通过使用3D打印设备用于生产物体的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种通过使用3D打印设备(10)生产物体(40)的方法，该3D打印设备(10)具有至少一个具有卸料设备(24)的打印头(22)，其中该卸料设备(24)被设计用于将打印化合物(42)放置在期望的位置以便生成性地生产该物体(40)。特别地，此处提供了通过位置测量设备(20)连续地确定该打印头(22)的位置，以及根据连续确定的该打印头(22)的位置通过该卸料设备(24)放置该打印化合物(42)。本发明专利技术的另一方面涉及通过该方法生产的弹性体部件、被设计用于执行该方法的3D打印设备(10)和计算机程序。

Method and device for producing objects by using 3D printing equipment

The invention relates to a method of producing an object (40) by using a 3D printing device (10), and the 3D printing device (10) has at least one printing head (22) having a discharging device (24), in which the discharging device (24) is designed to place a printed compound (42) in a desired position in order to produce the object (40) in a generative manner. In particular, the position of the print head (22) is continuously determined by the position measuring device (20), and the printing compound (42) is placed by the discharge device (24) according to the position of the printed head (22), which is continuously determined. Another aspect of the invention relates to an elastomeric component produced by the method, a 3D printing device (10) designed and used for carrying out the method and a computer program.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过使用3D打印设备用于生产物体的方法和设备
本专利技术涉及一种使用3D打印设备制造物体的方法，所述3D打印设备具有至少一个打印头，该打印头具有至少一个卸料设备，其中该卸料设备被设计成将打印材料放置在目标位置以便增材地制造物体。本专利技术的另一方面涉及通过该方法生产的弹性体部件，涉及3D打印设备和涉及被设计成执行该方法的计算机程序。
技术介绍
已知多种不同的增材制造方法用于生产原型、小批量或单个制品。这些方法(也被称为3D打印)的共同之处在于，基于计算机模型直接制造制品或物体。为了生产物体，例如，通过施加硬化剂以将粉末选择性地固结，并且将该硬化剂以取决于待制造的物体的图案应用于粉末。其他方法包括激光烧结(其中使用激光根据定义图案以期望形式将粉末熔化而固结)和熔融长丝制造(其中由可熔塑料逐层生产物体)。同样已知的方法是用喷嘴逐滴释放液体并且例如通过UV辐射的作用来将其固化。DE102011012412A1和DE102011012480A1描述一种逐步生产3D结构的设备和方法，该设备具有至少两个(优选50至200个)打印头喷嘴的打印头布置，这使得可以位置-选择性地应用任选地具有不同光敏性的多种光交联性材料，其中该光交联性材料随后通过电磁辐射以位置-选择性方式固结，特别是通过在激光焦点区域中的双光子或多光子过程来固结。通过喷墨打印来施加光交联性材料对该光交联性材料的粘度提出了特殊的要求。例如，光交联性材料的粘度应小于200mPa·s，特别是小于80mPa·s，更优选小于40mPa·s。为了通过双光子或多光子聚合实现所施加材料的充分交联，需要与激光波长匹配的光引发剂以及含可光交联性基团的聚合交联剂组分，其中该光可交联性基团属于以下种类：丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酰胺类、氨基甲酸酯丙烯酸酯类、氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯类、脲丙烯酸酯类和脲甲基丙烯酸酯类。然而，所描述的方法不适合于生产由硅酮弹性体组成的模制品。首先，所使用的光引发剂、光敏剂、共引发剂等在(非极性)硅酮材料中仅具有有限的溶解度，这导致了混浊、微相分离和不均匀性。已知用上述光可交联性基团官能化的硅酮的自由基固化具有由氧引起的抑制问题，这大大降低了交联速率并产生粘性表面。例如，如果通过增加丙烯酸酯基团的官能密度来抵消这种影响，则结果是非弹性的脆性硫化胶。最后，脉冲飞秒激光产生的光子聚合所需的(特别是由于光聚合性基团的低官能密度所导致的)极高局部光子密度在硅酮中启动分解反应(碳化)，这导致不可接受的变色和材料损坏。可交联材料的位置-选择性施加可以例如通过挤出来实现。DE102012204494A1描述了用于伤口处理的由硅酮制成的初级敷料的生产，其生产方法之一是3D打印。该初级敷料采用网格或筛网的形式，类似于长丝3D打印，其是通过喷嘴曲线(meandering)连续挤出硅酮橡胶材料并随后进行交联来形成的。交联性材料的位置-选择性施加也可以使用打印头来实现，所述打印头类似于2D喷墨打印机，具有多个喷嘴。WO2008/151063公开了基于喷墨打印头应用的设备。这是通过使用可以在添加活化剂后固化的造型液(modelingliquid)完成的。为此，该设备具有多个打印头，其中一个打印头释放造型液而其它打印头释放活化剂。US2012/0156319A1涉及一种用于从可固结材料生产三维物体的设备。该设备包括处理单元，在该处理单元中，可固结材料被转化成液相并被引入到储罐中。为了形成物体，通过释放单元以单个液滴的形式从储罐释放该材料。EP0915760B1公开了一种三维打印方法，利用该方法在表面上产生可感知的结构。通过将液滴受控地施加到表面来产生该结构，其中可以创建多个不同的局部截面。在此处可以由不同的材料生产相邻的子部分。施加之后，用UV辐射固化施加的材料。DE102013003167A1涉及一种通过增材制造来制造三维制品的方法。在该方法中，以受控方式排出至少一种可固结材料以制造该制品。在部署时，制造该制品的结构不同区域，根据在不同区域中部署的选定配置标准制造空间结构。DE102011106614A1涉及一种用于生产三维制品的方法和设备，其中该制品由可固结材料构成，该可固结材料处于其原始状态的液相中或可被液化。该液体材料以液滴的形式排出并定位在物体载体上以产生物体。物体载体和用于材料的出口孔可以相对于彼此对齐，其中出口孔的一个轴线可相对于物体载体移动。DE102005050185A1公开了一种用于通过3D打印生产医疗产品的树脂配方。在该3D打印方法中，首先将混合物加热以使其转变为液态。在液态下，通过喷墨喷嘴释放该材料，逐层构建三维制品。在离开喷嘴后，该材料凝固并且可以用UV辐射将其固化。迄今为止，由现有技术已知的增材方法可实现的物体的品质尚未达到通过注射成型生产的可比物体的恒定品质。通过已知的方法也不可能确保最终产品的均一品质，而这对于所生产的物体的工业使用是不可或缺的。本专利技术的一个目的是提供一种用于物体的增材制造的改进方法以及相应的设备，利用该方法可以生产例如在表面和形状真实度(truenesstoshape)方面具有高品质的物体。本专利技术的另一个目的是提供一种方法，通过该方法可以确保所生产的物体的均一品质。
技术实现思路
提出了一种使用3D打印设备生产物体的方法。该3D打印设备至少有一个打印头，该打印头具有至少一个卸料设备，其中该卸料设备被设计成将打印材料放置在目标位置上以便增材地制造物体。此外，打印头的位置持续由位置测量确定并且根据不断确定的打印头的位置，通过该卸料设备放置打印材料。更特别地，可以在3D打印设备中为各种打印材料提供多个卸料设备，包括技术上不同的那些卸料设备，并且这些设备以此种方式操作。3D打印设备包括基板，在该基板上通过从至少一个打印头的至少一个卸料设备中排出打印材料来建立物体。此处，基板和至少一个打印头相对于彼此移动，并且可以在所有三个空间方向X、Y和Z上进行相对移动。为此，例如，至少一个打印头可以被布置成使得它可以在X和Y方向上移动，并且基板可以被布置成使得它可以在Z方向上移动。这里还可以设想其他配置；例如，基板可以被布置成可在Y方向上移动，并且至少一个打印头可以被布置成可在X和Z方向上移动。可替代地或附加地，基板和/或打印头可以构造成可枢转的，使得任何期望的空间布置都是可能的。各个卸料设备具有排出轴线，该排出轴线限定材料从卸料设备排出的方向。典型地，该排出轴线参照基板进行取向，使得它与基板成直角。任选地，3D打印设备可以被构造成使得排出轴线的对齐可以相对于基板进行额外改变。该卸料设备优选地被设计成以单个孤立的液滴形式、作为一系列液滴或以线料(strand)的形式在排出轴线的方向上释放打印材料。这些形式之间的流动转换是可能的。在本说明书的上下文中，从卸料设备排出并放置在基板上或物体上的打印材料的液滴被称为体素(voxel)。放置的打印材料被理解为是指体素或线料。所使用的打印材料优选为至少在加工期间为自由流动形式并且在排出之后可被固化的材料。为了释放单个液滴，卸料设备可以包括一个或多个喷嘴，该喷嘴在基板的方向上喷射打印材料的液滴，类似于喷墨打印机的喷嘴的方式。因此，这些喷嘴也被称为喷射喷嘴。各种实施方式均是本领域技术人员已知的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用3D打印设备(10)生产物体(40)的方法，所述3D打印设备(10)具有至少一个打印头(22)，所述打印头(22)具有至少一个卸料设备(24)，其中，所述卸料设备(24)被设计成将打印材料(42)放置在目标位置上，以便增材地制造所述物体(40)，其特征在于，通过位置测量单元(20)持续确定所述打印头(22)的位置，以及根据持续确定的所述打印头(22)的位置通过所述卸料设备(24)放置所述打印材料(42)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用3D打印设备(10)生产物体(40)的方法，所述3D打印设备(10)具有至少一个打印头(22)，所述打印头(22)具有至少一个卸料设备(24)，其中，所述卸料设备(24)被设计成将打印材料(42)放置在目标位置上，以便增材地制造所述物体(40)，其特征在于，通过位置测量单元(20)持续确定所述打印头(22)的位置，以及根据持续确定的所述打印头(22)的位置通过所述卸料设备(24)放置所述打印材料(42)。2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在固化打印材料(42)之前，检测错误地未放置的打印材料(42)并且进行重印。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于通过辐射或通过热装置以位置-选择性方式或在整个区域上将所述打印材料(42)固化。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在放置一层打印材料(42)之后、在放置多层打印材料(42)之后或者直接在打印的过程中进行所述打印材料(42)的固化。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在打印材料(42)为体素(44)的形式的情况下，a)通过调整体素尺寸来重新调整所述物体(40)的边缘锐度，和/或b)通过调整体素偏移量来重新调整所述物体(40)的表面品质，和/或c)通过调整所述卸料设备(24)的移动策略来重新调整所述物体(40)的尺寸稳定性；并且在打印材料(42)为线料(46)的形式的情况下，d)通过调整体积流率来重新调整所述物体(40)的边缘锐度和表面品质，和/或e)通过调整所述卸料设备的移动策略来重新调整所述物体(40)的尺寸稳定性。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于根据持续确定的所述打印头(22)的位置来将所述打印头(22)的位置和/或基板(30)的位置重新调整到占据准确位置，其中所述物体(40)放置在所述基板(30)上。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于还持续确定所述打印头(22)的即时速度，并且根据持续确定的所述打印头(22)的位置以及持续确定的所述打印头(22)的即时速度来放置所述打印材料(42)，尤其是在打印材料(42)为线料(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西米利安·彼得，达格·阿格尔，彼得·施贝里茨基，彼得·维尔茨，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE