用于逐层制造三维物体的机器的、具有减小的温度梯度的构
造缸
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于通过以高能射束、尤其是激光射束
烧结或
熔化粉末状材料来逐层制造三维物体的机器的构造缸，该构造缸具有基本上柱套形的基体和在基体的内侧上沿着缸轴线可移动的
活塞部分，其中，活塞部分在它的上侧处具有用于生长三维物体的基底元件、尤其是衬底或预成形坯，并且，其中，在活塞部分上构造有贴靠在基体的内侧上的粉末
密封件以用于密封粉末状材料。
背景技术
[0002] 这种构造缸组件已经由WO 2016/207258A1已知。
[0003] 通过借助以高能射束、尤其是激光射束或
电子射束进行烧结或熔化来逐层制造三维物体，可以制造物体几何形状，该物体几何形状不能通过传统技术(所述传统技术例如涉及实心体的浇注过程或
铣削)实现。
[0004] 在此，在基底元件、大部分是衬底(也称为构造平台)或预成形坯上在构造缸(也称为构造腔)中涂覆粉末状材料的薄层并且随后在选择的
位置处通过高能射束加热，直至粉末状材料熔化或烧结。然后通过构造缸中的配属的活塞部分将基底元件下降粉末的一个层厚度，涂覆另外一层粉末状材料，并且又在选择的位置处通过高能射束加热，这样继续。尤其当加工
金属粉末状材料时，粉末状材料的涂覆和加热大多数在排除空气的情况下发生，以便避免
氧化过程。
[0005] 为了避免在制成的物体中的机械应
力，有利的是，在高能射束作用之前预热粉末状材料。通过该预热，但也通过熔化和烧结过程，出现在构造缸处、例如在基底元件处、在基体处或也在活塞部分处的显著加热。
[0006] 由于该加热，可以在构造缸处建立温度梯度，该温度梯度会导致例如在基体处的材料扭曲并且由此减小三维物体的制造
精度。
[0007] 此外，构造缸的加热使物体在3D
打印机上的快速制造顺序变困难。为了以快速顺序在
3D打印机上制造物体，构造缸可以连同所
涂装的基底元件在还热的状态下更换成具有还未涂装的基底元件的新构造缸；热的构造缸的进一步冷却可以随后在3D打印机之外进行。然而还热的构造缸的操作是困难的。基体尤其不应扭曲，并且物体在热的状态中优选应针对空气中的氧气受保护。
[0008] 由WO2016/207258A1已知用于3D打印机的构造缸组件，在该构造缸组件中在活塞的上部分上在衬底和夹紧环之间布置有例如由金属
纤维材料制成的粉末密封件。对于粉末密封件在其上移动的基体，在内侧上提出具有低导热性能的材料、例如
石英玻璃。在活塞的下部分上设置有冷却装置和由弹性体材料制成的气体密封件。在活塞的上部分和下部分之间设置有陶瓷的隔离构件。活塞的上部分可以与活塞的其余部分松脱，以便更换在机器上的基体和衬底。在夹紧环下方，可以通过环操纵器使多个
锁定接片共同地向内和向外枢转。
[0009] 在那里提出的结构方式能够实现500℃和更高的高衬底温度的操作，但由于在基体上的石英玻璃相当贵并且是断裂敏感的，尤其在针对运输的操作时。此外，在基体中出现相对较高的温度梯度，该温度梯度可以促进在构造缸的内部的温度梯度并且由此会导致在物体上的制造误差。此外，在基体中的高温度梯度在冷却阶段中长时间地保持；由此促进所制造的物体例如在针对热状态中的运输通
过冷的操作工具抓住时发生扭曲。
[0010] 由公开的德国
专利申请102016211214.7已知一种构造缸组件，其中，在基体中移动的活塞上布置有构造为环绕的纤维金属密封件的粉末密封件。在基体上设置具有可径向移出和移入的锁定部的锁定机构。锁定部可以从下面抓住活塞的上部分。
发明内容
[0011] 本发明的任务是，提出一种用于3D打印机的构造缸，通过该3D打印机可以实现改善的运输能力、尤其是稳固性并且同时实现三维物体的高制造精度。
[0012] 该任务通过开始时提到类型的构造缸解决，该构造缸的特征在于，活塞部分具有密封承载件，在该密封承载件上支承有粉末密封件，在密封承载件上支承有陶瓷的隔离装置、尤其是环绕的隔离环，并且在隔离装置上支承有基底元件，其中，基底元件与密封承载件和粉末密封件间隔开。
[0013] 在本发明的
框架下提出，通过以下方式限界到基体中的热量输入：在粉末密封件和基底元件(例如衬底或衬
底板或者也是预成形坯)之间的热传导路径中布置有陶瓷的隔离装置，该基底元件由于三维物体的逐层制造而被加热。由此可以使粉末密封件的温度相比于基底元件保持低。
