用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置
阅读：316发布：2023-01-23
专利汇可以提供用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置，具有：材料储存池，其用于容纳能够借助于 熔化 设备被熔化的粉末状金属材料，其中所述材料在材料储存池中形成粉末床；以及表面加工装置，其用于加工粉末床的表面。根据本 发明 ，设置有用于确定粉末床的表面的三维地形的装置，所述装置被构造和配置为使得通过获取表面的表面深度信息确定表面的三维地形，其中用于确定粉末床的表面的三维地形的装置与表面加工装置处于 信号 传输连接，使得粉末床的表面根据用于确定粉末床的表面的三维地形的装置的表示粉末床的表面的三维地形的 输出信号 被表面加工装置加工。，下面是用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置专利的具体信息内容。
1.一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置(2)，具有：
材料储存池(4)，其用于容纳能够借助于熔化设备被熔化的粉末状金属材料，其中所述材料在材料储存池中形成粉末床(6)；以及
表面加工装置，其用于加工粉末床(6)的表面；
其特征在于，
所述装置具有用于确定粉末床(6)的表面的三维地形的装置，所述装置被构造和配置为使得通过获取表面的表面深度信息确定表面的三维地形；以及
用于确定粉末床(6)的表面的三维地形的装置与表面加工装置处于信号传输连接，使得粉末床的表面根据用于确定粉末床(6)的表面的三维地形的装置的表示粉末床(6)的表面的三维地形的输出信号在执行熔化过程以前被表面加工装置加工。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于确定粉末床的表面的地形的装置被固定地安装在所述装置(2)中，并且以控制技术被结合到装置(2)的控制设备中。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于确定粉末床的表面的地形的装置具有光学装置，所述光学装置被构造和配置为使得粉末床(6)的表面的地形通过获取表面深度信息而被确定。
4.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，熔化设备具有至少一个激光器(8)和/或至少一个电子束熔化设备，其激光束(10)或其电子束为了选择性地熔化粉末状材料而能够以受控制设备(12)控制的方式沿着粉末床(6)的表面移动并且能够在其强度方面被改变。
5.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，表面加工装置具有至少一个用于使粉末床(6)的表面平滑化的平滑化设备(17)。
6.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，用于确定粉末床的表面的地形的装置被构造和配置为测量粉末床的表面，并且具有至少一个能进行3D测量的测量装置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，测量装置被构造成光学测量装置或者具有光学测量装置。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，光学测量装置具有至少一个光学传感器，所述光学传感器与分析设备(24)处于数据传输连接，所述分析设备被构造为和配置为使得从传感器的输出数据中借助于3D重建方法，粉末床(6)的表面的地形被重建。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，光学传感器被构造为扫描粉末床(6)的表面。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，光学传感器被布置在能够相对于粉末床(6)的表面移动的载体(20)上。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，光学传感器被构造成线传感器(18)并且具有传感器元件的线形布置。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，载体(20)能够相对于材料储存池(4)线性地移动。
13.根据权利要求10至12之一所述的装置，其特征在于，载体(20)能够相对于材料储存池(4)尤其是以雨刮器方式转动移动。
14.根据权利要求3至13之一所述的装置，其特征在于，设置有照射设备以用于在至少一个被传感器检测的区域中照射粉末床(6)的表面。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，照射设备被构造和配置为以不同照射角照射粉末床(6)的表面，并且分析设备被构造和配置为根据明暗恢复形状法来分析光学传感器的在以不同照射角照射时获得的输出信号。
16.根据权利要求8至15之一所述的装置，其特征在于，光学传感器被构造和配置为以不同观察角来观察粉末床(6)的表面处的测量位置。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，分析设备(24)被构造和配置为根据立体三角定位法来分析光学传感器的输出信号。
18.根据权利要求8至17之一所述的装置，其特征在于，至少一个光学传感器被构造成点式测量距离传感器，并且粉末床(6)的表面的地形通过确定传感器与由传感器检测的相应测量位置处的表面之间的距离而被确定。
19.根据权利要求14至18之一所述的装置，其特征在于，传感器与照射设备一起被集成为传感器/照射单元。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，传感器/照射单元布置在载体处。
21.根据权利要求8至20之一所述的装置，其特征在于，分析设备(24)被构造和配置为根据光学传感器的输出信号检查和/或测量要制造组件的通过熔化粉末形成的横截面。
22.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，表面加工装置具有至少一个用于使粉末床(6)的表面成形的刮削元件(32)，其中所述刮削元件(32)是根据刮刀形式来构造的并且定义刮削棱边(34)，其中所述刮削元件(32)或每个刮削元件(32)都布置在可移动的载体(36)处，并且其中载体(36)被构造为使得刮削棱边(34)为了刮削粉末床(6)的表面而能够相对于所述表面在刮削平面(x-y平面，图3)内移动，其中所述刮削元件(32)或每个刮削元件(32)都以能够沿着垂直于刮削平面的调节轴(z轴，38)相对于载体(36)被调节的方式布置在载体(36)处以用于调整刮削棱边(34)的刮削位置，其中刮削位置相对于载体(36)在刮削过程期间至少分阶段地为固定的或者根据高频振动能够在零位周围改变，并且其中给调节轴(38)分配有驱动设备(40)。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，刮削棱边(34)由至少两个在刮削棱边(34)的长度方向上彼此并排且彼此接界地布置的刮削元件(44-50)构成。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，刮削棱边(34)由多个在刮削棱边(34)的长度方向上彼此并排且彼此接界地布置的刮削元件(44-50)构成。
25.根据权利要求23或24所述的装置，其特征在于，给刮削元件(44-50)中的至少两个、优选刮削元件(44-50)中的每个都分配有单独的可独立激励的驱动设备。
26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，至少一个驱动设备被构造成压电执行器。
27.根据权利要求22至26之一所述的装置，其特征在于，具有用于激励该驱动设备的控制设备(12)。
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，具有用于对粉末床(6)的表面的地形进行三维测量的测量装置(18)。
29.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，测量装置(18)与用于激励该驱动设备(40)的控制设备(12)处于信号传输连接，使得该驱动设备(40)根据测量装置(18)的测量结果被激励。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，控制设备(12)被编程为根据测量装置(18)的测量结果自动地激励该驱动设备(40)，使得自动地形成粉末床(6)的表面的所期望的地形。
31.根据权利要求29或30所述的装置，其特征在于，测量装置(18)被构造成光学测量装置。
32.根据权利要求22至31之一所述的装置，其特征在于，该刮削元件(32)或所述刮削元件(44-50)布置在刮削元件模块处。
33.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，刮削元件模块或刮削元件模块的一部分以可松开的方式与载体(36)连接。
34.根据权利要求32或33所述的装置，其特征在于，刮削元件模块具有：无源刮削棱边模块(52)，在所述无源刮削棱边模块(52)处彼此并排地布置有多个在沿着调节轴(38)的方向上能够彼此独立地移动的刮削棱边元件；以及有源执行器模块，在所述有源执行器模块处布置有多个能够彼此独立地被激励的执行器，所述执行器中的每个都被分配给刮削棱边元件之一以用于沿着调节轴(38)对所述刮削棱边元件进行调节。
35.根据权利要求34所述的装置，其特征在于，执行器模块固定地与载体(36)连接，并且刮削棱边模块(52)以可松开的方式与载体(36)连接。
36.根据权利要求34或35所述的装置，其特征在于，刮削棱边模块(52)具有由金属片或其它弹性回弹材料制成的条带(54)，所述条带被成形为角形的并且具有第一腿部(56)，所述第一腿部(56)被沿着刮削棱边(34)的长度方向彼此间隔开的切口(58，60)划分成舌形的刮削棱边片段(42，64)，其另一腿部与载体(36)或同载体(36)连接的组件连接，其中刮削棱边片段(62，64)中的每个都能够通过所分配的执行器(76)沿着调节轴移动。
37.根据权利要求22至36之一所述的装置，其特征在于，具有用于给该刮削元件(32)或所述刮削元件(44-50)施加高频振动的震动设备。
38.根据权利要求22至37之一所述的装置，其特征在于，载体(36)被构造和配置为沿着线性刮削轴平移移动。
39.根据权利要求22至38之一所述的装置，其特征在于，至少一个刮削元件(32)为了沿着调节轴进行调节而能够平移移动。
40.根据权利要求22至39之一所述的装置，其特征在于，至少一个刮削元件(32)为了沿着调节轴进行调节而能够围绕转动轴转动移动。
41.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，具有用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的装置(82)。
42.根据权利要求41所述的装置，其特征在于，用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的装置(82)被构造和配置为沿着粉末床(6)的表面转移材料。
43.根据权利要求41或42所述的装置，其特征在于，用于从粉末床(6)中和/或从工件(88)除去材料的装置(82)被构造和配置为从粉末床(6)中和/或从组件除去熔化颗粒或其它异物。
44.根据权利要求41至43之一所述的装置，其特征在于，用于从粉末床中和/或从工件除去材料的装置被构造和配置为从粉末床中除去粉末。
45.根据权利要求41至43之一所述的装置，其特征在于，具有用于识别和/或定位粉末床中(6)和/或工件(88)处的熔化颗粒的装置。
46.根据权利要求41至45之一所述的装置，其特征在于，具有用于测量粉末床(6)和/或组件(88)的表面的测量装置(18)。
47.根据权利要求46所述的装置，其特征在于，测量装置(18)是光学测量装置。
48.根据权利要求46或47所述的装置，其特征在于，测量装置(18)与分析设备(24)处于数据传输连接，所述分析设备(24)被构造和编程为识别和/或定位粉末床(6)中和/或组件(88)处的熔化颗粒或其它异物，使得分析设备(24)根据测量数据识别熔化颗粒或其它异物，并且这样构成用于识别和/或定位粉末床(6)中和/或工件(88)处的熔化颗粒的装置。
49.根据权利要求48所述的装置，其特征在于，分析设备(24)与控制设备(12)处于数据传输连接，并且向所述控制设备(12)传送分析数据，所述分析数据表示在粉末床(6)中和/或在组件(88)处所识别的熔化颗粒或其它异物的存在和/或位置，其中控制设备(12)被构造和编程为激励用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的装置(82)，使得用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的装置(82)将所识别的熔化颗粒或其它异物从粉末床中(6)和/或从组件(88)除去。
50.根据权利要求41至49之一所述的装置，其特征在于，用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的装置(82)具有至少一个布置在载体(36)处的用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的设备(90，96)，其中载体(36)能够相对于粉末床(6)的表面移动。
51.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的装置(82)具有至少一个被构造成具有至少一个吸入嘴(92)的吸入设备(90)。
52.根据权利要求50或51所述的装置，其特征在于，用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的装置(82)具有至少一个刷状设备(96)。
53.根据权利要求52所述的装置，其特征在于，刷状设备(96)具有至少一个旋转刷(98)。
54.根据权利要求51至53之一所述的装置，其特征在于，至少一个吸入嘴被构造用于点式吸入。
55.根据权利要求51至54之一所述的装置，其特征在于，至少一个吸入嘴(92)被构造用于线式或面式的吸入。
56.根据权利要求51至55之一所述的装置，其特征在于，至少一个吸入设备(90)被构造用于线式或面式的吸入。
57.根据权利要求51至56之一所述的装置，其特征在于，在至少一个吸入设备(90)之后布置有用于对所吸入的材料进行过滤的过滤设备(100)。
58.根据权利要求51至57之一所述的装置，其特征在于，至少一个用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的设备(90，96)与用于将粉末置入到粉末床中的设备一起布置在共同的能够沿着粉末床(6)的表面移动的载体处。
59.根据权利要求41至58之一所述的装置，其特征在于，具有用于自动地激励用于从粉末床(6)中和/或从组件(88)除去材料的装置(82)的控制设备(12)。
用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置。
背景技术
[0002] 又被称3D打印机的这样的装置是众所周知的，其用于构建三维工件。工件的构建在使用至少一个粉末状金属材料的情况下分层地以计算机控制的方式进行。为了构建三维结构，进行物理熔化过程。所述装置尤其适于形成复杂几何结构。
[0003] 公知的装置具有用于容纳可熔化粉末状金属材料的熔融物的材料储存池，其中材料在材料储存池中形成粉末床，并且借助于熔化设备选择性地根据要生成的组件的横截面被熔化。
[0004] 另外，公知装置具有用于形成粉末床的表面的刮削元件(Abziehelement)，所述刮削元件是根据刮刀的形式来构造的并且定义刮削棱边。刮削元件布置在可移动载体上，其中该载体被构造为使得刮削棱边为了刮削粉末床的表面而可以相对于所述表面在刮削平面内移动。
[0006] 在相应熔化过程以后，为了准备跟随在其后的熔化过程而重新涂覆粉末层，其方式是，附加的粉末被置入到材料储存池中并且借助于刮削元件沿着粉末床的表面被分布和平坦化。为了使粉末床的表面在制造过程中始终位于同一平面内，也就是说，选择性熔化过程同样始终在同一平面内进行，该组件与材料储存池一起被布置在保持装置处，所述保持装置可以垂直于粉末床的表面移动。该保持装置与组件和粉末床一起在每个熔化过程以后都下沉一定幅度，所述幅度对应于在熔化过程中生成的金属层的厚度。
[0007] 例如由DE 195 33 960 A1和DE 10 2014 222 159 A1公开了用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置。
[0008] 由EP 2 942 130 A1也公开了用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置。
发明内容
[0009] 本发明所基于的任务是改进用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置的功能。
[0010] 该任务通过具有以下特征的本发明来解决：一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置，具有：材料储存池，其用于容纳能够借助于熔化设备被熔化的粉末状金属材料，其中所述材料在材料储存池中形成粉末床；以及表面加工装置，其用于加工粉末床的表面；其中，所述装置具有用于确定粉末床的表面的三维地形的装置，所述装置被构造和配置为使得通过获取表面的表面深度信息确定表面的三维地形；以及用于确定粉末床的表面的三维地形的装置与表面加工装置处于信号传输连接，使得粉末床的表面根据用于确定粉末床的表面的三维地形的装置的表示粉末床的表面的三维地形的输出信号在执行熔化过程以前被表面加工装置加工。
