本公开涉及到使用不同的原材料粉末的生长性分层构造方法及其设备，特别是借助于选择性激光熔化(英语：laser powder bed fusion(激光粉末床融合)，lpbf)。此外，本公开还涉及一种该设备用来执行该方法的、软件和/或硬件形式的控制程序。
背景技术：
1、利用生长性分层构造方法制造三维工件通常被称为3d打印。生长性分层构造方法的一种特殊形式是选择性激光熔化，其中是将要处理的材料以粉末的形式薄层化地施加在基板上。粉末状原料是选择性地、即特定于地点地通过激光射束来熔化或烧结，并在硬化(erstarrung)后形成工件的层。只要工件层制成，基板就降低一层厚度，并被施加用于下一层的原材料粉末，该原材料粉末然后又通过激光射束被选择性地熔化或烧结。重复此过程，即所谓的“构造作业”，直到所有熔化的工件层一起形成三维工件。在构造作业期间，底板(bodenplatte)在工件空间中一步步地下降，该工件空间在周向上被工件空间边框包围。亦即，工件空间在构造作业进程中随着三维工件的生长而增大，其中工件空间的没有被三维工件填充的容积由未熔化的原材料粉末来填充。例如，陶瓷材料、金属材料或塑料材料可以用作材料粉末，或者是它们的材料混合物，或者是由不同类型的陶瓷材料、金属材料或塑料材料组成的混合物。
2、用于制造工件的生长性分层构造方法所用的设备通常不限于只使用一种类型的原材料粉末来运行。一些多材料型设备可以用两种或更多种不同的原材料粉末制造工件，但是这些不同的原材料粉末在设备中是彼此分开引导的(参见例如专利文献wo2014/111072a1)。无论是单材料型设备还是多材料型设备，都可以使用不同类型的原材料粉末用于不同的构造作业。然而，针对新的构造作业，在设备的同一原材料粉末引导部中能够使用与先前构造作业不同的原材料粉末之前，通常必须对设备的相应原材料粉末引导部进行彻底清洁，以便使新工件不会具有难以忍受的高残留含量的先前原材料粉末。为了能够确保工件的高材料质量，根据原材料粉末的不同，相应污染的边界可能会非常严格。
3、然而，彻底清洁设备通常需要非常大的人工工作量，其中设备的许多零件必须被拆卸、单个地手动抽吸和/或清洁，最后再重新组装。根据设备的大小，这可能需要经过专门培训和经验丰富的人员数小时甚至数天的时间。除了相应的清洁成本之外，还增加了设备无法运行期间的运行停机成本。
技术实现思路
1、因此，本公开的目的是减少在使用不同原材料粉末的两个构造作业之间用于清洁设备的时间和成本。
2、本公开的目的通过根据独立权利要求之一的设备、生长性分层构造方法和控制程序来实现。优选的实施方式可以由从属权利要求、说明书和附图中得出。
3、根据本公开的第一方面，提供一种设备，用于选择性地：
4、-在第一构造作业中，利用生长性分层构造方法，通过至少一种第一
5、原材料粉末制造至少一个第一工件；以及
6、-在第二构造作业中，利用生长性分层构造方法，通过至少一种第二
7、原材料粉末制造至少一个第二工件，
8、其中，该设备具有至少一个用于在构造作业期间引导第一和/或第二原材料粉末的原材料粉末引导部，其特征在于，
9、该设备具有清洁运行模式，在该清洁运行模式下，在第一构造作业与第二构造作业之间，引导一清洁数量的第二原材料粉末至少通过原材料粉末引导部的一区段，并且将包含第一原材料粉末的残留部分的原材料粉末混合物从原材料粉末引导部的该区段中排出。
10、原材料粉末引导部包括设备的所有与相应原材料粉末接触的部件。原材料粉末可以例如借助于重力沿着原材料粉末引导部被机械地和/或流体性地输送。原材料粉末引导部的在清洁运行模式下被清洁数量的第二原材料粉末穿过的区段可以在整个原材料粉末引导部上延伸，或者仅延伸经过其一个或多个部分。原材料粉末引导部可以可选地包括回收系统(recycling-system)，使得至少部分原材料粉末通过原材料粉末引导部被循环输送。据此，原材料粉末引导部的在清洁运行模式下被清洁数量的第二原材料粉末穿过的区段特别是延伸经过该回收系统。多材料型设备可以具有多个彼此基本分开的原材料粉末引导部。在这种情况下，可以相应独立地将一个、多个或全部原材料粉末引导部中的至少一个区段设置为清洁运行模式。特别地，在不事先拆下原材料粉末引导部的部件并且必须随后将其再次组装的情况下，原材料粉末引导部的利用过压或负压沿着管路流体性输送原材料粉末的区段是很难或者根本不能手动清洁的。因此，这种清洁运行模式对于这样的原材料粉末引导部区段是特别有利的。
11、优选地，原材料粉末引导部的在清洁运行模式下待清洁的区段穿过处理室，原材料粉末在构造作业期间在该处理室中逐层地作为粉末床被选择性地熔化。可选地，在清洁运行模式下，也将清洁数量的第二原材料粉末逐层地作为粉末床供应给处理室，并且将原材料粉末混合物从处理室中排出。然而，与构造作业不同的是，粉末床在清洁运行模式下不是被选择性地熔化。这样做的优点在于：仅是通过运行(aufspielen)或执行软件更新就可以将现有的传统设备适配为，能够执行根据本发明的清洁运行模式，而不必适配或改变设备的硬件。
12、亦即，在清洁运行模式下，第二原材料粉末有利地以与构造作业期间相同的方式被输送通过设备，不同之处在于没有运行激光器来选择性地熔化粉末床。因此，清洁运行模式可以称为“无功率的”虚拟构造作业或者“0瓦构造作业”。清洁数量的第二原材料粉末通过以下方式净化了至少原材料粉末引导部的在清洁运行模式下待清洁的区段：即，第二原材料粉末夹带第一原材料粉末的可能的残留部分并混入到该清洁数量中。由此，原材料粉末引导部的在清洁运行模式下待清洁区段中的第一原材料粉末的残留部分与第二原材料粉末一起作为原材料粉末混合物排出。亦即，通过该清洁运行模式，使得在所有不同原材料粉末的两个构造作业之间的清洁自动化，这显著减少了清洁的时间和成本。特别是对于较大的设备和/或具有原材料粉末自动回收、即原材料粉末循环引导的设备，这种清洁运行模式相对于手动清洁的优点可能是巨大的。
13、还可以设想，原材料粉末引导部的待清洁区段虽然被引导穿过处理室，但是在清洁运行模式下不形成粉末床。与清洁运行模式下的构造作业相反，清洁数量的第二原材料粉末可以直接落入溢流部或收集容器中和/或被运走。为此，可以相应地控制在构造作业中铺设粉末床的涂层器，使得在清洁运行模式下直接输送到溢流部或收集容器中。还有这样的设备，其中溢流部或收集容器在粉末床的一侧或两侧直接位于缓冲器的下方，在铺设粉末床的构造作业中从该缓冲器填充涂层器。在这种设备中，可以考虑在清洁运行模式下，使清洁数量的第二原材料粉末直接从缓冲器落入溢流部或收集容器中。在此，涂层器可以定位在二者之间并向下敞开也被冲洗，或者从原材料粉末引导部中移出以避免被冲洗。替代地或附加地，也可以考虑在清洁运行模式下，当用于粉末床的底板例如定位在工件容器中降低的位置时，将清洁数量的第二原材料粉末直接输送到定位在处理室下方的工件容器中。该清洁运行模式也可应用在这样的设备中：在该设备中，原材料粉末在构造作业期间是在粉末床的侧面向上输送为粉末堆，并用刮板形式的涂层器将粉末堆侧向平滑地涂覆成粉末床。
14、然而，清洁运行模式的主要目标是清洁设备的原材料粉末引导部中那些难以或根本无法手动清洁的部件，而不需要先拆卸设备的部件并随后再次组装。它们例如是输送原材料粉末的管道。根据处理室的结构和可接近性，处理室，必要时包括缓冲器、涂层器和溢流部，可以在不拆卸零件的情况下相对容易地手动清洁。因此，清洁数量的第二原材料粉末在清洁运行模式下不一定必须穿过处理室。例如，可以提供清洁旁路以引导清洁数量的第二原材料粉末通过处理室，从而缩短清洁循环的持续时间。
15、虽然清洁数量的第二原材料粉末可能会被第一原材料粉末的残留部分污染，致使排出的原材料粉末混合物必须在通过之后丢弃并且不能再次使用。但是近年来许多原材料粉末的成本急剧下降，因此清洁数量的第二原材料粉末的成本现在远低于清洁和运行停机成本。此外，除了清洁运行模式之外，还可以在不拆卸零件的情况下预先对所有容易接近的设备部件、特别是处理室进行快速、手动的粗清洁，以使第一原材料粉末的残留部分最小化。这可以由不太专业的和经验丰富的人员在几分钟内完成，例如通过抽吸。如果从原材料粉末引导部的区段中排出的原材料粉末混合物中的污染物低于容许限值，则原材料粉末混合物甚至可以用于第二构造作业或其它作业。
16、可选地，该设备可以被设计为在清洁运行模式下将工件空间的底板保持在限定的位置。亦即，与构造作业不同，在清洁运行模式期间，工件空间不会向下扩大。该限定的位置可以是位于最上面的零位置，工件空间在该零位置上实际上保持封闭并且在底板上没有形成粉末床。在此，清洁数量的第二原材料粉末被直接输送到溢流部或收集容器中。如果该限定位置例如低于层厚，则即使形成了粉末床，但是在第一层之后施加到粉末床的每一层在清洁运行模式下都会有利地几乎完全从粉末床向下移动并从处理室中排出。由于原材料粉末在清洁运行模式下在层涂覆作业之间不被选择性地熔化，因此在层涂覆作业之间的时间段在清洁运行模式下可以比在构造作业中短得多。层涂覆和层刮除可以直接无缝接续地进行，这加快了清洁运行模式。当在清洁运行模式下根本没有层作为粉末床施加在底板上，而是直接被输送到溢流部或收集容器中时，清洁运行模式可以进一步加速。如果底板的限定位置是工件容器中相对较深的位置，即，工件空间在清洁运行模式下形成向上敞开的体积时，则在清洁运行模式下可以直接输送到工件空间中，即，工件空间在清洁运行模式下可以用作原材料粉末混合物的收集容器。
17、可选地，第二原材料粉末的清洁数量可以是第二构造作业所需第二原材料粉末数量的最大30％、优选最大10％。该清洁数量可以取决于设备以及第一和/或第二原材料粉末。在此可以设定一经验值，该经验值根据设备以及根据第一和/或第二原材料粉末而称为充足清洁数量，以使第一原材料粉末在原材料粉末混合物中的残留部分低于容许限值。可选地，第二原材料粉末的清洁数量可以是针对设备所规定的绝对最小清洁数量，例如5升。
18、可选地，可以预先设定在清洁运行模式下从原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物中第一原材料粉末的残留部分的上限。这也可以是零容忍(null-toleranz)，即，对于第一和第二原材料粉末的某些特定混合不再考虑清洁运行模式，因为只要通过彻底的手动清洁就能够达到该上限。污染容限越大，具有更少清洁数量和更短操作时间的清洁运行模式就越适用。污染容限越小，清洁运行模式的执行时间就越长和/或所选择的清洁数量就越大。
19、可选地，该设备可以被设计为，例如通过回收系统或手动地，在清洁运行模式下将从原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物一次或多次地重新供应给原材料粉末引导部的所述区段。这虽然延长了清洁运行模式的持续时间，但是更充分地利用了清洁数量。由于每次操作总是只有一小部分清洁数量被主动清洁，即，只夹带一小部分第一原材料粉末，因此可以显著减少残留在原材料粉末引导部的所述区段中的第一原材料粉末。还可以在多次操作之间对原材料粉末混合物进行清洁。这种中间清洁对于以下情况下是特别有意义的：即，第一和第二原材料粉末能够容易且可靠地彼此分离，例如在粒度差异很大的情况下通过筛分或过滤，或者例如其中一种原材料粉末比另一种更具铁磁性时以磁性分离的方式。
20、可选地，该设备还可以具有分析单元，该分析单元被设计为，确定在清洁运行模式下从原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物中的第一原材料粉末的残留部分。这对于能够证实或测量清洁效果是特别有利的。通过该分析单元可以检查该设备是否已被充分清洁。
21、可选地，该设备可以被设计为，在清洁运行模式下将从原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物多次或一直重新供应给原材料粉末引导部的所述区段，直至在清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物中第一原材料粉末的残留部分低于预定上限。这可以例如通过分析单元，在清洁运行模式期间或者在清洁运行模式结束时一次性地、定期地或连续地进行检查。替代地，这可以在实验室中通过取样进行随机样本检查。
22、可选地，该设备可以被设计为，当在清洁运行模式下从原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物中的第一原材料粉末的残留部分高于预定上限时，增加第二原材料粉末的清洁数量。为了减少第二原材料粉末的清洁数量的消耗，可能有利的是，首先将较小的清洁数量用于清洁运行模式，并且确定在清洁运行模式下从原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物中的第一原材料粉末的残留部分，以检查清洗结果。如果由于超过了上限而导致清洁数量不足，则可以增加清洁数量。然而，优选地，首先不是增加清洁数量，而是增加通过设备的原材料粉末引导部的待清洁区段的清洁数量的数量。
23、可选地，该设备可以使用预先选择的不同原材料分别作为第一和第二原材料粉末来操作，其中在预定义的分配矩阵(zuordnungsmatrix)中存储和/或能够调用作为第一和/或第二原材料粉末的两种不同原材料之间的残留部分相容度的比例(maβ)。在该分配矩阵中可以存储经验值、标称公差值、上限和/或否决。分配矩阵可以将精确定义的原材料彼此对应和/或形成原材料组。例如，一些原材料作为一组就其残留部分相容度而言可以表现相似或相同，因此该残留部分相容度适用于整个原材料组。例如，可以有一组铝基原材料粉末，例如alsi10mg、alsi7mg0.6和alsi9cu3，一组钛基原材料粉末，例如ti6al4v eli(等级23)、ta15、ti(等级2)，一组铜基原材料粉末，例如cuni2sicr、cusn10、cucr1zr，一组铁基原材料粉末，例如316l(1.4404)、15-5ph(1.4545)、17-4ph(1.4542)、1.2709、h13(1.2344)，一组镍基原材料粉末，例如hx、in625、in718、in939，以及一组钴基原材料粉末，例如cocr 281s、medident。替代地或附加地，分配矩阵可以按照粒度对原材料分组，将粒度组彼此对应并包含相应的残留部分相容度。分配矩阵可以存储在设备本身和/或存储在外部，例如存储在外部服务器中或存储在云中，并且能够通过数据链接从设备调用。
24、作为分配矩阵中的条目的残留部分相容度可以例如是介于0和1之间的绝对值或相对值，或者是表示在清洁运行模式下从原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物中第一原材料粉末的容许残留部分的比例的百分比。这可以例如是体积比、重量比或数量比。两种原材料之间的残留部分相容度也可以是零，即，当特定的第二原材料跟在特定的另一种第一原材料之后时，清洁运行模式可能并不足以实现清洁。在非常低的残留部分相容度或残留部分相容度为零的情况下，彻底的手动清洁可能是不可或缺的。
25、根据本公开的第二方面，提供一种借助于一设备执行的生长性分层构造方法，用于选择性地：
26、-在第一构造作业中，通过至少一种第一原材料粉末制造至少一个第一工件；以及
27、-在第二构造作业中，通过至少一种第二原材料粉末制造至少一个第二工件，
28、其特征在于，在第一构造作业与第二构造作业之间按照清洁运行模式通过以下方式来清洁设备：将一清洁数量的第二原材料粉末供应给该设备的原材料粉末引导部的至少一区段，并且将包含第一原材料粉末残留部分的原材料粉末混合物从原材料粉末引导部的该区段中排出。
29、可选地，原材料粉末引导部的所述区段可以穿过处理室，并且在清洁运行模式下，一清洁数量的第二原材料粉末可以作为粉末床逐层地添加到处理室中，并且原材料粉末混合物可以从处理室中排出，而无需在清洁运行模式下选择性地熔化粉末床。
30、可选地，在清洁运行模式下，工件空间的底板可以保持在限定的位置。
31、可选地，第二原材料粉末的清洁数量可以是第二构造作业所需的第二原材料粉末数量的最大30％、优选最大10％。
32、可选地，第二原材料粉末的清洁数量可以是针对设备所规定的绝对最小清洁数量，例如5升。
33、可选地，可以预先设定在清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物中第一原材料粉末的残留部分的上限。
34、可选地，在清洁运行模式下，从原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物可以被一次或多次地重新供应到原材料粉末引导部的所述区段。
35、可选地，可以确定在清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物中第一原材料粉末的残留部分。
36、可选地，在清洁运行模式下，可以将从处理室中排出的原材料粉末混合物多次或一直重新供应给原材料粉末引导部的所述区段，直至在清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物中第一原材料粉末的残留部分低于预定的上限。
37、可选地，当在清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物中的第一原材料粉末的残留部分高于预定上限时，可以增加第二原材料粉末的清洁数量。
38、可选地，可以从所存储的预定义分配矩阵中调用作为第一和/或第二原材料粉末的两种不同原材料之间的残留部分相容度的比例。
39、根据本公开的第三方面，提供一种用于前述设备的控制程序，以执行前述的方法。该控制程序可以作为软件和/或硬件安装在设备中和/或在设备中执行。该控制程序特别是包含用于清洁运行模式的控制指令。该控制程序可以被设计为设备的现有控制程序的更新和/或附加模块。现有的设备可以在不改变设备硬件的情况下，仅通过安装和/或执行作为更新和/或附加模块的控制程序而被修改，从而使现有设备成为本文所公开的具有根据本发明的清洁运行模式的设备。
1.一种设备(1)，用于选择性地
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述原材料粉末引导部的所述区段穿过处理室(3)，并且在所述清洁运行模式下，所述清洁数量的第二原材料粉末(23)被逐层地作为粉末床(15)供应给所述处理室(3)，并且将所述原材料粉末混合物(9，23)从所述处理室(3)中排出，而所述粉末床(15)在所述清洁运行模式下不被选择性地熔化。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中，所述设备(1)被设计为在所述清洁运行模式下将工件空间(5，5′)的底板(28，28′)保持在限定的位置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述第二原材料粉末(23)的清洁数量是针对所述设备(1)所规定的绝对最小清洁数量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，预先设定在所述清洁运行模式下从所述原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物(9，23)中所述第一原材料粉末(9)的残留部分的上限。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)被设计为，在所述清洁运行模式下将从所述原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物(9，23)一次或多次地重新供应给所述原材料粉末引导部的所述区段。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，还具有分析单元，其中所述分析单元被设计为，确定在所述清洁运行模式下从所述原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物(9，23)中的所述第一原材料粉末(9)的残留部分。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备被设计为，在所述清洁运行模式下将从所述原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物(9，23)多次或一直重新供应给所述原材料粉末引导部的所述区段，直至在所述清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物(9，23)中所述第一原材料粉末(9)的残留部分低于预先设定的上限。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)被设计为，当在所述清洁运行模式下从所述原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物(9，23)中的所述第一原材料粉末(9)的残留部分高于预定的上限时，增加所述第二原材料粉末(23)的清洁数量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备能够使用预先选择的不同原材料分别作为第一和第二原材料粉末(9，23)来运行，其中在预定义的分配矩阵(35)中存储和/或能够调用作为第一和/或第二原材料粉末(9，23)的两种不同原材料之间的残留部分相容度的比例。
11.一种借助于设备(1)执行的生长性分层构造方法，用于选择性地
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述原材料粉末引导部的所述区段穿过处理室(3)，并且在所述清洁运行模式下，将一清洁数量的所述第二原材料粉末(23)作为粉末床(15)逐层地供应给所述处理室(3)，并且将所述原材料粉末混合物(9，23)从所述处理室(3)中排出，而所述粉末床(15)在所述清洁运行模式下不被选择性地熔化。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，在所述清洁运行模式下，将工件空间(5，5′)的底板(28，28′)保持在限定的位置。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述第二原材料粉末(23)的清洁数量是针对所述设备(1)规定的绝对最小清洁数量。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，预先设定在所述清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物(9，23)中所述第一原材料粉末(9)的残留部分的上限。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，在所述清洁运行模式下，从所述原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物(9，23)被一次或多次地重新供应给所述原材料粉末引导部的所述区段。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，确定在所述清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物(9，23)中的所述第一原材料粉末(9)的残留部分。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中，在所述清洁运行模式下，将从所述原材料粉末引导部的所述区段中排出的原材料粉末混合物(9，23)多次或一直重新供应给所述原材料粉末引导部的所述区段，直至在所述清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物(9，23)中所述第一原材料粉末(9)的残留部分低于预先设定的上限。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，其中，当在所述清洁运行模式下排出的原材料粉末混合物(9，23)中的所述第一原材料粉末(9)的残留部分高于预先设定的上限时，增加所述第二原材料粉末(23)的清洁数量。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的方法，其中，从预定义的分配矩阵(35)中调用作为第一和/或第二原材料粉末(9，23)的两种不同原材料之间的残留部分相容度的比例。
21.一种用于根据权利要求1至10任一项所述设备(1)的控制程序，用于执行根据权利要求11至20中任一项所述的方法。