[0014] 粉末密封件通过密封承载件保持，该密封承载件可以接收作用到粉末密封件上的机械力；尤其地，隔离装置由于弹性力的存在而不给粉末密封件加负载。隔离装置或隔离环布置在密封承载件和基底元件之间。基底元件不
接触密封承载件和粉末密封件。那么粉末密封件远离基底元件地布置(保持远离)。
[0015] 由此实现，在运行中或也在冷却阶段中减少热基底元件到密封承载件和粉末密封件中并且进一步到基体中的热量流。相应地，也减小在基体中的所有温度梯度。同样地，可以实现基体的较低的绝对温度、最大温度或平均温度。
[0016] 由此降低由于基体中的温度梯度所导致的基体的暂时或持续扭曲(
变形)的危险。这有助于更好的制造精度。
[0017] 由于在基体中的较小温度梯度并且也由于通过粉末密封件的较小的热量输入所导致的基体的总体较低的温度，也简化了在运输过程中的操作。通过与冷抓取器、叉形件或类似物的接触所导致的可能的局部温度变化较小强度地引起变形。
[0018] 构造缸的部件可以这样彼此调整，使得在运行中基体(在粉末密封件的高度上)和粉末密封件的温度近似相同，并且基体和粉末密封件的
热膨胀系数(和优选其梯度)近似相同(关于较小的
热膨胀系数而言例如除了10℃或更小的温度差之外或者说除了20％或更小的差之外)。由此实现近似不变的(尤其在任何温度中近似相同的)密封力并且相应地使基底元件上的变形最小化，由此又改善三维物体上的制造精度。此外，柱管形的基体以其构型的尽可能小的干扰构造。此外，在基底元件和基体之间可以使粉末边缘竖立，以便改善热隔离，这同样有助于改善的制造精度；粉末边缘优选至少2mm宽。
[0019] 在本发明的框架中，基体可以容易地在没有石英玻璃的情况下并且尤其由金属(例如由
钢)构造。由此，基体可以构造为稳固的管结构；可以避免断裂危险。通过基体例如至下活塞部分的区域中的由弹性体材料制成的气体密封件的热传导是问题少的，因为由于基体在粉末密封件的区域中的较低的绝对温度在气体密封件和基体的其他相关位置处出现较低温度。
[0020] 粉末密封件典型地由相互压缩的金属纤维构造。该粉末密封件可以实现例如比
石墨密封件更好的氧化
稳定性；此外，金属纤维密封件的热膨胀行为可以简单地调整并且尤其与基体的材料相协调。密封承载件典型地由金属、尤其是钢制造。隔离装置典型地构造为环绕的隔离环；但也能够实现多件式的隔离装置。隔离装置例如可以由Al2O3或另外的隔离陶瓷制造。
[0021] 基底元件典型地相对于基体的内壁径向后移，例如后移1.5mm或更多；通常，活塞部分仅以粉末密封件接触基体。在基底元件和基体之间的缝隙在构造过程期间典型地以粉末状材料填充，以便隔离熔化区。粉末状材料大多数是金属粉末，但也可以是陶瓷粉末或塑料粉末；平均晶粒尺寸(D50)典型地在25μm和100μm之间。基体中的过程温度(粉末状材料的预热温度)典型地为400℃-500℃，或者也超过500℃。基体本身典型地不主动冷却；但大多数设置有构造缸的从下方通过活塞下部分的主动冷却。
[0022] 关于隔离装置的实施方式
[0023] 在根据本发明的构造缸的优选实施方式中，密封承载件具有下密封承载环和上密封承载环，它们彼此相叠地装配并且共同形成外置的引导部、尤其是外部环绕的槽，粉末密封件插入到该槽中。粉末密封件典型地夹紧在下密封承载环和上密封承载环之间，使得粉末密封件通过两个共同装配的密封承载环弹性地或塑性地变形。两件式能够实现，在分开的状态中移除槽的边缘，使得粉末密封件在装配时不必通过(移除的)边缘拉出，这会损害粉末密封件。
[0024] 有利的是该实施方式的扩展方案，其中，下密封承载环和上密封承载环借助于螺丝或借助于卡扣机构彼此固定。该固定机构在多个加热循环之后还能够良好地打开，例如以便维护粉末密封件。
[0025] 在优选的实施方式中，隔离装置构造为环绕的隔离环。隔离环能够简单地装配并且避免(相对于多件式构造)
接口或空隙，粉末状材料会通过所述空隙侵入到活塞部分或活塞的内部中。通过环的开口可以从下方作用到基底元件上，例如通过加热装置、尤其是红外加热装置、接触加热装置或
感应加热装置。
[0026] 有利的也是以下实施方式，该实施方式设置为，基底元件和隔离装置的相对彼此的贴靠型廓在从外向内的走向中具有逆着重力走向的部分区段、尤其是竖直向上走向的部分区段，并且密封承载件和隔离装置的相对彼此的贴靠型廓在从外向内的走向中也具有逆着重力走向的部分区段、尤其是竖直向上走向的部分区段。例如在纵剖面中沿着缸轴线可识别的、规定的贴靠型廓使粉末状材料到活塞部分或活塞的内部的侵入变困难。上方和下方涉及在正常的构造过程中的取向。注意到，相对彼此的贴靠型廓也可以具有在彼此间隔开的、相对置的面上的区段。
[0027] 具有承载环的实施方式
[0028] 在根据本发明的构造缸的特别优选的实施方式中设置为，在外部在基体上布置有环绕的承载环，在该承载环中在内周边上分布地构造有多个径向向外指向的、用于支承销的缺口，在基体中围绕基体的外周边分布地构造有多个径向向内指向的、用于支承销的凹部，存在多个支承销，其中，各个支承销分别伸入到缺口和与该缺口相对置的凹部中，承载环的内直径大于基体的外直径，并且各个支承销分别在纵向方向上具有间隙地支承在它的缺口和凹部中。环绕的承载环能够实现构造缸的与其关于缸轴线的旋转位置无关的抓取(尤其是从下方的抓取)。承载环“悬浮地”支承在基体上。通过承载环和基体的(足够大的)直径差以及支承销的(足够大的)间隙可以避免，由于(尤其不同的)热变形承载环相对于基体张紧并且将相应的机械变形带到基体中。这防止了活塞部分在从承载环旁边经过时的“停滞”；由此使3D打印更精确。那么基体可以在承载环的区域中不受阻碍地并且尤其与粉末密封件相同地膨胀。承载环典型地近似轴向居中地布置在基体上。典型地，设置有至少三个支承销、优选五个或六个支承销。
[0029] 在关于该实施方式的有利扩展方案中，各个支承销的长度L大于其配属的凹部的深度TV和其配属的缺口的深度TA的总和。通过支承销的(足够大的)长度，L>TV+TA，可以确保，承载环即使在基体温度高时也在所有位置中不接触基体。由此将从基体到承载环中的排热限界到通过支承销的(细小的)热量路径上，并且在基体中在支承环的区域中的温度梯度最小化。在基体中的凹部仅显示为对基体结构的微小的干扰，使得由此同样仅产生小的温度梯度。那么在构造过程的框架下在移动经过活塞部分旁边时通过温度梯度限定的变形同样最小化，并且防止停滞。注意到，TV和TA应匹配于支承销沿纵向方向的间隙，使得销即使在基底元件的温度高时也不会掉落。
[0030] 优选的是以下扩展方案，其中，承载环构造有上承载环部分和下承载环部分，所述上承载环部分和下承载环部分彼此相叠地装配并且共同形成缺口。通过承载环的两件式的实施，该承载环可以为了支承销的简单装配而打开(分开)；在将支承销插入到一个承载环部分的部分成形的缺口和基体上的凹部之后可以装配另外的承载环部分。
[0031] 在此优选设置为，下承载环部分和上
轴承环部分借助于螺丝彼此固定。在其他情况下，也可以使用卡扣机构，以便使承载环部分彼此固定。这些固定变型方案在实践中证明是有效的并且在多个加热循环之后也还能良好地打开。
[0032] 关于控制环的实施方式
[0033] 此外优选的是根据本发明的构造缸的实施方式，该实施方式设置为，在基体上、尤其在基体的下端部上围绕缸轴线可旋转地支承有控制环、尤其是盘形的控制环，控制环具有
外齿部，在控制环上沿周向方向分布地构造有多个控制曲线缺口，其中，控制曲线缺口在沿周向方向前进时改变其径向位置，在基体上、尤其在基体的下端部上沿周向方向分布地支承有多个可径向移动的
支撑销，支撑销分别具有轴向突出的携动件，该携动件嵌入到控制环的控制曲线缺口中，并且通过控制环的旋转，支撑销可以在径向向内移出的位置(在该位置中活塞部分可以放置在支撑销上)和缩回的位置(在该位置中活塞部分可以经过支撑销)之间移动。通过该变型方案能够从下方抓住活塞部分来更换连同基底元件在内的构造缸，在该活塞部分上构造有基底元件(例如衬底板)和密封承载件。即使在存在方法中通常量的粉末状材料的情况下，所提出的支撑销机构尤其在其功能优越性方面是特别稳固的。通过控制环可以同时操纵所有支撑销，这能够实现特别快速和可靠的操作。通过外齿部能够以简单的方式实现与以
电机的方式进行的驱动的机械耦合。外齿部典型地完全环绕地构造，以便独立于旋转取向。典型地，设置有至少三个、优选五个或六个支撑销。
[0034] 有利的是该实施方式的扩展方案，其中，存在至少一个
弹簧元件，通过该弹簧元件将控制环预紧到旋转位置中，在该旋转位置中支撑销位于径向向内移出的位置上。由此在运输3D打印机外部的构造缸时确保，保持从下方抓住活塞部分。
[0035] 关于盖的实施方式
[0036] 也优选的是以下实施方式，该实施方式设置为，构造缸具有用于在上侧处封闭构造缸的盖，设置有环绕的密封件、尤其是密封
薄膜，该密封件在放上盖的情况下布置在盖侧支撑区段和基体侧支撑区段之间，并且盖侧支撑区段、尤其是该盖侧支撑区段的弯曲部和基体侧支撑区段、尤其是该基体侧支撑区段的弯曲部这样构造，使得在放上盖的情况下得出到密封件、尤其是密封薄膜中的基本上线性的力输入。借助于适配于支撑区段中的不平度的密封件、尤其是密封薄膜和线性的力输入，该力输入仅通过盖的重力可以引起大的局部
挤压力，可以实现针对气体、尤其是空气中的氧气的特别好的
密封性。
[0037] 有利的是该实施方式的扩展方案，其中，在沿着缸轴线的纵剖面中，盖侧支撑区段的
曲率半径和基体侧支撑区段的
曲率半径在线性力输入的区域中具有不同的正负号并且在数值方面不同，尤其地，其中，盖侧支撑区段构造有带着较大的曲率半径值的凸形弯曲部并且基体侧支撑区段构造有带着较小的曲率半径值的凹形弯曲部。通过不同的弯曲部能够以简单的方式实现线性的力输入。此外，通过弯曲的面可以避免尖锐的、难以密封的棱边。线性的力输入在整个周边上存在。
[0038] 优选的是以下扩展方案，其中，密封件、尤其是密封薄膜在侧面固定在盖上，其中，盖尤其至少在径向边缘区域中构造有上盖部分和下盖部分，它们彼此相叠地装配并且在它们之间夹紧密封件、尤其是密封薄膜的一部分。侧面布置在实践中证明是有效的，并且尤其能容易地接近并且仅需要少的密封材料。即使在温度的情况下夹紧固定也是稳定的并且在需要时(在磨损之后)能够实现密封件或密封薄膜的简单更换。盖部分典型地相互拧紧。
[0039] 特别优选的是以下扩展方案，其中，密封件、尤其是密封薄膜由纯石墨组成。纯石墨可以通过线性的力输入容易地塑性变形，并且形成特别好的密封性。此外，石墨在空气中在平均温度时能良好地抗氧化。
[0040] 在有利的扩展方案中设置为，基体在上面的、面向盖的端部上构造有沿轴向方向朝径向内部缩窄的轮廓，和/或，盖在下面的、面向基体的一侧上具有沿轴向方向朝径向外部逐渐变尖的轮廓。由此盖可以在放置时引导到正确的密封位置中。
[0041] 普通的实施方式
[0042] 优选的也是以下实施方式，其中，基体的引导活塞部分的
侧壁至少在内侧并且优选完全地由金属、优选钢、特别优选细晶粒结构钢制造。由此，尤其相比于具有石英玻璃的实施方案，基体变得特别成本有利并且稳固。此外，通常能良好导热的金属减小在基体中的温度梯度。
[0043] 在本发明的框架中也涉及一种用于通过以高能射束、尤其激光射束烧结或熔化粉末状材料来逐层制造三维物体的机器，包括：
[0044] -过程腔，该过程腔具有用于粉末缸的粉末缸连接部、用于构造缸的构造缸连接部和用于在构造缸中施加粉末状材料的层的导板，
[0045] -用于粉末状材料的至少一个粉末缸，该粉末缸具有可以在粉末缸中运动的底部，[0046] -至少一个根据本发明的、上面描述的构造缸，
[0048] -用于高能射束的扫描装置、尤其是扫描光具，
[0049] -用于装配在粉末缸连接部上的粉末缸的粉末活塞的第一提升装置；
[0050] -用于装配在构造缸连接部上的构造缸的活塞部分的第二提升装置。在机器(3D打印机)上能够以高制造精度制造三维物体，并且能够使构造缸的运输简化。所述机器尤其适用于在要熔化或要烧结的粉末状材料的约400℃-500℃或更高的温度中制造三维物体。
[0051] 优选的是根据本发明的机器的实施方式，该实施方式设置为，第二提升装置包括：
[0052] -活塞中间部分，其中，活塞中间部分可以通过锁止装置在活塞部分上锁止并且解锁，并且具有用于锁止的活塞部分的基底元件的加热装置，
[0053] -具有冷却装置的活塞下部分，其中，在活塞下部分上布置有尤其由弹性体材料制成的气体密封件，其中，在活塞中间部分和活塞下部分之间布置有热隔离件、尤其是陶瓷隔离板，并且，其中，针对构造过程，活塞中间部分可以与锁止的活塞部分和活塞下部分一起在连接到构造缸连接部上的构造缸的基体中移动。通过该结构，能够在构造过程期间确保构造缸的高精度，并且同时出现高粉末温度。必要时，活塞下部分也可以不构造主动冷却装置。
[0054] 在本发明的框架中同样涉及一种机器组件，包括根据本发明的上面描述的机器、多个上面描述的根据本发明的构造缸，并且还包括至少一个地面输送装置，通过该地面输送装置可以将构造缸带至机器、尤其带至构造缸连接部和/或远离机器、尤其远离构造缸连接部，其中尤其是，地面输送装置具有用于从下面抓住构造缸的承载环的叉形件，其中尤其是，地面输送装置具有抓取器，通过该抓取器可以压下(niederhalten)构造缸的盖。通过机器组件能够以快速顺序在构造缸中逐层地制造三维物体。通过地面输送装置(地面输送车)可以将机器的构造缸带至中间存放处，以便在那里冷却，而不堵塞机器。在盖机器上可以通过另外的构造缸逐层地制造另外的三维物体。通过抓取器可以避免盖不小心打开，例如由于在地面输送装置开动时的
加速力。
附图说明
[0055] 本发明的其他优点由
说明书和附图得出。根据本发明，前面提到的并且还进一步详细解释的特征同样可以分别单独地或者多个任意组合地使用。所示出并且描述的实施方式不理解为穷举，而是具有用于描述本发明的示例性特性。
[0056] 本发明在附图中示出并且参照
实施例详细阐释。附图示出：
[0057] 图1根据本发明的构造缸的实施方式的示意性斜视图；
[0058] 图2图1的构造缸的示意性纵剖面；
[0059] 图3图2的在隔离装置的区域中的放大局部图，参见方框III；
[0060] 图4用于本发明的密封承载件的变型方案的示意性爆炸示图；
[0061] 图5图1的构造缸的示意性视图，具有承载环的爆炸示图；
[0062] 图6图2的在承载环的区域中的放大局部图，参见方框VI；
[0063] 图7图2的构造缸的靠近控制环上方的横截面视图，参见平面VII；
[0064] 图8图2的构造缸的在支撑销的高度上的横截面视图，参见平面VIII；
[0065] 图9图2的构造缸的示意性剖开的斜视图，具有向内移出的支撑销；
[0066] 图10图2的在盖边缘的区域中的放大局部图，参见圆X；
[0067] 图11图10的在支撑区段的区域中的放大局部图，参见圆XI；
[0068] 图12根据本发明的用于逐层制造三维物体的机器的实施方式的示意性视图；
[0069] 图13用于根据本发明的机器的活塞中间部分和活塞下部分的示意性侧视图；
[0070] 图14用于根据本发明的机器组件的地面输送装置的示意性立体视图。
具体实施方式
[0071] 图1和图2以立体视图和纵剖面示出根据本发明的构造缸1的实施方式。
[0072] 构造缸1具有基本上柱形的基体2，该基体在此由细晶粒结构钢制成，活塞部分3(也称为活塞上部分)可以沿着缸轴线4在该基体中移动。
[0073] 活塞部分3具有基底元件5、这里是衬底6，在该衬底上可以逐层生长出一个或多个三维物体(未示出)。在此，在基底元件5上方的室21逐渐地通过所述一个或多个三维物体和粉末状材料(未示出)填充；注意到，构造过程在活塞部分3的向上移的位置中开始(未示出)，并且活塞部分3在构造过程期间在基体2中下降。
[0074] 基底元件5放置在陶瓷的隔离装置7，该隔离装置本身支撑在这里两件式的密封承载件8上。隔离装置7在这里完全环绕地环形并且一件式地构造。在密封承载件8中保持有粉末密封件9，该粉末密封件贴靠在基体2的内侧上(对此更多参见图3和4)。
[0075] 基体2在内部并且基本上也在外部平坦地构造，并且除了支撑销机构11的夹紧凸缘10之外不具有环绕的突出部或凸缘。基体2的材料优选能良好地导热，例如具有(在室温时)至少20W/(m*K)或至少40W/(m*K)的导热性能；基体2大部分由钢制成。
[0076] 例如在轴向上居中地构造有承载环12，该承载环悬浮地支承在基体2上(对此更多参见图5和6)。
[0077] 活塞部分3可以通过已经提到的支撑销机构11支撑，该支撑销机构在下面构造在基体2上，使得活塞部分3不能从基体2向下掉落。支撑销机构11具有外部
啮合的、这里盘形的控制环13(对此更多参见图7、8和9)。
[0078] 基体2的上侧由盖14封闭(对此更多参见图11和12)。
[0079] 关于隔离装置
[0080] 在图3中以纵剖面详细阐释围绕隔离装置7的区域。陶瓷的隔离装置7在这里由Al2O3制成并且承载基底元件5或衬底6。在这里，相对彼此的贴靠型廓20(从径向外部向内部看)包括逆着重力、这里竖直向上走向的部分区段20a和
水平走向的部分区段20b。部分区段20a使粉末状材料从基体2和衬底6之间的缝隙15达到活塞内部16变困难。
[0081] 隔离装置7本身放置在密封承载件8上。密封承载件8两件式地构造，具有上密封承载环17和下密封承载环18，它们在图3中以未详细示出的方式彼此相叠地装配并且尤其在轴向上彼此紧贴地固定。所述上密封承载环和所述下密封承载环共同形成外置的引导部19、即槽19a，在该槽中布置有粉末密封件9。粉末密封件9在径向上与密封承载件8相对置。
在这里，粉末密封件9是纤维金属密封件，该纤维金属密封件在轴向方向上夹紧在密封承载环17、18之间。此外，粉末密封件9在径向的弹性
应力的作用下贴靠在基体2的内侧22上。
[0082] 衬底6通过小的缝隙23与上密封承载环17的上侧间隔开。在这里，隔离装置7和上密封承载环17的相对彼此的贴靠型廓24(从径向外部向内部看)包括竖直向下走向的部分区段24a、水平走向的部分区段24b和逆着重力、在这里竖直向上走向的部分区段24c。部分区段24c又使粉末状材料从基体2和衬底6之间的缝隙15达到活塞内部16变困难。
[0083] 图4示例性地图示说明针对本发明的两件式密封承载件和粉末密封件9的可能装配。首先将粉末密封件9无应力地布置在下密封承载环18上。然后放置并且固定、这里拧紧上密封承载环17，其中，使用卡扣机构25。虽然粉末密封件9径向向内嵌入到存在的槽19a中，但为了装配不需要粉末密封件9的弹性扩开。
[0084] 粉末密封件9构造成用于，使活塞部分3和基体2之间的粉末状材料在轴向方向上不通过或者仅以少量通过(尤其使得支撑销机构不受损)；此外，所述粉末密封件也在运输构造缸时呈现为针对空气中的氧气侵入到室21的阻碍(参见图3)。
[0085] 在这里，在上密封承载环17上还设置有用于在要放置的隔离装置(未示出)上的相应凹回部的
定心销17a。
[0086] 关于承载环
[0087] 在图5中以爆炸示图示出承载环12。承载环12两件式地构造有上承载环部分26和下承载环部分27。在装配状态中，通过所述承载环部分26、27构造有多个缺口28，所述缺口由承载环12的径向内侧向径向外部延伸并且沿周向方向分布地布置。此外，在基体2上沿周向方向分布地径向向内构造有多个凹部29。
[0088] 为了装配承载环12，首先将支承销30插入到凹部29中，然后将下承载环部分27从下面靠近支承销30，其中，支承销部分地达到缺口28中，并且随后将上轴承环部分26从上方靠近并且固定、这里拧紧到下承载环部分27上，参见
螺纹孔12a。
[0089] 如在图6中示出，承载环12的内直径IDT大于基体2的外直径ADG。此外，凹部29的径向深度TV和缺口28的径向深度TA的和大于支承销30沿径向方向的长度L；此外，支承销30具有在基体2和承载环12之间的非零的径向间隙SP。这适用于室温(约20℃)直至在基体2中制造三维物体时的运行温度(典型地约400-500℃)的温度。由此确保，承载环2不接触基体2并且因此使到承载环2的导热最小化。此外，由承载环12不能将机械应力传递到基体2上并且使盖基体扭曲。
[0090] 优选地，支承销30由导热差的材料、如高
合金的奥氏体钢或陶瓷组成，其优选具有小于20W/(m*K)的导热性能、特别优选具有小于3W/(m*K)的导热性能。缺口28的深度TA优选明显小于基体2的壁厚WS，优选TV≤0.33*WS，特别优选TV≤0.25*WS。
[0091] 关于支撑销机构
[0092] 图7示出用于支撑销机构的控制环13。控制环13可以围绕缸轴线4旋转地受支承并且具有外齿部13a，通过该外齿部实现与以电机的方式进行的、典型地自动控制的驱动(未示出)的耦合；所述驱动优选通过具有曲线减速部的机械耦合传动机构和
气动线性
致动器进行。
[0093] 在控制环13上设置有控制曲线缺口31，支撑销的轴向突出的携动件32分别嵌接到所述控制曲线缺口中。在这里，控制曲线缺口31分别在沿周向方向前进时从(由内部看)径向更内部的右端朝着位于径向更外部的左端走向。因此，在图7中的控制环13以顺
时针方向旋转时携动件32径向向外运动。反之，又可以通过控制环13的逆时针的运动使携动件32径向向内运动。
[0094] 控制环13还在引导缺口34处由引导元件33穿过，所述引导元件确保控制环13的可旋转性。此外，在控制环13上固定有第一耦合销35，该第一耦合销接合到弹簧元件36、这里是拉力弹簧上。
[0095] 图8图示说明支撑销机构的下支承环38。支撑销39沿径向方向可直线移动地支承在下支承环38中。下支承环38还构造第二耦合销37，弹簧元件36同样接合到该第二耦合销上。弹簧元件36的拉力将控制环预紧到图7中示出的旋转位置中，在该旋转位置中支撑销39的携动件32径向向内推，并且支撑销39相应地径向向内移动，如图8所示。弹簧元件36布置在未详细示出的中间空间中。
[0096] 通过控制环的旋转可以使受径向引导的支撑销39通过携动件32在径向上移出和移入。
[0097] 在图8中也可看出用于将活塞部分3接合到活塞中间部分(未示出，对此参见图13)上的锁止装置(耦合机构)40的一部分。
[0098] 径向向内移出的支撑销39在图9的构造缸1的视图中也能够容易地看出。在支撑销39上放置具有密封承载件8的下侧的活塞部分3。
[0099] 下支承环38通过在引导元件中走向的螺丝43与中间支承环41和上支承环42连接，其中，在中间支承环41和上支承环42之间夹紧基体2的夹紧凸缘10。
[0100] 关于盖
