用于制造三维对象的积层制造方法和三维对象的制作方法[0002]积层制造方法越来越多地用于非常快速地制造样品或成品部件。不同于传统的、包括通过例如铣削、切割、钻孔或其它加工工艺而将材料从材料块上切除的制造方法的是，积层制造方法在对于对象的数字化说明的基础上直接逐层地构造预期的三维对象。这种方法也已经作为3D打印或快速成型是已知的。[0003]在典型的积层制造方法中，首先在支承板上施加一层由应由其制成对象的粉末状材料制成的薄的层，并且刚刚施加的层中的粉末选择性地仅在层的与待制造的对象相应的区域内通过激光辐射而熔化或烧结。随后将另一层薄的、由粉末状材料制成的层涂在经过这样处理的第一层上并再次选择性地仅在层的与待制造的对象相应的区域内通过激光辐射而熔化或烧结。重复这一步骤，直至完整的对象制造完成。在每个层中，与对象不相符的粉末不受辐射并保持粉末状，从而能够在后来的时间点上将其从成品对象上去除。支承板能够通过可移动的工作台来提供，在每次完成对层的辐射后，该可移动的工作台均下降与该层的厚度相等的距离，以便在施加每个层前提供一致的初始条件。[0004]在此须指出的是，原则上也存在这种可能性，即各个层并不是连续的或者完全覆盖支承板，而是仅在与待制造的对象相应的区域内或者在包括与待制造的对象相应的区域的区域内具有材料。[0005]特别的积层制造方法有所谓的选择性激光熔化(selective laser melting, SLM)和所谓的选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS),正如在上面已经说明的一样，在这些方法中应用激光束以便辐射层。然而也存在这种可能性，即为实现该目的而应用粒子束和特别是电子束。与此前所述的两种方法相应地，应用电子束的特殊的积层制造方法有所谓的选择性电子束熔化和所谓的选择性电子束烧结。[0006]正如在上面已经说明的一样，直接逐层地以三维的方式构造对象。这使得能够在同一装置中用不同的材料、特别是用金属、但也可以用塑料和陶瓷材料有效地和快速地制造高度复杂的不同对象。例如能够轻松地制造利用其它方法无法或难以制造的高度复杂的栅格-或蜂窝结构。与传统的制造方法相比，对象的复杂性仅对制造成本产生非常小的影响。[0007]然而，在如上所述的积层制造方法中须注意的是，在可能的情况下，在对象的、在逐层构造对象的期间从与重力相反的方向上来看(即在制造对象的期间的对象的定向上)形成伸出量或者说突起段的区域内必须采取特别的措施，以便能够制造对象或提高其几何精度。在这种在本申请的范畴内称为伸出量的区域内，每一层的熔化的或者说烧结的部分通过边缘段从前一层的熔化的或者说烧结的部分中突起，因此，各个层的边缘段便不受相应的前一层的熔化的或者说烧结的部分的支承。这导致了，当各个边缘段分别从相应的前一层中突起的程度过大时，这些区域便在它们的重力作用下陷入粉末床中。[0008]一种可能的措施在于，这样选择边缘段的大小，即在这些区域的上面上的、通过各个层提供的梯级结构(Treppchenstruktur)使这些区域足够地稳定，以便防止下陷。对于该梯级结构的确切要求主要取决于对象的结构和大小和取决于有哪些力基于该对象而对伸出区域起作用。然而，已经表明的是，当伸出区域的上面在逐层地构造对象的期间关于重力方向所形成的角度不超过50°时能够可靠地避免问题的产生。须注意的是，在本申请的范畴内，上面的走向通常不考虑始终存在的梯级结构，即该走向是在梯级结构基础上所取的平均值。
[0009]如果-例如基于对于待制造的对象的几何形状的要求-而不能维持该条件，则必须为伸出区域设计支承结构，该支承结构在对象制造完成后被机械地或化学地去除或保留在对象中。无论在哪种情况下，支承结构都意味着附加的材料投入并由此提高了对象的重量和成本。
[0010]特别是在三维对象具有在构造方向上相互间隔开的两个区段的情况下必须注意这一点，这两个区段必须通过支承结构互相连接，并且在这两段中，当支承结构的设计不合理时，第二区段将具有外面，该外面在逐层地构造对象的期间限定上述范畴内的伸出区域的界限或者说限定上述范畴内的伸出区域并且关于重力方向成大于45°或50°的角度延伸。


[0011]本发明的目的在于，在三维对象具有通过支承结构而相互连接的两个区段的情况下实现成本和重量缩减。其中，对象可以例如是液压分配系统或液压分配系统的部件。
[0012]该目的通过具有权利要求1所述的特征的方法和具有权利要求16所述的特征的三维对象实现。该方法和该对象的有利的实施方式在相应附属的从属权利要求中进行说明。
[0013]根据本发明而提出了一种用于制造三维对象的积层制造方法，在该积层制造方法中，以已说明的方式先后依次地和上下重叠地在支承件上、特别是平坦的平台或平坦的工作台上施加多个由粉末状材料制成的层并且在施加下一层前利用激光束或粒子束选择性地仅在层的与待制造的三维对象相应的区域内对层进行辐射。该辐射以这样的方式进行，即粉末状材料在相应的区域内局部地熔化或烧结。三维对象优选地可以是液压分配系统或液压分配系统的部件。
[0014]通过该方法制造的对象、即方法结果具有第一区段、第二区段和位于第一和第二区段之间的支承结构，该支承结构使第一区段和第二区段相互连接。这些区段这样布置，即在逐层地构造对象的流程中，在构造第二区段之前构造第一区段，即在完成第一区段的构造后才开始第二区段的构造。
[0015]然而，在根据本发明的方法中，支承结构设计为多个支承腿的形式，这些支承腿分别从第一区段延伸至第二区段并且在它们的相对的端部上与这两个区段相连接。其中，支承腿沿着它们的部分长度相互间隔开，因此，不同于实心的支承结构的是，在该支承结构中存在通孔或中空腔。须注意的是，通过支承腿形成的支承结构后来是成品对象的部件并且未从中去除。[0016]这种处理方式具有这一优点，即正如实心的支承结构一样，能够在第二区段的外面的区域内为其提供充分的支承，但同时又通过支承腿的间隔布置而减少了材料投入并由此实现了重量和成本缩减。这也适用于这种情况，即由于没有维持经上文讨论的条件，除了支承腿外，在逐层地构造对象的期间还须暂时地在第一和第二区段之间设计附加的支承部件，不同于支承腿的是，随后为了最终完成对象的制造而机械地或化学地去除该附加的支承部件。即使必须暂时地设有这种附加的支承部件，也能够基于至少部分地相互间隔开的支承腿而极大地减少材料投入。
[0017]在一种优选的实施方式中，支承腿这样构造和布置，即每个支承腿沿着它的总的长度或至少在与第二区段邻接的纵段中在通过逐步的、逐层的构造而限定的构造方向上以及在朝向第二区段的方向上逐渐加宽。通过这种方式能够与在实心的支承结构中类似地减少或消除第二区段的伸出量，在这些伸出量中，第二区段的外面以上述的方式具有相对于重力方向的过度倾斜。出于这一原因也能够降低甚至排除应用附加的、临时的支承部件的必要性。
[0018]在这种实施方式中特别优选的是，在逐层地构造对象的期间，在与重力方向相反的方向上看-或者换句话说，即参照重力方向地-支承腿的限定伸出量的所有外面部段相对于重力方向所形成的倾斜角度不超过50°、优选地不超过45°。这意味着，逐渐加宽的纵段的外面相对于重力方向形成的角度不超过50°、并且优选地不超过45°。换句话说，即在本申请的范畴内也可以这样设想伸出量的平面段的倾斜角度，即沿某一特定平面可以看到伸出量的截面，该特定平面平行于重力方向并以这种方式穿过所看到的平面段地延伸，即平面段所在的平面垂直地立于通过层形成的梯级上。在所看到的平面段的位置上设置与伸出量的、通过该截面获得的、在梯级或者说梯级结构的基础上平均的轮廓相切的切线，并且倾斜角度则是在切线和重力的方向之间的角度。
[0019]通过维持该条件而不必设有用于支承腿的、附加的支承部件。即便在支承腿上的所有位置上均满足该条件是非常有利的，但也存在这种可能性并且在特定的情况下可能有利的是，并未在全部位置上，而是一对于所有支承腿或者支承腿中的至少某部分支承腿而言一仅除了相邻的支承腿的在它们的朝向第二区段的区段上的相互朝向对方的外面区域内的外面部段这一例外情况，在其它的所有位置上均满足该条件。这使得在布置和设计支承腿时具有较大的自由度，但这在可能的情况必须以须设有附加的、临时的支承部件为代价来实现。
[0020]在一种优选的实施方式中这样设计支承腿，即
[0021](a)对于支承腿中的至少几个相邻的支承腿而言，它们的与第二区段相连接的端部是相互间隔开的(那么便必须在相邻的、间隔开的支承腿之间附加地布置随后将被去除的、传统的支承部件)，
[0022](b)对于支承腿中的至少几个相邻的支承腿而言，它们的与第二区段相连接的端部在第二区段处彼此接触，和/或
[0023](C)对于支承腿中的至少几个相邻的支承腿而言，相应的相邻的支承腿的朝向第二区段的端部的互相朝向对方的外面在形成拱形的圆化部分的情况下互相向对方过渡，其中，圆化部分的曲率半径这样确定大小，即避免凝固了的材料的与圆化部分相应的伸出区域陷入粉末床中。该曲率半径优选为7mm。[0024]在这种实施方式中，既可以设有用于所有支承腿的、操作(a)至(C)中的一项操作，但也可以设有用于相应不同的支承腿的、操作(a)至(C)中的两或三项操作。在设有操作(a)的情况下可能必须在相应的、相邻的支承腿之间设有附加的、临时的支承部件。只有当支承腿之间的距离非常小时才能够放弃使用该支承部件。最大允许的距离由材料-和方法参数确定，但无论如何都小于1mm。如果仅设有操作(b)和(c)，那么支承结构便能够提供全支承段，该全支承段直接与第二区段邻接地布置并过渡进入其中，并且第二区段的外面在各方面与该全支承段相连接，其中，相邻的支承腿分别在它们的朝向第二区段的端部上互相接触并且向对方过渡，并且所有的支承腿通过这种方式形成全支承段。
[0025]在一种优选的实施方式中，逐层地构造对象这样实施，即在逐层地构造对象的期间，除了第二区段的外面的存在于支承腿之间的区域这一例外情况-即除了第二区段的外面的、支承结构与第二区段在其中相连接的区域这一例外情况，在与重力方向相反的方向上看-并且由此关于重力的方向地_，第二区段的限定伸出量的所有外面部段至少在第二区段的朝向第一区段的面上相对于重力方向所形成的倾斜角度不超过50°、优选地不超过45。。
[0026]这可以在第二区段的朝向第一区段的面上以有利的方式通过合理的构造和布置支承腿而实现，并且当支承腿在朝向第二区段的方向上逐渐加宽时，这更易于实现。这种处理方式具有这一优点，即正如在实心的支承结构中一样，能够在第二区段的外面的区域内为其提供充分的支承，但同时却通过支承腿的间隔布置而降低了材料投入并由此实现重量和成本缩减。
[0027]在这种实施方式中可以例如设计为，第二区段的外面部段在第二区段的朝向第一区段的面上与支承腿和第二区段在其中相连接的区域或与如上所述的通过支承腿共同形成的支承段相连接，并且在与重力方向相反的方向上看，由其限定第二区段的伸出程度或者说突起程度不断增加的区域。在一种可替换的实施方式中，支承腿与第二区段在其中相连接的区域以及支承段在第二区段的朝向第一区段的整个面上延伸。那么在朝向第一区段的面上则不存在上述范畴内的伸出量。
[0028]在一种优选的实施方式中，第一区段和第二区段是功能段，它们在成品三维对象中实现超出支承功能的其它功能。因此，在三维对象是液压分配系统的情况下，第一区段例如可以是板件并且第二区段是管段，该管段借助于支承结构支承在板件上并且用于引导流体。板件和管段便成为功能段，这是由于管段用于对流体进行引流并且板件用于固定在平面上或者用于固定液压分配系统的其它部件。一般来说，功能段可以例如-特别是在成品三维对象是液压分配系统、液压分配系统的部件或设计用于引导流体的或包括流体引导部件的其它系统的情况下-是与流体引导相适应的和设计用于引导流体的部件，例如具有圆形的或任意其它的横截面的管-或槽状段、用于将成品三维对象保持或固定在另一对象或电缆槽上的保持-或固定部件。
[0029]在一种优选的实施方式中，第一区段是平坦的板件。在这种实施方式的范畴内特别优选的是，板件在逐层地构造对象的期间垂直于重力的方向定向。但第一区段也可以具有其它的形状并且例如是长形的部件，例如具有圆形的、椭圆形的、长方形的、正方形的或任意其他的横截面形状的管件或管段或其它适用于引导流体的部件。
[0030]在一种优选的实施方式中，第二区段是直的或弯的长形部件，其纵轴或者说延伸方向在逐层地构造对象的期间沿着该长形部件的总长或至少沿着其部分长度与重力的方向成大于45°的角度地、更优选的是成大于50°的角度地和最优选的是在垂直于重力方向的平面中延伸。在这种实施方式的范畴内特别优选的是，该长形部件是管件以及管段或者圆柱体形的部件。该部件的垂直于它的延伸方向的横截面则可以是例如圆形的、椭圆形的、长方形的或正方形的，或者也可以具有任意其它的横截面形状。
[0031]如果将前述两种实施方式结合起来，那么优选的是，长形部件的延伸方向或者说纵轴在平行于通过板件限定的平面的平面中延伸。其中特别优选的是，该长形部件是直的。这同样也适用于第一和第二区段均是长形部件的情况。
[0032]在第二区段是长形部件的实施方式中优选的是，支承腿这样构造和布置，即参考长形部件的延伸方向或者说纵轴而将它们布置成互相垂直的横行和纵列。其中，每一横行可以例如由两个支承腿构成。
[0033]在一种优选的实施方式中，支承腿这样构造，即支承腿中的至少几个支承腿直接与第一区段相邻接地具有这样的区域，即在该区域中，支承腿在通过逐层的构造而限定的构造方向上逐渐变细，并且相应的支承腿的在构造方向上逐渐变宽的纵段紧跟在该区域后并且优选地直接与该区域相连接。在后一种情况下，每个支承腿都由同时也构成支承段的部分的段、在构造方向上逐渐变宽的纵段和在构造方向上逐渐变细的区域构成。在一种可替换的、优选的实施方式中，在构造方向上逐渐变宽的纵段直接与第一区段相连接。
[0034]优选的是，积层制造方法是选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、选择性电子束熔化或选择性电子束烧结。
[0035]本发明也涉及一种根据前述方法中的任一项方法制造的或能够根据前述方法中的任何一项方法制造的和具有可以从前述的说明中清楚看到的结构的三维对象。特别是本发明由此普遍地涉及一种能够通过前述的方法设计方案中的任何一项方法设计方案制造的和优选地是通过前述方法设计方案中的任何一项方法设计方案制造的三维对象，其具有第一区段、第二区段和位于第一和第二区段之间的支承结构，该支承结构使第一和第二区段相互连接。其中，支承结构设计为多个支承腿的形式，这些支承腿分别从第一区段延伸至第二区段并且在它们相对的端部上与这两段相连接并且至少沿着它们的部分长度互相间隔开。
[0036]在一种优选的实施方式中，第二区段是弯曲的长形部件，其在平面中或在空间内的延伸方向是弯曲的，优选地以这种方式弯曲，即无论在三维对象的任何定向上，延伸方向均沿着第二区段的总长或至少沿着第二区段的部分长度与重力的方向成大于45°的和更优选地是成大于50°的角度延伸。
[0037]三维对象优选地是液压分配系统或液压分配系统的部件。



[0038]接下来将参考附图对本发明的一种优选的实施方式进行详细说明，图中示出:
[0039]图1a示出根据本发明的一种实施方式而通过积层制造方法制造的并具有通过支承结构相互连接的板件和直的管段的三维对象的透视图，
[0040]图1b示出图1a中的对象的垂直于管段的纵轴的横截面示意图，
[0041]图2a示出根据本发明的另一种实施方式而通过积层制造方法制造的并具有通过支承结构相互连接的板件和直的管段的三维对象的透视图，
[0042]图2b示出图2a中的对象的垂直于管段的纵轴的横截面示意图和
[0043]图3示出伸出量的示意图。

[0044]图1a和Ib中的三维对象I具有厚度恒定的、平坦的板件形式的第一区段2，与第一区段2间隔开的、直的管段形式的、具有圆形的内-和外直径的第二区段3和沿着管段3的总长在板件2和管段3之间延伸的支承结构4。板件2设计用于将对象I保持在另一对象上，并且管段3设计用于引导流体在它的端部之间流动。因此，与支承结构4不同的是，它们是功能段或者说部件。对象I优选地是液压分配系统或液压分配系统的部件。
[0045]在图1b的横截面示意图中示出这一定向上的对象1，即它在逐层地构造对象的期间、即在实施积层制造方法的期间也始终处于该定向上，其中，虚线箭头5表示重力方向。这意味着，板件2与重力方向垂直地定向并且通过逐层的构造而限定的构造方向与重力的方向反平行地并与板件2的水平的上面7垂直地延伸。
[0046]支承结构4具有多个、并且在示出的例子中具有四个支承腿9，支承腿沿着它们的大部分长度相互间隔开，因此，支承结构4不是实心的。支承腿9在从板件2至管段3的方向上持续加宽，并且与直接与管段3相邻接地以这样的方式互相接触，即它们形成管段3下方的连续的支承段10。该对象的支承结构4关于通过管段3的和箭头5的延伸方向或者说纵轴限定的平面对称。
[0047]然而其中，正如特别是从图1b中可以清楚看到的一样，各个支承腿9的外面6这样布置，即它们与板件2的水平的上面7成大于45°的角度延伸。在所示出的这种使平坦的板件上面7水平地定向的情况下，这同时也意味着，外面6关于重力的方向成不大于45°的角度延伸。在本申请的范畴内，外面关于重力方向所形成的角度始终这样计量，即该角度最大为90°，也就是说，在两个可能的角度中始终取较小的角度。例外情况仅在于位于相应相邻的支承腿9之间的、这两个相应相邻的支承腿为了形成连续的支承段10而彼此向对方过渡所在的区域。该过渡区域设计为圆化部分14，其具有最大为7_的曲率半径。在该曲率半径区域内，即便超出了上述的倾斜角度也可以无支承地构造这种圆角。
[0048]支承腿9这样设计并且特别是直接与管段3邻接地逐渐加宽至这一程度，即管段3的外面8在它的朝向板件2的面上关于重力的方向所形成的角度不超过45°。正如从图1b中可以清楚看到的一样，管段3的外面8直接与支承结构4相邻接地具有通过虚线表示的最大角度。如果支承腿9逐渐变宽的程度较弱或者说所提供的支承部件的横截面较窄，那么管段3的外面8便会扩大并具有在其中角度大于45°的区域。支承结构4的设计恰好可以避免这种情况的出现。
[0049]换句话说，即从重力的反方向上来看，支承腿9和管段3的外面8均不具有这样的伸出量，即该伸出量的外面关于重力方向所形成的倾斜角度大于45°。在图3中通过简化的例子示出了，外面的走向在此通过由层叠式结构决定的梯级结构而被平均。图3示出三维对象的具有垂悬部分12的较小的分段11。限定伸出量12的界限的面的走向通过虚线13表示，对于伸出量12的每个层而言，虚线均经过该层从前一层中突起所在的那一点。
[0050]图2a和2b中的三维对象I与图1a和Ib中的对象I几乎一致。唯一的区别在于，相邻的支承腿9仅直接地与管段3相接触，因此在相邻的支承腿9之间不存在圆化部分。相反，支承腿4的总的外面6在所有位置上均关于重力方向成不大于45°的角度延伸。在该实施例中，也未通过支承腿4形成连续的支承段10。
[0051 ] 通过上述的设计方案，支承结构4在任何情况下均能够实现对管段3的合理支承，从而能够通过积层制造方法制造处于所示出的定向上的对象I。同时还能够通过设计相互间隔的支承腿实现材料节省并由此实现成本和重量缩减。