利用增材制造以制造三维物体的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种利用增材制造以制造三维物体的方法，以及实施所述方法的系统和用在该方法中的分配头。三维物体包括三维构件。该方法包括提供基材并在基材上依次形成多层，其中每一层按对应于所制造三维构件的图案形成，且每一层是通过从分配头的喷嘴分配可固化材料并随后进行固化所形成的。三维物体是通过基材和三维构件的组合而构成的，其中基材具有非平面表面部分，且三维构件至少部分地形成在非平面表面部分上从而被固定安装至基材。在形成层中的至少一层的期间和/或在形成所述层中的至少两个相邻层之间，实现在基材和分配头之间的相对移动，从而在基材坐标系中使分配头在非平面表面部分上方沿非线性路径移动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用增材制造以制造三维物体的方法，其中三维物体包括三维构件，且本专利技术还涉及一种用于通过叠层制造以制造三维物体的相应系统以及一种用于这种系统的分配头。
技术介绍
增材制造(additivemanufacturing)或叠层制造(additivelayermanufacturing)被越来越多地用于快速制造原型甚或最终构件且随之也被分别称为快速原型和快速制造。与涉及通过，例如，切割、钻孔或其他机加工工艺从材料块去除材料的常规制造方法相比，增材制造直接根据物体的数字化表现形式一层层地构建所需的三维物体。其也被称为3D打印。一种类型的增材制造包括从分配头的喷嘴分配或挤出待用于制造产品的材料以在支撑板上提供薄材料，并随后固化或硬化所分配的材料。材料可按，例如小珠的形式进行分配或挤出，且可通过对温度和材料和合适的选择自动地实现所分配材料的硬化。材料仅被施加至支撑板的对应于所制造的产品的那些部分上。随后，以相同的方式在对应于所制造的产品的那些部分中的初始层的顶部提供进一步的薄层材料。重复该工艺直到获得完整的物体。可以是热塑性或金属材料的材料可按可从线圈进行放卷的线材的形式被提供至分配头。相应的3D打印机也被称为使用供线技术的3D打印机。分配头通常适于在其熔化温度或玻璃化转变温度以上加热在分配头内的材料，且安装分配头以使其可在合适的控制单元的控制下选择性地在水平和垂直方向上进行线性移动，从而形成各层。这种类型的特别的增材制造方法也被称为熔融沉积造型(FDM)。如上所述，该物体是按三维方式直接一层层地建立起来的。这使得通过使用一个且相同的装置从各种材料，特别是塑料材料和金属材料有效且快速地制造出不同的高度复杂的物体成为可能。例如，难于通过使用其他技术生产的高度复杂的格栅或蜂窝状结构能够很容易地制造出来。相比于传统方法，物体的复杂性对制造成本仅具有较小的影响。由于这些优势，上述类型的增材制造方法在各种
，如飞机和汽车工程中找到了越来越多的应用。除此之外，如安装支架之类的构件通过增材制造而制造出来的，它必须稍后被固定至如缆线或导管之类的其他构件。其已被证明通常很难或无法通过增材制造而直接在其他构件上制造来使其彼此固定。因此，当制造，例如安装支架时，需要单独的工艺步骤将安装支架固定至它所要安装的构件上。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种利用或使用增材制造以制造三维物体的简易、快速且具有成本效益的方法，其中三维物体包括三维构件或部分，其是通过增材制造而在属于三维物体的单独组件或部分上直接形成的，从而使两个构件彼此相附接。本专利技术的进一步的目的是提供一种分配头和一种用于进行这种方法的系统。该目的是通过具有权利要求1所述特性的方法、具有权利要求9所述特性的分配头以及具有权利要求11所述特性的系统而实现的。该方法、分配头和系统的有利的实施例是各从属权利要求的主题。根据本专利技术，一种利用或使用增材制造以制造三维物体的方法包括‐根据上述的现有技术的方法‐在基材上依次提供从分配头的喷嘴挤出的多层材料，一层位于另一层的顶部上，其中每一层均是按对应于所制造的三维物体的图案所形成的。材料是可固化的或能够进行硬化，且每一层均是在被施加至基材或前一层上后进行固化或硬化的。因此，该方法通常包括提供基材并随后按所述方式在基材上依次形成多层。出于这些目的，可利用上面所提及的使用供线技术的3D打印系统。要注意的是，喷嘴可优选地具有在两个垂直方向上具有不同尺寸或为细长的喷嘴开口，从而使刚从喷嘴挤出的材料部分具有相应的截面形状。例如，喷嘴开口和刚从喷嘴挤出的材料部分可以是带有或不带有圆角的矩形。利用这种喷嘴配置，可有利地以一次喷嘴移动覆盖基材或前一层的较大面积。重要的是，三维物体是通过基材和三维构件的组合而构成的，且在开始提供多层以形成三维构件前基材被提供作为成品构件。换句话说，基材是镶嵌部分且不是利用该增材制造步骤而制造出来的或是在单独的增材制造工艺中完全单独地制造出来的。因此，三维物体不是或不必整体地通过增材制造而制造出来，而是仅其一部分，即其三维构件实际上是通过增材制造而形成的。换句话说，该方法也可被称为用于制造三维构件和由基材提供的单独构件或镶嵌部分之组合的方法，其中三维构件被附接至基材且是通过增材制造或3D打印而制造的。基材具有非平面表面部分。非平面表面部分可以，例如，整体上为弯曲的或还可包括关于彼此以一个角度进行取向的且通过弯曲的部分或锐边进行互连的两个或多个平面子部分。三维构件是直接‐通过增材制造步骤‐而至少部分地在非平面表面部分上形成的，且其方式为使其被固定地安装至基材。为了实现将三维构件固定地安装至基材，三维构件可特别地进行制造，从而使三维构件以环形闭合的方式或以充分围绕基材的方式围绕基材以将三维构件固定至基材。三维构件可完全地在非平面表面部分上形成或可部分地在非平面表面部分上且部分地在基材的其他表面部分上，特别是一个或多个平面表面部分上形成。