[0101] 图10和放大的局部、即图11示出基体2在其上侧的区域中的边缘，该上侧为了运输(例如从3D打印机运输至冷藏库)通过盖14封闭；注意到，在加工期间上侧保持打开，以便确保高能射束至基底元件或在该基底元件上已经部分制成的物体的入口(对此参见图12)。
[0102] 在这里，盖14两件式地构造，具有在盖14的整个宽度上延伸的下盖部分44和仅在径向边缘区域中延伸的上盖部分45。在上盖部分45和下盖部分44之间夹紧密封薄膜46；盖部分44、45通过螺丝47彼此相叠地装配。密封薄膜46与下盖部分44在径向上(在侧面向外)相对置，但不与上盖部分45相对置。
[0103] 密封薄膜46在放置(闭合的)盖14的情况下贴靠在盖侧的弯曲的支撑区段48和基体侧的弯曲的支撑区段49上。凹形的盖侧支撑区段48的曲率半径KD(通过虚线画出的圆扇形表明)按照数值明显大于凸形的基体侧支撑区段49的曲率半径KG(通过虚线画出的全圆表明)。由此通过盖14的重量已经得出到密封薄膜46中的基本上线性的力输入50，该力输入在局部提供用于密封薄膜46的塑性变形的特别高的力。
[0104] 在这里由纯石墨组成的密封薄膜46通过塑性变形刚好紧贴到支撑区段48、49和其不平部或粗糙部处，并且由此实现在整个周边上的特别好的密封作用。典型地，在一次使用(更换一次3D打印机上的在冷却阶段中通过盖14密封的构造缸)之后更换密封薄膜46。
[0105] 在这里，基体2在靠近上侧的端部处形成沿轴向朝径向内部缩窄的轮廓(扁平的棱边)51。盖14或下盖部分44在其下侧上形成同样的、沿轴向朝径向外部(下)逐渐变尖的轮廓(扁平的棱边)52。由此可以在将盖14放置在基体2上时实现相对彼此的引导和对中心。
[0106] 盖14优选由钢制成；所述盖附加地可以通过由铬制成的电
镀层或通过化学镍层针对
腐蚀受保护。在这里，上盖部分45环绕的切口45a，以便简化盖14的操作。
[0107] 根据本发明的3D打印机
[0108] 图12以示意性侧视图示出用于逐层制造三维物体60(或者也制造多个三维物体)的根据本发明的机器90的实施方式，也称为3D打印机。
[0109] 机器90包括气密的过程腔92，该过程腔能够以未详细示出的方式通过惰性气体(保护气体)、如氮气或稀有气体、如氩气填充和/或冲洗。
[0110] 粉末缸组件93连接到过程腔92上，该粉末缸组件具有用于(点状示出的)粉末状材料61的粉末缸(存储缸)65，这里由所述粉末状材料通过烧结或熔化制成三维物体60。粉末状材料61例如可以由具有平均大小(D50)为25-100μm的金属晶粒组成。通过以第一提升装置(粉末升程装置)96逐步地升高粉末活塞95，将少量粉末状材料61升高到超过过程腔92的底部62的水平，使得能够通过以电机的方式进行操纵的导板97将这些少量粉末状材料带到具有根据本发明的构造缸1(如图1示出的那样构造)的构造缸组件63。
[0111] 同样连接到过程腔92上的构造缸组件63具有活塞64，在该活塞的上侧上(在未详细示出的衬底上)构造三维物体60。分别在制造三维物体60的新一层之前，通过第二提升装置(升程装置)91将活塞64降低一步(Schritt)，并且通过导板97将少量的粉末状材料61扫到构造缸组件63中。
[0112] 然后将新涂覆的粉末层从上方以高能射束100、在示出的变型方案中以加工激光射束(这里由局部的加工激光器101发出并且通过窗103侵入到过程腔92中)在针对粉末状材料61的局部硬化(熔化、烧结)所设置的位置上局部地照明并且由此局部剧烈地加热。在此，加工激光射束通过扫描装置102、这里是扫描光具(尤其包含一个或多个镜、所述镜总共能够围绕至少两个轴偏转)在衬底上方受引导(扫描)。然后制成其他层，直至三维物体60制造完成。多余的粉末状材料61可以通过导板97扫到收集容器94中。
[0113] 图13详细图示说明构造缸组件63的活塞64的区域。活塞64包括构造缸1的活塞部分3，并且还包括具有加热装置70a的活塞中间部分70、热隔离部(这里是陶瓷隔离板)73和具有主动的冷却装置71a(注意到，在变型方案中也可以取消冷却装置)和由弹性体材料制成的气体密封件72的活塞下部分71。活塞64可以在活塞部分3和活塞中间部分70之间按照方法
进程与锁止装置(未详细示出，但参见图8、图9)连接和分开。此外，活塞中间部分70能够以未详细示出的方式相对于活塞下部分71定向(尤其围绕两个轴线倾翻)。
[0114] 活塞中间部分70和活塞下部分71总是停留在第二提升装置91(在图13中以线条示意性画出)或3D打印机上，并且活塞部分3在制造和输送期间停留在它的构造缸1中(在图13中点状地示出)。
[0115] 为了在逐层制造三维物体期间移动基底元件或活塞部分3，使活塞64连接。为了更换在3D打印机上的构造缸1，将活塞64拆开，其中，活塞中间部分70和活塞下部分71向下从构造缸1移出；活塞中间部分70和活塞下部分71可以经过(径向向外)缩回的支撑销39。在活塞64分开的情况下，活塞部分3通过(径向向内)延伸的支撑销39保持(参见图9)。
[0116] 图14示出地面输送装置80、在这里是具有把手82的手动的地面输送车，通过该地面输送车可以在本发明的框架下更换并且运输在3D打印机上的构造缸1。地面输送装置80具有叉形件81，通过所述叉形件可以从下方抓取住构造缸1上的承载环12。在这里，叉形件12构造成可以调节高度。
[0117] 附图标记列表
[0118] 1 构造缸
[0119] 2 基体
[0120] 3 活塞部分(活塞上部分)
[0121] 4 缸轴线
[0122] 5 基底元件
[0123] 6 衬底
[0124] 7 隔离装置；这里：隔离环
[0125] 8 密封承载件
[0126] 9 粉末密封件；这里：金属纤维密封件
[0127] 10 夹紧凸缘
[0128] 11 支撑销机构
[0129] 12 承载环
[0131] 13 控制环
[0132] 13a 外齿部
[0133] 14 盖
[0134] 15 (在衬底和基体之间的)缝隙
[0135] 16 活塞内室
[0136] 17 上密封承载环
[0137] 18 下密封承载环
[0138] 19 引导部
[0139] 19a 槽
[0140] 20 相对彼此的贴靠型廓(衬底/隔离装置)
[0141] 20a 逆着重力走向的部分区段
[0142] 20b 水平的部分区段
[0143] 21 室
[0144] 22 内侧
[0145] 23 缝隙
[0146] 24 相对彼此的贴靠型廓(密封承载件/隔离装置)
[0147] 24a 竖直的部分区段
[0148] 24b 水平的部分区段
[0149] 24c 逆着重力走向的部分区段
[0150] 25 卡扣机构
[0151] 26 上承载环部分
[0152] 27 下承载环部分
[0153] 28 缺口
[0154] 29 凹部
[0155] 30 支承销
[0156] 31 控制曲线缺口
[0157] 32 携动件
[0158] 33 引导元件
[0159] 34 引导缺口
[0160] 35 第一耦合销
[0161] 36 弹簧元件
[0162] 37 第二耦合销
[0163] 38 下支承环
[0164] 39 支撑销
[0165] 40 锁止装置
[0166] 41 中间支承环
[0167] 42 上支承环
[0168] 43 螺丝
[0169] 44 下盖部分
[0170] 45 上盖部分
[0171] 46 密封薄膜
[0172] 47 螺丝
[0173] 48 盖侧支撑区段
[0174] 49 基体侧支撑区段
[0175] 50 线性的力输入
[0176] 51 基体上的缩窄的轮廓
[0177] 52 盖上的逐渐边窄的轮廓
[0178] 60 三维物体
[0179] 61 粉末状材料
[0180] 62 底部
[0181] 63 构造缸组件
[0182] 64 活塞
[0183] 65 粉末缸
[0184] 70 活塞中间部分
[0185] 70a 加热装置
[0186] 71 活塞下部分
[0187] 71a 冷却装置
[0188] 72 气体密封件
[0189] 73 热隔离件；这里：隔离板
[0190] 80 地面输送装置
[0191] 81 叉形件
[0192] 82 把手
[0193] 90 机器(3D打印机)
[0194] 91 第二提升装置
[0195] 92 过程腔
[0196] 93 粉末缸组件
[0197] 94 收集容器
[0198] 95 粉末活塞
[0199] 96 第一提升装置
[0200] 97 导板
[0201] 100 高能射束；这里：激光射束
[0202] 101 加工激光器
[0203] 102 扫描装置
[0204] 103 窗
[0205] ADG 基体的外直径
[0206] IDT 承载环的内直径
[0207] KD 盖侧支撑区段的曲率半径
[0208] KG 基体侧支撑区段的曲率半径
[0209] L 支承销的长度
[0210] SP 径向间隙
[0211] TA 缺口的深度
[0212] TV 凹部的深度
