3D多阶段方法技术

本发明专利技术涉及一种多阶段的、用于制造一个或多个成型体的方法，其中，该方法包括以下步骤：a.在3D打印方法中，通过重复施加粒子材料而逐层地构造一个或多个成型体；b.预凝固步骤，用于实现成型体的预凝固；c.卸下步骤，其中，使未凝固的粒子材料与已预凝固的成型体分离；d.最终凝固步骤，在该步骤中，通过热能作用使成型体具有最终强度。本发明专利技术还涉及一种能够用于该方法的装置。

【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3D多阶段打印方法以及一种能够用于该方法的装置。
技术介绍
用于生产成型件和铸造型芯的方法公知有多种多样。自动化的机器成型方法在大批量生产领域是一种经济的解决方案。对于小批量或中型批量而言，利用所谓的快速原型方法或3D打印方法的无工具的成型件构建可以作为机器成型方法的替换方案。基于以专利技术人姓名Johannes Croning命名的克洛宁方法(Croning-Verfahren)(DE832937)，开发了激光烧结方法，其实现了无工具生产。在此，成型件由以粘结剂涂层的粒子材料逐层地构造而成。单个松散粒子的连结例如通过由激光射线产生的能量输入而实现(EP0711213)。实践中，现有技术公开的凝固几乎不能经由缩聚反应实现，因为在过程(工艺)技术方面具有很大困难。那么，用于形成最终凝固强度的充足光照会导致粘结剂包裹物的强烈收缩，并且该收缩又会导致实际的层不再具有能处理的变形。这样产生的成型部件在成型部件从松散的型砂上拆解(也称为卸下)时的强度(生坯强度(Grünfestigkeit))因此特别小。这会造成在卸下时产生问题，并且造成对成型部件不寻常的毁损，由此致使成型部件不能用。对此公开了，该问题可以在卸下时通过采用喷灯来解决，同时额外地利用喷灯对表面进行凝固。但是这样的处理方法不仅需要经验丰富，而且消耗过多的工作和时间成本。不足的生坯强度又会导致过小或过弱的粘结剂桥接。只要需要无变形生产，就要保持粘结剂的高粘性并且没有形成充分的桥接。与之不同地，在DE19723892C1中公开了一种层构造方法，在该方法中打印具有缓冲剂的克洛宁型砂，这导致，经打印的包裹粘结剂的克洛宁型砂的活化能相对于未经打印的材料减小或增加，然后再借助于热辐射源对型砂进行光照。这样随后会导致，仅仅经打印的或未经打印的区域进行时效硬化或连结。接下来，使制成的成型部件与未连结的型砂脱离。然而已表明，适宜的缓冲剂(如亚硫酸)用商用的单液滴发生器(Einzeltropfenerzeuger)不会或不容易打错。对此表明不利的是，未凝固的型砂由于光照而预先受损，以至于这样的型砂在该方法的整个范围内不能再重复使用。因此，这样不仅提高了材料消耗，而且也提高了成本，因而这也是不利的。在US2005/0003189A1中公开了一种用于制造模型的层构造方法，在该方法中将热塑性粒子材料与粉末状粘结剂混合，并且用含水溶剂逐层地打印。在此，粘结剂应该易溶于含水的打印介质中。接下来，模型与包围的粉末脱离，并且可能在后续处理中于热炉中进行干燥，从而提高强度。在DE10227224B4中公开了一种用于制造精密铸造原始模型的层构造方法，在该方法中将用PVP粘结剂涂层的PMMA粒子材料用由溶剂和活化剂构成的混合物逐层地进行打印，从而溶解粘结剂并且激活粘结剂效用。公知的方法或者是依赖于工具的过程，或者是公知的3D打印过程达到对于成型部件的有效且经济有益的制造而言甚小的生坯强度。
技术实现思路
由此存在这样的需求，提供一种用于通过包裹粘结剂的粒子材料逐层地无工具地构造成型部件的方法，成型部件优选用于铸造领域，在该方法中达到这样的拆解强度或卸下强度，以实现能够减少或完全避免耗时耗成本的手工操作，并且优选实现了机器或机器人辅助的卸下处理，或者不管如何减少或完全避免现有技术中的缺陷。根据本申请的目的通过权利要求1的方法以及权利要求10的装置或装置设备来实现。优选的实施方式在从属权利要求中说明。特别是，上述目的通过一种用于制造一个或多个成型体的方法来实现，其中，该方法包括以下步骤：a.在3D打印方法中，通过重复施加粒子材料而逐层地构造一个或多个成型体；b.预凝固步骤，用于实现成型体的预凝固；c.卸下步骤，其中，使未凝固的粒子材料与已预凝固的成型体分离；d.最终凝固步骤，在该步骤中，通过热能作用使成型体具有最终强度。优选地，对成型体进行一个或多个其他加工步骤。在此可以采用技术人员公知的所有其他方法或加工步骤。该一个或多个其他加工步骤例如选自由抛光或染色构成的组。在本专利技术的方法中，使成型体(也称为构造部件)在预凝固步骤中进行凝固，直至能够从未凝固的粒子材料卸下，并且在此，成型体基本保持其在3D打印方法中所限定的形状。特别是基本上避免了收缩或类似现象。在此，卸下处理可以通过手动、机械或机器人辅助的方式进行。预凝固步骤之后预凝固的成型体(生坯())可以获得的弯曲强度大于120N/cm2，优选大于200N/cm2，特别优选为120至400N/cm2。在卸下之后，可以使成型体再次用优选为惰性的粒子材料包围，从而在随后的热处理步骤中支承住成型体，并且能够更好地导热，以及实现均匀地热传导。