本發(fā)明涉及用于制造三維模型的方法和設(shè)備，其中，將粘結(jié)/結(jié)合材料以層的方式施加至構(gòu)建平臺(tái)，并且選擇性地施加延遲或完全阻止所施加的材料的粘結(jié)的介質(zhì)。

背景技術(shù)：

例如，在EP0431924B1中描述了一種用于根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)制造三維物體的方法。在該方法中，將顆粒材料以薄層的方式沉積到平臺(tái)上，并且使用打印頭，將粘結(jié)劑材料選擇性地打印在顆粒材料上。其上打印粘結(jié)劑的顆粒區(qū)域在粘結(jié)劑的影響下并且如果必要?jiǎng)t在另外的硬化劑的影響下粘在一起并且固化。平臺(tái)然后下降一個(gè)層厚度的距離，進(jìn)入構(gòu)建圓柱，并且設(shè)置有其也按照如所所描述打印的新的顆粒材料層。重復(fù)這些步驟，直到實(shí)現(xiàn)物體的某一期望高度。從而從打印和固化區(qū)域制造了三維物體。

此外還已知3D打印方法，其中，區(qū)域被選擇性地打印有介質(zhì)，這是為了防止這些區(qū)域燒結(jié)的目的，并且未打印的區(qū)域然后在燒結(jié)步驟中永久地相互粘結(jié)，從而最終創(chuàng)建三維模型。該方法的一個(gè)示例是既沒(méi)有公開(kāi)也沒(méi)有教導(dǎo)本發(fā)明的WO01/38061A1。

已知的3D打印方法可以用于處理不同顆粒材料，諸如自然生物原材料、聚合物、塑料、金屬、陶瓷以及砂。

在3D打印應(yīng)用之外使用的粘結(jié)劑高度發(fā)展。環(huán)氧樹(shù)脂可以作為示例。當(dāng)與砂混合時(shí)，例如，它產(chǎn)生具有優(yōu)異的強(qiáng)度性質(zhì)的石樣材料。

然而，到目前為止，制造對(duì)于3D打印本質(zhì)上有利并且具有該方法可獲得的非常積極的材料性質(zhì)的材料體系完全不成功或僅僅達(dá)到不令人滿意的程度。這些積極的材料性質(zhì)因此對(duì)3D打印是一損失。能夠僅處理非常有限范圍的材料并且在使用已知和本質(zhì)上有利的材料時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的打印頭處理部件在這一背景下是有問(wèn)題的。

具體地，3D打印方法具有下面描述的缺點(diǎn)。

例如在專利EP0431924B1中描述了基于粉末的3D打印方法。在該情況下，以層的方式施加粉末形式的基礎(chǔ)材料。在顆粒之間自然產(chǎn)生腔。這些腔削弱了打印部件的強(qiáng)度。

為了增加強(qiáng)度，腔須填充有通過(guò)打印頭以液體形式引入的材料。打印的材料須在不干燥的情況下被硬化。由于材料通過(guò)打印頭施用，因此特別是在這里使用的噴墨方法中需要液態(tài)的相對(duì)低的粘度。

例如，如果我們檢查混凝土的材料體系，我們將看到在瀕臨使用時(shí)混合的混凝土在不提供任何空氣的情況下自身固化。然而，水泥漿本身不能借助于噴墨打印頭來(lái)進(jìn)行處理。

反應(yīng)性樹(shù)脂體系可以是第二示例。這些材料例如在混合兩種反應(yīng)性組分之后聚合，因此硬化。為了使反應(yīng)期間的收縮最小化，在該情況下預(yù)聚物的鏈長(zhǎng)度通常非常長(zhǎng)。盡管粘度也增加，但是健康危害隨著預(yù)聚物的鏈長(zhǎng)度增加而降低。因此，通常難以或不可能打印這種材料體系。

這種產(chǎn)品的另一個(gè)特征是它們需要在澆鑄之前進(jìn)行充分混合。只有這樣做，才能確保粘性介質(zhì)中的官能團(tuán)之間的正確反應(yīng)。這種類型的混合物必須在施用操作之前進(jìn)行，并且因此危害打印頭，這是因?yàn)榛旌衔锟赡茉谄浔皇┯弥霸诖蛴☆^中硬化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是利用具有3D打印可獲得的積極材料性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)材料或避免或至少減少現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。

在一個(gè)方面根據(jù)本發(fā)明的方法通過(guò)一種使用分層技術(shù)制造三維模型的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，將顆粒構(gòu)建材料以限定層厚度以粉末或分散體的形式施加到構(gòu)建空間，然后經(jīng)由打印頭將液體選擇性地施加到區(qū)域中的構(gòu)建材料，在該區(qū)域中構(gòu)建材料不通過(guò)固化反應(yīng)而固化，構(gòu)建空間被移動(dòng)、優(yōu)選地降低、升高或水平移動(dòng)層厚度，并且重復(fù)這些步驟直到產(chǎn)生期望的模型，其中，構(gòu)建材料的固化反應(yīng)在施加構(gòu)建材料時(shí)已經(jīng)通過(guò)引入能量開(kāi)始、在施加構(gòu)建材料時(shí)通過(guò)引入能量開(kāi)始或在施加構(gòu)建材料時(shí)能通過(guò)引入能量可以開(kāi)始，并且通過(guò)打印頭選擇性地施加反應(yīng)抑制或反應(yīng)終止液體，并且優(yōu)選地不施加粘結(jié)劑材料和/或不進(jìn)行燒結(jié)步驟。

在一個(gè)方面，本發(fā)明主要包括當(dāng)通過(guò)應(yīng)用其中利用阻滯劑以層的方式處理所需模型的負(fù)底板(negative)的方法使用標(biāo)準(zhǔn)材料時(shí)，使得混合和固結(jié)方法從可用于3D打印的材料處理已知。

根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于3D打印現(xiàn)在可獲得具有有利材料性質(zhì)的材料體系。因此可以成本有效地并且以節(jié)省時(shí)間的方式制造具有非常好的成型性質(zhì)的3D模型。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還包括以下事實(shí)：隨時(shí)間固化的構(gòu)建材料可以以層的方式施加，因此可以制造具有良好材料性質(zhì)的3D模型，而不需要任何另外的處理或固化步驟，諸如燒結(jié)。

本發(fā)明，特別是根據(jù)本發(fā)明的方法涉及3D打印方法，附帶條件是后者不涉及任何燒結(jié)步驟并且優(yōu)選使用除了WO 01/38061A1中的材料體系或材料之外的材料體系或材料。

在這種情況下描述的本發(fā)明與例如WO01/38061A1之間的區(qū)別特別是，其中所描述的方法涉及燒結(jié)方法。具有燒結(jié)步驟的方法優(yōu)選地被排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外或者代表放棄(disclaimer)。

下面更詳細(xì)地解釋本發(fā)明中的多個(gè)術(shù)語(yǔ)。

在本發(fā)明的含義內(nèi)，“3D打印方法”或“分層技術(shù)”涉及所有從現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法，這些方法促進(jìn)構(gòu)造三維形式的模型并且與合適的方法部件和設(shè)備兼容。特別地，這些是基于粉末的方法，這些方法可以使用合適的材料體系進(jìn)行。

在本發(fā)明的含義內(nèi)的“成型體”、“模型”或“部件”都是借助于根據(jù)本發(fā)明的方法和/或根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備制造并且具有不變形性的三維物體。

任何已知的包含必要部件的3D打印設(shè)備可以用作用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的“設(shè)備”。常見(jiàn)的部件包括涂覆器、構(gòu)建空間、用于移動(dòng)構(gòu)建空間或其它部件的裝置、給料設(shè)備和加熱裝置以及其他本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的并因此這里不需要更詳細(xì)地列出的部件。

所有粉末形式的材料，特別是砂、陶瓷粉末、金屬粉末、塑料、木材顆粒、纖維材料、纖維素和/或乳糖粉末可以用作“顆粒材料”。顆粒材料優(yōu)選是干燥的、自由流動(dòng)的或粘的堅(jiān)固粉末。也可以使用所采用的顆粒材料的分散體。

“構(gòu)建空間”是顆粒材料原料在構(gòu)建過(guò)程期間通過(guò)重復(fù)涂覆顆粒材料而生長(zhǎng)的幾何位置。構(gòu)建空間通常由地板、構(gòu)建平臺(tái)、通過(guò)墻壁和打開(kāi)的覆蓋表面(構(gòu)建平面)來(lái)進(jìn)行界定。

在本發(fā)明的含義內(nèi)的“構(gòu)建平臺(tái)”是在其上構(gòu)建模型的平面。其可以在構(gòu)造模型期間在每個(gè)層施加之后移動(dòng)。構(gòu)建平臺(tái)可以基本上水平地或以一角度安裝在設(shè)備中。

構(gòu)建平臺(tái)的“移動(dòng)”意味著構(gòu)建平臺(tái)被降低、升高或水平地移動(dòng)一個(gè)層厚度，以便施加下一層。

在本專利中的“IR(紅外)加熱”是指使用紅外發(fā)射器照射構(gòu)建空間。發(fā)射器可以是靜態(tài)的，或者其可以借助于定位單元在構(gòu)建空間上移動(dòng)。

“UV(紫外)硬化”是指通過(guò)輻射引發(fā)材料體系。輻射的波長(zhǎng)不一定必須在UV輻射的光譜中。也可以使用UV-Vis和Vis類型的波長(zhǎng)。這種類型的輻射可以用作活化步驟。

在本發(fā)明含義內(nèi)的“構(gòu)建材料”是任何可以在借助本發(fā)明含義內(nèi)的設(shè)備施加的材料或材料混合物。它們可以是粉末或顆粒材料。它們優(yōu)選是雙組分混合物，其中僅通過(guò)將它們混合在一起來(lái)開(kāi)始固化反應(yīng)。構(gòu)建材料還可以以分散體的形式存在。在本發(fā)明含義內(nèi)的材料或構(gòu)建材料或材料體系可以特別地包括混凝土或砂漿、填料與反應(yīng)性樹(shù)脂體系的混合物、鑄造中常見(jiàn)的鑄造成型材料與反應(yīng)性樹(shù)脂體系的混合物、填料與水玻璃的混合物或顆粒與可熔材料的混合物。以下更詳細(xì)地描述本發(fā)明含義內(nèi)的構(gòu)建材料。

在本發(fā)明的含義內(nèi)的“層厚度”根據(jù)材料和具體方法實(shí)施來(lái)選擇性地設(shè)定。其可在整個(gè)方法中保持相同或在方法過(guò)程中改變。層厚度優(yōu)選在50μm至500μm、更優(yōu)選在100μm至400μm、甚至更優(yōu)選在150μm至300μm的范圍內(nèi)。

當(dāng)施加構(gòu)建材料時(shí)，本發(fā)明含義內(nèi)的“構(gòu)建材料的固化反應(yīng)”已經(jīng)開(kāi)始。其可以通過(guò)合適的措施來(lái)加速，諸如調(diào)節(jié)構(gòu)建空間的溫度，或者最初通過(guò)活化措施開(kāi)始。施加熱或熱輻射的形式的能量可用于此目的。

本發(fā)明含義內(nèi)的“反應(yīng)抑制”或“反應(yīng)終止材料”或“液體”(也稱為“阻滯劑”)是任何能夠通過(guò)被施加而減緩、抑制或完全終止構(gòu)建材料的固化的材料。在本發(fā)明的含義內(nèi)的“阻滯劑”是影響和減緩硬化過(guò)程的物質(zhì)。這些物質(zhì)包括堿、酸、醇、疏水溶液、油、氫醌或具有單官能團(tuán)的物質(zhì)。

本發(fā)明含義內(nèi)的“粘結(jié)劑”可以優(yōu)選是水泥或石膏、丙烯酸酯或苯乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯和/或聚酰胺。下文中描述了另外的細(xì)節(jié)。

本發(fā)明含義內(nèi)的“活化步驟”是使得固化反應(yīng)更快和/或更完全地進(jìn)行的方法措施。在該方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，活化步驟還可以意味著跨越對(duì)具體反應(yīng)關(guān)鍵的閾值，這導(dǎo)致固化反應(yīng)的受控的開(kāi)始。

本發(fā)明含義內(nèi)的反應(yīng)可以優(yōu)選是但不限于水合、聚合或相變反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)制部分地基于硬化過(guò)程的“阻滯”或阻斷。從而意味著可以從部件安全地移除沉積物的阻滯的持續(xù)時(shí)間。在可活化材料的情況下，持續(xù)時(shí)間幾乎是不受限制的。

“沉積物”是出現(xiàn)在部件的幾何邊界之外的部分固化區(qū)域。它們通常是不希望的，從而應(yīng)該通過(guò)刷、吹掉或粉末噴射(powder blasting)除去。

“外部區(qū)域”描述了部件的幾何邊界之外的表面。根據(jù)本發(fā)明，在此施加阻滯劑。根據(jù)本發(fā)明，這可以在每個(gè)層中的部件的整個(gè)表面上或僅在部件邊界上或外部進(jìn)行或部分地進(jìn)行。

本發(fā)明的含義內(nèi)的“熔化溫度”涉及必須存在于構(gòu)建空間中并且最終存在于構(gòu)建材料中以便結(jié)果產(chǎn)生固化過(guò)程的溫度。其可以改變并且取決于所使用的具體材料。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，顆粒材料(構(gòu)建材料)優(yōu)選地選自由新鮮混合混凝土或砂漿、填料與反應(yīng)性樹(shù)脂體系的混合物、鑄造中常見(jiàn)的鑄造成型材料與反應(yīng)性樹(shù)脂體系的混合物、填料與水玻璃的混合物或顆粒與可熔材料的混合物，在施加之前混合物被加熱到高于可熔材料的熔化溫度的溫度。

在該方法中，構(gòu)建材料通常在提供用于此目的的裝置中在充分混合之后立即就被施加，然后獨(dú)立地進(jìn)行硬化反應(yīng)。不再需要另外的活化步驟或固化措施例如燒結(jié)來(lái)獲得經(jīng)硬化部件。

然而，可以有利的是另外進(jìn)行活化步驟以加速用于制造3D成型部件的方法和構(gòu)建過(guò)程。活化步驟優(yōu)選地在從打印頭施加之后進(jìn)行。

另外的活化步驟優(yōu)選地通過(guò)輻射、更優(yōu)選地借助于IR輻射進(jìn)行。

出于不同的原因，例如為了在3D部件中獲得有利的材料性質(zhì)，可以有利的是將在根據(jù)本發(fā)明的方法中的固化反應(yīng)延遲數(shù)小時(shí)，特別是優(yōu)選地延遲多天，或者其基本上完全停止。

在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，用于構(gòu)建3D成型部件的方法和材料可以以通過(guò)輻射開(kāi)始固化反應(yīng)的方式進(jìn)行選擇。

固化反應(yīng)取決于所選擇的構(gòu)建材料可以基于不同的機(jī)制。固化反應(yīng)可以是水合、聚合或相變反應(yīng)。

可以使用任何與其它材料組分和設(shè)備裝置兼容的合適的粘結(jié)劑。優(yōu)選地使用水泥或石膏、丙烯酸酯或苯乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯和/或聚酰胺作為粘結(jié)劑。

在另一方面，本發(fā)明涉及如本文所述的材料體系在本文所描述的3D打印方法中的用途。

本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的3D打印方法的設(shè)備。

在另一方面，本發(fā)明涉及一種設(shè)備，該設(shè)備包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于實(shí)施3D打印方法的裝置。該設(shè)備具有以特定方式或附加地修改的、能夠?qū)嵤└鶕?jù)本發(fā)明的方法特定設(shè)備裝置。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，必須采取預(yù)防措施來(lái)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法，以便確保例如打印頭的無(wú)故障運(yùn)行。

出于該目的，打印頭可以在不同方面被特別地設(shè)計(jì)，例如涂覆有不粘介質(zhì)以防止打印頭粘住。例如，在這種情況下可以提供打印頭的聚四氟乙烯涂層。

打印裝置的另一有利的實(shí)施方案可以在于以下事實(shí)：該設(shè)備包括用于打印頭和/或涂覆裝置(涂覆器、重新涂覆器)的清潔裝置。在每次涂覆之后，更優(yōu)選在每第十次涂覆之后，或根據(jù)需要，打印頭和/或涂覆器優(yōu)選地移動(dòng)到該清潔裝置，并且除去所施加材料(構(gòu)建材料/顆粒材料、材料混合物、反應(yīng)抑制或反應(yīng)終止液體)的污染物。在清潔裝置，污染物沿涂覆器的整個(gè)長(zhǎng)度從涂覆器除去。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，已經(jīng)能夠粘結(jié)或結(jié)合或硬化、或其材料組分經(jīng)歷使得顆粒組分粘結(jié)的反應(yīng)的構(gòu)建材料已經(jīng)位于涂覆器中。

一種用于保持涂覆器可操作并保護(hù)涂覆器免受污染物或者防止其被粘結(jié)材料堵塞的方法因此在于以下事實(shí)：該設(shè)備具有所謂的傾卸裝置，涂覆器在進(jìn)行其他方法步驟時(shí)，或者在該方法的過(guò)程期間存在例如涂覆停頓時(shí)移動(dòng)至該傾卸裝置。該傾卸裝置以下述這樣的方式設(shè)計(jì)：涂覆器在此繼續(xù)涂覆過(guò)程，從而確保構(gòu)建材料被連續(xù)地分配，并且防止構(gòu)建材料的堵塞。一旦在該方法中繼續(xù)涂覆操作，涂覆器返回到構(gòu)建平臺(tái)，并且可以繼續(xù)3D模型的構(gòu)建過(guò)程。

根據(jù)本發(fā)明的方法還使用構(gòu)建材料，其中當(dāng)涂覆器被裝料時(shí)，粘結(jié)反應(yīng)/固化反應(yīng)已經(jīng)開(kāi)始。為了最小化最終在構(gòu)建過(guò)程未使用的所謂的死材料(dead material)，在裝料涂覆器之前的短時(shí)間內(nèi)，使用混合裝置將材料組分彼此混合。這具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。由于該混合物的量相對(duì)少，確保了充分混合以及良好的反應(yīng)并因此確保了構(gòu)建材料的固化，這對(duì)所制造的3D部件的材料性質(zhì)具有積極的影響。此外，材料中待被丟棄的死材料的量被保持為盡可能小，因此還最小化了材料的使用。

因此，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，除了3D打印設(shè)備的常用結(jié)構(gòu)裝置之外，該設(shè)備還包括用于涂覆器的清潔裝置以及如果需要?jiǎng)t用于打印頭的清潔裝置、用于構(gòu)建材料的混合設(shè)備以及優(yōu)選地用于排出死材料的傾卸裝置。

在另一優(yōu)選方面，本發(fā)明因此涉及一種適合于3D打印的設(shè)備，包括可移動(dòng)構(gòu)建平臺(tái)、用于施加作為自硬化材料混合物的構(gòu)建材料的涂覆器、至少一個(gè)打印頭單元、至少一個(gè)混合單元、至少一個(gè)用于清潔涂覆器的清潔單元、如果需要?jiǎng)t至少一個(gè)用于清潔打印頭單元的清潔單元，以及如果需要?jiǎng)t還包括用于接收構(gòu)建材料的接收單元。

接收單元優(yōu)選地用于當(dāng)由于其他要進(jìn)行的工作步驟涂覆器必須被移動(dòng)到等待位置時(shí)，接收沒(méi)有用于構(gòu)建過(guò)程的死材料。通過(guò)將構(gòu)建材料從涂覆器排出到該接收單元中，有利地實(shí)現(xiàn)了涂覆器不被污染，保持完全可操作，并且可以在等待位置和等待時(shí)間之后以精確的方式繼續(xù)涂覆。這還部分地避免了對(duì)清潔的需要，或者至少減少了清潔周期。這對(duì)處理速度具有積極影響，并且提高了構(gòu)建處理的生產(chǎn)率，同時(shí)保持了相同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

附圖說(shuō)明

附圖描述了來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)以及本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施方案的3D打印機(jī)。

圖1以等軸測(cè)視圖的方式示出了基于粉末的3D打印機(jī)的部件的示意圖。

圖2示出了使用分層輻射硬化技術(shù)的常規(guī)3D打印過(guò)程的流程。

圖3示出了從根據(jù)本發(fā)明可以使用的反應(yīng)抑制材料取出部件的圖。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明可以使用的抑制相變反應(yīng)的圖。

反應(yīng)方案：

方案1：根據(jù)本發(fā)明可以使用的反應(yīng)抑制冷樹(shù)脂法的化學(xué)反應(yīng)。

方式2：根據(jù)本發(fā)明可以使用的反應(yīng)抑制冷芯法(cold-box)的化學(xué)反應(yīng)。

具體實(shí)施方式

在第一步驟中，借助于涂覆器將液體或粉末狀材料(構(gòu)建材料)施加到構(gòu)建平臺(tái)并使其平滑。該材料隨時(shí)間自身固化或優(yōu)選通過(guò)活化過(guò)程固化。該材料可以例如通過(guò)干燥而固化。還可以想到緩慢進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。還可以想到物理過(guò)程，例如相變。

然后在可選的固化步驟之前或之后經(jīng)由噴墨打印頭(打印頭)施加減緩或阻斷特定的固化機(jī)制的液體物質(zhì)或位于液體中的物質(zhì)。

固化步驟可以是例如打印過(guò)程之后的干燥過(guò)程。然而，也可以想到可硬化聚合物的UV活化。

構(gòu)建平臺(tái)隨后被降低一層厚度。

重復(fù)上述步驟，直到已創(chuàng)建所需的本體。

最后，除去圍繞部件的材料和沉積物。這取決于機(jī)理的類型可以通過(guò)刷、噴射或沖洗來(lái)進(jìn)行。

該方法的優(yōu)點(diǎn)在于通常可以使用非常少量的抑制介質(zhì)實(shí)現(xiàn)固化機(jī)制的減緩或阻斷。該介質(zhì)通常比固化材料更易于被施用。

此外，可以以這種方式實(shí)現(xiàn)充分混合。該材料可以使用常規(guī)混合工具集中制備。可以使用強(qiáng)大的混合能量。

第三方面涉及將增強(qiáng)物引入到部件中。由于預(yù)混合，與使用現(xiàn)有技術(shù)的方法時(shí)相比，可以將更復(fù)雜的材料加工為層。

同樣影響了基礎(chǔ)材料的固化?？梢允褂糜糜诜勰┎牧系囊后w分配的方法，這有利地影響了有效顆粒填充。

總之，本發(fā)明人已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種用于有利地使用3D打印方法可利用先前不能用于3D打印的材料的手段。例如，可以加工常規(guī)的混凝土。結(jié)果是絕不次于鑄件質(zhì)量的部件。例如，塑料部件同樣可以由高粘度反應(yīng)性樹(shù)脂制成。對(duì)于附加制造部件而言優(yōu)異的強(qiáng)度與其相關(guān)聯(lián)。

本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施方案：

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)大量利用基于粉末的3D打印。擴(kuò)充機(jī)械工程以滿足根據(jù)本發(fā)明的要求。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括涂覆器(2)。該涂覆器用于將預(yù)混合的顆粒材料或含液體的顆粒材料施加到構(gòu)建平臺(tái)(3)上并進(jìn)行平滑(圖2(a))。所施加的顆粒材料可以包括寬范圍的材料。例如，可以使用砂、陶瓷粉末、金屬粉末、塑料、木材顆粒、纖維材料、纖維素、乳糖粉末等。這些材料的流動(dòng)特性可以非常不同。不同的涂覆器技術(shù)允許從干燥、自由流動(dòng)的粉末和粘的堅(jiān)固粉末到基于液體的分散體的分層。粉末層(4)的高度由構(gòu)建平臺(tái)(3)確定。其在施加一層后被降低。在下一涂覆操作期間，填充所得到的體積并且使超出部分變平滑。結(jié)果是具有限定高度的幾乎完美平行和平滑的層。

根據(jù)本發(fā)明，所施加的構(gòu)建材料的固化過(guò)程在施加之前開(kāi)始，這是因?yàn)榉磻?yīng)所需的所有組分最近都在混合裝置中充分混合。因此，構(gòu)建材料在分配之前在制備裝置中產(chǎn)生，并快速供給到涂覆器。監(jiān)測(cè)運(yùn)輸時(shí)間和流動(dòng)速率。如果發(fā)生錯(cuò)誤，則材料不供應(yīng)給機(jī)器，機(jī)器用中性材料沖洗。中性材料可以包括例如構(gòu)建材料的惰性組分。

結(jié)構(gòu)上進(jìn)行材料供給，而沒(méi)有任何死空間。即，材料流總是以層流方式攜帶位于進(jìn)料中的所有材料量。

在涂覆過(guò)程之后，借助于噴墨打印頭(1)，利用液體—所謂的阻滯劑—打印該層(圖2(b))。打印圖像對(duì)應(yīng)于設(shè)備的當(dāng)前構(gòu)建高度中的部件的相反部分。液體緩慢且擴(kuò)散地滲透顆粒材料。

遵循根據(jù)本發(fā)明的方法，在打印期間或打印后不久，阻滯劑使層固化(圖2(c))。為了加速該過(guò)程或者引發(fā)硬化，例如在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，IR輻射器(5)可以在構(gòu)建空間上另外地通過(guò)。該IR輻射器可以與涂覆系統(tǒng)的軸線耦合。溶劑在加熱期間蒸發(fā)。在存在火災(zāi)危險(xiǎn)的液體的情況下，立即提取蒸發(fā)材料(7)。

該過(guò)程可用于影響并優(yōu)選加速固化反應(yīng)的時(shí)間順序。因此可以縮短直到部件被取出的時(shí)間段。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，作業(yè)塊(300)通常由構(gòu)建過(guò)程制造，在構(gòu)建過(guò)程之后必須從該構(gòu)建過(guò)程除去嵌入的部件(301)。該程序可以例如通過(guò)利用液體(302、303)沖洗來(lái)進(jìn)行。同樣地或另外地，可以通過(guò)手動(dòng)擦或刷子(305)來(lái)暴露部件。

下面提供了優(yōu)選材料體系的簡(jiǎn)要描述。在每種情況下，簡(jiǎn)要示出了整個(gè)過(guò)程。

水泥粘結(jié)材料

將諸如砂的集料與水泥漿、水以及添加劑混合。借助于特定的涂覆器將這種漿狀物質(zhì)施加到構(gòu)建平臺(tái)。

將酸性糖溶液作為反應(yīng)阻滯物質(zhì)分配到不固化的區(qū)域上。該組合物干擾水泥的水合并因此干擾固化。

在一定的粘結(jié)時(shí)間之后，所得的作業(yè)塊可以借助于水分離。然后在水的作用下將“阻滯的”材料刷掉。因?yàn)闆_洗溶液無(wú)毒，所以其是環(huán)境安全的。

以這種方式制造的部件與通過(guò)澆鑄制造的水泥部件在在其狀況和強(qiáng)度特性方面相當(dāng)。

聚合物合成反應(yīng)(冷樹(shù)脂)

將用于金屬澆鑄應(yīng)用的反應(yīng)阻滯冷樹(shù)脂粘結(jié)劑與固化劑和砂混合為批料并供給到涂覆器中。后者將構(gòu)建材料施加為層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用特定的涂覆器，該涂覆器能夠處理非常粘的砂混合物。

噴墨打印頭在稍后要除去砂子的區(qū)域中打印堿性物質(zhì)。只須施加少量的高堿性作用物質(zhì)。

構(gòu)建材料在該過(guò)程中完全固化，而沒(méi)有物質(zhì)被打印在其上。必須采取特定措施保護(hù)混合器、涂覆器和構(gòu)建容器。

該過(guò)程的結(jié)果是可以以已知方式用于金屬澆鑄的、具有冷樹(shù)脂粘結(jié)的多孔模具或芯。

聚合物合成反應(yīng)(聚氨酯)

將至少二官能的預(yù)聚物異氰酸酯與至少二官能的含酚多元醇和其它添加劑以及鑄造砂混合。設(shè)置混合物，使得聚合反應(yīng)需要幾十分鐘或者僅在至少該停留時(shí)間之后進(jìn)行。

在稍后將要除去砂的區(qū)域中，噴墨打印頭打印其一方面是單官能的另一方面與反應(yīng)性組分反應(yīng)的速度比與多官能反應(yīng)物反應(yīng)的速度快得多的物質(zhì)。由此降低了聚合所需的反應(yīng)性基團(tuán)。在該體系中，例如，打印具有化學(xué)式R-OH或R¹-NH-R²的化合物是有效的，短鏈醇，諸如乙醇或2-丙醇關(guān)于所產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物是優(yōu)選的。異氰酸酯基團(tuán)利用這些物質(zhì)有效地和不可逆地失活。

對(duì)于取出，松散的沙子被刷掉和噴射掉。

結(jié)果是用于本領(lǐng)域已知的冷芯型的金屬澆鑄應(yīng)用的澆鑄模具。

聚合物合成反應(yīng)(聚丙烯酸酯)

基礎(chǔ)材料例如膨脹玻璃或聚合物與可自由基聚合的(radically polymerizable)丙烯酸酯混合。還向體系中添加光引發(fā)劑。

在稍后要除去基礎(chǔ)材料的區(qū)域中，噴墨打印頭打印干擾進(jìn)一步固結(jié)或使光引發(fā)劑失活的物質(zhì)。這些可以是已知的抑制劑，諸如TEMPO或氫醌。

打印過(guò)程之后是使用UV燈暴露于光。由于失活的光引發(fā)劑，在打印區(qū)域中沒(méi)有形成用于聚合的自由基，或者形成僅有可以立即被添加的抑制劑吸收的那么多的自由基。結(jié)果，在打印區(qū)域中不會(huì)構(gòu)建牢固性。

該過(guò)程的結(jié)果是填充的塑料部件。后者可以在工業(yè)應(yīng)用中用作功能部件或用作視覺(jué)輔助。

相變

基礎(chǔ)材料(600)，例如，聚苯乙烯粉末與蠟(601)混合并加熱至高于其熔化溫度的溫度(圖4a)。在熱狀態(tài)下，其借助于涂覆器施加到構(gòu)建平臺(tái)。構(gòu)建空間中的溫度維持為高于蠟的熔點(diǎn)。

用油滴(602)，例如石蠟油打印該層(圖4b)。這種油與熱蠟可溶混。該混合物(603)位于外部區(qū)域中的顆粒之間。

在緩慢冷卻過(guò)程期間，由于冷卻的顆粒橋(604)，牢固性在未打印區(qū)域中形成。在打印區(qū)域中，油干擾牢固性的形成。該區(qū)域中的顆粒(部件輪廓605之外)可以隨后容易地被刷掉。

以這種方式制造的部件可以用作用于熔模澆鑄應(yīng)用的所謂的蠟?zāi)Ｐ汀?/p>

為了簡(jiǎn)化期望的部件和周圍材料的分離，僅線性地沿著特定層橫截面的外輪廓打印阻滯劑，并且打印具有格柵的部件輪廓外部的區(qū)域?qū)τ诓牧辖?jīng)濟(jì)是有利的。如果現(xiàn)在以一定順序插入全部(all-over)分離平面，則圍繞部件產(chǎn)生多維結(jié)構(gòu)，這甚至可以從復(fù)雜的幾何部分容易地除去。多維幾何形狀的尺寸可以被設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)尺寸，或者它可以借助于相應(yīng)的算法自動(dòng)地適應(yīng)于部件輪廓。

此外，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的材料體系示出了多個(gè)反應(yīng)方案：

反應(yīng)方案1(化學(xué)反應(yīng)，冷樹(shù)脂/反應(yīng)終止)：

糠醇在酸性條件下的縮合反應(yīng)；pH值的增加防止反應(yīng)發(fā)生。

方案2(化學(xué)反應(yīng)，冷芯)：

通過(guò)異氰酸酯與2-丙醇的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)防止聚合。

附圖標(biāo)記列表

100 噴墨打印頭

101 粉末涂覆器

102 構(gòu)建平臺(tái)

103 部件

104 構(gòu)建空間邊界

107 粉末層

200 固化單元

300 作業(yè)塊

301 嵌入的部件

302 沖洗噴嘴

303 外部區(qū)域的滴落材料

304 暴露的部件

305 刷子

600 基礎(chǔ)顆粒

601 液體蠟

602 油滴

603 蠟/油橋

604 固化的蠟

605 部件輪廓