CN107428091B - 成型体的逐层生产 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造由至少一个成型体层构成的成型体的方法，所述方法包括以下步骤：a)将层载体放置就位以用于接纳至少一个成型体层；b)使用成形工具将成型体层应用于打印板；c)将打印板和层支撑件或之前生产的成型体层相对于彼此定位；d)使成型体层固化以便所述成型体层成为之前的成型体层，并且将成型体层转印；e)如果必要，将打印板放置就位以用于接纳额外的成型体层，并且重复步骤b)至d)。本发明还涉及用于执行所公开的方法的设备以及由此获得的成型体的应用。

Description

成型体的逐层生产

技术领域

本发明涉及用于由至少一个成型体层生产成型体的方法。其还涉及用于由至少一个成型体层生产成型体的设备以及完全根据独立权利要求的前序部分的所述成型体的用途。

背景技术

3D打印涉及用于逐层且自动地构造三维工件的精加工方法。习惯上，在由原材料进行3D打印期间产生预定形式。在3D打印中使用的典型的材料是塑料、树脂、陶瓷和金属。特别是在当前非常普遍的快速原型法中，如果可能的话，在没有人工的情况下，多个可能的形式和结构被生产。打印机的多用性是非常重要的,以便复制由作为原料的可变形制品通过使用者、计算机辅助而限定的形状。如术语已经表示的，这些设备和方法涉及“样品”的生产，即大型个体件。因此，多数设备和方法不适用于工业大批量生产，因为它们没有大的转化率并且在材料和能量方面成本高。

因此，需要这样的方法和设备，其能以有效的和工业大规模的方式逐层构造三维结构。

除了样品的生产所应用的领域、独特的设计和对快速原型生产来说有利的可视化，3D打印能用于形成能在工业上和技术上使用的成型体。这种成型体在WO2014/043823A1(海森堡工程)中被示出。这些成型体包括特别适于在流体驱动的加工中应用的层和有分支的板条。特别地，示出的成型体能被用作静态搅拌器或热交换器或用于乳化或形成物质或作为催化表面和化学反应。由于可塑性变形团块借助模板被逐层施加，成型体被生产。层能逐步固化或在最终成型体形成之后最终固化。在这里，每一层通过合适的相关的模板被施加在之前的层上。通过干燥、UV固化或一些其他诱导固化来进行固化。用作掩模或丝网部件的模板的凹部在这里决定特定的层的形式。

发明内容

根据该已知的现有技术和上述需求，本发明的问题是能提供用于利用至少一个成型体层逐层构造成型体的方法，其特别适于工业自动化并且整体上更有效率。特别地，该方法应能适于大批量生产。

上述问题的至少一个的解决方案通过独立权利要求的特征部分来限定。

本发明的一方面涉及用于由至少一个成型体层生产成型体的方法。本发明的方法包括一系列步骤。在第一步骤中，提供能用于接纳至少一个成型体层的层载体。成型体层被施加在打印板上，其中成型体层借助成形工具被施加在该打印板上。应当清楚，在本发明的上下文中，逻辑上不是必须彼此相继的或在该次序没有被清楚地说明的情况下，方法步骤不是必须绝对以在本发明的示例中进行的次序进行。在该具体的情况下，例如，能获得层载体，同时借助成形工具将形成的成型体层施加在打印板上。而且，根据本发明的方法包括打印板和层载体相对于彼此定位的步骤。此时，第一成型体层或多个较早的成型体层能存在于层载体上，所述第一成型体层或多个较早的成型体层在根据本发明的之前的步骤中被转印到其上。

在本发明的意义下，打印板的相对定位能表示打印板或层载体或这二者进行运动，在运动期间，成型体层在打印板上接触层载体或在任何情况下已经存在于其上的较早的成型体层。打印板和层载体优选相对于彼此定位成在从打印板转印到层载体期间成型体层如期望地在层载体上准确对齐。

成型体层在其它步骤中被固化。固化的成型体层在本发明的方法的上下文中成为较早的成型体层，或其与已经存在的、较早的成型体层成为复合体。该固化步骤能特别地在打印板和层载体相对于彼此定位的时候进行。在该状态，层载体和打印板能形成用于仍未固化的成型体层的机械支撑件。

因此，当前方法步骤的成型体层能被转印到一个或多个较早的成型体层上，其中打印板或较早的成型体层相应地相对于彼此定位。成型体层的转印包括从打印板分离。对于随后的步骤，固化的、被转印的成型体层因此成为较早的成型体层。在本发明的意义下，较早的成型体层相对于当前的成型体层被限定。即，在成型体层之前的每个成型体层是相对于后一成型体层的较早的成型体层。替代性地，成型体层能相对于它们的编号按顺序地被编号。因此，被转印到层载体上的第一个成型体层是第一成型体层。相应地，第二个成型体层是第二成型体层，以此类推。当然，第一成型体层相对于第二成型体层是较早的成型体层。重复的数量取决于所生产的成型体的期望的最终形状，并且能由本领域技术人员单独地选择。相应地，本发明的方法的最后步骤包括最终能使打印板用于接纳其它成型体层以及随后重复上述方法步骤。在特定的实施例中，较早的成型体层是同时固化的成型体层。

在本发明的意义下，源于本发明的方法的成型体由至少一个成型体层构成，因为这是本方法的直接结果。但是，所生产的成型体基本不限于被识别为单个成型体层，这对于本方法的完成来说是必要的。而且，所生产的成型体不限于矩形、扁平的层或具有均匀厚度的层。

在本发明的方法的特定实施例中，成形工具是模板。模板能被设计为其能定位为在打印板上方的水平表面。在模板中的凹部限定由合适的模板施加的成型体层的形状。模板或成形工具能限定成型体层的多个相同或不同形状。

成型体层能快速地构造并以自动方式施加。结果，本发明的方法对大批量生产来说是特别有利的。

在特定的实施例中，成形工具是丝网部件、特别是用于技术性丝网印刷的丝网部件。

本发明的方法的另一优点在于其特别适于丝网印刷和模板打印。其被简化了，特别通过直接将成型体层施加在层载体上的步骤，即首先成型体层从具有已经限定的形式的打印板转印到层载体上。由于该间接打印方法，丝网印刷和模板打印的结合能用于本发明的方法的合适的层。

在特定的实施例中，打印板被设计为平面的。这具有以下优点：特别对于模板打印来说，理想的平面支撑件导致在各成型体层中的特别好的打印效果。但是，即使在丝网印刷中，平面的打印板对于各成型体层的打印结果来说也是有利的。

不限于该理论，本发明的优点之一表现为打印板为成型体层提供额外的保持，直到它们固化。结果，能打印更复杂的图案，所述更复杂的图案不必须完全设置在较早的成型体层上。

在特定的实施例中，打印板设计为成型体层较差地粘接于其上。成型体层从打印板转印到层载体上或较早的成型体层上。为了有助于转印，在成型体层没有过分地粘接于打印板的情况是特别有利的。固化的糊状物(Paste)在表面上的粘接取决于表面形状和对应的表面糊状物。为了轻微的粘接，糊状物到表面的化学连接必须被排除，表面结构必须光滑并且表面必须具有尽可能最低的表面能。表面能小于40mN/m时，特别是表面能小于30mN/m时，特别是表面能小于20mN/m在本申请的意义上被认为是低的。

在特定的实施例中，打印板的材料设计为成型体层较差地粘接于其上。另外，或在特定的实施例中，打印板的表面能以如下的方式起作用，即成型体层在对应的转印步骤中被容易地分离。通过打印板的表面处理这基本是可行的。表面处理可以是永久性的，即打印板进行合适的表面处理，该表面处理已经在打印板的生产过程中被执行。替代性地或额外地，打印板能设有表面处理的临时***。例如，能使打印板涂覆有在打印板应用的过程中被消耗并且必须被重复施加的蜡或树脂或粉末。因此，该结构能被设置在用于执行本发明的方法的设备中，其在周期性的间隔中或在每次使用打印板之前形成该涂层。

在特定的实施例中，打印板的粘接特性借助烘烤硅化被降低。在替代的特定实施例中，打印板设有包含含氟聚合物的涂层。

在特定的实施例中，打印板的粘接特性借助聚二甲基硅氧烷的层或其他聚硅烷的层被降低。

在特定的实施例中，在每次使用之前薄的涂层被施加在打印板上。在优选的实施例中，在每次使用之前含有油脂或蜡的层被施加在打印板上。

替代性地，甚至干膜润滑剂或根据干膜润滑剂已知的干滑动层能被用于降低打印板的粘接特性。基于合成蜡的透明的干滑动层是优选的。

在特定的实施例中使用热处理的硅酸盐层。水溶性硅酸钠、硅酸锂或硅酸钾能以液体形式施加并且在干燥期间硬化为玻璃质的非晶体层。令人惊讶地是，特别是当具有丙烯酰基的光敏聚合物的糊状物被用于形成成型体层的时候，具有硅酸钠薄层的打印板的涂层产生非常好的效果，所述涂层在使用之前在炉中在约100℃加热约半个小时。

在特定的实施例中，在接下来、其它成型体层转印在其上之前，在层载体上的较早的成型体层或层载体自身在该方法的步骤中设有粘接促进剂。该步骤优选包括借助层载体的印台利用该粘接促进剂进行浸渍、喷洒或润湿。

粘接促进剂能具有以下效果，即当前的成型体层和较早的成型体层之间的连接被改进。为此，例如，已经固化的较早的成型体层的前表面利用薄的、液体的粘接促进剂进行润湿。能根据使用的材料来使用不同的粘接促进剂。特别地，例如，在基于光敏聚合物的糊状物的情况下，可以使用没有光引发剂的单体，该单体仅在与含有合适的光引发剂的糊状物接触时润湿。该粘接促进剂即使在UV辐射的作用下也保持为液体，在这种情况下，新的成型体层不接触较早的、已经固化的成型体层。在丙烯酰基光敏聚合物和它们的薄的、液体单体的情况下，光引发剂能被择一地混合入用作粘接促进剂的单体内。在这种情况下，在薄的单体层不被新的成型体层的糊状物覆盖的情况下，由于聚合在非常薄的粘接促进剂层中受到空气中的氧的抑制，薄的单体层不固化。在本发明的方法的特定实施例中，可塑性变形的团块(Masse)通过成形工具的凹部被供给到打印板上，以便形成成型体层。合适的、可塑性变形的团块能由本领域技术人员根据应用的期望领域、期望的固化工艺和能获得的材料来选择。

可塑性变形的团块具有适于用成形工具进行打印的流变特性。具有触变特性的可成形团块是特别优选的。这种可塑性变形的团块在剪切应力下很好地流动但在打印板上不是额外的内在稳定的。悬浮物是特别合适的。悬浮物能包括细粒度粉末作为主要成分，其根据期望的成型体的材料来选择。例如，金属、金属合金、高级钢或贵金属以及陶瓷材料和/或玻璃陶瓷材料是合适的。特别地，有机粘合剂被添加以用于形成可塑性变形的材料。例如能被用作有机粘合剂的材料特别是CMC(羧甲基纤维素)、聚烯烃和各种形式的天然淀粉(玉米粉、小麦粉等)。替代性地，各种类型的光敏聚合物都能用作有机粘合剂。单体和低聚物以及它们的混合物被指定为光敏聚合物，其借助典型地在紫外范围内的光的辐射通过典型地小于5％的少量的混合的光引发剂的作用开始聚合。存在大量不同的光敏聚合物。丙烯酸单体是优选的，特别是例如，1，6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(trimethylpropane triacrylate)、聚(乙二醇)二丙烯酸酯，它们与少量的光引发剂、特别是例如0.5％的2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮复合并能被视作粘合剂材料。根据要求，这些单体能与聚丙烯酸酯的不同的低聚物混合。

如果可塑性变形的团块被提供用于烧结步骤(其是例如用于陶瓷材料、金属或玻璃的情况)，其含有高体积含量，尤其是>35体积％，此外特别是>50体积％的待烧结粉末。

在特定的实施例中，可塑性变形的团块包括额外的添加剂，所述添加剂能用于改变可塑性变形的团块的流变特性，例如分散助剂。这种添加剂对于本领域技术人员来说是已知的并且能由他们选择为适合以下情况和所需的条件(《工程学报》卷2013年(2013年)，文章ID930832)。

在替代性的特定实施例中，可塑性变形的团块包括纯塑料部件。它们能包括合适的单体和/或随后聚合的低聚物。这种可塑性变形的团块也能含有额外的添加剂，以用于调节例如溶剂、颜料、催化剂或生物杀灭剂的流变特性。

在特定的实施例中，可塑性变形的团块能包含作为悬浮物的基材粉末，其选自由以下组成的组中：金属、钢合金、硬金属、有色金属、贵金属、陶瓷材料、金属-陶瓷复合材料、玻璃、塑料和/或具有增强纤维或金属颗粒或陶瓷材料颗粒的塑料复合材料。甚至这些材料的混合物是能想到的。

在特定的实施例中，成型体层由若干部分的成型体层构成，该若干部分的成型体层按次序被单个地压在打印板上并且容纳在成型体层内以及固化。各个部分的成型体层能由相同或不同的糊状物组成，结果是能制备由若干不同材料构成的成型体层。

在特定实施例中，具有不同特性的多个可塑性变形的团块通过成形工具中的各种凹部被施加到打印板上，以用于形成成型体层。结果，能形成由不同材料构成的成型体层。

这两个实施例能例如以该方式设置在期望的最终产品中、即成型体中。另一可行的应用是使用随后被改进的一个或更多个额外的材料。后者被用作填充结构或支撑结构，其为构造过程期间被构造的成型体提供更好的稳定性。这些填充结构或支撑结构能随后借助机械、化学或热方法再次从成型体去除。

如果将来自上述的组的烧结材料例如金属、金属合金、陶瓷材料、玻璃或这些材料的复合体用作可塑性变形的团块，那么本发明的方法包括成型体的用于烧结的热处理，烧结在成型体的成形加工结束之后进行。

在优选的实施例中，成型体在500至2,500℃、优选600至1,700℃的温度被烧结。

在特定的实施例中，层载体设计为成型体层良好地粘接于其上。这能通过选择层载体的材料或通过涂覆层载体涂层而被控制。例如，如果层载体没有在成型体的构造之后的热处理中被使用，那么铝合金是用于具有丙烯酰基光敏聚合物的糊状物的层载体的合适材料。

在包括烧结步骤的特定的实施例中，层载体设计为其适于作为用于烧结工艺的载体。为此，层载体必须设计为其能承受烧结步骤中产生的温度而不被损坏。层载体优选由陶瓷材料例如铝的氧化物、刚玉、碳化硅或蓝宝石组成。替代性地，石墨或碳纤维能用作用于层载体的材料。在打印工艺期间，成型层必须较好地粘接到层载体。如果成型体在生产工艺结束时被烧结并且层载体也用作烧结工艺中的烧结支撑件，那么所生产的成型体必须与层主体分离，以便成型体能扩展并且特别地相对于层载体收缩。为此，层载体优选设有涂层。层载体特别优选地设有聚乙烯醇缩丁醛(PVB)层。在具有500至600℃的温度的烧结工艺开始时，该涂层基本分解而没有残余，因此成型体能在烧结工艺后面的过程中无妨碍地收缩。

在特定实施例中，本发明的方法包括聚合步骤。优选的是，聚合步骤选自包括光诱导、热诱导或化学诱导的聚合的组中。

本发明的方法特别优选地包括光聚合步骤。在该步骤中，成型体层在打印板上固化并且与层载体或较早的、已经固化的成型体层接触。为此，适当地选择的、可塑性变形的团块经受具有合适的波长的光以便开始聚合反应。为此，光敏聚合物被合适地添加到可塑性变形的团块中。成型体层的可塑性变形的团块的该经受光优选穿过打印板进行。为此，对于具有合适波长的光来说打印板必须是透明的。这里根据使用的光引发剂要求不同的波长。通常，用短波光、即在紫外光谱中的光来引发光聚合。石英玻璃或蓝宝石玻璃的打印板被证明是合适的。打印板优选选自这样的材料，即其在较长时间内不改变其对UV光的透过性。

在替代性实施例中，成型体层的固化能通过物理方法，例如干燥和/或冷却而进行。在具体的实施例中，熔融物被用作可塑性变形的团块，其在冷却之后固化。因此，本发明的方法也用热塑性塑料作为可塑性变形的团块来进行。替代性地，通过干燥和/或络合和/或结晶进行固化，就像例如在粘合剂中的溶剂蒸发期间或胶粘剂硬化期间发生的那样。

在特定实施例中，打印板和层载体相对于彼此定位成在打印板上的成型体层接触层载体或较早的成型体层并且分别相对于较早的成型体层在层载体上准确地对齐，其对于期望的成形品的生产来说所必须的。

在特定的实施例中，每个成型体层的层厚是恒定的。

在特定的实施例中，每个正常施加的成型体层的层厚是可变的。例如，成形工具可选择为包括用于限定多个成型体层的凹部。所有这些成型体层能具有相同的层厚。但是，成形工具也能构造为其施加不同的层厚。因此，根据成形工具和对应的成型体层的次序的选择，特别复杂的结构能被构造为成型体。特别地，打印板能设计为其准确地定位成型体层到层载体上或到较早的成型体层的转印。因此，即使特别小、精细或嵌套的成型体层能被构造且成形为成型体。

在特定的实施例中，打印板被设计为是基本刚性的。在本发明的意义下，如果打印板在根据本发明的操作期间不经受任何明显的变形，则打印板能被视为基本刚性的。在这种情况下，打印板由于材料和/或构造是耐弯曲的。这是由于就耐弯曲扭矩而言材料和/或构造取决于打印板的截面的大小和材料刚度。

在上述实施例的替代实施例中，打印板被设计为薄膜。在该实施例中，成型体层从薄膜转印到层载体上能通过剥离薄膜来进行。这种剥离意味着薄膜至少沿一个表面延伸方向弯曲并与剥离糊状物或粘附性薄膜是可比较的。作为该弯曲的结果，成型体层能被更容易地剥离。特别地，已经润湿和/或固化的成型体层将被更好地剥离，因为薄膜从成型体层的接触表面被剥离。例如，通过选择薄膜的材料和/或薄膜厚度被选择成适当薄，这样的剥离可以是可行的。薄膜的薄膜厚度优选小于2’000μm,特别是10-2’000μm,特别优选50-500μm,特别是50-200μm并且特别优选100μm。

在该特定实施例中，能进一步有利的是：在转印到层载体上期间，薄膜被刚性地保持。薄膜为此优选放置在刚性支撑件上。

在特定的实施例中，薄膜对于聚合引发的电磁辐射是透过性的，特别是对于UV辐射是透过性的。结果，层载体的固化能在仍与薄膜接触时进行，其随后能不费劲地从成型体层剥离。薄膜特别优选地在承载成型体层或由具有对应的质量的塑料组成的至少接触侧上设有抗粘涂层。对于薄膜的抗粘涂层来说合适的材料是氟化烃。例如FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)EFTE(乙烯四氟乙烯共聚物)或还有聚四氟乙烯(特氟隆,杜邦)。FEP和ETE具有额外的优点，即对UV辐射有良好的通透性。

本发明的一方面涉及用于由至少一个成型体层生产成型体的设备。当然应理解：对应的设备能设有包括不彼此排斥的上述方法特征的任何组合和可能性的结构特征。

根据本发明的设备主要包括一个或多个用于接纳至少一个成型体层的层载体。另外，其包括一个或多个打印板和至少一个成形工具，借助该成形工具成型体层能以限定的形状施加到打印板上。打印板和/或层载体在这里设计为被施加的成型体层能相对于彼此定位并能被转印到层载体上或已经存在于层载体上的较早的成型体层上。该设备优选构造成其能将打印板和层载体相对于彼此精确地对齐。

在优选的实施例中，层载体设计为其基本是平面的且几乎不变形。在本发明的意义下，这意味着层载体能设计为其耐受该设备的操作温度而没有塑性变形。例如，对应的层载体的尺寸能设置为足够厚以便不发生变形。具体的尺寸能适合打印板的尺寸以及相应的成型体层的尺寸。

在特定的实施例中，打印板被可动地设置，特别是旋转地设置。

在特定的实施例中，打印板对于光波是可透过性的，特别是，打印板对于UV光是可透过性的。

在特别优选的实施例中，打印板主要由石英玻璃或蓝宝石玻璃组成。

在优选的实施例中，打印板设有至少一个粘附力降低的表面。替代性地或额外地，打印板主要由粘附力降低的材料组成。特别地，打印板设有选自由以下组成的组中的粘附力降低的表面：烘烤硅化表面、聚硅烷涂层、含氟聚合物涂层、含油脂涂层、含蜡涂层和/或硅酸盐涂层。

在特定实施例中，层载体设计为即使在热载荷下、优选在高于500℃、特别优选高于800℃的温度下，其具有大的刚性和化学惰性。层载体特别优选由例如铝的氧化物、刚玉、碳化硅或蓝宝石的材料组成。

在特定实施例中，该设备包括多个成形工具。每个成形工具优选包括凹部并设计为其限定不同的形状。

在特定的实施例中，成形工具设计为若干成型体层能在一个打印过程中相对于彼此被打印，然后成型体层相对于层载体或较早的成型体层逐个固化。这能减少不同的打印板部件或打印丝网部件的数量。

在特定的实施例中，该设备包括用于将粘接促进剂施加在位于层载体上的成型体层上的装置。特别地，该设备包括喷洒装置或辊或印台，以用用于将粘接促进剂施加在成型体层上和/或层载体上。

在特定的实施例中，该设备包括用于将可变形团块散布在成形工具上的刮片，以便成型体层通过成形工具的凹部施加在打印板上。

在特定的实施例中，打印板被设计为是基本刚性的。在本发明的意义下，如果打印板在根据本发明的操作期间不经受任何明显的变形，则打印板能被视为基本刚性的。在这种情况下，打印板由于材料和/或构造是耐弯曲的。这是由于就耐弯曲扭力而言材料和/或构造取决于打印板的截面的大小和材料刚性。

在特定实施例中，打印板设计为是薄膜，特别地其通过截面厚度和/或材料本质确保至少在一个表面延伸方向是充分柔性的以便可恢复原状的弯曲是可行的，使得薄膜能从固化的成型体层剥离。

在特定实施例中，薄膜包括自身反应很慢的且具有非常低的摩擦系数的涂层。涂层优选包括小于0.1的动摩擦系数。在特别优选的实施例中，材料的动摩擦系数等于所述材料的附着摩擦系数。在补充性或替代性实施例中，薄膜由这种材料制成。

优选的是，薄膜包括选自由以下组成的组中的材料或由选自由以下组成的组中的材料组成：氟化烃，特别优选FEP和/或ETFE。

本发明的另一方面涉及根据本发明的方法获得的成型体在用于生产工程应用的三维微结构中的用途。特别地，能生产在其内部具有复杂中空空间和毛细管的成型体。生产的成型体也能有利地用于汽车构造、飞机构造和风轮机,因为它们特别适于生产轻质结构。

由于本发明的方法允许将材料与不同电特性结合，成型体能在特定的实施例中能被生产为包含导电轨道。此外，能生产甚至具有不同磁性的材料，也包括永磁性材料。结果，传感器、例如温度传感器、压力传感器以及其它传感器、或致动器、例如旋转电机或线性电机能利用本发明的方法进行生产并结合到成型体内。

本发明的成型体能包括精细的结构和几何体。

本发明的另一方面提供将本发明的方法生产的成型体作为催化载体的用途，该催化载体具有直接打印到成型体内的催化活性层。这使其能准确地表示复杂的成型体的内部中的催化活性层的层厚，就像用本发明的方法能生产的那些层那样。结果，高选择性的化学反应能用本发明进行。催化活性层优选通过以所需的层厚选择合适的、可塑性变形的团块而被施加。

能用根据本发明的方法生产的成型体的其它可能的应用领域不是绝对的：微结构催化剂、热交换器、用于进一步物质交换的结构、液体分配器、分离器、传感器、致动器等。

总的来说，根据本发明的方法提供很多优点。例如，相比于直接打印方法，利用根据本发明的方法在一个平面中组合不同的成型体层是更简单的。此外，特别合适的是用若干不同的材料生产结构。打印板的表面能选择为各成型体层的打印图像是特别好的，特别是当利用打印板部件以及使用打印丝网部件时，结果整个成型体能特别精确地成像。特定的成形工具能选择为单个的特别厚或特别薄的成型体层能被生产。由于能生产特别厚的层，单个打印程序的数量能减少，这也增加了总效率。成型体层的定位发生在成型体层从打印板转印到层载体上期间。结果，成形工具相对于打印板的准确定位以及打印程序的要求不是必须的。因此，打印程序大体能以更简单且更有效以及更有利的方式被执行。

所有特定实施例能以任何方式在本发明的范围内结合至它们不互相排斥的程度。

利用下面的详细说明中的具体示例性实施例在下面详细说明本发明，但本发明不限于此，另外，根据该详细说明和全部权利要求得出其他有利的实施方式和特征的组合。

附图说明

用于说明示例性实施例的附图示意性地示出︰

图1示出根据本发明的方法的示意性简化流程图。

图2示出空的打印板。

图3示出借助成形工具形成成型体层。

图4示出打印板上的被形成的成型体层。

图5示出层载体上方的打印板的定位。

图6示出具有成型体层的层载体。

图7示出之后的打印。

图8示出将之后的成型体层转印到较早的成型体层上。

图9示出层载体具有两层的成型体层。

图10示出形成的不同的成型体层的示例。

图11示出由若干层和成型体层组成的复杂地构建的成型体的示例。

图12示意性地示出用于执行本发明的方法的设备。

相同的部件在附图中基本设有相同的附图标记。

具体实施方式

示例1

在这里描述可成型的团块的示例，其中光敏聚合物用作粘合剂。该团块用于生产基于铝的氧化物的陶瓷结构。该团块由约80％的铝的氧化物颗粒组成，该铝氧化物颗粒具有用于高级技术陶瓷材料的质量并具有若干微米的平均粒度。1.6-己二醇二丙烯酸酯用作粘合剂。为了控制流变特性，添加少量合适的辅助分散助剂。0.5％的2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮被添加作为光引发剂。

图1示出执行根据本发明的方法的示意性流程图。首先，制造用于接纳成型体层和产生的成型体的层载体(A)。

层载体在本示例中能用具有2mm的层厚的平面蓝宝石玻璃板来构造。在第一步骤中，粘接促进剂的薄膜能被施加到层载体的表面上，以便随后润湿变得更好，结果是层载体和新形成的层之间形成连接。为此，能使用印台、辊或喷嘴(C)。但是，该步骤不是强制性的并且能在一些情况下被省略(B)。

而且，能获得打印板。为了步骤1能随后被更好地执行，打印板的表面被修饰为固化的成型体层到该表面的粘接仅是非常轻微的。为此，能使用各种技术。例如，用于降低成型体层的粘附力的合适的措施是烘烤硅化、具有合成蜡的薄涂层、具有聚二甲基硅氧烷或其他聚硅烷的涂层、薄的含油脂层或薄硅酸盐层。在各循环之前或在每个循环之前，用于降低打印板上的成型体层的粘附力的一些上述方法要求规律地重复对打印板的处理。如果是这种情况，打印板被合适地制备以用于打印(D、E)。

现在，可塑性变形的团块通过包括凹部的模板以由该打印程序产生的成型体层的形式被施加到该打印板。为此，该模板基本填充有可塑性变形的团块并用刮片施加为渗透压通过模板作用在打印板上。然后，模板被移除。

打印板和层载体随后相对于彼此准确地定位以便它们的间隔对应于期望的层厚并且成型体层如期望地在层载体上准确对齐(G)。其以这样的方式进行，即成型体层物理接触层载体。用于执行该步骤的可能性是使打印板基本旋转经过180°，并将其在牢固地安装的层载体上方对齐。另一可能性是与牢固地安装的打印板一起起作用并将层载体定位在其上方。

形成成型体层的团块现在固化(H)。例如，在基于光敏聚合物的团块的情况下，这通过其光线含有经过透明打印板激发光引发剂的波长的灯的光线来进行。与该预期相关的波长范围在很短的波长频率的情况下经常位于光谱的紫外光范围中。例如，在上述示例的光引发剂、即2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮的情况下，相关的波长是280nm。在这种情况下，石英玻璃板或蓝宝石板能被视为透明的打印板，该透明打印板包括必要的稳定性和坚固性以及对于紫外波长范围内的光来说足够的透明度。在其他可变形的团块的情况下，固化步骤通过热引发的聚合作用或通过团块的热加速的物理干燥而进行。

在固化之后，成型体层自身粘附到层载体。此后，固化的层与打印板分离，结果固化的层从打印板转印到层载体(I)。

为了有助于成型体层与打印板分离，打印板的表面被修饰为使得成型体层稍微粘附于其上(参见步骤C)。因此，成型体层到层载体的粘附力明显强于其到打印板的粘附力，当分离时，成型体层保持在层载体上，或在较早的成型体层上。

如果打印继续，即如果提供其他成型体层(J)，那么该处理再次在步骤B开始。如果这是第二打印或更后面的打印，那么打印板和层载体相对于彼此定位为当前的成型体层接触较早的成型体层。当然，也能转印相邻的成型体层，即，使得当前的成型体层也接触层载体。在由不同材料组成且用不同模板的成型体层被打印的情况下这是特别适合的。

现在，粘接促进剂的薄层也与第二或随后的成型体层一起被选择性地施加到较早的成型体层上，以便借助新的成型体层导致较早的成型体层的更完整的润湿(C)。

现在，打印板甚至与第二或随后的成型体层一起被选择性地预处理，以便成型体层能随后容易地从其分离(E)。

一旦所有希望的成型体层已经被生产、固化且被转印到成型体载体上，那么该处理结束(K)。根据使用的可变形的团块和根据构成已完成的部分的材料，以这种方式在层载体上产生的且由至少一层成型体层组成的成型体最终仍必须被供给进行热处理，例如烧结或热解。

步骤H的次数由成型体层的期望的数量确定。整个处理能以计算机控制的方式进行。即，设备能设有机架，该机架具有若干限定数量的模板，以便执行限定次序的打印程序。该设备能被设计为模块，其结果是合适的工具能被灵活地更换。

利用各方法步骤该方法的执行在图2至11中以示例性的方式被再次说明。

图2示出适于在本发明的方法中使用的打印板1。打印板1由石英玻璃组成并且包括框架2。

可塑性变形的团块(未示出)利用模板3、借助刮片4经过凹部5被提供到达图2中示出的打印板1上。产生打印图像，其形成待生产的成型体的成型体层。图4示出被相应地打印的打印板1。四个相同的成型体层6示出在其上，成型体层的形状由模板3的凹部5限定。图5示出打印板1现在怎样定位为成型体层6在层载体7上方，以便成型体层6与层载体7接触。在该位置，成型体层在打印板和层载体之间固化。

图6示出在打印板与固化的成型体分离之后对应的层载体7具有现在定位在其上的成型体层6。同时，能再次获得打印板1。

图7示出具有变型的凹部图案和凹部5’的另一模板3’，利用该模板可塑性变形的团块(未示出)通过刮片4以类似的方式被压在打印板1上。该新打印的打印板现在也定位在层载体7上方，这在图8中示出。成型体层6’在这里与更早的成型体层6接触。成型体层6’在该状态下被固化。在图5和8的固化的加工步骤中能容易地执行聚合步骤，因为具有合适的、所需的UV波长的光经过透明的打印板1被加载到待固化的成型体层6、6’上。

成型体层6’与较早的成型体层6形成连接，以便形成的成型体实质是是一体件。连接能由同一种材料构成。在某些材料的情况下也能形成网状物。

图9示出具有四个成型体的层载体7，该层载体包括两个层并由一体地彼此连接的两个成型体层6、6’组成。

前面的步骤能如所期望地被重复。而且，不必然的是：当前的成型体层定位成它们堆积在较早的成型体层上。

图10的示例示出四个成型体，其中成型体由全部三个成型体层6，6'，6”组成，每个成型体层均在一个打印程序中产生。然而，整体上成型体仅由两个层平面组成。图11通过示例示出具有五个层平面并且由五个成型体层6”’,6””,6””’,6”””,6”””组成的成型体。

附图中的简单的几何结构基本被选择为仅用于观察的目的。基本上，成型体层和它们的设计不受任何限制。

根据本发明的方法也是适合生产三维成型体，诸如在WO2014/043823A1中示出的那些。这些成型体包括在彼此之上一个挨一个地被支撑的若干成型体层。

本发明的成型体层能具有10μm至50mm的层厚。它们特别优选地具有50至3000μm的层厚。总的来说，根据本发明的成型体能具有1mm至5,000mm,特别地4至500mm,特别是10至300mm,尤其是约50mm的外部尺寸，这取决于应用。这些量级是特别适合微混合器和催化剂的生产。对于轻型构造的较大的结构件来说，合适的尺寸能更大。

图12通过示例示意性地示出用于执行本发明的方法的设备11。设备11基本包括框架，该框架包括合适的用于操作该设备的可动部件的引导件。轨道***用于定位层载体16。该轨道***包括定位***12的X轴、定位***14的Y轴和定位***13的Z轴。此外，层载体16通过旋转连接件15被连接，旋转连接件以铰接的方式被支撑到定位***13的Z轴。这能使层载体以可动方式在所有轴上处于必要的位置，以便执行本发明的方法。合适的成形工具能被支撑在模板仓21中。由于该模板仓21，能准备多个预定的成形工具，例如模板或丝网部件，并且能以这种方式自动化打印。在操作期间，替换设备使模板22(借助示例)在打印板(未示出)上方向外运动。刮片18定位在模板22上方，以用于使从自动分配***(未示出)施加的对应的团块扩展。

同时，层载体15能借助印台17浸渍有合适的粘接促进剂。层载体16的定位***能借助由摄像机、镜头和分析软件组成的视频***被确定。出于简化的原因，该***在该附图中没有被示出。一旦打印程序已经结束，使用的模板借助自动复位***的引导件19被推回进入仓21。现在层载体16能通过定位***下降到打印板上并准确对齐。UV辐射器20现在能起动聚合并通过透明打印板进行固化。只要固化一结束,层载体16就能被再次抬起。该运动的结果是：在本实施例中，成型体层与打印板分离并在层载体16上形成较早的成型体层。

这里示出的该设备仅通过示例示出并且能用若干打印板构成，打印板具有相关的板复位装置，以便同时打印若干结构部件。

Claims (43)

1.一种用于生产由至少一个成型体层组成的成型体的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供能用于接纳至少一个成型体层的层载体；

b)成型体层被施加在打印板上，其中成型体层借助成形工具被施加在打印板上，其中所述成形工具是模板或者丝网部件，并且所述成型体层通过所述成形工具的凹部限定；

c)将打印板和/或层载体相对于较早的成型体层并相对于彼此定位；

d)使成型体层固化以便所述成型体层成为较早的成型体层本身或形成具有这种较早的成型体层的复合体，并且将成型体层从打印板转印到层载体上；

e)任选地，使打印板能用于容纳其它成型体层，并且重复步骤b)至d)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤c)中，使成型体层与层载体或较早的成型体层接触。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法,其中打印板设计为成型体层不佳地粘接于其上。

4.根据权利要求3所述的方法,其中打印板设计为成型体层不佳地粘接于其上，并且具有小于40mN/m的表面能。

5.根据权利要求3所述的方法,其中打印板设计为成型体层不佳地粘接于其上，并且具有小于30mN/m的表面能。

6.根据权利要求3所述的方法,其中打印板设计为成型体层不佳地粘接于其上，并且具有小于20mN/m的表面能。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的方法,其中在层载体上的较早的成型体层或层载体本身在接下来的成型体层转印于其上之前设有粘接促进剂。

8.根据权利要求1至2中任一项所述的方法,其中可塑性变形的团块经过成形工具的凹部被施加在打印板上，以便形成成型体层。

9.根据权利要求8所述的方法，其中具有触变特性的糊状物被用作可塑性变形的团块。

10.根据权利要求1至2中任一项所述的方法,其中根据步骤d)的方法额外地包括以下步骤：

f)将打印板与固化的成型体层分离。

11.根据权利要求10所述的方法，其中多个可塑性变形的团块中的至少一个用作成型体的支撑团块并能通过化学或物理方法再次从成型体被去除。

12.根据权利要求10所述的方法，其中多个可塑性变形的团块中的至少一个用作成型体的支撑团块并能通过机械方法再次从成型体被去除。

13.根据权利要求1至2中任一项所述的方法,其中成型体被烧结。

14.根据权利要求13所述的方法，其中成型体在成型体构建结束之后被烧结。

15.根据权利要求1至2中任一项所述的方法,其中固化包括聚合步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其中聚合步骤选自包括光诱导、热诱导或化学诱导的聚合的组。

17.根据权利要求15所述的方法，其中通过使成型体层经受穿过打印板的光来进行光诱导聚合。

18.根据权利要求1至2中任一项所述的方法,其中成型体层的固化通过物理方法进行。

19.根据权利要求18所述的方法,其中成型体层的固化通过干燥和/或冷却而进行。

20.根据权利要求1至2中任一项所述的方法,其中打印板被设计为薄膜，并且成型体层从打印板到层载体的转印包括剥离薄膜。

21.一种用于由至少一个成型体层生产成型体的设备(11)，所述设备包括：

a)用于接纳至少一个成型体层的层载体(16)；

b)打印板；和

c)成形工具，借助所述成形工具具有限定形状的成型体层能被施加在打印板上，其中所述成形工具是模板或者丝网部件，并且所述成型体层通过所述成形工具的凹部限定，以及

其中打印板和/或层载体(16)被设计为施加在打印板上的成型体层能相对于层载体(16)被定位并且能被转印到层载体(16)上或转印到已经存在于层载体(16)上的较早的成型体层上。

22.根据权利要求21所述的设备(11)，其中打印板和/或层载体(16)设计为成型体层与层载体(16)和/或较早的成型体层接触时能被固化并且能通过分离打印板而被转印到层载体(16)上。

23.根据权利要求21所述的设备(11)，其中所述设备用于执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。

24.根据权利要求21所述的设备(11)，其中打印板被设计为对于光波可透过。

25.根据权利要求24所述的设备(11)，其中打印板被设计为对于UV光是透过性的。

26.根据权利要求24所述的设备(11)，其中打印板由石英玻璃或蓝宝石玻璃组成。

27.根据权利要求21至22中任一项所述的设备(11)，其中打印板设有至少一个粘附力降低的表面或由粘附力降低的材料组成。

28.根据权利要求27所述的设备(11)，其中打印板设有选自由以下组成的组中的粘附力降低的表面：烘烤硅化表面、聚硅烷涂层、含氟聚合物涂层、含油脂的涂层、含蜡涂层或由硅酸盐的层组成的涂层。

29.根据权利要求21至22中任一项所述的设备(11)，其中层载体(16)被设计为其具有即使在热载荷下的高刚性。

30.根据权利要求29所述的设备(11)，其中层载体(16)被设计为其具有在高于500℃的温度下的高刚性。

31.根据权利要求29所述的设备(11)，其中层载体(16)由选自由以下组成的组中的材料构成：氧化铝或碳化硅。

32.根据权利要求29所述的设备(11)，其中层载体(16)由选自刚玉的材料构成。

33.根据权利要求29所述的设备(11)，其中层载体(16)由选自蓝宝石的材料构成。

34.根据权利要求21至22中任一项所述的设备(11)，其包括多个成形工具，其中每个单独的成形工具被设计为其限定不同的形状。

35.根据权利要求21至22中任一项所述的设备(11)，其中成形工具设计为其限定多个形状。

36.根据权利要求21至22中任一项所述的设备(11),其包括用于将粘接促进剂施加在层载体上的成型体层上的装置。

37.根据权利要求36所述的设备(11)，其包括用于将粘接促进剂施加在层载体上的成型体层上的喷洒设备或包括用于将粘接促进剂施加在层载体(16)上的成型体层上的辊或印台(17)。

38.根据权利要求21至22中任一项所述的设备(11)，其中打印板设计为薄膜，以便所述薄膜能至少沿剥离方向弯曲。

39.根据权利要求38所述的设备(11)，其中打印板设计为薄膜并且其厚度小于2000μm。

40.根据权利要求38所述的设备(11)，其中打印板设计为薄膜并且其厚度是10-2000μm。

41.根据权利要求38所述的设备(11)，其中打印板设计为薄膜并且其厚度是50-500μm。

42.根据权利要求38所述的设备(11)，其中打印板设计为薄膜并且其厚度是50-200μm。

43.根据权利要求38所述的设备(11)，其中打印板设计为薄膜并且其厚度是100μm。