在形成该层中的至少一层的期间，即在将至少一层施加至基材或前一层的期间，和/或在形成该层中的至少两个相邻层的之间，实现在基材和分配头之间的相对移动，从而在基材坐标系中使分配头在非平面表面部分上方沿非线性路径移动。特别地，非线性路径可对应于非平面表面部分的相应形状。在任何情况下，类似于非平面表面部分，非线性路径可以整体上为弯曲的或还可包括关于彼此以一个角度进行取向的且通过弯曲的部分或锐角进行互连的两个或多个直线部分。例如，非线性路径可以是弯曲的路径，如圆形或椭圆形的路径或具有扇形的路径。因此，在基材坐标系中，分配头至少部分地围绕包括非平面表面部分的基材移动。因此，在形成该层中的至少一层且在基材和分配头之间发生相对移动的期间和/或在形成该层中的至少两个相邻层的之间且在基材和分配头之间发生相对移动的期间，喷嘴的分配方向的取向，即通过喷嘴所限定的中心方向或通过喷嘴射出的材料的施加方向在基材坐标系中发生变化。这具有从基材的不同侧且从基材坐标系中的不同方向将材料施加至基材，特别是其非平面表面部分的效果。该方法提供了利用增材制造‐即，3D打印‐在不进行将两个构件彼此固定的单独步骤的情况下直接在单独的构件上形成三维构件的优势。因此，实现了较高的自动化程度和系统集成度，这显著地降低了成本并节省了时间。该方法在应用于飞机或汽车应用中可以是有利的。在优选的实施例中，在基材和分配头之间发生相对移动的期间，分配头相对于机器坐标系移动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用增材制造以制造三维物体(22)的方法，其中所述三维物体(22)包括三维构件(21)且所述方法包括：‐提供基材(20，20”)，以及‐在所述基材(20，20”)上依次形成多个层(23,23’)，其中每一层均是按对应于所制造的三维构件(21)的图案所形成的，且其中每一层(23,23’)是通过从分配头(4,4’,4”)的喷嘴(5,5’)分配可固化材料并随后固化所述可固化材料(8)所形成的，其特征在于，‐所述三维物体(22)是通过所述基材(20，20”)和所述三维构件(21)的组合而构成的，其中所述基材(20，20”)具有非平面表面部分且所述三维构件(21)至少部分地形成在所述非平面表面部分上从而使其被固定安装至基材(20，20”)，以及‐在形成所述多个层(23，23’)中的至少一层的期间和/或在形成所述层(23，23’)中的至少两个相邻层的之间，实现所述基材(20，20”)和所述分配头(4,4’,4”)之间的相对移动，从而在基材坐标系中使所述分配头(4,4’,4”)在所述非平面表面部分上沿非线性路径移动。

【技术特征摘要】
2014.11.21 EP 14194412.41.一种利用增材制造以制造三维物体(22)的方法，其中所述三维物体(22)
包括三维构件(21)且所述方法包括：
‐提供基材(20，20”)，以及
‐在所述基材(20，20”)上依次形成多个层(23,23’)，其中每一层均是按对
应于所制造的三维构件(21)的图案所形成的，且其中每一层(23,23’)是通过从
分配头(4,4’,4”)的喷嘴(5,5’)分配可固化材料并随后固化所述可固化材料(8)
所形成的，
其特征在于，
‐所述三维物体(22)是通过所述基材(20，20”)和所述三维构件(21)的组
合而构成的，其中所述基材(20，20”)具有非平面表面部分且所述三维构件(21)
至少部分地形成在所述非平面表面部分上从而使其被固定安装至基材(20，20”)，
以及
‐在形成所述多个层(23，23’)中的至少一层的期间和/或在形成所述层(23，
23’)中的至少两个相邻层的之间，实现所述基材(20，20”)和所述分配头(4,4’,
4”)之间的相对移动，从而在基材坐标系中使所述分配头(4,4’,4”)在所述非平
面表面部分上沿非线性路径移动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述基材(20，20”)和所述分配头(4,
4’,4”)之间发生相对移动期间，所述分配头相对于实施该方法的机器(1)的机器
坐标系移动。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在所述基材(20，20”)和
所述分配头(4,4’,4”)之间发生相对移动期间，所述基材(20，20”)相对于其中
进行该方法的机器(1)的机器坐标系绕轴线旋转或枢转。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述基材(20，20”)和所
述分配头(4,4’,4”)之间发生相对移动期间，所述分配头(4,4’,4”)绕旋转轴线
旋转以使所述喷嘴(5，5’)的分配方向适于所述非平面表面部分。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述基材(20，20”)和所述分配头(4,
4’,4”)之间发生相对移动期间，所述喷嘴(5，5’)关于所述基材(20，20”)位于
所述喷嘴(5，5’)施加所述材料(8)的区域中心处的切面的取向被保持在预定范
围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述基材(20，20”)和所
述分配头(4,4’,4”)之间发生相对移动期间，在所述喷嘴(5，5’)和所述非平面
表面部分之间的距离被保持在预定范围内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基材(20，20”)为缆线、

\t线束、导管、加强型材或纵向加强肋。
8.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·穆勒，海克·克林格，
申请(专利权)人：空中客车运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE