利用微波辐射生产三维物体的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于粘结材料以利用微波辐射选择性加热生产三维物体的方法。与选择性激光烧结法不同，本发明专利技术生产三维物体的方法使用简便的比如在每个家庭中可取得的微波辐射。这种加热的选择性是通过如下方法实现的，即将感受体涂覆于由粉末基质构成的层的部分区域上，接着利用微波辐射加热感受体。被加热的感受体会将存在于其中的能量释放到其周围的粉末基质上，由此该基质经熔融并在冷却后牢固地相互粘结在一起。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过粘结由粉末状基质制成三维物体的方法，所谓的粘结比如是对基质部分进行熔化或烧结，其中用于粘结基质所需的热能利用微波辐射经由感受器产生，然后再经由该感受体释放到基质的部分区域上。
技术介绍
近年来，常遇到的任务在于顺利地制备原型件。现有技术中首先记载有立体平板印制法，但是这种方法存在缺点，即在由液体(树脂)制得原型件的过程中需要昂贵的支撑结构，并且所得到的原型件由于配料数量有限，其机械性能较差。现有技术中经常提及的另一种适于快速制原型件的方法是选择性激光烧结(SLS)，该方法现已得到广泛应用。在该方法中，利用激光束选择性地短暂照射腔内的塑料粉末，受激光束照射的粉末颗粒就会熔化。所熔化的颗粒又会相互渗入并较为迅速地凝结成状固体。通过反复照射不断新涂上去的涂层就可利用这种方法简单而快速地生产出具有复杂三维结构的物体来。用于由粉末状聚合物制备模制体的激光烧结法(快速制原型)在专利文献US6136948和WO96/06881(两者均为DTM公司)中均有详尽地介绍。但是现有技术中所记载的SLS法存在如下缺点，即对于该方法必须采用昂贵的激光技术。无论是作为能源的激光器还是用于选取和控制激光束所需的光学元件如透镜、放大器和偏转镜等都是极端昂贵和易受损的。还开发了一些快速制原型的方法，但是这些方法还未达市场化程度。在WO01/38061中就记载了一种生产原型件的方法，该方法的基于使用烧结抑制剂以避免选定区域内的粉末状基质因供入能量而发生的烧结。该方法可以不用昂贵的激光技术。当然若用该方法不可能特定提供热量。这种方法的缺点在于，比如那些未熔化的周围的粉末含有抑制剂，从而使其不可回收。另外，还需开发出一种应用于该方法的新软件，因为现在已不像往常一样印制部件的横截面，而还有周围区域。在后切割和修整截面的过程中，也需要大面积地涂覆抑制剂。另外，还存在热量蓄积的危险。US5338611记载了使用微波辐射熔融聚合物的方法，其中要使用到粉末状的聚合物和纳米级炭黑，但是并没有公开生产原型件的内容。DE19727677记载了通过将微波辐射聚焦在粉末层的选定区域上以生产原型件的方法。由于聚焦的微波辐射的作用，层中的粉末基质就会因粘合、烧结或熔化而和下一层中的粉末基质发生连结。该方法还需要一种很昂贵的技术，以仅使微波辐射到达所选定区域上。现有技术中公开的生产原型件的方法在所采用的技术方面均较贵。特别是应用激光或聚焦的微波辐射都需要很高的精确度，因此也就需要昂贵和易受干扰的设备。已知的这些方法虽然适合于生产原型件，但是不适于快速生产或是家庭使用。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种生产三维物体的方法，且该方法可以利用一种简单并因此而价廉和抗干扰的设备实现。该构件应该优选是耐用的，并且还应该可以根据日需量将其从设备中取出。现已惊奇地发现，可以相对简单地借助微波辐射，比如利用微波炉将粉末基质制成三维物体，其中在不吸收或仅吸收极少量辐射微波的粉末状基质层上的待粘结区域涂覆感受体，所述感受体可以吸收辐射的微波，并将所吸收到的能量以热的形式释放给其周围的基质，由此，该层或者还有可能位于其上的或其下的层中的基质就通过熔化或烧结而在所述区域内粘结起来。涂覆感受体可以借助类似于喷墨打印机的印刷头来实现。因此本专利技术的目的在于提供一种生产三维物体的方法以及由该方法制得的模制体。该方法的特征在于包含如下步骤a)制备一层粉末状基质层b)将至少一种吸收微波的感受体选择性涂覆于由a)构成的层上待处理的区域，其中，涂覆有感受体的这些区域要根据三维物体的横截面来选择，更确切地说就是只将感受体涂覆于构成三维物体横截面的区域上，并且c)用微波辐射对层进行至少一次处理，从而使得该层上涂有感受体的区域，和可能还有位于其下的层上备有感受体的区域，通过熔化而相互粘结起来。同样，本专利技术的目的还在于一种用于以层状生产三维物体的设备，其特征在于该设备具有-移动装置，它将粉状基质以涂层形式涂覆到工作台上或是涂覆于可能已经位于工作台之上的经处理过的或未经处理的粉状基质(2)的层上，-能在x，y平面内移动的装置(3)，用于将感受体(4)涂覆于由粉状基质构成的层上选定区域内，以及-微波发生器，适于产生在300MHz到300GHz范围内的微波辐射(5)。本专利技术方法的优点是，其中没有用到成本昂贵的定向辐射，比如那些激光辐射或是窄聚焦的微波辐射。通过用微波辐射来激发涂覆于基体的一层或几层上所设定区域内的感受体，就可以实现将能量定向作用于层或由多个层构成的基体上的某些确定位置。利用本专利技术的方法，通过组合使用微波辐射与适当的感受体，就可以使得三维物体的层状自动构造过程变得简单。没有用感受体处理过的粉末可以简单地重复利用，而这在那些使用抑制剂的方法中是根本不可能的。该设备可以类似于普通的喷墨打印机简单地进行操控，并因此也可以和例如PC相连，特别是当这种微波辐射接着是在大多数家庭中本身就有的微波设备中进行时。所以，三维印制对于普通家庭来说是负担得起的并且可操作的。本专利技术方法的另一优点是，可以毫不费力地重新利用周围的材料。此外，那些特殊的性能如导电性或是颜色都可以直接“一起印制上去”。按这种方法，可以选择性地赋予部件以所需性能。本专利技术生产三维物体方法的原理主要基于在所有其他方法中使用的快速成原型原理。该三维物体可以被逐层地制造。这种结构是通过使液体层(立体平板印刷术)或粉末层(激光烧结)的部分相互间或者与位于其下的层部分固结或粘连在一起形成的，在该过程中，要将能量供到层的这一部分中。而层上那些没有都提供能量的部分，则继续以液体或粉末的形式存在。通过反复涂覆和粘结或固结这些粉末或液体，就可以逐层生产三维物体。在去除了未反应的粉末或液体之后得到三维物体，其分辨率(指轮廓形状)取决于层厚和所用粉末基质的粒度。与迄今已知的方法不同的是，能量并不是直接供给待粘结的基质，而是通过能吸收能量并以热能的形式释放到其周围的基质中的感受体。根据本专利技术的方法，能量以微波辐射的形式提供给感受体，然后被其吸收，转化为热能，并释放到和感受体直接相邻且不能或不能足量吸收微波辐射的粉末基质上。在这里，所谓不能足量吸收是指，经过吸收微波辐射，该粉末基质也不能被加热至可以通过熔化或烧结而和相邻基质颗粒粘结起来的程度，或者说要实现这种粘结所需时间相当长。但是由感受体释放出来的热量却足以使得与感受体相邻的粉末基质能通过熔化或烧结相互粘结以及与感受体粘结。以这种方式，就可以利用本专利技术的方法，通过粉末基质的熔化或烧结制得三维物体。在层以及相互叠置的层内的特定区域内中的基质的粘结，可以像激光烧结和其他快速制原型的方法一样，再通过粘结，特别是熔化或烧结粉状基质来完成。快速制原型的工作原理在例如US6136948和WO96/06881中有记载。在步骤b)中，通常利用计算机控制，并使用CAD应用软件计算出横截面面积，从而实现感受体的涂覆，其结果是，在后序的处理步骤c)中只有经处理过的粉末基质才得到粘结。因此，将感受体只涂覆在由a)步骤得到的层上所选定的区域内，且该区域属于待制成的三维物体的横截面。这种涂覆本身可以通过如设置有喷嘴的印刷头来完成。根据本专利技术的方法，在经过最后层的终端处理步骤c)之后，就可以得到有部分粘结粉末材料的基体，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产三维物体的方法，其特征在于包括如下步骤：ａ）制备由粉末基质构成的层，ｂ）将至少一种吸收微波的感受体涂覆于由ａ）构成的层的待处理的区域上，其中，涂覆有感受体的这些区域要根据三维物体的横截面来进行选择，更确切地说 就是只将感受体涂覆于构成三维物体横截面的区域上，并且ｃ）用微波辐射对层进行至少一次处理，从而使得该层上涂有感受体的区域和可能还有位于其下的层的备有感受体的区域通过熔化或烧结而相互粘结起来。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M格雷贝，S蒙谢默，FE鲍曼，
申请(专利权)人：德古萨公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]