用于将可光聚合材料加工为成型体的以层的方式的构造的设备制造技术

一种将可光聚合材料加工为成型体的以层的方式的构造的方法，包括：a)设置具有至少局部透光的底的槽，b)使结构平台行进到如下的高度上，即在结构平台的底侧或者在已经存在的情况下的在所述底侧处形成的成型体部分的最下面的硬化的层与槽底之间限定出可光聚合材料的规定的厚度的一层，c)对层从下面通过槽底进行地点选择性的光照，用于将材料层以期望的形状进行硬化，d)重复步骤b)和c)直到形成成型体的最后的层。在此可光聚合的材料在室温（20℃）下具有至少20 Pa·s的粘度并且可光聚合的材料的层在槽中被加热到至少30℃的温度用于降低粘度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将可光聚合材料（photopolymerisierbarem Material）加工为成型体的以层的方式的构造的方法，包含：a）设置具有至少局部透光的底的槽，该可光聚合材料位于所述槽中，b）使结构平台（Bauplattform）行进到如下的高度上，使得在结构平台的底侧或者在已经存在的情况下的在所述底侧处形成的成型体部分的最下面的硬化的层与槽底之间限定出可光聚合材料带有规定的厚度的一层，c）对层从下面通过槽底进行地点选择性的光照（Belichten），用于将材料层以期望的形状进行硬化，d）重复步骤b)和c)直到形成成型体的最后的层。此外，本专利技术涉及一种用于实施该方法的设备。
技术介绍
开头所述类型的方法和设备从EP 2505341 A1和WO 2010/045950 A1中是已知的。这样的方法和设备允许基于平版印刷（lithographiebasierte）的成型件的生成制造,尤其在所谓的快速成型技术（Rapid Prototyping）的范围内。在所述立体平版印刷的方法中，分别一个新涂布的材料层通过地点选择性的光照以期望的形状聚合，由此逐渐地通过以层的方式成型来以其三维的形状生产期望的物体,所述三维形状从施加的层的顺序得出。基于平版印刷的生成制造相对于竞争的3D打印方法提供巨大的优势：被印刷的部件的非常好的精度和表面质量。阻碍该方法在加工技术中的面状加工的巨大的缺点是该材料的断裂韧性（冲击韧性）较低。竞争的方法（例如选择性激光烧结-SLS，或者熔融沉积造型-FDM）允许热塑性材料（例如ABS-丙烯酸丁二烯苯乙烯）的加工，所述材料相比于光聚合物（Photopolymeren）具有明显更高的冲击韧性。出于该原因目前用于生成制造的可用的方法仅可适用于选取的应用、例如在样件制造（Prototypenbau）中。作为用于塑料件的批量生产的制造工具的使用仅在特殊情况下有意义，然而却是迄今最大的市场。光聚合物的小的冲击韧性尤其与在聚合物网络的链之间的小的分子内相互作用相关联。基于光聚合作用（油漆工业、牙科的复合物填充）的应用的起点是通常相对稀液状的初始物质，所述物质由于小的粘度可以在室温下容易地被加工。在光聚合作用时通过化学耦合（chemische Vernetzung）产生共价键，并且产生的聚合物网络由于共价的耦合点的强的键能量具有相对高的硬度和刚度。属于物理属性的次级键（范德华键、氢桥键）同样在聚合物链之间起作用，然而由于其小的键能量对整个网络的机械特性贡献较少。在该情况中难以解决的是材料的产生的小的断裂韧性：一旦试件中的一个裂缝（Anriss）通过在裂纹尖端（Risspitze）处的高的应力集中打开位于其前面的共价键，裂纹开始生长。聚合物网络以该形式不具有塑性变形的可能性，并且韧性基本上仅由在裂纹尖端处的新生成的表面的表面能量来决定。已知的是，通过有针对性地引入小的弹性体颗粒，热塑性塑料可以被改变韧性，所述弹性体颗粒在相对大的体积中机械受力时使得产生大量的小裂纹。然而，弹性体颗粒阻止裂纹的继续生长，并且周围的基体可以塑性变形（龟裂，Crazing）和驱散能量。断裂坚韧的聚合物的基础即是一个有塑化潜力的基体以及嵌入的小颗粒，所述小颗粒产生大量亚临界的裂纹，并且由此实现在大体积上的塑化。在光聚合物中可以通过使用具有高的分子内相互作用的单体系统实现塑化和相应的韧性提升。然而这导致：在室温下初始材料要么是固定粘性的要么是非常高粘性的，使得在基于平版印刷的生成制造中的可加工性显著被变困难。在加工被填充的可光聚合的材料（泥浆，Schlicker）时也要面对初始材料的高的粘度。在此，可烧结的材料（例如陶瓷或金属）以粉末状掺入粘稠的、光敏感的人造树脂。在各个层硬化时已硬化的聚合物作为粘合剂起作用。在结束层状构造成型体后，已硬化的聚合物被以热学方式分离并且然后剩余的填充材料（例如陶瓷粉末）被一起烧结为一个固定的结构。该方法允许:生成制造的所有优势也有益于原则上不适合该方法的材料。填充度、也即在泥浆中的粉末所占的比例，在此是关于可加工性和材料质量的最重要的因素之一。然而，高的填充度大多与初始材料的高的粘度相关联，这本身带来一些问题、诸如高的反应力、泥浆的分解（Entmischung）和变困难的材料再运输。
技术实现思路
本专利技术因此目的在于：如下继续开发基于平版印刷的生成制造方法使得具有高粘性的或者甚至固定的稠度（Konsistenz）的初始材料也可以被加工。另外，本专利技术目的在于：加工不仅适合于样件制造而且适合于生产（快速制造，Rapid Manufacturing）的高质量的材料。为了解决该任务本专利技术在开始时所述的类型的方法中主要规定：可光聚合的材料具有提高的分子内的相互作用并且可光聚合的材料的层在槽中被加热到至少30℃的温度用于降低粘度。提高的分子内的相互作用通过在室温（20℃）下提高的粘度表现。当初始材料在室温下具有至少20 Pa·s的粘度时，分子内的相互作用在当前情况下尤其被视为是足够的。优选地，材料层被加热到至少40℃。本专利技术基于以下认识：不同的辐射硬化的聚合物已经在小的温度升高时显示粘度的明显降低。一般加热到最高50℃足够了，从而额外的能量需求保持在合理的界限内。在特殊情况下可以要求加热直到80℃。在较高的温度下会导致不想要的聚合物的热学聚合作用。在此，材料的加热优选地仅在装置的加工区内进行。加工区包含在透明的槽底和至此形成的成型体之间的区域。典型地加热厚度在10μm和1000μm之间的光聚合物层。成型体所在的装置的剩余加工空间可以具有低于加工区温度的温度。优选粘性的材料大面积地并且直接地在界限面（槽底）处被加热。此外已知的是：优选地仅当加热整个材料池而不仅仅是在被光照区域内的材料时如此保障了粘度的更好的降低，即在槽中没有大的力和时间花费地实现材料分布和层形成。在以线构造的混合设备的区域中的材料的仅一部分的加热（如这在EP 2505341 A1中所述）表明是不充足的。通过本专利技术现在在基于平版印刷的生成制造方法的范围内实现投入初始材料,所述初始材料实现最终产品的改善的材料特性、尤其高精度、非常好的表面质量、突出的冲击韧性和改善的热成型稳定性。因此这样的方法也可以增加地在批量生产中应用。一种优选的方法引导规定：可光聚合的材料的温度在步骤b)、c)、和d)期间被保持在至少30℃、优选地至少40℃的温度上。材料池随之被恒定保持在相应地要求的提高的温度上，由此多次温度变化不必要。特别优选地可光聚合的材料的加热和如有可能温度的保持借助于通过槽底的引入热量来进行，尤其借助于至少一个在槽底处或者在槽底中布置的加热元件、诸如加热薄膜进行。热量进入随之通过槽底进行，使得保证能量高效的热量传输。通过底部的热量引入然而也可以借助于热量辐射进行，例如通过利用电磁波、尤其红外线照射槽底。已知的是：在基于平版印刷的生成制造时被照射的层在化学反应中出现明显收缩。该收缩在后续结果中导致内部应力或者导致最终部件的变形。收缩的规模取决于反应组（reaktiven Gruppen）的浓度。反应组的浓度越高（例如丙烯酸盐组、甲基丙烯酸盐组或者环氧化物组），收缩越大。通过使用更长链的初始单体，光聚合物具有更小的反应组密度。该更长链本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于将可光聚合材料加工为成型体的以层的方式的构造的方法，包括：a)设置具有至少局部透光的底的槽，该可光聚合的材料位于所述槽中，b)使结构平台行进到如下的高度上，使得在所述结构平台的底侧或者在已经存在的情况下的在所述底侧处形成的成型体部分的最下面的硬化的层与槽底之间限定出所述可光聚合材料带有规定的厚度的一层，c)对所述层从下面通过所述槽底进行地点选择性的光照，以便将材料层以期望的形状进行硬化，d)重复步骤b)和c)直到形成所述成型体的最后的层，其特征在于：所述可光聚合的材料在室温（20℃）时具有至少20 Pa·s的粘度并且所述可光聚合的材料的层在所述槽中被加热到至少30℃的温度用于降低粘度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 AT A901/20131. 用于将可光聚合材料加工为成型体的以层的方式的构造的方法，包括：a)设置具有至少局部透光的底的槽，该可光聚合的材料位于所述槽中，b)使结构平台行进到如下的高度上，使得在所述结构平台的底侧或者在已经存在的情况下的在所述底侧处形成的成型体部分的最下面的硬化的层与槽底之间限定出所述可光聚合材料带有规定的厚度的一层，c)对所述层从下面通过所述槽底进行地点选择性的光照，以便将材料层以期望的形状进行硬化，d)重复步骤b)和c)直到形成所述成型体的最后的层，其特征在于：所述可光聚合的材料在室温（20℃）时具有至少20 Pa·s的粘度并且所述可光聚合的材料的层在所述槽中被加热到至少30℃的温度用于降低粘度。2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述可光聚合的材料的温度在步骤b)、c)、和d)期间被保持在至少30℃的温度上。3. 按照权利要求1或者2所述的方法，其特征在于：所述可光聚合的材料的层的加热和如有可能温度的保持借助于通过所述槽底引入热量来进行，尤其借助于至少一个在所述槽底处或者所述槽底内布置的加热元件、诸如加热薄膜来进行。4. 按照权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于:所述可光聚合的材料具有至少5000的分子质量。5. 按照权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于：附着在所述结构平台处形成的成型体部分处的、未硬化的可光聚合的材料允许通过冷却被固化。6. 按照权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于:所述可光聚合的材料利用颗粒、诸如陶瓷的或者金属的粉末来填充。7. 按照权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于：所述可光聚合的材料在步骤b)之前在所述槽中借助于在所述结构平台下面穿行的刮板来分配用于达到均匀的层厚度，其中，所述刮板优选地具有两个在运动方向上间隔的刮板刀，所述刮板刀以相对于所述槽底恒定的间距在所述槽底上运动。8. 按照权利要求7所述的方法，其特征在于：可光聚合的材料在分配步骤期间通过溢流通道被压到在两个刮板刀之间构造的腔室内。9. 按照权利要求7或者8所述的方法，其特征在于：新鲜的可光聚合的材料通过引入到在所述两个刮板刀之间构造的、上面敞开的腔室中被再填充。10. 按照权利要求7、8或者9所述的方法，其特征在于：设置至少一个第三刮板刀，所述第三刮板刀优选地布置在所述两个刮板刀之间并且如下定位地移动，即未消耗的材料从所述槽底被提起。11. 用于实施按照权利要求1到10中任一项所述的方法的设备，包括:- 具有至少局部透光的底的槽，可光聚合的材料能够注入所述槽内，- 以可调节的高度保持在所述槽底上方的结构平台，-...

【专利技术属性】
技术研发人员：J斯坦普夫，S格鲁伯，
申请(专利权)人：维也纳科技大学，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT