光学单元和用于制造三维工件的系统
| 专利类型 | 发明授权 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 申请权转移; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202080054220.6 | 申请日 | 2020-07-03 |
| 公开(公告)号 | CN114174045B | 公开(公告)日 | 2024-05-28 |
| 申请人 | 尼康SLM方案股份公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 阿克塞尔·恩格尔哈特; 爱德华·吉泽; | 第一发明人 | 阿克塞尔·恩格尔哈特 |
| 权利人 | 尼康SLM方案股份公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 尼康SLM方案股份公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份： | 城市 | 当前专利权人所在城市： |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：德国吕贝克 | 邮编 | 当前专利权人邮编： |
| 主IPC国际分类 | B29C64/264 | 所有IPC国际分类 | B29C64/264 ; B29C64/277 ; B22F12/45 ; B22F10/28 ; B23K26/70 ; B33Y30/00 ; B33Y99/00 |
| 专利引用数量 | 10 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 14 | 专利文献类型 | B |
| 专利代理机构 | 北京派特恩知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 陈鑫; 姚开丽; |
| 摘要 | 本 发明 涉及一种光学单元，该光学单元在通过射束熔融方法来制造三维 工件 的系统中使用。该光学单元包括：光学系统，该光学系统用于产生射束并且将射束引导到预定部位处；以及容纳部，该容纳部具有容纳部基部和布置在容纳部基部中的开口，该开口对于射束是可穿透的，使得该射束能够穿过开口。光学单元具有下部部段和上部部段，下部部段包括容纳部基部并且具有各自平行于第一方向延伸的两个 侧壁 ，上部部段连接到下部部段并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，其中，下部部段和上部部段彼此偏移地布置，使得下部部段的侧壁中的第一侧壁与上部部段的侧壁中的第一侧壁不在同一平面中延伸，并且下部部段的侧壁中的第二侧壁与上部部段的侧壁中的第二侧壁不在同一平面中延伸。本发明还涉及用于制造三维工件的系统。 | ||
| 权利要求 | 1.一种用于通过射束熔融工艺来制造三维工件的设备(2)，所述设备包括侧面相接地布置的多个光学单元(10)，所述光学单元包括 |
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| 说明书全文 | 光学单元和用于制造三维工件的系统技术领域[0001] 本发明涉及在用于制造三维工件的设备中使用的光学单元以及对应的设备。三维工件的制造可以是通过生成层构造工艺来实现的制造，特别是通过射束熔融工艺来实现的制造。 背景技术[0002] 在用于制造三维工件的生成工艺中，特别是在生成层构造工艺中，已知将原材料的初始不定形的或中性形状的模塑复合物(例如，原材料粉末)逐层施加到承载部上，并且通过特定部位的照射(例如，通过熔融熔合或烧结)使其固化，从而最终获得具有期望形状的工件。照射可以使用(例如呈激光辐射形式的)电磁辐射来执行。在初始状态下，模塑复合物最初可以呈颗粒、粉末或液体模塑复合物的形式，并且可以作为照射的结果而选择性地固化或换言之在特定部位处固化。模塑复合物可以包括例如陶瓷、金属或塑料材料，也可以包括这些材料的混合物。生成层构造工艺的一个变型涉及粉末床中的所谓的激光射束熔融，其中，特别地，金属和/或陶瓷原材料粉末材料在激光射束的照射下固化成三维工件。 [0003] 对于单个工件层的制造，也已知将呈原材料粉末层的形式的原材料粉末材料施加到承载部上，并且选择性地且根据当前待制造的工件层的几何形状对其进行照射。激光辐射穿透原材料粉末材料，并且例如由于加热(加热造成熔融或烧结)而使其固化。一旦工件层固化，新的未加工的原材料粉末材料的层被施加到已经制造的工件层。为此目的可以使用已知的涂布装置或粉末施加装置。随后，对现在最上面的且仍未加工的原材料粉末层进行新的照射。因此，工件被逐层地连续地建造，每一层限定工件的横截面区域和/或轮廓。在这种情况下，进一步已知的是利用CAD或类似的工件数据以基本上自动地制造工件。 [0004] 在EP 2 335 848 B1中描述了一种已知的光学照射单元，该光学照射单元可以用于例如通过照射原材料来制造三维工件的设备。已知的照射单元包括射束源(特别是激光源)以及各种光学部件，例如射束扩展器、聚焦单元以及呈扫描单元和透镜形式的偏转装置。 [0005] 应当理解，在本发明的上下文中，也可以提供以上说明的所有方面，并且根据本公开的光学单元可以特别地包括上面提到的光学部件。 [0006] 用于制造三维工件的已知的装置也可以在例如EP 2 961 549 A1和EP 2 878 402 A1中找到。 [0007] 随着建造体积的增大和相关的制造更大工件的可能性的增加，如果只使用一种射束源，对应的建造过程需要越来越长的时间。特别地在这种背景下，期望提高加工生产力。这可以通过将多个激光射束同时指向原材料来实现。 [0008] 能够同时产生多个激光射束的一种方法是提供多个光学单元，每个光学单元被布置成发射激光射束并将其引导到原材料上的预定位置。 [0009] 特别地，在上文描述的提供多个光学单元的情况下以及在仅提供一个光学单元的情况下，用于一个或多个光学单元的空间可能是有限的，因此期望使一个或多个光学单元尽可能紧凑。换言之，期望能最有效地使用光学部件所占的体积。在多个光学部件侧面相接地布置的情况下，期望光学单元的容纳部被构造成使得光学单元能够侧面相接地简单且节省空间地布置。 发明内容[0010] 因此，本发明的目的是提供具有改进的几何形状的光学单元和相关设备。 [0012] 因此，根据第一方面，本发明涉及一种光学单元，该光学单元在通过射束熔融工艺来制造三维工件的设备中使用。该光学单元包括：射束光学器件，该射束光学器件用于产生射束并且将射束引导到预定位置；以及容纳部，该容纳部具有容纳部底部以及布置在容纳部底部中的开口，该开口对于射束是可穿透的，使得射束能够穿过开口。光学单元包括下部部段和上部部段，下部部段包括容纳部底部并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，上部部段连接到下部部段并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，其中，下部部段和上部部段彼此偏移地布置，使得下部部段的侧壁中的第一侧壁与上部部段的侧壁中的第一侧壁不在同一平面中延伸，并且下部部段的侧壁中的第二侧壁与上部部段的侧壁中的第二侧壁不在同一平面中延伸。 [0013] 射束熔融工艺可能是例如选择性激光熔融或选择性激光烧结。光学单元的射束光学器件可以包括射束源，特别地包括激光射束源。例如，Nd：YAG激光器可以用于该目的，该激光器生成波长为1064nm的激光射束。射束光学器件可以包括适合以成形、偏转或其他方式影响所产生的激光射束的另外的光学元件。特别地，以下非穷举的清单中的一个或多个可以被提供作为光学元件：用于扩展激光射束的射束扩展器、用于沿激光射束的射束方向改变激光射束的聚焦位置的聚焦单元、用于在原材料的顶部层上二维地扫描激光射束的扫描单元、用于对激光射束施加空间调制的用于光的空间调制器(SLM)、用于将激光射束分割成多个部分射束的射束分割单元、以及物镜，例如F‑西塔(θ)透镜。激光射束指向的预定位置可以是原材料的顶部层上的预定位置。 [0014] 在光学单元的安装状态下，容纳部底部可以被定向为使得容纳部底部的表面法线指向一个或多个沉积的原材料层的方向。容纳部底部中的开口可以但不一定完全被容纳部底部包围。开口的相关特征是，射束可以穿过开口。例如，开口可以包括嵌板(例如玻璃嵌板)，该嵌板对于射束是可穿透的，特别地对于激光射束的波长是可穿透的。嵌板可以提供光学单元的气密密封。此外，开口也可以仅是未密封的，因此是充满空气的开口或凹部。 [0015] 例如，侧壁可以被构造成使得下部部段的两个侧壁和上部部段的两个侧壁平行于如下的平面：该平面与容纳部的底部延伸所在的平面垂直。因此，例如，在在此限定的坐标系的背景下，这些侧壁可以平行于x‑z平面。下部部段的第一侧壁可以平行于上部部段的第一侧壁。类似地，下部部段的第二侧壁可以平行于上部部段的第二侧壁。例如，上部部段的两个侧壁可以相对于下部部段的两个侧壁以相同的距离并且沿相同的方向偏移。该方向可以在此限定为y方向，y方向垂直于第一方向(x方向)。以上限定的偏移可以使得能够实现光学单元的紧凑设计。下部部段和上部部段可以各自基本上呈平行六面体的形式。下部部段沿偏移的方向(即，沿在此限定的坐标系中的y方向)的宽度可以等于上部部段沿偏移的方向的宽度。 [0016] 通常，在此描述的光学单元可以被构造成位于两个另外的相同的光学单元之间，使得各个光学单元的侧壁彼此相邻。 [0017] 例如，具有以上描述的形状的、有下部部段和上部部段的光学单元可以被构造成使得另外的相同的光学单元可以与该光学单元相邻地布置，使得该光学单元的下部部段的第二侧壁与另外的光学单元的下部部段的第一侧壁相邻地布置，并且该光学单元的上部部段的第二侧壁与另外的光学单元的上部部段的第一侧壁相邻地布置。 [0018] 以上描述的相邻地布置可以表示各个侧壁彼此紧邻，在各个侧壁之间仅存在狭窄的空气间隙。空气间隙的宽度可以小于上部部段的沿着各光学部件彼此相邻地布置的方向(例如沿着y方向)测量的宽度的20％、10％、5％、2％或1％。特别地，相邻地布置可以表示除了各个光学单元之外没有部件位于各个侧壁之间。各个相邻的侧壁可以彼此平行。 [0019] 下部部段的侧壁可以彼此平行，上部部段的侧壁也可以彼此平行。独立于此，第一连接表面可以将下部部段的第一侧壁连接到上部部段的第一侧壁，第二连接表面可以将下部部段的第二侧壁连接到上部部段的第二侧壁。 [0020] 连接表面可以被构造成使得在相同的光学单元的相邻的布置中，光学单元的第一侧壁与相邻的光学单元的第二侧壁相邻且平行。 [0021] 光学单元可以进一步包括至少一个滚子，至少一个滚子被布置在容纳部底部处，通过至少一个滚子，光学单元能够沿着至少第一方向滚动，第一方向对应于滚动方向。 [0022] 当在此提到滚动方向时，是指第一方向。例如，在在此限定的坐标系中，该滚动方向或第一方向对应于x方向。 [0023] 至少一个滚子可以被布置在容纳部底部上，使得至少一个滚子部分地凹入容纳部底部中。例如，滚子的旋转轴线可以在光学单元内或至少在容纳部底部内延伸。然而，除此之外，滚子可以以任何方式布置在容纳部底部上，使得滚子允许光学单元能够进行期望的滚动运动。滚子可以是基本上圆柱形的形状。滚子可以实现沿滚动方向进行基本上线性的滚动运动。尽管在下文中将引入滚子只能沿一个滚动方向移动的限制，但是也可以提供使得能够沿一个以上的滚动方向(例如沿平面内的任何方向)进行滚动运动的滚子。为此，滚子例如可以围绕轴线可旋转地安装，该轴线垂直于滚子的相应的滚动轴线，或者滚子可以被设计为球。当在下文中提到(一个)滚动方向时，该滚动方向是沿着x‑y平面中的x轴线限定的。可替代地，滚动方向也可以沿着y轴线限定。 [0024] 布置至少一个滚子可以使得光学单元能够在用于制造三维工件的设备的接纳部分上(在x‑y平面内)滚动，使得将光学单元布置在接纳部分上(沿着z方向)不一定发生在光学单元的预期的端部位置的位置处。然而，由于光学单元可能沉重和/或庞大，将光学单元初始装载到用于制造三维工件的设备上可能是困难且昂贵的。此外，各个光学单元原则上可以互换，使得即使在初始组装之后也能够移除各个光学元件以进行维修或维护，或者能够替换这些光学元件(例如在出现故障之后，或者如果光学元件具有不同的特性，则需要例如不同的波长或激光功率)。然而，在现有技术中，在不必完全移除或至少改变其他光学单元(除了待替换的光学单元之外)的位置的情况下，这种替换通常是不可能的。这使得光学单元的移除和安装变得困难且昂贵。对于这种情况，在此提出的至少一个滚子提供了光学单元可以横向地(沿着滚动方向)“滚入”的改进。 [0025] 光学单元可以具有布置在容纳部底部处的至少三个滚子，至少三个滚子中的全部滚子沿着垂直于滚动方向的方向彼此偏移。 [0026] 换言之，该偏移表示这些至少三个滚子中没有沿着同一直线(沿x方向)延伸的两个滚子。然而，各个滚子沿其延伸的直线可以沿着x方向彼此平行并且彼此间隔开(沿着y方向)。除了至少三个偏移的滚子之外，可以布置附加滚子，附加滚子也如上所述地进行偏移或者相对于至少三个滚子中的一个滚子没有偏移(沿y方向)。如果布置至少三个偏移的滚子，则可以在设备的接纳部分中为滚子中的每个滚子布置相关的凹槽。 [0028] 仅为了清楚起见，应当说明，为了本发明的目的，容纳部底部也被理解为当容纳部底部完全被上述开口占据时(即当孔由侧壁限定时)的容纳部底部。孔可以用激光可穿透的材料(例如玻璃)来填充，但是孔也可以被设计成材料可透过的开口。 [0029] 根据第二方面，本发明涉及用于通过射束熔融工艺来制造三维工件的设备。该设备包括：用于接纳原材料的多个层的承载部；接纳部分，该接纳部分被布置在承载部上方，并且具有布置在接纳部分中的至少一个凹槽；以及根据第一方面的光学单元。光学单元的至少一个滚子和接纳部分的至少一个凹槽被构造成使得至少一个滚子能够沿着至少一个凹槽滚动并且由至少一个凹槽引导。 [0030] 例如，凹槽可以沿着直线延伸，特别地沿着在此限定的x方向延伸。例如，凹槽可以具有基本上矩形的横截面。凹槽的底部表面可以平行于x‑y平面，使得光学单元的相关滚子可以沿着x方向在凹槽的底部表面上滚动。 [0031] (确切地说)对于光学单元的滚子中的每个滚子，可以在接纳部分中布置一个相关的凹槽。例如，如果光学单元具有三个滚子，则可以在接纳部分中布置三个相关的凹槽。 [0032] 然而，可替代地，可以布置能够在同一凹槽中一起被引导的至少两个滚子。这样，例如光学单元可以有四个滚子，其中，四个滚子中的相应的两个滚子可以在共同的凹槽中被引导。 [0033] 至少一个凹槽在凹槽的端部部分处可以具有凹部，以接纳光学单元的相关的滚子，凹部相对于凹槽的底部表面布置。 [0034] 更特别地，凹槽可以是在接纳部分中的“凹陷”或凹部，凹槽的底部表面比接纳部分的表面处于更低的水平(在Z方向上)。从底部表面的该水平开始，在凹槽的端部部分处沿着Z方向提供另外的凹部。该凹部可以用于使得相关的光学单元能够接合在端部位置。通过该端部位置，光学单元不能通过仅沿x方向滚动来移除，因为另外还需要从凹部中移除滚子(沿x方向)。对于光学单元的每个滚子，可以在相关的凹槽中布置凹部。 [0035] 凹部可以被构造成使得当相关的滚子被凹部接纳并且光学单元处于端部位置时，相关的滚子不接触凹部的底部。因此，在端部位置，接纳部分的表面和光学单元的容纳部底部可以相互接触。在端部位置，光学单元因此被接合并且平坦稳定地靠置在接纳部分的表面上。 [0036] 倾斜的过渡表面可以被布置在凹槽的底部表面和凹部之间。 [0037] 过渡表面可以是例如斜坡。过渡表面可以是倾斜的平面，也可以是弯曲的。滚子可以在过渡表面上滚入凹部，再滚出凹部。 [0038] 该设备可以进一步包括至少一个紧固件，该紧固件适于插入到光学单元的容纳部底部的孔中，以将光学单元紧固到设备的接纳部分上。 [0040] 可替代地或者除了所布置的凹部之外，光学单元的至少一个滚子或多个滚子可以被弹性地支撑。这样，通过对光学单元的上表面(沿z方向向下)施加压力，可以使接纳部分的表面和光学单元的容纳部底部在最终位置处彼此接近并最终接触。 [0041] 接纳部分可以具有开口，该开口对于射束是可穿透的，并且在光学单元的端部位置处适于至少部分地与光学单元的开口重叠，使得射束能够被引导穿过光学单元的开口以及接纳部分的开口。 [0042] 端部位置可以是光学单元被紧固到接纳部分的紧固状态。例如，接纳部分的开口可能只是凹部。然而，也可以在开口中布置激光射束可穿透的嵌板(例如玻璃嵌板)。该开口用于使得激光射束能够从光学单元穿过接纳部分被引导到原材料上。 [0043] 可以布置密封件，该密封件围绕接纳部分的开口延伸和/或围绕光学单元的开口延伸。 [0044] 密封件可以用于为接纳部分下方的建造腔室提供气密密封，使得没有气体能够从建造腔室逸出到环境和/或光学单元中。 [0045] 设备可以包括侧面相接地布置的多个根据第一方面的光学单元。 [0046] 光学单元可以沿着垂直于滚动方向的方向(例如，沿着y方向)侧面相接地布置。此外或可替代地，光学单元可以沿着滚动方向(例如，沿着x方向)侧面相接地布置。特别地，例如，预定数量的(例如，6个)光学单元可以沿着y方向侧面相接地布置在第一行中，并且相同的预定数量的光学单元可以沿着y方向布置在第二行中，这两行沿着x方向侧面相接地布置。 [0047] 根据第三方面，本发明涉及在通过射束熔融工艺来制造三维工件的设备中使用的光学单元。