对于粒子材料的均匀分布可以使用振动器。最终凝固步骤之后的成型体可以获得的弯曲强度大于250N/cm2，优选为250至750N/cm2，优选大于750N/cm2，特别优选大于1000N/cm2，更优选大于1200N/cm2。在一个优选的实施方式中，本专利技术的方法这样实施，使预凝固步骤在没有引入附加的热能的条件下进行。优选地，预凝固步骤通过采用溶剂或/和聚合反应进行。优选地，最终凝固步骤可以通过热处理进行。当然，技术人员已知的其他最终凝固方法和处理也是可以的。成型部件可以在热处理期间得到惰性(非活性)材料的支承。在最终凝固步骤中，温度优选为110℃-130℃，优选为130℃-150℃，特别优选为150℃-200℃。该温度在构造部件上优选保持2-24小时的时间范围，特别优选保持2-5小时。作为粒子材料采用天然石英砂、凯孚拉特(Kerphalit，一种红柱石的商品名)、塞拉珠(Cerabeads，一种铈稳定氧化锆珠的商品名)、锆石砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、耐火粘土(Schamotte)、金刚砂或玻璃珠。粒子材料的特征是单相涂层或包裹一种或多种材料。涂层或包裹物可以优选是粘结剂。在本专利技术的方法中优选地，包裹物或涂层由热塑性聚合物、可溶性聚合物、蜡(Wachsen)、合成树脂或天然树脂、糖、盐、无机交联剂(anorganischen Netzwerkbildnern)或水玻璃构成，或包括这些物质。优选地，溶剂由水、烃、醇、酯、醚、酮、醛、乙酸盐、琥珀酸盐、单体、甲醛、苯酚以及它们的混合物构成，或者包括这些物质。在所述方法中可以使粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造一个或多个成型体的方法，其中，该方法包括以下步骤：a.在3D打印方法中，通过重复施加粒子材料而逐层地构造一个或多个成型体；b.预凝固步骤，用于实现成型体的预凝固；c.卸下步骤，其中，使未凝固的粒子材料与已预凝固的成型体分离；d.最终凝固步骤，在该步骤中，通过热能作用使成型体具有最终强度，优选其中，对成型体进行一个或多个其他加工步骤；优选其中，使成型体在预凝固步骤中凝固，直至能够从未凝固的粒子材料卸下，并且在此，成型体基本保持在3D打印方法中所限定的形状；优选其中，卸下处理通过手动或机械或机器人辅助的方式进行；优选其中，在预凝固步骤之后预凝固的成型体(生坯)的弯曲强度大于120N/cm2，优选大于200N/cm2，特别优选为120至400N/cm2；优选其中，在最终凝固步骤之后的成型体的弯曲强度大于250N/cm2，优选为250至750N/cm2，优选大于750N/cm2，特别优选大于1000N/cm2，更优选大于1200N/cm2；优选其中，预凝固步骤在没有引入附加的热能的条件下进行；优选其中，预凝固步骤通过采用溶剂或/和聚合反应进行；优选其中，最终凝固步骤通过热处理进行；优选其中，成型体通过惰性材料支承地进行热处理。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.12 DE 102012020000.51.一种用于制造一个或多个成型体的方法，其中，该方法包括以下
步骤：
a.在3D打印方法中，通过重复施加粒子材料而逐层地构造一个或多
个成型体；
b.预凝固步骤，用于实现成型体的预凝固；
c.卸下步骤，其中，使未凝固的粒子材料与已预凝固的成型体分离；
d.最终凝固步骤，在该步骤中，通过热能作用使成型体具有最终强
度，
优选其中，对成型体进行一个或多个其他加工步骤；
优选其中，使成型体在预凝固步骤中凝固，直至能够从未凝固的粒子
材料卸下，并且在此，成型体基本保持在3D打印方法中所限定的形状；
优选其中，卸下处理通过手动或机械或机器人辅助的方式进行；
优选其中，在预凝固步骤之后预凝固的成型体(生坯)的弯曲强度大
于120N/cm2，优选大于200N/cm2，特别优选为120至400N/cm2；
优选其中，在最终凝固步骤之后的成型体的弯曲强度大于250N/cm2，
优选为250至750N/cm2，优选大于750N/cm2，特别优选大于1000N/cm2，
更优选大于1200N/cm2；
优选其中，预凝固步骤在没有引入附加的热能的条件下进行；
优选其中，预凝固步骤通过采用溶剂或/和聚合反应进行；
优选其中，最终凝固步骤通过热处理进行；
优选其中，成型体通过惰性材料支承地进行热处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在最终凝固步骤中，
温度为110℃-130℃，优选为130℃-150℃，特别优选为150℃-200℃；优选
其中，该温度在部...

【专利技术属性】
技术研发人员：英戈·埃德雷尔，丹尼尔·冈瑟，
申请(专利权)人：沃克斯艾捷特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE