用于通過生成構(gòu)造生產(chǎn)三維物體的方法
【專利說明】用于通過生成構(gòu)造生產(chǎn)三維物體的方法
[0001]相關(guān)申請的引用
[0002]本申請要求于2013年2月26日提交的德國專利申請102013003167.2的優(yōu)先權(quán)，將該申請的全部內(nèi)容通過弓I用結(jié)合到本文中。
[0003]本發(fā)明的
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的從至少一種能凝固材料通過加成構(gòu)造(additive construct1n，生成構(gòu)造)生產(chǎn)三維物體的方法。
[0005]在本申請的上下文中，在物體的空間定界區(qū)域內(nèi)描述結(jié)構(gòu)的意義中，使用術(shù)語“空間結(jié)構(gòu)”，所述結(jié)構(gòu)能受到特定測量的影響。如圖4中所示，這最佳地參照實例進行解釋。在那里，物體的方塊50作為通過物體的剖面而可見，該物體具有:外部輪廓，在此包括點的圖案的方式的單獨液滴；以及內(nèi)部填充相似線。與內(nèi)部輪廓一樣，外部輪廓形成空間結(jié)構(gòu)。在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)，重要的一點是盡可能有效地填充表面區(qū)域，然而，對于外部輪廓，例如，重要的一點是確保具有相對小的粗糙度的良好表面或者外層的良好外觀?？臻g結(jié)構(gòu)配置成例如以施加的方式實現(xiàn)變化，配置成例如在外部區(qū)域內(nèi)彼此抵靠地設(shè)置極小的液滴，而在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)使用相對大的液滴和/或連續(xù)的絲狀體(strand)排放材料。
【背景技術(shù)】
[0006]WO 2013/017278 Al公開了這樣一種用于從能凝固材料(例如，常規(guī)塑料)生產(chǎn)三維物體的方法，該材料經(jīng)由塑化單元以與注射成型相似的方式液化，并且然后逐滴排放。液滴可以設(shè)置成彼此相鄰，以便建立連接或界面區(qū)域，其中，相鄰材料彼此鄰接。這對如何形成各種材料的空間結(jié)構(gòu)沒有影響。從DE 10 2011 109 369 Al已知在這種方法的情況下通過嵌入纖維元件來加強結(jié)構(gòu)。
[0007]從WO 2009/013751 A2已知在快速原型之下下降的方法。在那里，根據(jù)術(shù)語“自由實體制造”，段落(0003)和(0004)列出了用于從計算機數(shù)據(jù)直接進行生產(chǎn)的方法，這些方法包括例如三維打印、電子束熔煉、立體光刻、選擇性激光燒結(jié)、分層物體制造以及FDM方法，也就是說，然而，其中，在排放材料時，最佳地施加小壓力。在這些方法中，根據(jù)該文檔中的圖8，能夠由不同材料生產(chǎn)相鄰結(jié)構(gòu)。然而，施加并非通過抵靠相鄰液滴設(shè)置液滴或者抵靠絲狀體設(shè)置液滴來執(zhí)行，而是通過施加固體材料并且然后進行后處理或者通過額外的能量輸入使固體材料固化來執(zhí)行(段落(0005))。這一方面對于不同材料還導(dǎo)致物體的不均勻收縮，使得所施加的幾何形狀在內(nèi)部或者關(guān)于外部尺寸與固化的幾何形狀不對應(yīng)。對于確定各自期望的空間結(jié)構(gòu)，沒有配置標準，并且實際上甚至在這些情況下，難于遵守配置標準。
[0008]EP I 442 869 Al公開了將待生產(chǎn)的物體的數(shù)據(jù)組分成單獨單元，并且在構(gòu)成物體時，從一個單元到下一個單元有所不同地處理這些結(jié)構(gòu)元件。
[0009]在塑料部件的生產(chǎn)過程中，通過注射成型或擠壓，可以令人滿意地以大批量生產(chǎn)這種高質(zhì)量的部件。尤其是注射成型的優(yōu)點具體在于，復(fù)雜部件幾何形狀的高精度生產(chǎn)是可能的。然而，如果涉及以相對少的數(shù)量(即，例如，單獨地或以小批量)生產(chǎn)部件的問題，例如，滿足快速制備的需要的圖案和與注射成型部件的性能相似的性能，那么使用其他制造方法，并且這些通過術(shù)語原型和快速制造而眾所周知。這種部件無需工具(即，無需模具)來生產(chǎn)，并且在大多數(shù)情況下，基于從3D數(shù)據(jù)生成幾何形狀。然而，先前的方法(例如，通過施加熱量(例如借助于激光)的熔化粉末涂覆或者具有粉末部分的不同形式的粘合的打印方法)不允許單獨生產(chǎn)或影響空間結(jié)構(gòu)。
[0010]目的
[0011]將這個現(xiàn)有技術(shù)作為起點，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于生產(chǎn)三維物體的方法，通過該方法，材料可以根據(jù)由該物體構(gòu)成的各種要求來施加。
[0012]本目的由具有權(quán)利要求1的特征的方法實現(xiàn)。
[0013]為了生產(chǎn)物體，在物體上限定在結(jié)構(gòu)上不同的區(qū)域，對于這些區(qū)域，可編程地排放材料，以用于形成所選擇的空間結(jié)構(gòu)。由于這個編程，能夠影響材料排放的方式，以用于3D幾何形狀的自由生成，以便在有關(guān)的空間結(jié)構(gòu)內(nèi)可以考慮相應(yīng)期望的性能。與塑料注射成型相比，在形成空間或空間結(jié)構(gòu)時，通過這種方式能夠直接影響材料的流動特性。雖然，在塑料注射成型時，由于流變學(xué)，需要預(yù)先確定流動特性，但是在這種情況下，能夠影響材料的分布，以便可以連續(xù)地或者實際上必要時交替地排放不同尺寸的液滴或?qū)嶋H上其他結(jié)構(gòu)，例如，絲狀體。根據(jù)液滴尺寸或者實際上排放的持續(xù)時間，從而產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在物體內(nèi)占據(jù)一定空間并且形成空間結(jié)構(gòu)。結(jié)果，于是相反地通過對這個材料排放具有影響的影響因素而能夠影響空間結(jié)構(gòu)，并且從而局部地在某些區(qū)域內(nèi)，影響物體的幾何和/或機械性能。
[0014]優(yōu)選地逐滴地直接從加壓的或可加壓的材料儲存器中排放材料。在這種情況下的壓力優(yōu)選地處于從塑料注射成型技術(shù)中已知的水平，即，至少1MPa到lOOMPa。同時，這些液滴優(yōu)選地還已經(jīng)在物體的內(nèi)部(即，在由這種方法生產(chǎn)物體之后不再能到達的并且因此也必須放棄后處理的點)形成最終幾何形狀。然而，由于最終幾何形狀在排放期間已經(jīng)形成，所以這不再需要。具體而言，由于材料通過與注射成型相似的方式結(jié)合在一起，所以壓力支持這個效果，除了在這種情況下在模具內(nèi)部的模具空腔內(nèi)保持壓力以外。當(dāng)施加在待生產(chǎn)的物體上時，這種結(jié)合與正接合一起可能是在壓力下排放材料和液滴的共同同時流動的結(jié)果。
[0015]與用在塑料注射成型中一樣，使用本身已知的塑化單元提供了也可以處理從注射成型技術(shù)中已知的標準材料的優(yōu)點，在全世界，容易并且便宜地獲得這些材料。
[0016]優(yōu)選地，使用一個或多個排放單元來施加唯一的單種材料。然而，在具有多個排放單元的情況下，還能夠使用多種材料。在所有情況下，配置標準可以用于影響施加的方式、待施加的材料的尺寸和數(shù)量、或者實際上施加的持續(xù)時間。然而，同樣，還能夠同時或者連續(xù)操作多個排放單元，這些單元的不同之處例如在于，這些單元由不同的配置標準控制和/或在出口孔的區(qū)域內(nèi)具有不同的幾何關(guān)系，或者如上所述，施加不同的材料。
[0017]優(yōu)選地，配置標準包括用于材料排放的影響變量，這些變量對例如根據(jù)其尺寸而施加的材料的量或者實際上施加的持續(xù)時間具有影響，結(jié)果，排放例如僅僅具有不同尺寸的液滴或者僅僅連續(xù)的線狀體(thread)，或者在這些類型的排放之間具有交替?？梢杂米髋渲脴藴实挠绊懽兞坷缡遣牧铣煞稚系膲毫?、可循環(huán)出口孔的打開時間和關(guān)閉時間、材料的溫度、出口孔的直徑、出口孔的關(guān)閉機構(gòu)的打開行程、或者傳送裝置的行程與待施加的量之間的比率。
[0018]根據(jù)由組成部分構(gòu)成的要求，能夠在空間結(jié)構(gòu)內(nèi)生成球體或者實際上柵格或格篩結(jié)構(gòu)的均勻和/或最緊密充填，或者例如能夠影響物體的失真或強度，能夠從一層到下一層交替地執(zhí)行角度偏移，以便生成特定填充圖案。通過這個策略，能夠尤其影響外層的粗糙度和外觀、填充內(nèi)部體積時構(gòu)造的速度、技術(shù)質(zhì)量(例如，失真或強度)，或者實際上尤其能夠產(chǎn)生多孔性，例如，在過濾器的情況下。
[0019]從從屬權(quán)利要求和以下對優(yōu)選的示例性實施方式的描述中，其他優(yōu)點將變得顯而易見。
[0020]附圖的簡要說明
[0021]下面將基于示例性實施方式更詳細地解釋本發(fā)明。在圖中:
[0022]圖1示出了用于生產(chǎn)三維物體的裝置的部分為剖面的側(cè)視圖；
[0023]圖1a示出了具有多個排放單元的根據(jù)圖1的示圖；
[0024]圖2a、2b示出了具有和沒有偏移的兩個連續(xù)的層內(nèi)的液滴的示圖；
[0025]圖2c示出了通過柵格結(jié)構(gòu)填充空間結(jié)構(gòu)；
[0026]圖2d示出了填充具有外部輪廓的方形物體；
[0027]圖2e示出了通過不同直徑的液滴填充表面；
[0028]圖2f、2g示出了分別通過液滴和線狀體填充空間結(jié)構(gòu)；以及
[0029]圖2h_2j示出了其他空間結(jié)構(gòu)的配置。
[0030]優(yōu)選的示例性實施方式的詳細說明
[0031]現(xiàn)在將參照附圖通過實例的方式更詳細地解釋本發(fā)明。然而，示例性實施方式僅僅是實例，這些實例并非旨在將本發(fā)明構(gòu)思限制于特定設(shè)置。在詳細描述本發(fā)明之前，應(yīng)指出的是，不限于裝置的相應(yīng)組成部分以及相應(yīng)方法步驟，這是因為這些組成部分和方法可以變化。在此使用的術(shù)語僅僅用于描述特定的實施方式，而并非限制性地使用。而且，在說明書或權(quán)利要求書內(nèi)使用單數(shù)或不定冠詞時，如果總體背景沒有另外明確地指出，那么這還包括多個這種部件。
[0032]在討論方法順序以及待通過這種方式生產(chǎn)的根據(jù)圖2a到2j的物體50之前，首先，將解釋根據(jù)圖1的用于從至少一種能凝固材料通過加成構(gòu)造以直接構(gòu)造順序生產(chǎn)三維物體的裝置。液化以進行處理并且在通過排放單元12施加之后硬化的材料用于生產(chǎn)三維物體。為此，根據(jù)對裝置的