该光学单元包括：射束光学器件，该射束光学器件用于产生射束并且将射束引导到预定位置；容纳部，该容纳部具有容纳部底部以及布置在容纳部底部中的开口，该开口对于射束是可穿透的，使得射束能够穿过开口；以及至少一个滚子，至少一个滚子被布置在容纳部底部处，通过至少一个滚子，光学单元能够沿着至少一个滚动方向滚动。 [0048] 以这种方式形成的光学单元也可以独立于权利要求1中限定的特征的组合来被要求保护。特别地，对于以这种方式形成的光学单元，如下的特征不是必需的：光学单元包括下部部段和上部部段，下部部段包括容纳部底部并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，上部部段连接到下部部段并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，其中，下部部段和上部部段彼此偏移地布置，使得下部部段侧壁中的第一侧壁与上部部段侧壁中的第一侧壁不在同一平面中延伸，并且下部部段侧壁中的第二侧壁与上部部段侧壁中的第二侧壁不在同一平面中延伸。 [0049] 在根据本发明的第三方面的光学单元中也可以提供以上结合本发明的第一方面和第二方面描述的特征。 [0050] 特别地，光学单元可以包括布置在容纳部的底部处的至少三个滚子，至少三个滚子中的全部滚子可以沿着垂直于滚动方向的方向彼此偏移。 [0051] 容纳部的底部可以包括适于接纳紧固件的孔。 [0052] 光学单元可以包括下部部段和上部部段，下部部段包括容纳部的底部并且具有各自平行于滚动方向延伸的两个侧壁，上部部段连接到下部部段并且具有各自平行于滚动方向延伸的两个侧壁。下部部段和上部部段彼此偏移，使得下部部段的侧壁中的第一侧壁与上部部段的侧壁中的第一侧壁不在同一平面中延伸，并且下部部段的侧壁中的第二侧壁与上部部段的侧壁中的第二侧壁不在同一平面中延伸。 [0053] 通常，在此描述的光学单元可以被构造成位于两个另外的相同的光学单元之间，使得各个光学单元的侧壁彼此相邻。 [0054] 例如，具有以上描述的形状的、有下部部段和上部部段的光学单元可以被构造成使得另外的相同的光学单元可以与该光学单元相邻地布置，使得该光学单元的下部部段的第二侧壁与另外的光学单元的下部部段的第一侧壁相邻地布置，并且该光学单元的上部部段的第二侧壁与另外的光学单元的上部部段的第一侧壁相邻地布置。 [0055] 下部部段的侧壁可以彼此平行，上部部段的侧壁也可以彼此平行。独立于此，第一连接表面可以将下部部段的第一侧壁连接到上部部段的第一侧壁，第二连接表面可以将下部部段的第二侧壁连接到上部部段的第二侧壁。 [0056] 根据第四方面，本发明涉及用于通过射束熔融工艺来制造三维工件的设备。该设备包括：用于接纳原材料的多个层的承载部；接纳部分，该接纳部分被布置在承载部上方，并且具有布置在接纳部分中的至少一个凹槽；以及根据第三方面的光学单元。光学单元的至少一个滚子和接纳部分的至少一个凹槽被构造成使得至少一个滚子能够沿着至少一个凹槽滚动并且由至少一个凹槽引导。 [0057] 这样形成的光学单元也可以独立于在权利要求7中限定的特征组合来限定。特别地，对于这样形成的光学单元，如下的权利要求1的特征不是必需的：光学单元包括下部部段和上部部段，下部部段包括容纳部底部并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，上部部段连接到下部部段并且具有各自平行于第一方向延伸的两个侧壁，其中，下部部段和上部部段彼此偏移地布置，使得下部部段侧壁中的第一侧壁与上部部段侧壁中的第一侧壁不在同一平面中延伸，并且下部部段侧壁中的第二侧壁与上部部段侧壁中的第二侧壁不在同一平面中延伸。 [0058] 在根据本发明的第四方面的设备中也可以提供以上结合本发明的第一方面、第二方面以及第三方面描述的特征。 [0059] 特别地，(确切地)可以在接纳部分中为光学单元的滚子中的每个滚子布置相关的凹槽。 [0060] 至少一个凹槽在凹槽的端部部分处可以具有凹部，以接纳相关的光学单元滚子，凹部相对于凹槽的底部表面布置。 [0061] 凹部可以被构造成使得当相关的滚子被凹部接纳并且光学单元处于端部位置时，相关的滚子不接触凹部的底部。 [0062] 倾斜的过渡表面可以被布置在凹槽的底部表面和凹部之间。 [0063] 该设备可以进一步包括至少一个紧固件，该紧固件适于插入到光学单元的容纳部底部的孔中，以将光学单元紧固到设备的接纳部分上。 [0064] 接纳部分可以包括开口，该开口对于射束是可穿透的，并且在光学单元的端部位置处适于至少部分地与光学单元的开口重叠，使得射束能够被引导穿过光学单元的开口以及接纳部分的开口。 [0065] 可以提供密封件，该密封件围绕接纳部分的开口延伸和/或围绕光学单元的开口延伸。 [0067] 下面将参照附图对本发明进行说明。在所示的附图中示出了： [0068] 图1：多个光学单元的透视图，这些多个光学单元在接纳部分上布置成两行； [0069] 图2：光学单元的容纳部底部的底部视图，其中，示出了在容纳部底部中的开口以及三个滚子； [0070] 图3：布置在接纳部分上的单个光学单元的透视图； [0071] 图4：图3中的情况的顶部视图； [0072] 图5：侧面相接地布置在接纳部分上的多个光学单元的前部视图； [0073] 图6：在端部位置处的光学单元的侧视图，其中，光学单元的滚子由接纳部分的凹槽的凹部接纳；以及 [0074] 图7：穿过光学单元的y‑z平面的截面，其中，示出了孔和紧固件。 具体实施方式[0075] 图1示出了根据本发明的用于制造三维工件的设备2的一部分的实施例。所描绘的部分示出了位于承载部6上方的区域，在设备2的正在进行的建造过程中，原材料被施加到承载部上。因此，在正在进行的建造过程中，原材料的顶部层位于平面4内。原材料可以包括例如粉末、颗粒和/或液体。原材料可以包括例如金属、陶瓷和/或塑料材料，或这些材料的混合物。设备2所使用的射束熔融技术(例如，选择性激光熔融或选择性激光烧结)是例如从上述现有技术文献中已知的，并且在此仅参照粉末床中的选择性激光熔融进行简要说明。 [0076] 首先，将原材料粉末的第一层施加到承载部6，并且通过一个或多个激光射束以特定位置的方式进行照射，使得粉末的期望区域固化。随后，在粉末的前一层的顶部上施加粉末的另外的层，并且对该最上层进行再次照射和固化。为了使最上层与一个或多个光学单元之间的距离始终保持恒定，可以在正在进行的建造过程期间(沿着z方向)降低承载部6和/或升高一个或多个光学单元10。这样，待制造的三维工件就逐层地建造起来了。随后，未固化的粉末可以被移除并且可选择地重复使用。 [0077] 图1示出了用于接纳多个光学单元10的接纳部分8。更特别地，所示的接纳部分8能够接纳所示的12个光学单元10。在所示的实施例中，接纳部分8表示被布置在设备2的建造腔室的天花板区域中的板状的元件，或者表示该天花板。所示的光学单元10中的每个光学单元被构造成将激光射束向下(即，通过接纳部分8的开口)照射到原材料所在的平面4上。所示的光学单元10中的每个光学单元包括射束光学器件11(示意性地示出)。射束光学器件 11包括扫描单元，利用该扫描单元，由光学单元10形成的激光射束可以扫描横跨平面4。此外，光学单元10的射束光学器件11中的每个射束光学器件包括聚焦单元，该聚焦单元适于沿射束方向改变相应的激光射束的聚焦位置。在图1中，示出了代替光学单元10的各个激光射束的射束椎体12，该射束椎体表示光学单元10的全部激光射束可以到达的全部空间。因此，平面4内的射束椎体12的基部示出了承载部6上的能够被光学单元10的激光射束到达的示例性区域。 [0078] 在该全部公开的上下文中如下地限定笛卡尔坐标系：接纳部分8的表面限定了x‑y平面，其中，如在下文将进一步描述的，用于插入光学单元10的凹槽沿着x轴线延伸。平行于该x‑y平面的是顶部原材料层的平面4，同样平行于该x‑y平面的是承载部6的表面。z方向垂直于x‑y平面。当在此提到光学单元10或接纳部分8被布置在承载部6的上方时，可能表示相应的元件沿正的z方向与承载部6间隔开。 [0079] 光学单元10被布置在接纳部分8上，以提供两行光学单元10，其中，光学单元10的两行沿着y方向彼此相邻地布置，并且这两行彼此平行并且相对于x方向彼此间隔开，使得光学元件10的一行的端部面面对光学元件10的另一行的端部面。光学元件10的端部面是光学单元10的在y‑z平面中延伸的面。 [0080] 图2示出了从下方看(沿着正的z方向看)的光学单元10的视图。光学单元10包括容纳部14，该容纳部容纳了包括多个光学元件(例如激光射束源、扫描单元等)的射束光学器件11。容纳部14包括在x‑y平面内延伸的容纳部底部16。在下文中，将结合以下附图来描述光学单元10的几何形状的进一步细节，该几何形状基本上由容纳部14确定。 [0081] 在容纳部底部16上进一步布置三个滚子18，这三个滚子适于使光学单元10沿着x方向滚动。为此，滚子在z方向上以预定距离从容纳部底部16突出。在所示的实施例中，滚子18在形状上基本上是圆柱形的，并且使得只能够在x方向上移动。然而，例如也可以布置可以围绕Z轴线旋转的滚子，使得能够在x‑y平面内进行任何滚动移动。如图2中所示，三个滚子18相对于y方向彼此偏置。此外，滚子18也相对于x方向彼此偏置。布置至少一个滚子18有利于使得光学单元10能够横向地“滚入”。然而，具有在此提出的改进的几何形状的不包括滚子的光学单元的实施例也是可能的。例如，这些光学单元10可以从上方(沿着z方向)插入，或者可以沿着容纳部底部16横向地插入。可替代地或另外地，滚子或滑动元件也可以被布置在容纳部底部16以外的位置处。 [0082] 容纳部底部16具有开口20。该开口20是可以被光学单元10的激光射束穿透的开口，因此对于激光射束，该开口是可穿透的。所示的实施例的开口20包括玻璃嵌板，该玻璃嵌板对于激光射束是可穿透的。 [0083] 此外，容纳部底部16具有沿Z轴线延伸到容纳部底部中的三个孔22。紧固件(例如螺栓或螺钉)可以穿过这些孔22中的每个孔插入以将光学单元10固定到接纳部分8。为此，在接纳部分8中还为光学单元10中的每个光学单元布置三个对应的孔。 [0084] 在图2中进一步示出了从光学单元10的下部部段的侧壁延伸到上部部段的侧壁的过渡表面24。 [0085] 图3示出了接纳部分8和布置在其上的单个光学单元10的透视图。光学单元10位于端部位置，即位于其准备使用的位置。可选地，光学单元10可以例如通过紧固件固定在该端部位置。在图3中可以进一步看出，对于每个光学单元10，在接纳部分8的表面中布置有三个凹槽26。因此，每个光学单元10的凹槽26的数量对应于滚子18的数量，以为每个滚子18布置相关的凹槽26。为了清楚起见，在图3中，仅为用于光学单元10中的一个光学单元的三个凹槽26提供了附图标记。 [0086] 凹槽26相对于穿过y‑z平面的截面具有矩形横截面。凹槽26中的每个凹槽平行于x方向。凹槽26用于使得光学单元10能够(从上方，即沿着z方向)被布置在接纳部分8的凹槽26上的一个位置处，然后沿着x方向滚动到其相应的端部位置。凹槽26也可以朝向x方向敞开，使得滚子18也可以从x方向插入到相应的凹槽26中。因此，所示的光学单元10已经从左侧(即沿x方向)插入，并且因此被带到其最终位置。更特别地，光学单元10首先沿Z方向被布置在三个凹槽26上，然后沿X方向移动，使得光学单元10的各个滚子18在相应的凹槽26中滚动并由相应的凹槽引导。 [0087] 图3进一步示出，对于光学单元10中的每个光学单元，在接纳部分8中布置有相关的开口28。开口28被构造成使得：在相关的光学单元10的端部位置，容纳部底部16的开口20与接纳部分8的开口28重叠，使得激光射束可以穿过两个开口。类似于容纳部底部16的开口20的情况，开口28可以仅仅是凹部，或者可以布置嵌板(例如玻璃嵌板)以覆盖开口28并且特别地以气密的方式对开口进行密封。此外，可以布置围绕开口28的密封环，使得在光学单元10已经布置就位之后，没有气体可以从开口28或其下方的建造腔室逸出到环境中。可替代地或另外地，可以布置密封环，该密封环围绕光学单元10的容纳部底部16的开口20。 [0088] 图4以平面视图示出了与图3相同的情况。从该视角来看，可以更好地看到凹槽26以及接纳部分8的开口28的布置。在图3中可以看到，对于12个光学单元10，布置了12个相关的位置保持部(即，光学单元10的可能的位置)，位置保持部中的每个位置保持部具有开口28以及布置在接纳部分8上的三个凹槽26。位置保持部被布置成使得可以在接纳部分8上布置两行光学单元10，这两行各自沿y方向延伸。因此，各个光学单元10的端部面(即位于y‑z平面中的面)彼此相邻。同样地，在各个行中，光学元件10的侧壁彼此相邻，如将结合图5进行描述的。 [0089] 图5示出了侧面相接地布置在接纳部分8上的六个光学单元10的行的前部视图。所有的光学单元10在其容纳部14的几何形状方面是相同的。为此，下文通过示例的方式来描述这些容纳部14中的一个容纳部的几何形状。图5示出了沿着x轴线的观察方向的视图，并因此示出了光学单元10的端部面30，端部面垂直于滚动方向(x方向)延伸并且位于y‑z平面中。端部面30可以抽象地描述为s形。光学单元10具有下部部段32，该下部部段包括容纳部底部16。在下部截面32上方(即沿z方向的上方)是光学单元10的上部部段34。下部部段32具有第一侧壁36和第二侧壁38，第一侧壁和第二侧壁都平行于滚动方向(x方向)并且第一侧壁和第二侧壁中的每个都位于x‑z平面中。上部部段34还具有第一侧壁40和第二侧壁42，第一侧壁和第二侧壁都平行于滚动方向(x方向)延伸，并且各自位于x‑z平面中。下部部段32的第一侧壁36和上部部段34的第一侧壁40彼此平行地延伸，并且沿y方向彼此偏移一定距离d。类似地，下部部段32的第二侧壁38和上部部段34的第二侧壁42彼此平行地延伸，并且沿y方向彼此偏移相同的距离d。下部部段32的第一侧壁36和上部部段34的第一侧壁40通过倾斜的第一连接表面44连接，该第一连接表面平行于滚动方向(x方向)延伸。下部部段32的第二侧壁38和上部部段34的第二侧壁42连接倾斜的第二连接表面24，该第二连接表面平行于滚动方向(x方向)。在所示的实施例中，两个连接表面44和24彼此平行。 [0090] 如图5所示，光学单元10通过其如上所描述的几何形状可以以如下的方式布置成彼此相邻的行。第一光学单元10的下部部段32的第一侧壁36与相邻的第二光学单元10的下部部段32的第二侧壁36相邻地布置。同样地，第一光学单元10的上部部段34的第一侧壁40与第二光学单元10的上部部段34的第二侧壁42相邻地布置。同样地，相邻的光学单元10的连接表面44和24彼此相邻地布置。上文描述的相邻表面(或壁)之间的距离可以被选择成尽可能小，即，各个表面可以直接地彼此相邻，并且如果需要甚至可以彼此接触。然而，为了便于光学元件10沿x方向进行插入，理想地在各个表面之间提供窄的空气间隙。 [0091] 通过光学单元10的布置的以上描述，可以清楚地看出，光学单元10中的沿y方向在两侧与其他光学单元10相邻地布置的一个光学单元不能容易地从其最终位置沿Z方向移除(即提升)。类似地，不易将光学单元10从上方插入间隙中。为此，除其他外，布置在此描述的使得能够沿x方向插入的滚子18和凹槽26可能是有利的。 [0092] 图6示出了光学单元10的滚子18的侧视图，其中，光学单元10处于其端部位置。图6示出了光学单元10的三个滚子18中的仅一个滚子的示例，另一个滚子18的相应的相关的滚子26具有类似的设计。图6示出了与滚子18相关的凹槽26的端部部分。 [0093] 凹槽26在其端部部分处具有凹部48(沿Z方向)。如图6所示，凹部48可以接纳光学单元10的滚子18。相对于凹槽26的底部表面50布置凹部48。更特别地，凹槽26相对于接纳部分8的表面52已经构成了具有深度tn的“凹部”，并且凹部48相对于凹槽26的底部表面50形成(另外的)凹部。相对于接纳部分8的表面52，凹部48具有大于深度tn的深度tv。 [0094] 如图6所示，当光学单元10处于其端部位置并且滚子18被凹部48接纳时，滚子18不接触凹部48的底部54。形象地说，滚子18悬浮在空气中。这是因为滚子18从容纳部底部16突出的距离tr小于凹部的深度tv。因此，在这种情况下，容纳部底部16靠置在接纳部分8的表面52上。从该状态开始，必须克服一定的初始力以将光学单元10再次从其凹部中滚出。 [0095] 倾斜的过渡表面56被布置在凹槽26的底部表面50和凹部48之间。滚子18可以在该倾斜的过渡表面56上滚入和滚出凹部48。因此，过渡表面56也可以被称为斜坡。在所示的实施例中，过渡表面是倾斜的平面。 [0096] 为了提供光学单元10到接纳部分8的附加固定，在光学单元10的最终位置处，螺钉58转动穿过光学单元10的孔22并且穿过接纳部分8的对应的孔，使得光学单元10牢固地连接到接纳部分8。这在图7的截面图中示出。 [0097] 单个的光学单元10可以按照以下方式从其端部位置移除。为此，首先松开螺钉58。然后，光学单元10可以沿着x方向在接纳部分8上滚动。因此，即使光学单元10在三个侧面上被另外的光学单元10包围，也能够进行横向移除。以类似的方式，光学单元10可以在维修或另一光学单元10之后重新插入到间隙中，而不必移除相邻的光学单元10。 [0098] 因此，通过以上描述的技术，提供了用于光学单元10的改进的几何形状，使得光学单元能够以节省空间的方式布置在接纳部分8上。 |
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