[0011] 在用金属构建工件时，作为可重塑材料尤其是使用粉末形式的金属，所述金属被容纳在材料储存池中。金属粉末形成粉末床，该粉末床根据要形成的工件或要形成的三维结构而被用激光器或其它熔化设备照射。通过激光辐射，材料被选择性地熔化，其中在已熔化材料硬化时，分层地形成所期望的工件或所期望的三维结构。在某层熔化并硬化以后，为了准备下一层而必须再次提供具有适用于后续熔化过程、尤其是均匀的表面的粉末床。为了使表面平滑化和均匀化，尤其是可以使用刮刀类型的刀具，所述刀具被引导经过粉末表面。
[0013] 更确切而言，本发明所基于的思想是，通过如下方式来改善该装置的运行安全性和运行精确性：尤其是以光学方式以工序间方法(Inprozess-Verfahren)来确定粉末床的表面的地形、即其三维结构；以及根据结果借助于表面处理装置对粉末床的表面进行加工、尤其是平滑化或结构化。如果在确定表面的地形时确定：存在足够均匀并且对紧接着的熔化过程而言合适的表面，则可以相应地执行熔化过程。如果不存在相应表面，则可以以所需方式对表面进行加工、例如结构化、尤其是平滑化。
[0014] 在从现有技术中公知的装置中，事后检测工件的各层处的差错，而在本发明中，事前、即在熔化过程以前将粉末床的表面加工为使得在生成组件时事先避免由粉末床的不合适、尤其是不均匀的表面造成的差错。
[0015] 通过这种方式来显著改善相应装置的运行安全性和运行精确性。
[0016] 本发明因此使得能够在进行中的制造工艺期间对粉末床表面的质量进行工序间监控以及必要时进行工序间加工。在使用相应测量方法的情况下，本发明使得能够对即使对低对比度的小表面偏差也进行识别以及实现了高测量精度。
[0017] 本发明的另一优点在于，在使用相应测量方法的情况下，可以实现高的侧面分辨能力和高的测量速度。
[0018] 根据相应要求，粉末床的表面可以通过加工装置以任意方式被加工、例如被结构化、尤其是被平滑化，以便提供对于后续熔化过程而言合适的表面。
[0019] 用于确定粉末床的表面地形的装置适宜地被固定地安装在所述装置中，并且以控制技术被结合到所述装置的控制设备中，这如本发明的一个有利的改进方案中所规定的那样。根据本发明，“以控制技术结合到所述装置的控制设备中”应当被理解为，所述装置中的过程按照根据本发明规定的地形确定来进行。这例如可以进行得使得在分层构建金属组件期间，仅当根据本发明规定的地形确定已经得出粉末床的表面平滑得足以无问题地执行熔化过程或者所述表面在测量以后已经通过处理装置被平滑化以后才释放或触发熔化过程。以控制技术的结合例如也可以被构造为使得当地形确定得出粉末床的表面未平滑或平坦得足以无问题地执行熔化过程时，熔化过程被抑制和/或输出错误信号。
[0020] 表面地形的确定可以根据任何合适的运行或测量原理来进行，其中例如且尤其是可以使用从制造测量技术中公知的测量方法、例如根据DIN2271的气动距离测量或者声或光传播时间测量。根据本发明，特别优选的是以无接触方式工作、可快速执行并且具有高测量精度的光学测量方法。从这种意义而言，本发明的一个有利的优选方案规定，用于确定粉末床的表面地形的装置具有光学装置，所述光学装置被构造和配置为使得粉末床的表面的地形通过获取表面深度信息而被确定。在此，可以使用任何合适的光学测量方法、例如利用共焦彩色距离传感器进行的距离测量、图案投影、以及例如白光干涉测量法和偏折法。
[0021] 为了能够快速、简单和精准地执行熔化过程，本发明的一个有利的改进方案规定，熔化设备具有至少一个激光器和/或至少一个电子束熔化设备，其激光束或其电子束为了选择性地熔化粉末状材料而能够以受控制设备控制的方式沿着粉末床的表面移动并且能够在其强度方面被改变。
[0022] 本发明的另一有利的改进方案规定，表面加工装置具有至少一个平滑化设备以用于使粉末床的表面平滑化。相应的平滑化设备的构造本身是本领域技术人员众所周知的，并且因此在此不予以进一步阐述。
[0023] 根据本发明的另一有利的改进方案，用于确定粉末床的表面地形的装置被构造和配置为测量粉末床的表面，并且具有至少一个能进行3D测量的测量装置。在该实施方式中，表面的地形通过测量该表面而被确定。
[0024] 在前述实施方式中，可以使用任何合适的测量装置或测量方法。就此而言，本发明的一个有利的改进方案规定，测量装置被构造成光学测量装置或者具有光学测量装置。相应的测量装置使得能够以无接触方式、以高精度并且以高速度测量粉末床的表面并且因此特别适于确定表面的地形。
[0025] 本发明的一个非常有利的改进方案中规定，光学测量装置具有至少一个光学传感器，所述光学传感器与分析设备处于数据传输连接，所述分析设备被构造为和配置为使得从传感器的输出数据中借助于3D重建方法，粉末床的表面地形被重建。在该实施方式中，使用如下的传感器：所述传感器的输出信号使得能够对粉末床的表面地形进行3D重建。
[0026] 根据本发明，可以使用相对于材料储存池并因此相对于粉末床位置固定的传感器，所述传感器例如以线形形式或者沿着多条线尤其是在平滑性方面被证明特别有疑问的区域中检测粉末床。就此而言，本发明的一个非常有利的改进方案规定，光学传感器被构造为扫描粉末床的表面。通过这种方式，使得能够对粉末床的表面的地形进行完整和无空隙的确定。由此提高了根据本发明的装置的运行安全性。
[0027] 就此而言，本发明的一个有利的改进方案规定，光学传感器被布置在能够相对于粉末床的表面移动的载体上。通过这种方式得出特别简单的构造。
[0028] 在具有光学传感器的实施方式中，作为传感器可以使用任何合适的传感器。就此而言，本发明的一个有利的改进方案规定，光学传感器被构造成线传感器(Zeilensensor)并且具有传感器元件的线形布置。相应的线传感器可用作相对简单和低成本的标准组件并且实现了高测量精度。尤其是可以使用可能具有集成照射设备的线传感器，该线传感器是从平板扫描仪中众所周知的。
[0029] 具有载体的实施方式的一个改进方案规定，该载体能够相对于材料储存池线性地移动。通过这种方式得出可移动部分的特别简单的构造。
[0030] 根据本发明的另一有利的改进方案，载体能够相对于材料储存池尤其是以雨刮器方式转动移动。
[0031] 本发明的另一有利的改进方案设置了照射设备以用于在至少一个被传感器检测的区域中照射粉末床的表面。
[0032] 本发明的另一改进方案规定，照射设备被构造和配置为以不同照射角照射粉末床的表面，并且分析设备被构造和配置为根据明暗恢复形状法(Shape-from-Shading-Verfahren)来分析光学传感器的在以不同照射角照射时获得的输出信号。明暗恢复形状法是众所周知的，并且能够以简单方式确定粉末床的表面地形。
[0033] 本发明的一个非常有利的改进方案规定，光学传感器被构造和配置为以不同观察角来观察粉末床的表面处的测量位置。通过这种方式，使得能够以特别简单方式利用合适的3D重建法来确定地形。在此，以不同观察角观察测量位置可以通过如下方式来进行：传感器相对于一个或每个测量位置移动并且在每个位置观察或成像测量位置。但是也可以通过光学传感器的单探测器以不同观察角观察每个测量位置。在此，尤其合适的是线传感器，其中每个测量位置由线传感器的两个单探测器以不同角度观察并且探测器的输出信号被相应地分析。
[0034] 前述实施方式的一个非常有利的改进方案中规定，分析设备被构造和配置为根据立体三角定位法来分析光学传感器的输出信号。立体三角定位法使得能够以快速和高精度方式确定粉末床的表面地形。
[0035] 但是根据本发明也可以使用其它光学测量方法。这样，一个可替代的实施方式规定，光学传感器被构造成点式测量距离传感器，并且粉末床的表面地形通过确定传感器与由传感器检测的相应测量位置处的表面之间的距离而被确定。
[0036] 本发明的另一有利的改进方案规定，传感器与照射设备一起被集成为传感器/照射单元。相应的传感器/照射单元可用作相对简单和低成本的标准组件。尤其是可以使用从平板扫描仪中公知的传感器/照射单元。不同于平板扫描仪的应用——其中仅仅生成要扫描对象的图像——，在根据本发明的装置中使用相应传感器/照射单元的情况下，除了图像，还可以获得表面深度信息，其方式例如是，如上面详述的那样，粉末床的表面处的每个测量位置都借助于线传感器的至少两个单探测器以不同观察角被观察并且单探测器的输出信号被相应地分析。
[0037] 本发明的另一有利的改进方案规定，传感器/照射单元布置在载体处。
[0038] 如果表面的三维地形是在涂敷新的粉末层并使粉末床平滑化以后测量的，则例如可以通过分析设备确定：粉末床的表面是否是以所需形式平坦或光滑的。而如果表面地形是在熔化过程以后并且在涂敷新的粉末层以前确定，则尤其是光学传感器的传送给分析设备的在表面是通过熔化和硬化金属形成区域中的输出信号包含有关于要制造组件的有关横截面的信息。因此，本发明的另一有利的改进方案规定，分析设备被构造和配置为根据光学传感器的输出信号检查和/或测量要制造组件的通过熔化粉末形成的横截面。
[0039] 本发明的一个非常有利的改进方案——该方案本身在与特征“一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置，具有：材料储存池，其用于容纳能够借助于熔化设备被熔化的粉末状金属材料，其中所述材料在材料储存池中形成粉末床；以及表面加工装置，其用于加工粉末床的表面”相组合的情况下即使没有特征“所述装置具有用于确定粉末床的表面的三维地形的装置，所述装置被构造和配置为使得通过获取表面的表面深度信息确定表面的三维地形；以及用于确定粉末床的表面的三维地形的装置与表面加工装置处于信号传输连接，使得粉末床的表面根据用于确定粉末床的表面的三维地形的装置的表示粉末床的表面的三维地形的输出信号在执行熔化过程以前被表面加工装置加工”也具有独立的发明意义——规定，表面加工装置具有至少一个用于使粉末床的表面成形的刮削元件，其中所述刮削元件是根据刮刀形式来构造的并且定义刮削棱边，其中该刮削元件或每个刮削元件都布置在可移动的载体处，并且其中载体被构造为使得刮削棱边为了刮削粉末床的表面而能够相对于所述表面在刮削平面内移动，其中该刮削元件或每个刮削元件都以能够沿着垂直于刮削平面的调节轴相对于载体被调节的方式布置在载体处以用于调整刮削棱边的刮削位置，其中刮削位置相对于载体在刮削过程期间至少分阶段地为固定的或者根据高频振动能够在零位周围改变，并且其中给调节轴分配有驱动设备。
[0040] 该实施方式的基本思想在于，将该装置构造为使得粉末床的表面可以根据所期望的地形被成形，以便由此能够有针对性地影响制造方法的工艺参数。根据本发明，该基本思想通过如下方式来实现：该刮削元件或每个刮削元件能够相对于载体垂直于刮削平面移动。
[0041] 通过沿着调节轴调节刮削棱边的位置，粉末床的表面在涂覆每层粉末时都可以根据所期望的地形被成形或结构化。
[0042] 由于沿着调节轴的调节借助于驱动设备进行，因此可实现该刮削元件或所述刮削元件的自动调节，使得根据本发明的装置的运行可以进一步自动化。
[0043] 由于根据本发明实现的对粉末床表面的成形，熔化过程的工艺参数的自由度被扩展。
[0044] 具有刮削元件的实施方式的另一优点在于，该装置的首次配置以及例如在损坏后的重新配置被简化。
[0045] 结果，又一次显著提高了装置的生产率。
[0046] 刮削棱边相对于载体的刮削位置可以在刮削过程期间至少分阶段地为固定的。这意味着，刮削位置可以在整个刮削过程期间保持不变，并且因此以基本恒定的厚度涂覆粉末层。但是也可能的是，相对于载体的刮削位置在刮削过程期间分阶段地改变，使得所涂覆的粉末层的厚度根据刮削位置的改变而被调制。
[0047] 但是还可能的是，位于刮削位置的刮削元件根据高频振动而在零位周围改变、即让刮削元件置于震动中。在一个相应的扩展方案中，零位定义粉末层的实际层厚，而通过高频振动改善了粉末的可流动性
[0048] 根据本发明的相应装置的作用方式与现有技术相比已经通过如下方式得到改善：该刮削元件或每个刮削元件都能够沿着垂直于刮削平面的调节轴相对于载体被调节，这如本发明所规定的那样。
[0049] 具有刮削元件的实施方式的一个非常有利的改进方案规定，刮削棱边由至少两个在刮削棱边的长度方向上彼此并排且彼此接界地布置的刮削元件构成，其中刮削棱边优选地由多个在刮削棱边的长度方向上彼此并排地且彼此接界地布置的刮削元件构成，这如一个改进方案中所规定的那样。
[0050] 通过这种方式，不仅可以改变所涂覆的粉末层的厚度或者在刮削方向上调制所述厚度。更确切而言，附加地还可以在刮削棱边的长度方向上、即横向于刮削方向根据所期望的走向来调整粉末层的厚度。由此，根据相应要求大范围内来匹配粉末床的表面地形。在此，设置越多的刮削元件，则就可以实现粉末层的表面的越精细的成形或结构化。彼此并排且彼此接界地布置的刮削元件一起形成刮削棱边，所述刮削棱边根据各个刮削元件的相应刮削位置(高度位置)而被结构化，使得在刮削过程期间形成粉末床的根据刮削棱边的结构成形的表面。在此还可以在刮削过程期间对刮削元件相对于彼此进行调节，使得在粉末床的每个位置处都实现个别化构造的粉末涂覆。因此，粉末床的表面地形可以根据相应要求被精细地结构化，其中刮削元件的数目越大，则该精细结构原则上就越好。
[0051] 从彼此独立地调节刮削元件的意义而言，一个有利的改进方案规定，给刮削元件中的至少两个、优选刮削元件中的每个都分配单独的可独立控制的驱动设备。
[0053] 从该装置的简单和低成本构造的意义而言，具有刮削元件的实施方式的一个改进方案规定，将至少一个驱动设备构造成压电执行器。压电执行器相应地可用作相对简单和低成本的标准组件。尤其是执行器条形式的执行器模块也是公知和市售的，所述执行器条具有80个以上彼此紧密并排布置的执行器。
[0054] 为了激励该驱动设备，适宜地设置控制设备，这如本发明的另一改进方案所规定的那样。通过对控制设备进行相应编程，可以在刮削过程期间根据相应要求影响表面的地形，并且因此使粉末床的表面相应地成形。
[0055] 具有刮削元件的实施方式的一个非常有利的改进方案设置了用于对粉末床的表面的地形进行三维测量的测量装置。在相应的实施方式中，粉末表面可以借助于测量装置首先被测量，并且然后在刮削过程期间根据相应要求被成形或结构化。因此，粉末床的表面可以在每个位置处都以高安全性根据相应需求被成形。通过不仅有针对性地影响粉末表面的地形、而且还能测量所述地形，通过这种方式显著地提高了该装置的工艺安全性。在此，可以在涂覆新的粉末层以前借助于测量装置确定：在粉末床的哪个位置处需要何种个别化的粉末涂覆，以便实现所期望的地形。但是还可以在涂覆粉末层以后借助于测量装置来检查：是否实现了粉末表面的所期望的地形。
[0056] 前述实施方式的一个有利的改进方案规定，测量装置与用于激励该驱动设备的控制设备处于信号传输连接，使得该驱动设备根据测量装置的测量结果被激励。通过这种方式，粉末涂覆根据由测量装置提供的测量结果来进行。
[0057] 从这种意义而言，本发明的一个有利的改进方案规定，控制设备被编程为根据测量装置的测量结果自动地激励该驱动设备，使得自动地形成粉末床的表面的所期望的地形。
[0058] 测量装置的测量原理可以根据相应要求在大范围内选择。就此而言，本发明的一个有利的改进方案规定，测量装置被构造成光学测量装置。相应的光学测量装置使得能够以高速度和高精度测量粉末床的表面地形。
[0059] 具有刮削元件的实施方式的另一有利的改进方案规定，该刮削元件或所述刮削元件布置在刮削元件模块处。
[0060] 前述实施方式的一个改进方案规定，刮削元件模块或刮削元件模块的一部分以可松开的方式与载体连接。通过这种方式，例如在定期更换或损坏后更换的范围内简化了该刮削元件或所述刮削元件的更换。
[0061] 前述实施方式的一个有利的改进方案规定，刮削元件模块具有：无源刮削棱边模块，在所述无源刮削棱边模块处彼此并排地布置有多个在沿着调节轴的方向上可彼此独立移动的刮削棱边元件；以及有源执行器模块，在所述有源执行器模块处布置有多个可彼此独立地被激励的执行器，所述执行器中的每个都被分配给刮削棱边元件之一以用于沿着调节轴对其进行调节。相应的模块式构造例如且尤其是使得能够在执行器模块保留在载体处的同时单独地更换刮削棱边模块。通过这种方式，特别简单地构造了例如在磨损或损坏后对刮削棱边模块的替换。
[0062] 在具有刮削棱边模块的实施方式中，刮削棱边模块可以根据相应要求以任何合适方式来构造。为了将刮削棱边模块构造为可特别简单且低成本地制造的，一个有利的改进方案规定，刮削棱边模块具有由金属片或其它可弹性变形的材料制成的条带，所述条带被成形为角形的并且具有第一腿部，所述第一腿部被沿着刮削棱边的长度方向彼此间隔开的切口划分成舌形的刮削棱边片段，其另一腿部与载体或同载体连接的组件连接，其中刮削棱边片段中的每个都可被所分配的执行器沿着调节轴移动。
[0063] 为了在刮削过程期间改善粉末的可流动性，具有刮削元件的实施方式的另一有利的改进方案设置了用于给该刮削元件或所述刮削元件施加高频振动的震动设备。
[0064] 具有刮削元件的实施方式的另一有利的改进方案规定，载体被构造和配置为沿着线性刮削轴平移移动。
[0065] 刮削元件沿着调节轴的移动可以通过如下方式来实现：刮削元件例如借助于线性驱动装置沿着调节轴平移或线性移动。从这种意义而言，本发明的一个有利的改进方案规定，至少一个刮削元件为了沿着调节轴进行调节而能够平移移动。
[0066] 但是刮削元件沿着调节轴的移动也可以通过刮削元件围绕横向于调节轴延伸的(实际或虚拟)转动轴做转动运动来实现。从这种意义而言，本发明的另一有利的改进方案规定，至少一个刮削元件为了沿着调节轴进行调节而能够围绕转动轴转动移动。例如，可以给狭长刮削元件的位于长度方向上的端部分别分配执行器，使得刮削元件可以通过均匀地操作两个执行器平移移动，并且可以通过不同地操作执行器转动或翻转。
[0067] 本发明的另一特别有利的改进方案——该改进方案本身在与特征“一种用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置，具有：材料储存池，其用于容纳能够借助于熔化设备被熔化的粉末状金属材料，其中所述材料在材料储存池中形成粉末床；以及表面加工装置，其用于加工粉末床的表面”相组合且没有特征“所述装置具有用于确定粉末床的表面的三维地形的装置，所述装置被构造和配置为使得通过获取表面的表面深度信息确定表面的三维地形；以及用于确定粉末床的表面的三维地形的装置与表面加工装置处于信号传输连接，使得粉末床的表面根据用于确定粉末床的表面的三维地形的装置的表示粉末床的表面的三维地形的输出信号在执行熔化过程以前被表面加工装置加工”的情况下具有独立的发明意义——规定，表面加工装置具有用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置。
[0068] 该实施方式所基于的认识是，在以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件时——其中为了生成组件根据要生成组件的横截面选择性地熔化容纳在粉末床中的粉末——，产生了金属熔化颗粒，所述金属熔化颗粒以不期望的方式进入粉末床或者附着在组件上。金属熔化颗粒一方面干扰后续方法流程，因为它们中断了粉末床的表面。另一方面，附着在组件上的金属熔化颗粒可能在后续熔化过程中导致未定义几何形状的熔化物，并且因此导致组件处的缺陷。由于这二者，不利地影响了所生成组件的质量并且干扰了方法流程。
[0069] 以此为出发点，本发明所基于的思想是，通过如下方式来改善组件的质量并且通过如下方式以工艺安全性更高的方式来构造方法流程：将后面亦称异常物的相应金属熔化颗粒或其它异物从粉末床中以及必要时从组件除去。
[0070] 该实施方式尤其是提供了将金属熔化颗粒(金属飞溅物)从粉末床中或从组件除去，使得可靠地避免相应颗粒对后续熔化过程的不利影响。
[0071] 通过这种方式，通过避免由于飞溅物造成的缺陷位置改善了3D打印的可靠性。
[0072] 由于方法流程的提高的可靠性，本发明扩展了以无人看管的方式执行金属组件的基于粉末床的生成式制造(金属组件的3D打印)并由此使该制造进一步自动化。
[0073] 结果，由此得到3D打印的更高生产率。这以值得一提的程度节省了时间和成本。
[0074] 根据本发明，所存在的方案是，例如通过对粉末床和组件进行成像或测量来识别或定位粉末床中或组件处的金属飞溅物。所定位的熔化颗粒于是可以通过合适装置被选择性地从粉末床中除去。
[0075] 但是根据本发明，也可以一并去蚀形成粉末床表面的粉末层并由此除去所述粉末层，其中同时也将熔化颗粒以及必要时其它不期望的异物从粉末床中除去。
[0076] 根据本发明，“将材料从粉末床中和/或从组件除去”应当被理解为，将材料从粉末床的如下区域中除去：所述区域对于组件的制造而言是重要的并且在制造过程的范围内例如被施加激光辐射。因此，本发明的一个改进方案规定，用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置被构造和配置为沿着粉末床的表面转移材料。在相应实施方式中，粉末床的对于制造过程重要的表面区域被保持为不含金属颗粒和其它不期望的异物，它们为此被转移到粉末床的表面的其它区域中、例如粉末床的对于组件的制造而言不重要的边缘区域中。然后，经转移的材料不干扰制造方法的流程，并且可以在之后的时刻被从粉末床中除去。
[0077] 具有用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置的实施方式的另一有利的改进方案规定，用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置被构造和配置为除去熔化颗粒或其它异物。在该实施方式中，熔化颗粒和其它异物被从粉末床中除去，使得它们不再干扰后续熔化过程。在此，熔化颗粒可以选择性地、即在保持粉末床的表面的情况下基本上被除去。但是根据本发明，也可以将熔化颗粒与粉末层的表面层一起除去。
[0078] 因此，具有用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置的实施方式的另一有利的改进方案规定，用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置被构造和配置为从粉末床中除去粉末。根据本发明，在此可以将粉末连同熔化颗粒或其它异常物一起从粉末床中除去。但是也可以将来自未被施加熔化颗粒或其它异物的粉末床区域的粉末从所述区域中除去，只要这在制造方法的范围内是必需或所期望的。
[0079] 具有用从粉末床中和/或从组件除去材料的装置的实施方式的一个非常有利的改进方案设置了用于识别和/或定位粉末床中和/或组件处的熔化颗粒的装置。在该实施方式中，粉末床中的熔化颗粒或其它异物被定位，使得它们可以在紧接着的方法步骤中被除去。另外，该实施方式使得能够确定：在粉末床中究竟是否存在熔化颗粒或异物，以及因此究竟是否必须执行用于除去金属飞溅物等的步骤。
[0080] 具有用从粉末床中和/或从组件除去材料的装置的实施方式的另一非常有利的改进方案设置了用于测量粉末床和/或组件的表面的测量装置。通过尤其是三维地测量粉末床和组件的表面，可以做出分别关于粉末床和组件的当前状态的精准陈述，使得可以精准地判断：制造过程是否以所期望的方式执行或者更确切而言是否需要对制造过程进行校正干预。
[0081] 在前述实施方式中，可以使用任何合适的测量装置。具有测量装置的实施方式的一个特别有利的改进方案规定，该测量装置是光学测量装置。相应的光学测量装置使得能够以高精度和高速度尤其是三维地测量粉末床和组件的表面。在此，可以使用任何合适的光学测量装置、例如可用来测量粉末床的表面的三维地形的测量装置。还可以使用成像光学测量装置并且根据所记录的图像在使用图形识别和模式识别方法的情况下确定：在粉末床中或在组件处是否存在异常物。还可以根据热像仪形式来构造测量装置并且尤其是定位位于粉末床的表面处的熔化颗粒。
[0082] 具有用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置的实施方式的另一特别有利的改进方案规定，测量装置与分析设备处于数据传输连接，所述分析设备被构造和编程为识别和/或定位粉末床中和/或组件处的熔化颗粒或其它异物，使得分析设备根据测量数据识别熔化颗粒或其它异物，并且这样构成用于识别和/或定位粉末床中和/或组件处的熔化颗粒的装置。在该实施方式中，粉末床中或组件处的异常物(熔化颗粒等)的识别或定位自动地进行。
[0083] 为了使制造方法的方法流程进一步自动化，一个有利的改进方案规定，分析设备与控制设备处于数据传输连接，并且向所述控制设备传送分析数据，所述分析数据表示在粉末床中和/或在组件处所识别的金属飞溅物或其它异物的位置，其中控制设备被构造和编程为激励用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置，使得用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置将所识别的熔化颗粒或其它异物从粉末床中和/或从组件除去。
[0084] 前述实施方式的一个适宜的改进方案规定，用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置具有至少一个布置在载体处的用于从粉末床中和/或从组件除去材料的设备，其中所述载体能够相对于粉末床的表面移动。在此，该设备或所述设备的数目、构造和作用原理可以根据相应要求在大范围内选择。
[0085] 为了将相应设备构造为具有特别简单的构造和运行安全的，本发明的一个特别有利的改进方案规定，用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置具有至少一个被构造成具有至少一个吸入嘴的吸入设备。在该实施方式中，以吸尘器方式将材料从粉末床中吸出。在此，在相应地构造吸入设备和所使用的负压的情况下，材料可以快速地并且以高精准度地被从粉末床中除去。
[0086] 如果要除去的材料是可磁化的，则用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置例如可以具有磁体设备，使得材料以磁的方式被“吸出”。
[0087] 具有用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置的实施方式的另一有利的改进方案规定，用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置具有至少一个刷状构造的设备。被构造成刷的设备尤其是可以被用来将金属飞溅物或其它异物从组件刷离。由于组件在熔化过程后的高温，为此适宜地使用由耐热材料制成的刷。但是利用相应设备也可以沿着粉末床的表面通过“刷走”来转移粉末。相应的刷也可以被用来从粉末床中“刷出”材料，其方式例如是，通过刷将材料运送经过材料储存池的边缘。
[0088] 在具有吸入设备的实施方式中，一个有利的改进方案规定，至少一个吸入嘴被构造用于点式吸入。相应吸入嘴使得能够选择性地吸入材料，其中粉末床的处于吸入区域之外的表面基本上保持未被接触。因此，可以将所定位的异常物以限于局部的方式从粉末床中吸出。在此，原则上单个吸入嘴就足够了。但是吸入嘴的数目和构造可以根据相应要求在大范围内选择。
[0089] 如果不应当以限于局部的方式吸入各个异常物，而是应当吸出粉末床的表面处的整个层，则有利的是，至少一个吸入嘴被构造用于线式或面式的吸入，这如本发明的另一有利的改进方案所规定的那样。
[0090] 为了吸出粉末床的表面处的完整层，适宜的是，至少一个吸入设备被构造为将粉末从粉末床中吸出。在吸出粉末床的表面的层时，所吸出的层的厚度可以相应要求在大范围内选择。在此，可以实现层厚度的量级为粉末的一个颗粒尺寸或多个颗粒尺寸的纯表面式吸出。但是也可以实现具有相应更大深度的更深入的吸出。
[0091] 具有吸入设备的实施方式的一个有利的改进方案规定，在至少一个吸入设备之后布置有用于对所吸出的材料进行过滤的过滤设备。通过这种方式，例如可以在所吸出的材料中将熔化颗粒与粉末分离并且回收粉末。如果在粉末床中存在不同材料的粉末，则可以在吸出以后将不同粉末类型彼此分离，以便回收粉末。
[0093] 本领域技术人员能够看出，实施例的各个特征本身、即与实施例的其它特征无关地改进了相应实施例。属于本申请的公开内容的还有实施例的特征的彼此组合，使得实施例的每个特征也可以与该实施例的其它特征无关地转用于其它实施例。附图说明
[0094] 下面参考高度示意化的附图根据实施例来阐述本发明。在此，所有所描述、在附图中所示出、以及在权利要求书中所要求保护的特征本身以及以彼此的任意合适组合都构成本发明的主题，而不依赖于它们在权利要求书中的概括及其引用，以及不依赖于在附图中对它们的描述或图示。
[0095] 图1以高度示意化的立体图示出了根据本发明的用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置的一个实施例；
[0096] 图2示出了根据图1的装置的另一示意化的立体图；
[0097] 图3示出了根据本发明的装置的第一实施例的刮削元件的立体原理草图；
[0098] 图4以与图3相同的图示示出了第二实施例；
[0099] 图5为了阐释根据图4的实施例的作用方式而示出了另一示意化的原理草图；
[0100] 图6以高度示意化的原理草图示出了刮削棱边模块的一个实施方式；
[0101] 图7示出了根据本发明的装置的框图；
[0102] 图8示出了根据本发明的装置的一个实施例的示意性原理草图，该装置具有用于从粉末床中和/或从组件除去材料的装置；
[0103] 图9示出了根据图8的装置的俯视图；以及
[0104] 图10示出了根据本发明的制造方法的一个实施例中不同粉末类型的分层的示意性原理草图。
具体实施方式
[0105] 在附图的各个图中的相同或相应的组件配备相同的附图标记。
[0106] 下面根据实施例参考图1至图6进一步阐述本发明。
[0107] 在图1中高度示意性地示出了根据本发明的用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置2的一个实施例，所述装置2具有仅仅示意性地示出的用于容纳可借助于熔化设备被熔化的金属粉末材料的材料储存池4，所述金属粉末材料在材料储存池4中形成粉末床6。
[0108] 在所示实施例中，熔化装置具有激光器8，其激光束10可以以受控制设备12控制的方式为了选择性地熔化粉末状金属材料而沿着粉末床6的表面移动并且可在其强度方面被改变。通过箭头14、16在图中示出了：激光束10可以相对于粉末床6二维地在其位置方面被改变，使得在粉末床6内可以行进到任何位置。
[0109] 为了使粉末床6的表面平滑化，设置了表面加工装置以用于加工粉末床6的表面，所述加工装置在最简单的情况下具有用于使粉末床6的表面成形、尤其是平滑化的设备，但是为了简化而在图1中仅仅被示意性地绘出并且用附图标记17来表示。
[0110] 此外，用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的装置是本领域技术人员众所周知的，并且因此如果其细节不是特有的，在此就不予以进一步阐述。
[0111] 根据本发明，在所示实施例中，设置了用于确定粉末床6的表面地形的光学装置。在所示实施例中，所述光学装置具有拥有光学传感器的能进行3D测量的光学测量装置18，所述光学传感器在所示实施例中被构造成线传感器并且布置在传感器载体20上，所述传感器载体20可以相对于粉末床6沿着线性轴移动，这在图中由箭头22来表示。线传感器延伸到粉末床6的完整宽度上，使得可以通过使传感器在箭头22的方向上线形行进来扫描粉末床6的表面的每个位置。
[0112] 线传感器具有传感器元件的线形布置、以及集成的照射设备，所述照射设备用于在由线传感器检测区域中照射粉末床6的表面。线传感器与照射设备集成为传感器/照射单元。
[0113] 线传感器的输出信号被输送给分析设备24。
[0114] 借助于线传感器的线形布置的传感器元件，可以以不同角度观察粉末床6的表面的每个点，这在图中示例性地针对点26由两个虚线28、30示出。分析设备24在所示实施例中被构造和配置为根据立体三角定位法分析线传感器的输出信号。立体三角定位法的作用方式是众所周知的并且因此在此不予以进一步阐述。
[0115] 传感器/照射单元原则上尤其是可以如从平板扫描仪中公知的那样来构造。但是与平板扫描仪不同，分析设备24被构造和编程为根据立体三角定位法来分析线传感器的输出信号，使得从线传感器的输出信号中一方面得到粉末床6的被扫描表面的图像，这如从平板扫描仪中公知的那样。另一方面，在分析设备24中从线传感器的输出信号中根据立体三角定位法获得粉末床6的表面的表面深度信息，从而通过这种方式来重建粉末床6的表面的三维地形。
[0116] 根据本发明的装置2的作用方式如下：
[0117] 在用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的方法的范围内，粉末床6的表面在熔化过程以前借助于设备17被平滑化。在平滑化以后，粉末床6的表面借助于传感器/照射单元通过使传感器载体20沿着线性轴22行进而被扫描，其中线传感器的输出信号被传输到分析设备24。在分析设备24中，线传感器的输出信号根据立体三角定位法被分析，其中根据线传感器的输出信号来重建粉末床6的三维表面地形。
[0118] 根据重建，于是可以确定：粉末床的表面是否对于接下来的熔化过程而言是足够平滑化的。如果确定充足的平滑性，则控制设备12可以激励激光器8以用于执行下一熔化过程。在不充分的平滑性的情况下，控制设备12可以激励表面加工装置(装置17)以用于重新使粉末床6的表面平滑化，其中在重新平滑化以后，粉末床6的表面重新借助于线传感器被扫描。在然后存在充足平滑性的情况下，可以执行熔化过程。否则，不进行激光器8的激励，并且输出错误报告。
[0119] 此外，如果期望或需要，可以将由线传感器在扫描期间输出的输出信号组合成粉末床6的表面的光学图像。
[0120] 根据本发明，还可以存储粉末床6的在输出设备中确定的表面地形，以便在之后的时刻监控所制造的工件时具有关于在工件的哪个层中可能存在工件缺陷的线索。
[0121] 为了不仅能够测量粉末床6的表面、而且除此之外还能够在制造期间测量组件，分析设备24被构造和配置为根据光学传感器的输出信号来检查和/或测量要制造的组件的通过熔化粉末形成的横截面。
[0122] 图2以另一示意性立体图示出了装置2。在该实施例中，用于加工粉末床6的表面的表面加工装置具有刮削元件32，所述刮削元件32是根据刮刀的形式来构造的，并且定义刮削棱边34(参见图3)。刮削元件32布置在图中仅仅示意性示出的可移动载体36处。载体36被构造为使得刮削棱边34为了刮削粉末床6的表面而可以相对于粉末床6的表面在刮削平面(图3中的x-y平面)内移动。在所示实施例中，载体36被构造和配置为沿着线形刮削轴平移移动，其中线形刮削轴在图3中对应于x轴。所得到的刮削方向在图3中由箭头37来表征。
[0123] 根据本发明，为了借助于刮削元件32刮削粉末床6的表面，载体36的其它运动学特性、例如雨刮器式移动同样是可能的。
[0124] 在图3中，刮削平面对应于x-y平面。根据本发明，刮削元件32被布置为能够沿着垂直于刮削平面的调节轴相对于载体36被调节，以用于调整刮削棱边34的刮削位置。在图3中，调节轴对应于z轴，这如图3中由双箭头38所表示的那样。给调节轴分配有驱动设备40，所述驱动设备40在图3中被纯粹示意性地示出。
[0125] 根据本发明，因此可以借助于驱动设备40来调节刮削元件32沿着调节轴(z轴)的位置并因此调节刮削棱边34沿着调节轴的位置。能够看出，通过相应地相对于粉末床6的表面调节刮削元件32，可以调整：所涂覆的粉末层具有何种层厚。因此，根据本发明可以根据所期望的地形使粉末床6的表面成形。
[0126] 在装置2的运行中，在执行熔化过程以后为了形成要生成的工件的层而涂覆新的粉末层。为了跟在其后的熔化过程再次在与在先熔化过程相同的平面内进行，为此首先使载体(基板)——在所述载体处布置有具有粉末床6的材料储存池以及要生成工件——下沉，更确切而言下降如下高度：所述高度对应于组件的在先前熔化过程中生成的层的厚度。
[0127] 紧接于此，另一粉末状金属材料(后面亦简称粉末)被置入到材料储存池中。在所示实施例中，x轴对应于如下线性轴：沿着所述线性轴，刮削元件32在刮削过程中移动。如果刮削元件32例如位于图2中所示位置，则在刮削方向上处于刮削元件32之前的粉末被置入到材料储存池中，使得所置入的粉末在刮削过程期间、即在刮削元件32沿着x轴在图2或图3中从左向右以刮削元件32之前的“头波”(Bugwelle)形式移动，这如图3中附图标记42处所示那样。通过沿着调节轴(z轴)调整刮削棱边34的相应刮削位置，可以调整：在该刮削过程期间涂覆的粉末层具有何种层厚度。
[0128] 刮削位置可以在刮削过程期间相对于载体36为固定的，使得在刮削棱边34移动期间，向粉末床6的整个表面上涂覆均匀的层厚度(根据刮削棱边的刮削位置)。
[0129] 但是也可以在刮削过程期间改变刮削位置，使得粉末层的层厚度在刮削过程期间、即在沿粉末床6的表面期间沿着刮削轴(x轴)变化。刮削位置的调整以受控制设备12控制的方式通过激励驱动设备40来进行(参见图3和图7)。
[0130] 但是为了改善粉末的流动性，也可以使刮削棱边34在刮削过程期间根据高频振动在零位周围移动。于是，该零位定义刮削位置、换言之即刮削棱边34与粉末床6的表面之间的缝隙的宽度。
[0131] 因此，在图3中示出的实施方式使得能够通过对粉末床的表面进行结构化的加工来影响粉末床的表面地形。
[0132] 在执行刮削过程以后，可以借助于测量装置18来检查：粉末床的表面是否具有所期望的地形。如果刮削过程已经导致所期望的地形、例如沿着粉末床6的整个表面都为平坦的粉末层，则控制设备12可以根据测量激励激光器8以用于执行下一熔化过程。
[0133] 在此，相应过程全自动地进行，直到组件以所期望的方式被生成。
[0134] 图4示出了另一实施例，该实施例与根据图3的实施例的区别在于，刮削棱边34由至少两个在刮削棱边34的长度方向上彼此并排且彼此接界地布置的刮削元件构成。在所示实施例中，为了阐释作用原理而纯粹示意性地示出了四个刮削元件44、46、48、50。能够看出，根据相应要求，在刮削棱边34的长度方向上彼此并排且彼此接界地布置的多个刮削元件是可能的，并且从粉末床6的表面地形在空间上尽可能精细地被分辨的结构化能力的意义上而言是所期望的。
[0135] 给刮削元件44至50中的每个都分配有单独、可独立激励的驱动设备，其中驱动设备的激励通过控制设备12(参见图7)来进行。在所示实施例中，驱动设备中的每个都由压电执行器构成。
[0136] 在根据图3的实施例中，粉末床6的表面沿着刮削轴(z轴)在空间上被分辨的结构化是可能的，而根据图4的实施例除此之外实现了粉末床6的表面在刮削棱边34的长度方向上并且因此横向于刮削轴、即沿着y轴在空间上被分辨的结构化。在此，设置越多个刮削元件，则结构化的空间分辨能力就越高。因此，通过合适数目个刮削元件44至50，原则上可以实现高分辨能力。
[0137] 因此，通过相应地激励被分配给刮削元件44-50的驱动设备，在给定空间分辨能力的范围内，可以调整粉末床6的表面的每种所期望的地形。
[0138] 如果刮削棱边34相对于粉末床6所在的基板倾斜，则刮削元件44-50的沿着y轴不同的高度设定可以被用于补偿刮削元件34相对于基板的倾斜，这如图5中的附图标记51所示那样。
[0139] 为了根据所期望的地形使粉末床6的表面结构化，首先借助于测量装置18三维地测量粉末表面的地形。测量装置18与用于激励驱动设备的控制设备12处于信号传输连接，使得驱动设备根据测量装置18的测量结果被激励。在此，控制设备12被编程为根据测量装置的测量结果自动地激励驱动设备，使得在刮削过程中自动地形成粉末床6的所期望的表面地形。
[0140] 如果所期望的是在x方向上在粉末床6的表面的整个伸展上均匀的层厚度，则刮削元件44-50的由控制设备12调整的位置(刮削位置)在刮削过程期间被保持。
[0141] 而如果期望或需要在x方向上变化的地形，则控制设备12在刮削过程期间相应地激励刮削元件44至50的驱动设备。
[0142] 通过这种方式，在可能的空间分辨能力和粉末特性的范围内，可以根据相应要求实现粉末床6的表面的几乎任何结构化，使得基于粉末床的生成式制造方法的工艺参数的自由度被扩展。尤其是关于粉末床6所在的基板对刮削棱边34在其角度定向方面的自动调整被实现。
[0143] 尤其是刮削棱边34的首次配置和在损坏后的重新配置是可自动实现的。此外，由于根据本发明的方案可以最小化粉末消耗。
[0144] 由此总体上得出装置2的更好生产率。
[0145] 刮削元件44-50可以布置在刮削元件模块处，其中刮削元件模块或刮削元件模块的一部分以可松开的方式与载体36可连接或连接。
[0146] 在此，刮削元件模块可以优选地具有：无源刮削棱边模块，在所述无源刮削棱边模块处布置有多个在沿着调节轴的方向上可彼此独立移动的刮削棱边元件；以及有源执行器模块，在所述有源执行器模块处布置有多个可彼此独立地被激励的执行器以作为驱动设备，所述执行器中的每个都被分配给刮削棱边元件之一以用于沿着调节轴对其进行调节。
[0147] 在图6中示例性地示出了相应刮削棱边模块52的构造，所述刮削棱边模块52具有由金属片制成的条带54，所述条带54被成形为角形的，并且具有第一腿部56，所述第一腿部56被沿着刮削棱边34的长度方向彼此间隔开的切口划分成舌形的刮削棱边片段。在图6中示例性地用附图标记58、60表示两个切口，并且用附图标记62、64来表示两个刮削棱边片段。
[0148] 条带54的第二腿部66布置在载体36处。充当刮削棱边片段62、64的金属片棱边的移动性通过68处的张紧的腿部66的弹性弯曲来实现。
[0149] 条带54的金属片厚度和切口58、60——它们可通过用超短脉冲激光器进行切割或者通过蚀刻来生成——的宽度被协调为使得至少对于与悬臂长度相比相对小的偏转而言，各个刮削棱边片段62、64在其下部区域中基本上平行于彼此地在z方向上移动。由此保证：“头波”的尽可能少的粉末能够穿过刮削棱边片段62、64之间的孔隙。
[0150] 在此所期望的是，粉末尽可能仅仅在刮削棱边片段62的定义刮削棱边34的部分之下经过刮削棱边模块52。如果根据相应要求是必需的，则可以使用弹性密封材料，这如在72所示那样。密封材料的高度伸展和粘性被设定为使得一方面仍然可实现各个刮削棱边片段62、64在z方向上的相对自由的移动。另一方面，通过密封材料72应当尽可能抑制粉末从刮削棱边片段62、64之间穿过。作为副作用，可发现弹性密封材料72也是减震器，这有利于刮削棱边片段62、64的快速高度调整能力。
[0151] 刮削方向在图6中由箭头74来表征。
[0152] 为了能够彼此独立地操作刮削棱边片段62、64和另外的刮削棱边片段，给每个刮削棱边片段分配有可独立操作的驱动装置，所述驱动装置在所示实施例中由压电执行器构成。分配给刮削棱边片段62的压电执行器在图6中是纯粹示意性示出的并且配备有附图标记76。执行器76的碰撞轴(Auftreffachse)在图6中用虚线78示出。为了图解说明，在图6中，压电执行器76和相关刮削棱边片段62被示为彼此相距相对远。在实际中，从短操作路径的意义而言，压电执行器与刮削棱边片段62贴合，使得该刮削棱边片段62在操作压电执行器时沿着调节轴偏转，这如图6中由双箭头80所示那样。
[0153] 实现刮削棱边模块52的典型尺寸在图6是以毫米为单位绘出的。
[0154] 作为压电执行器可以使用叠层或双压电晶片构造方式的压电元件。所述执行器对于所打算的应用而言具有优点，因为它们一方面可以被快速地调制，并且为了保持一定位置几乎不需要另外的能量。相应的压电模块也从其它产品中公知和建立。具有80个以上彼此紧密靠近的执行器的执行器条是市售的。
[0155] 在刮削棱边模块52处的安装位置处，执行器模块优选地以沿着调节轴(z轴)的一定机械预应力被夹持到无源刮削棱边模块52上。各个执行器的预应力使压电工作区域从拉力压力区域中的对称位置向定位在压力区域附近的位置移位。
[0156] 在此，由于无源或有源模块中的组件公差，通常导致刮削棱边片段62、64的不同基本偏转。结合测量3D地形系统(测量装置18)，可以在粉末床中执行第一样本刮削。粉末床条带的所得到的不同高度借助于测量装置18被测量，并且紧接着的常规运行中作为偏移量被补偿。通过针对一个或多个其它的压电偏转重复该过程，也可以按需要为每个刮削棱边片段62、64作为非线性确定灵敏因子(所施加的单位电压的偏转)，并且紧接着对其进行补偿。
[0157] 装置2的一个改进方案——该改进方案在与可借助于驱动设备沿着调节轴移动的刮削元件相组合、但与之独立的情况下具有单独的发明意义——设置了用于从粉末床6中除去材料和/或在粉末床6内转移材料的设备82(参见图7)。设备82由控制设备12来激励并且在该实施例中被构造成按照吸尘器方式作用的吸出装置。设备82用于选择性地从粉末床中除去材料。如果在借助于光学测量设备18对粉末床进行光学测量时确定：在粉末床中例如存在在先前熔化过程中产生的熔化残渣，则这些熔化残渣可以借助于设备82有针对性地被从粉末床中除去。由此防止：熔化残渣妨碍后续的生成式制造方法并尤其是导致要制造组件处的缺陷。
[0158] 设备82可以与刮削元件32一起布置在可移动的载体36处。
[0159] 为了在刮削过程期间能够到达粉末床6的表面处的每个位置，有利的是，设备82不仅(优选与刮削元件82一起)可以在刮削方向(x方向)上移动，而且除此之外也可以横向于刮削方向、即在y方向上移动。
[0160] 从简单构造的意义而言有利的是，设备82与刮削元件32一起布置在可移动的载体36处。但是也可以将设备82布置在单独的载体处，其中借助于所述载体，设备82可以沿着粉末床6的表面、即至少在x方向、但是优选在x和y方向上移动。
[0161] 根据本发明，设备82可用于选择性地从粉末床中除去粉末。
[0162] 装置2的另一改进方案——所述改进方案在与前述实施方式相结合、但与其独立的情况下具有单独的发明意义——设置了可被控制设备12激励的设备84，所述设备84用于选择性地将粉末材料置入到粉末床中。
[0163] 如前面所描述的那样，新的粉末层的涂覆进行得使得在刮削方向上处于刮削棱边34之前的粉末被置入，并且在刮削过程期间以粉末床表面的均匀层的形式被分配。借助于可优选两维地沿着粉末床的表面、即在x和y方向上移动的设备84，可以在需要时不依赖于此地将粉末选择性地置于粉末床6的表面位置处。在此，设备84可以按照排出喷嘴的方式来构造。设备84可以布置在刮削元件32的载体36处，使得设备84可以与刮削元件一起移动。但是为了使刮削过程(刮削元件32)与选择性置入粉末的过程(设备84)去耦合，有利的是，设备84布置在单独的、可沿着粉末床的表面移动的载体处。
[0164] 为了进一步改善装置2的运行安全性和经济性，在所示实施例中，表面加工装置具有用于将材料从粉末床6中和/或从组件除去的装置82。根据一个实施例参考附图8至图10进一步阐述该装置。
[0165] 图8示出了高度示意化的原理草图。里面容纳有粉末床6的材料储存池4布置在粉末床载体84处，所述粉末床载体84可以在与粉末床6的表面垂直的双箭头86的方向上移动。
[0166] 粉末床载体84以公知的方式在执行熔化过程以后下沉一定幅度，所述幅度对应于组件在熔化过程中形成的层与粉末床的表面垂直的厚度。通过这种方式，在组件的分层结构的情况下，熔化过程始终在同一平面内进行。组件在图8和图9中予以示意性地示出，并且用附图标记88来表示。
[0167] 在所示实施例中，用于从粉末床6中和/或从组件88除去材料的装置82被构造和配置为从粉末床6中除去粉末。
[0168] 装置82具有被构造成具有至少一个吸入嘴92的吸入设备90的设备。在所示实施例中，吸入嘴92延伸到粉末床的整个宽度上(参见图9)。
[0169] 吸入设备90布置在载体36处，在所述载体36上还布置有刮削元件32，所述刮削元件32在图8和图9中被示为单个刮削元件并且仅仅被示意性地标示出。
[0170] 载体36可以沿着双箭头94沿粉末床6的表面移动，以便能够在粉末床6的每个所期望的位置处吸出粉末。
[0171] 在所示实施例中，用于从粉末床6中和/或从组件88除去材料的装置82还具有刷状构造的设备96，所述设备96在所示实施例中具有单个旋转刷98，所述旋转刷98被分配给未进一步示出的转动驱动装置。
[0172] 具有用于从粉末床6中和/或从组件88除去材料的装置82的装置2的作用方式如下：
[0173] 在执行熔化过程以后，借助于光学测量装置18来测量粉末床6和组件88的表面的三维地形，并且将相关测量数据传送给分析设备24。在分析设备中，然后根据测量数据确定：制造方法是否以所期望的方式进行或者在方法流程中是否需要校正干预。尤其是可以根据测量数据确定：在熔化过程中已经形成的熔化颗粒(金属飞溅物)是否或以何种程度存在于粉末床中或者已经附着在组件88上。
[0174] 如果在分析设备24中确定：在粉末床6中或在组件88处不存在可能干扰后续熔化过程的熔化颗粒或其它异常物，则可以根据一般性的方法流程使粉末床68下沉并且将新的粉末层涂覆到粉末床6的表面上。
[0175] 在此，新粉末层的涂覆可以如根据图2至图7所述那样执行。
[0176] 如果根据分析测量数据确定：在粉末床6中或在组件88中存在可能干扰后续熔化过程的熔化颗粒或其它异常物，则可以借助于装置82将这些熔化颗粒或异常物从粉末床6中或从组件88除去。
[0177] 在此，对测量装置18的测量数据的分析使得能够容易地定位各个异常物，使得异常物紧接着可以有针对性地被除去。
[0178] 而在所示实施例中，异常物的除去通过如下方式来进行：粉末床6的最上面的那层或者上面的几层被吸出。
[0179] 为此，载体36与吸入设备90在图9中例如从左右向在粉末床6的整个伸展上移动。在该移动期间，借助于吸入设备以吸尘器方式吸出粉末床6的表面层。
[0180] 所吸出的粉末连同金属飞溅物、异物或其它异常物可以被清除。但是所吸出的材料有利地在过滤设备100中被过滤，以便例如将熔化颗粒或其它异物与真实的粉末分离。通过这种方式被清洁的粉末然后可以被输送给粉末储存池102，并且在后续制造方法的范围内被再次使用。如果在粉末床6中存在不同粉末类型的粉末，则这些粉末类型同样可以在过滤设备100中彼此分离。
[0181] 粘附在组件88上的熔化颗粒或其它熔化物可以在载体36沿着组件88的粉末床的表面移动时借助于刷98从组件脱离。在此，脱离的熔化颗粒或其它异物借助于吸入设备90被吸出。
[0182] 因此在粉末床6的表面层被吸出并且由此可能干扰后续熔化过程的熔化颗粒、其它异物或其它异常物已经被从粉末床6除去以后，可以涂覆新的粉末层。粉末层的涂覆可以如前面根据图2至图7所述那样执行。
[0183] 在此，表面层的吸出和新表面层的涂覆可以在载体36沿着粉末床表面移动时的两次经过中进行，其方式是，在双箭头94方向上的去往移动中，表面层首先被吸出，并且在载体36在双箭头94的相反方向上的返回移动中，新的表面层被涂覆。
[0184] 但是也可以在单次经过中、即在载体36沿着粉末床6的表面的单次移动中执行表面层的吸出和新表面层的涂覆。例如，可以在载体36在图8中向右的移动6中借助于设备90将材料从粉末床6中或从组件88除去。借助于布置在设备90之后的输送管道，可以在载体36的移动期间将粉末置入到设备90与刮削元件32之间的间隙中，并且所置入的粉末可以借助于刮削元件32被成形、尤其是平滑化。在载体36移动的单次经过中除去和再次涂覆表面层以后，载体可以以提高的速度回移到起始位置。
[0185] 被吸出的表面层的层厚度可以根据相应要求在大范围内选择。相同的情况也对新涂覆的表面层的层厚度成立。
[0186] 下面根据图10进一步阐述根据本发明的用于以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的制造方法，其中以已经描述的方式将可熔化金属材料保存在材料储存池中，其中金属材料在金属储存池4中形成粉末床。粉末状金属材料借助于熔化设备8根据要生成的组件的横截面1被选择性地熔化。
[0187] 根据本发明设置有用于从粉末床6中和/或从组件88除去材料的装置，借助于所述装置，为了准备熔化过程而在进行制造方法期间将材料从粉末床6中和/或从组件88除去。材料的除去可以如前面根据图8和9进一步阐述的那样进行。
[0188] 通过根据本发明的装置2和根据本发明的方法，在以基于粉末床的方式生成式地制造金属组件的方法中显著地提高了工艺安全性和经济性。此外，借助于根据本发明的方法或根据本发明的装置生成的组件的质量得到显著改善。
[0189] 在根据图1至图9的实施例中，粉末床由单种粉末类型构成，而根据图10的分层的实施例中，粉末床6由下列各项构成：组件粉末层104，其构成粉末床6的表面并且由为了生成组件88而可熔化的组件粉末构成；以及布置在组件粉末层104之下的填充粉末层106。在此，组件粉末层104用于生成组件88，而填充粉末层106用于排出在熔化组件粉末层104期间产生的热。因此，填充粉末层106的粉末被选择为优化在熔化组件粉末期间产生的热的排出，并且具有比组件粉末更高的热导率。例如，组件粉末可以由钛制成，并且填充粉末可以由铜制成。
[0190] 在从有效排热意义而言相对厚的填充粉末层106上有利地存在相对薄的组件粉末层104。通过这种方式，制造方法期间的排热被显著改善，这既显著改善了制造方法的工艺安全性，又显著改善了所制造的组件的质量。
[0191] 为了在整个制造方法期间保持经改善排热的优点，在熔化过程以后除去组件粉末层。在此，组件粉末层的除去可以如前面根据图8和图9所描述那样执行。
[0192] 在除去组件粉末层104以后，为了构造填充粉末层106而涂覆另外的填充粉末。在此，填充粉末层106的涂覆原则上可以如前面根据图1至图7所描述的那样进行，其中对填充粉末层106的表面成形未提出特别高的要求，因为填充粉末层106不参与实际的熔化过程，而是在装置2的运行状态下被组件粉末层104覆盖。
[0193] 在涂覆另外的填充粉末以后，紧接着涂覆新的组件粉末层104，其中新的组件粉末层104的涂覆与前面根据图2至图7进一步阐述的那样同样地进行。
[0194] 该过程一直重复，直到制造方法结束并且组件88被制造。
[0195] 所有之前描述的过程可以以受控制设备12控制的方式全自动地进行，使得基本上省去了对装置2进行监视。通过这种方式显著提高了制造组件的生产率。
[0196] 因此，本发明结果在多个方面提供了对公知的装置或制造方法的改进。
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