用于制造部件的3d打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種逐層構(gòu)造3D(三維)模型的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]歐洲專利說(shuō)明書EP O 431 924 BI中說(shuō)明了一種用于由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)制造3D模型的方法。第一材料，在這里是顆粒材料，以薄層涂覆到構(gòu)建平臺(tái)上，該平臺(tái)根據(jù)需要可以由容器所圍繞，然后，可以與第一材料形成固體的第二材料涂覆于其上。根據(jù)EP O 431 924BI，提供例如一種顆粒材料作為第一材料，然后，使用打印頭選擇性地將粘合劑材料打印至該顆粒材料上。在其上打印了粘合劑的顆粒區(qū)域結(jié)合在一起并在粘合劑以及根據(jù)需要的添加固化劑的影響下硬化。然后平臺(tái)向構(gòu)建圓柱降低一個(gè)層厚的距離并提供有與上述同樣打印的一層新的顆粒材料。重復(fù)這些步驟直到達(dá)到了該模型的期望高度。從而從打印和固化區(qū)域制造出一個(gè)3D模型。
[0003]在完成后，由固化的顆粒材料制成的模型嵌入在松散的顆粒材料中并然后從其中移走。
[0004]其他粉末輔助的快速成型方法以類似方式工作，例如，選擇性的激光燒結(jié)或電子束燒結(jié)，其中，松散顆粒材料也逐層堆積并使用受控制的物理輻射源選擇性地固化。
[0005]所有這些方法在以下都統(tǒng)稱“三維打印方法”或3D打印方法。
[0006]從W02011/127897A2已知另一種由松散顆粒材料構(gòu)造層疊體的方法。該構(gòu)建過(guò)程根據(jù)“連續(xù)3D打印”原理而進(jìn)行，并且是粉末加工3D打印方法的另一變形。
[0007]使用環(huán)形水平層供給，可以制造連續(xù)的部件，也稱為成型件。
[0008]在連續(xù)3D打印中，部件長(zhǎng)度幾乎是不受限的。
[0009]在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，從上到下垂直地逐層制造部件。如果部件尺寸超過(guò)特定系統(tǒng)預(yù)定的構(gòu)建高度，則部件必須分段而以多個(gè)構(gòu)建過(guò)程制造。為此，完成的部件必須從該系統(tǒng)連續(xù)地移除，并且彼此疊置以精確地配合并膠合。在該情況下，在大小和生產(chǎn)率方面制造大的部件受到限制。
[0010]在連續(xù)3D打印中，層進(jìn)給是使用連續(xù)輸送帶沿水平方向進(jìn)行。由于重力阻止層被垂直于層進(jìn)給地涂覆，因此各個(gè)層在空間上以相對(duì)于垂直的一個(gè)角度涂覆。該角度被選擇為使得它比相應(yīng)粉末材料的安息角度小。
[0011]構(gòu)建平面鄰接封閉的輸送線，輸送線的長(zhǎng)度適用于根據(jù)方法而不同的硬化期間。在該輸送線的端部，成品部件到達(dá)移除區(qū)域或卸載區(qū)域。在此，從部件去掉未結(jié)合的粉末材料并移除部件，并且不會(huì)中斷其它零件的生產(chǎn)。對(duì)于零件特別長(zhǎng)的情況下，該區(qū)域例如可用輪軌擴(kuò)展。
[0012]但是，用于逐層構(gòu)建模型一也被稱為成型部件一的公知的設(shè)備和方法具有與構(gòu)造相關(guān)的缺點(diǎn)，這可能導(dǎo)致在成型部件的生產(chǎn)過(guò)程中的不準(zhǔn)確或缺陷。在公知的設(shè)備和方法中，例如，在涂布操作后涂布器從涂布的面上移回。顆粒材料會(huì)可能不如期望地從涂布器離開(kāi)而掉落到構(gòu)建平面上(構(gòu)建空間)。從而顆粒材料會(huì)停落在它所不該呆在的地方。結(jié)果，會(huì)發(fā)生由此導(dǎo)致的在打印頭和積累的顆粒材料之間的碰撞。這會(huì)損壞打印頭和構(gòu)建區(qū)域，從而損壞部件。
[0013]當(dāng)液體不受控制地進(jìn)入構(gòu)建區(qū)域時(shí)，同樣是不期望的。它們會(huì)損壞構(gòu)建區(qū)域并從而損壞所要制造的成型部件，并甚至導(dǎo)致所制造的成型部件無(wú)法使用。
[0014]因此，長(zhǎng)期以來(lái)一直存在避免或至少減少現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]因此，本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備和方法，其避免了或至少改善了現(xiàn)有技術(shù)的的缺點(diǎn)，由此，用于生產(chǎn)成型部件的方法可以改進(jìn)的方式進(jìn)行。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備和根據(jù)權(quán)利要求9的方法實(shí)現(xiàn)。
[0017]優(yōu)選的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中實(shí)現(xiàn)。
[0018]尤其是，本發(fā)明涉及一種用于制造3D模型或成型部件的設(shè)備和方法，該設(shè)備的特征在于功能單元的有利的布置。尤其是，根據(jù)本發(fā)明的逐層構(gòu)造使用于3D打印的傾斜床方法。
[0019]本發(fā)明的不同方面在下面更詳細(xì)地示出。
[0020]在一個(gè)方面，本發(fā)明是一種用于制造3D模型的設(shè)備，其包括:涂布器(1)，其具有噴射口 ；和至少一個(gè)打印頭(2)，其安裝于打印軸上，所述涂布器的噴射口沿涂布方向布置于頂部，所述打印頭沿涂布方向在涂布器的后方以與涂布方向反向相反的取向反向布置在打印軸上。
[0021]所有適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的概念的已知涂布器都可以使用。涂布器可以是任何在涂布方向的相反方向上具有水準(zhǔn)元件的涂布器或具有相同功能的設(shè)備。這防止顆粒材料沿打印頭方向滑落或掉落?？梢允褂猛七M(jìn)顆粒材料以將其向上涂覆的例如輥?zhàn)?、刮片、澆注口等并且可防止上述顆粒材料的滑動(dòng)的任何實(shí)施例。
[0022]因?yàn)榇蛴☆^和涂布器以在每一操作之后立即靠近周邊單元，所以在該系統(tǒng)的操作期間，打印頭和涂布器的特殊布置是特別有利的。此外，利用這種布置，當(dāng)涂布器升高時(shí)，可以再向構(gòu)建區(qū)域涂覆一個(gè)新的層的顆粒材料。就本發(fā)明的意義而言，“升高”是指涂布器相對(duì)于水平方向以傾斜角度在構(gòu)建區(qū)域上向上移動(dòng)。這可以防止顆粒材料能夠落到構(gòu)建區(qū)域上。在降低時(shí)，打印頭又可以對(duì)這些需要固化以生產(chǎn)成型部件的區(qū)域進(jìn)行打印。就本發(fā)明的意義而言，“降低”是指打印頭相對(duì)于水平方向以傾斜角度并且平行于構(gòu)建區(qū)域沿反向于涂布方向向下移動(dòng)。這避免了顆粒材料在構(gòu)建區(qū)域上不希望的沉積而導(dǎo)致顆粒層不均勻并且打印頭會(huì)碰撞這種沉積物。
[0023]此外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括涂布器清潔單元(3)、涂布器填充單元(4)、中央顆粒材料供應(yīng)單元(6)、輸送帶(X)、檢查單元(10)、具有噴派站的打印頭清潔單元(11)、覆蓋站(12)、液滴阻擋件(13)、收集料斗(14)、用于多余顆粒材料的傳送線(15)、在卸裝區(qū)域中的收集料斗(16)、和/或一個(gè)或多個(gè)槽道(19)。
[0024]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，涂布器周邊單元中的單元，優(yōu)選涂布器清潔單元(3)，涂布器填充單元(4)和中央顆粒材料供應(yīng)單元(6)沿涂布方向布置于頂部，特別優(yōu)選布置在構(gòu)建區(qū)域的后面。
[0025]打印頭周邊設(shè)備中的單元，檢查單元(10)、具有噴濺站的打印頭清潔單元(11)和覆蓋站(12)優(yōu)選沿涂布方向布置于底部，特別優(yōu)選在構(gòu)建區(qū)域的下方。
[0026]利用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，可以在構(gòu)建區(qū)域的上方布置中央顆粒材料輸送器以用于自動(dòng)構(gòu)造初始給料。
[0027]收集料斗可以進(jìn)一步布置在設(shè)備(系統(tǒng))的下方，用于收集多余顆粒材料。優(yōu)選地，一個(gè)收集料斗布置在構(gòu)建區(qū)域下方的前方，用于收集多余或掉落的顆粒材料。優(yōu)選地，另一個(gè)收集料斗布置在卸裝區(qū)域的下方。
[0028]優(yōu)選地，收集料斗向下朝輸送線清空，該輸送線進(jìn)一步輸送顆粒材料并也布置于機(jī)器的底部。以這種方式所收集的顆粒材料隨后可以重復(fù)使用。在本發(fā)明的意義上的“收集線”是任何適于在一個(gè)方向上運(yùn)輸以這種方式所收集的顆粒材料的裝置，優(yōu)選送入再循環(huán)容器。例如，可使用一臺(tái)螺旋輸送機(jī)。
[0029]優(yōu)選地，輸送線具有中央輸送部，其用于清空設(shè)備前側(cè)的收集料斗和卸裝區(qū)域的收集料斗。
[0030]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)3D模型的方法，根據(jù)本發(fā)明使用根據(jù)上述方面中的一個(gè)方面的設(shè)備。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法中，可利用該設(shè)備構(gòu)造初始給料。“初始給料”必須促進(jìn)制造過(guò)程的開(kāi)始，并提供由顆粒材料制成的初始表面，在該初始表面用顆粒材料進(jìn)行涂層并然后用打印頭進(jìn)行打印。
[0031]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，涂布器涂覆薄層的顆粒材料。為此，涂布器沿線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)行進(jìn)。
[0032]優(yōu)選地，涂布器包括料斗，該料斗在涂布平面的附近具有間隙形開(kāi)口。如此，涂布器的噴射間隙優(yōu)選地指向涂布方向。在激勵(lì)涂布器時(shí)，顆粒材料從該間隙露出到涂布平面上。輥式涂布器或刮刀涂布器或它們的組合適用為涂布器。在所有類型中，有利的是在沿上升的涂布平面的方向上涂覆而不是沿其它方向進(jìn)行涂層涂覆，因?yàn)檫@樣可以防止位于涂布器前的顆粒材料在涂布平面上滑過(guò)。利用根據(jù)該發(fā)明的涂布器的取向，有利地實(shí)現(xiàn)了非常均勻的和保持穩(wěn)定的涂層。還避免了在用于涂層的材料和多余的材料之間發(fā)生不期望的和不良的相互作用。
[0033]優(yōu)選安裝在正交線性系統(tǒng)上的打印頭在柵掃描過(guò)程(Rasterverfahren)中經(jīng)過(guò)構(gòu)建區(qū)域。在該柵掃描過(guò)程中，在產(chǎn)生打印頭寬度的條帶的方向(打印軸)和打印頭偏移一個(gè)條帶的寬度的方向(打印頭定位軸)之間作出區(qū)別。打印頭優(yōu)選地沿曲折的路線向下行進(jìn)。
[0034]優(yōu)選地，使用適于顆粒材料的普通粘合劑。顆粒材料/粘合劑的組合是公知的，因此不必明確提及。
[0035]優(yōu)選地，打印頭也可以由輻射源或其他用于高能輻射供應(yīng)的合適的裝置替換。在該情況下，設(shè)備的其它部件作相應(yīng)的調(diào)整。
[0036]另外，在本發(fā)明中，打印頭優(yōu)選定位在涂布方向，并且在和其正交的方向上進(jìn)行打印。另外，優(yōu)選地，本發(fā)明的特征在于，打印軸和涂布器在同一軸對(duì)上移動(dòng)。這意味著打印頭定位軸同時(shí)也是涂布器軸。然而，在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，涂布器和打印頭定位軸還可以在分開(kāi)的軸對(duì)上移動(dòng)。
[0037]在本發(fā)明的構(gòu)建過(guò)程中，一層顆粒材料首先從底部涂覆到頂部。在柵掃描過(guò)程中，打印頭以與涂布方向相反的方向從頂部移到底部經(jīng)過(guò)構(gòu)建區(qū)域，并涂布極微細(xì)的粘合劑液滴。可替代地，可安裝與構(gòu)建區(qū)域等寬的打印頭，在一次通行中打印整個(gè)構(gòu)建區(qū)域。然后在打印頭涂布器單元移動(dòng)到構(gòu)建區(qū)域的下邊緣的期間進(jìn)行打印操作。
[0038]在所提出的設(shè)備中，在打印頭的光柵掃描行進(jìn)期間涂布器再一次經(jīng)過(guò)構(gòu)建區(qū)域，但并不進(jìn)行層涂覆。在打印操作過(guò)程中，打印頭在涂布器之前移動(dòng)。如果有顆粒材料意外掉落，也不會(huì)干涉打印操作。根據(jù)本發(fā)明，因此有利地實(shí)現(xiàn)了待生產(chǎn)的成型部件在精度方面具有非常高的質(zhì)量。在另一優(yōu)選的實(shí)施例中，涂布器的噴射口沿涂布方向取向，打印軸優(yōu)選位于涂布器后面。因此，打印頭相反于涂布方向、即相對(duì)于傾斜的構(gòu)建區(qū)域布置，涂布器相比打印軸和打印頭朝向頂部布置，噴射口和打印頭基本上沿相反方向取向。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備布置中，打印頭的周邊單元、即例如檢查單元(10)、打印頭清潔單元(11)、覆蓋站(12)和液滴阻擋件(13)被布置在該設(shè)備平面的下部區(qū)域。因此，這些部件都以操作者能夠容易接觸并方便使用的方式布置。
[0039]涂布器清潔單元(3)和涂布器填充單元(4)優(yōu)選地布置在設(shè)備的頂部，并優(yōu)選是在構(gòu)建區(qū)域的前面。
[0040]這種布置還有如下優(yōu)點(diǎn):在每個(gè)涂布和打印的循