[发明专利]用于借助构造区工具制造3D成型件的方法和装置

说明书

用于制造3D成型件(300)的方法和装置，包括可移动地布置的多个构造区工具(500)和可移动地布置的至少一个层单元(800)。

技术领域

用于借助至少一个构造区工具和至少一个层单元制造3D成型件的方法和装置，也适用于大批量生产3D成型件，例如铸芯和铸模以及需要大量件数的其他物品。

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。对此以薄层方式将颗粒材料施加到平台上并且可选地借助打印头印刷粘结剂材料。印刷粘结剂的颗粒区域在粘结剂以及可能的额外的硬化剂的影响下粘结和固化。然后，在构造缸体中将平台降下一个层厚度并且设置新的颗粒材料层，该层同样如上所述地印刷。重复这些步骤，直至达到物体的一定的期望高度。由此，由印刷和固化的区域产生出三维物体。

由固化的颗粒材料制造的物体在其制成之后嵌入在松散的颗粒材料中，随后从其中脱离。这例如借助抽吸器实现。此外，然后保留期望的物体，该物体此后例如通过手动刷掉或喷砂处理从粉末附着物中脱离。

构件通常在打印之后存在于构造容器中。该构造容器大多表现为方形体积。该体积具有不同的几何形状，以便充分利用机器。

基于粉末状材料以及引入液体粘结剂的3D打印在层构造技术方面是最快的方法。

通过该方法可加工不同的颗粒材料，包括但不限于以下材料，天然的生物原料、聚合塑料材料、金属、陶瓷和砂子。

作为粘结系统例如可使用在颗粒材料中的固体材料。该固体材料通过从喷墨打印头中射出的溶剂溶解。在溶剂挥发之后，颗粒聚集附着在期望的部位上。在一定的等待时间之后可将构件从剩余的松散粉末移除。该等待时间通常很长，因为溶剂从溶解的材料中仅又缓慢地释放。对此，构件通常在卸下后是不结实的且可塑性变形。溶剂的挥发在构件上产生一定的附着物，该附着物在卸下之后必须手动地除去。溶剂会额外地侵蚀打印头。此外，溶解过程以及随后的再固化造成构件中的收缩以及因此几何结构偏差。

溶剂同样可装载分子或颗粒并被应用。由此可降低收缩。在构件强度相同的情况下同样可降低溶剂的侵蚀性。但是溶剂在卸下之前必须被完全去除且在此也有附着物的问题。

另一方案是使用以化学方式导致打印的液体的固化且由此实现颗粒粘结的系统。对此，根据方案使系统的组分分开地保持在系统中。只有在打印过程中发生期望的固化反应。这种系统的示例可为作为冷硬化过程已知的方法。对此使由酸包封的砂子与糠醇接触。由此发生化学反应，该化学反应可将先前为液体的组分转变成互联的塑料。

现有技术的打印机部分地具有构造容器，容器可从设备中取出且也称为工作箱或构造容器。容器用作粉末的限制部并且由此使构造过程稳定。通过更换构造容器可并行地进行多个工艺步骤且因此可使设备充分利用。同样有种设备，在该设备中印刷到平台上，平台如构造容器那样可从设备中移除。也已知这样的方法，在该方法中以确定的角度印刷到连续的输送带上。

在所有方法中构件最终处于粉末中且必须通过其他的技术措施输送给另一自动处理部。对此，构造容器、构造容器的尺寸和可生产型件数量对在生产系统中实施分层构造过程有限制作用。虽然有很多方案用于经由机器人或操作装置进行自动化。但是，颗粒材料的移除和构件的正确位置使得粉末块在技术上很难管理过程可靠地且经济地取出并转移给继续加工的装置。

在此基础上，在现有技术的层构造方法中，必须尽可能生产具有不同尺寸的不同的构件。该方案称为快速原型法。假设是特定的非常受限的构件范围，可实施有针对性的方法以便集成到生产设备中。该方案如今称为附加生产。通常在一个构造空间或工作箱中最佳地布置相同的或不同的构件并且以分批方法或连续的3D打印方法制造。但是关于大批量生产出现不同的缺点。

发明内容