[发明专利]用于借助层构造技术和可控制的粉末隆起制造3D成型件的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于借助可控制的颗粒材料隆起制造三维构件的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于借助层构造技术制造三维模型的方法和装置。

背景技术

在欧洲专利文献EP 0 431 924 B1中描述用于由计算机数据制造三维物体的方法。对此，将颗粒材料以薄层施加到平台上且选择性地借助印刷头用粘合剂材料印刷该颗粒材料。用粘合剂印刷的颗粒区域在粘合剂和可能附加的固化剂的作用下粘接和固化。然后，将平台以层厚度下降到构造圆筒中且设有新的颗粒材料层，该颗粒材料层同样如上所述地被印刷。重复该步骤，直至达到物体的期望的一定高度。从而，由印刷的且固化的区域产生三维物体。

由固化的颗粒材料制造的该物体在其完成之后嵌入松散的颗粒材料中且接下来从其脱离。这例如借助吸气装置实现。然后保持期望的物体，该物体接下来例如通过刷去而除去剩余粉末。

其他的粉末辅助的快速原型工艺(也称为模型的层状构造或层构造技术的方法)也以类似的方式工作，例如选择性的激光烧结或电子束烧结，在其中分别同样地层状地施加松散的颗粒材料并且借助受控的物理辐射源选择性地固化。

下面将所有方法理解为术语“三维印刷方法”或3D印刷方法。

基于粉末状材料的3D印刷和加入液体粘合剂在层构造技术中是最快的方法。

借助该方法可加工不同的颗粒材料，此外还有聚合物材料。但是此处的缺点是，颗粒材料填料/床不可超过通常为固体密度的60％的一定的堆积密度。但是期望的构件的强度主要与达到的密度相关。就此而言在此对于构件的高强度而言必要的是，加入40％和更多的呈液态粘合剂形式的颗粒材料体积。这不仅由于单滴加入是相对耗时的工艺，而且取决于多个工艺问题，所述工艺问题例如由于在固化时液体量的不可避免的收缩得出。

在本领域中以术语“高速烧结”已知的另一实施方式中，通过引入红外辐射使颗粒材料固化。在此，颗粒材料物理地经由熔化过程结合。在此，在塑料无颜色的情况下利用热辐射的相对差的吸收。这可通过将IR接收剂(吸收剂)引入塑料中来提高数倍。在此，IR辐射可经由不同的可能性、例如棒状的IR灯引入，该IR灯均匀地在构造区之上移动。可选择性经由借助IR接收剂有针对性地印刷相应的层实现。

相比于未印刷的区域，在印刷的部位上，IR辐射由此明显更好地耦合到颗粒材料中。这导致在层中的选择性地加热超过熔点且由此导致选择性的固化。该过程例如在EP1740367B1和EP1648686B1中描述且在下面简化为名称HSS。

关于激光烧结工艺已知不同的材料，这些材料也可通过该方法加工。对此，迄今为止最重要的材料是聚酰胺12。对于该材料存在多个制造商。实现对于层构造方法出色的强度。

该材料可涉及精细粉末，该精细粉末可直接以这种品质加工。但是由于制造工艺需要高的成本，该成本可超过标准聚酰胺的成本20-30倍。

在根据现有技术的高速烧结的情况下，粉末恰好如在激光烧结中那样，为了加工置于接近材料的熔点的温度上。在此，粉末“老化”且可在后续工艺中仅可有限地应用。得到低的回收率，该回收率不利地影响工艺成本。

例如对此从US 20050263933 A1已知，将粉末在90℃下引入到工艺空间中且之后在工艺空间中加热到更高的温度。因此这尤其是必要的，因为在施加新的由冷的新鲜粉末构成的层时，已经存在的最上方的层经受热冲击。在温度差异过大时，触发粉末结晶且发生构件变形。因此，必须将新施加的粉末尽可能快地置于工艺温度(刚刚低于相应聚合物的熔点)。

构件的精度主要由工艺控制影响。对此，如粉末床密度和在构造空间中的温度的变量的均匀度是决定性的。