控制地“相遇”。然后在下面的情况下不会形成问题：两条或更多条射线在共同固化时非常靠近或者说所属的入射区域暂时相交，尽管入射区域大部分时间不相交。

本发明所说明的实施形式能够以多种方式变换。

所述射线不必全部借助唯一的辐射源产生，该辐射源与多个偏转装置相互作用。完全可能的是，所有或仅单个偏转装置配设有单独的辐射源，或若干偏转装置(偏转装置的数量小于偏转装置的总数)配设给一个辐射源。此外，也不必强制所有辐射源是相同的，尽管这优选是该情况。

尽管在所述实施例中仅示出正方形的局部区域，完全也可设想，设置有矩形的局部区域。在此，一个局部区域的尺寸可以简单地通过控制器10确定。

即使在所述实施例中总是所有相邻的局部区域相互重叠，然而当仅一部分局部区域相互重叠时本发明就已经带来优点。

此外，在所述实施例中所有局部区域这样设置，使得其各侧是彼此平行的，但这不是必须的。例如在图5的示例中也可能的是，中间的正方形(第五局部区域)围绕垂直穿过图平面的轴线旋转。

尽管在所有实施例中这样示出局部区域，使得所述局部区域在构建区的边界处结束，本发明当然也可在下面的情况下实施：射线单独地基于光学设定也可以在构建区之外是有效的。控制器10在这样一种情况下确保，阻止在构建区之外的照射。(通过检流计镜理论上可能的、可以被射线照射的区域也由控制器10界定)。

本发明也可以在如下情况下被使用，其中构建区和/或分配给射线的局部区域不是矩形的。

Claims (15)

1.一种用于借助生成式层构建方法制造三维物体的设备，其包括：

至少一个能沿高度方向移动的支架(2)，在该支架上制造所述物体(3)并且该支架的水平尺寸限定构建区(5)，

输入装置(6、8、9)，该输入装置用于受控制地将至少一个辐射源的射线定向到在所述构建区(5)之内的建造材料涂敷层的对应于物体横截面的区域上。

其中，所述输入装置(6、8、9)构造成和/或在运行中被控制成，使得所述输入装置能将多条射线同时定向到涂覆层的多个不同区域上，

所述多条射线中的每条射线能够仅定向到建造材料的层的分配给该射线的局部区域上，该局部区域小于整个构建区(5)，并且整个构建区(5)由这些局部区域的总量覆盖，

这些局部区域中的至少一个局部区域部分地、但不完全地与这些局部区域中的至少一个另外的局部区域重叠，并且由这样的重叠构成的重叠面的重叠总量具有构建区总面积的至少10％，并且

此外，所述用于制造三维物体的设备具有用于控制所述输入装置(6、8、9)的控制单元(10)，使得每条射线在其入射区域中、也就是在该射线入射到层上的区域中对建造材料(11)起作用、尤其是使得所述建造材料被固化，

所述控制单元(10)设计成，使得该控制单元将多条射线同时定向到重叠面的至少一部分上，使得所述多条射线的入射区域相交。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述射线是相同波长的电磁射线。

3.根据权利要求1至2之一所述的设备，其特征在于，相交区域的面积是所述多条射线中的一条射线的入射区域的面积的至少80％、优选基本上100％。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，由所述多条射线在入射点的相交区域中输入的总能量至少等于用于物体横截面的在相交区域之外的一个位置上的建造材料(11)的、事先确定的固化能量。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述控制单元(10)设计成，使得该控制单元恰好将两条射线、即第一射线和第二射线同时定向到一个重叠面的至少一部分上。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述两条射线在相交区域中输入相同的能量。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述两条射线在其入射区域相交之前在入射区域的间距单调减少的情况下依次相继地在重叠区域的所述部分上移动以用于固化建造材料(11)，直到所述入射区域相交。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，首先仅所述第一射线定向到重叠区域的所述部分上并且将所述事先确定的固化能量的至少100％、优选基本上100％输入到建造材料(11)中，并且而后所述第二射线附加地定向到重叠区域的该部分上。

其中，基本上随着两条射线的入射区域开始相交，由第一射线输入的固化能量单调减少，并且同时由第二射线输入的固化能量单调增加，直到在入射区域至少80％、优选基本上100％相交时由所述第一射线和所述第二射线共同将所述事先确定的固化能量的至少100％、优选基本上100％输入到建造材料中。

9.根据权利要求5至8之一所述的设备，其特征在于，所述两条射线在其入射区域至少80％、优选基本上100％相交之后在入射区域的间距单调增大的情况下依次相继地在重叠区域上移动以用于固化建造材料(11)，直到所述两条射线中的仅一条射线还定向到重叠区域上。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在入射区域至少80％、优选基本上100％相交时由两条射线共同总共将所述事先确定的固化能量的至少100％、优选基本上100％输入到建造材料(11)中，并且

随着入射区域的间距单调增大，由两条射线的其中一条射线输入的能量被单调减少并且由另外一条射线输入的能量被单调增加，从而最后仅所述两条射线的其中一条射线还定向到重叠区域的所述部分上并且在那里输入所述事先确定的固化能量的至少100％、优选基本上100％。

11.根据权利要求1至10之一所述的设备，其特征在于，这些局部区域中的至少一个局部区域具有一个同时与至少两个其他的局部区域重叠的面。

12.根据权利要求1至11之一所述的设备，其特征在于，这些局部区域中的多个局部区域与其相邻的局部区域重叠，并且重叠侧沿这些局部区域的布置结构的第一方向的延伸尺寸不同于重叠侧沿横向于、优选垂直于第一方向的第二方向的延伸尺寸。

13.根据权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，这些局部区域彼此设置成，使得其布置结构的至少一部分基本上完全或部分地具有成敞开的或闭合的圆形或椭圆的形状。

14.一种用于借助设备制造三维物体的生成式层构建方法，其具有以下步骤：

将所述物体(3)构造在至少一个能沿高度方向移动的支架(2)上，该支架的水平延伸尺寸限定构建区(5)，

通过输入装置(6、8、9)将至少一个辐射源的射线受控制地定向到在所述构建区(5)之内的建造材料涂敷层的对应于物体横截面的区域上，

其中，所述输入装置(6、8、9)将多条射线同时定向到涂覆层的多个不同区域上，

并且所述多条射线中的每条射线仅定向到建造材料的层的分配给该射线的局部区域上，该局部区域小于整个构建区(5)，并且整个构建区(5)由这些局部区域的总量覆盖，

这些局部区域中的至少一个局部区域部分地、但不完全地与这些局部区域中的至少一个另外的局部区域重叠，并且由这样的重叠构成的重叠面的重叠总量具有构建区总面积的至少10％，

将所述输入装置(6、8、9)控制成，使得每条射线在其入射区域中、也就是在该射线入射到层上的区域中对建造材料(11)起作用、尤其是使得所述建造材料被固化，

将多条射线同时定向到重叠面的至少一部分上，使得所述多条射线的入射区域相交。

15.根据权利要求14所述的生成式层构建方法，其特征在于，所述生成式层构建方法在根据权利要求1至13之一所述的设备上实施。