增材制造的玩具搭建积木制造技术

本发明专利技术涉及使用增材制造技术作为制造工艺制造由聚合物材料制成的玩具搭建元件的方法。本发明专利技术还涉及通过所述增材制造工艺产生的玩具搭建元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造的玩具搭建积木
本专利技术涉及使用增材制造技术作为制造工艺制造由聚合物材料制成的玩具搭建(building)元件(element)的方法。本专利技术还涉及通过所述增材制造工艺制造的玩具搭建元件。
技术介绍
增材制造，也称作3D打印，指的是如下的用于构建三维物体的工艺：其中所述物体以逐层方式或者通过连续地添加材料而构建以形成所述三维物体。所述三维物体可为各种各样的形式和几何形状并且是通过使用计算机辅助设计(CAD)软件而构建的，所述软件控制材料在新添加的材料的顶上的陆续添加。玩具搭建元件已经制造和销售了许多年。一种类型的玩具搭建元件可称为传统的盒形搭建积木(brick)，其在上侧设置有球形突起(knob)并且在下侧设置有互补的管(tube)。这样的盒形搭建积木被首次公开于US3,005,282中并且现今以商标名和制造和销售。已知，例如从YouTube已知，使用涉及基于长丝挤出的增材制造技术的增材制造技术构建玩具搭建元件。然而，该技术特征在于其差的维度(尺寸，dimensional)精度和低的灵敏性，使得无法通过基于长丝挤出的增材制造技术生产具有复杂几何形状的三维物体。而且，通过使用基于长丝挤出的增材制造技术的打印机制造的物体具有不平坦的表面并且肉眼可看见单独的层。因此，需要开发和/或改进能够构建具有维度精度、可接受的表面粗糙度和可接受的可视外观的玩具搭建元件的增材制造技术。
技术实现思路
本专利技术涉及使用增材制造技术制造玩具搭建元件的新型方法。本专利技术的专利技术人们已经惊讶地发现，可增材制造如下的玩具搭建元件：其具有改善的维度精度、改善的表面粗糙度和改善的可视表面外观，使得肉眼看不见材料的单独添加。在第一方面中，本专利技术涉及使用增材制造技术制造由聚合物材料制成的玩具搭建元件的新型方法，条件是所述玩具搭建元件不是使用涉及基于长丝挤出的增材制造技术的增材制造工艺构建的。在第二方面中，本专利技术涉及增材制造的由聚合物材料制成的玩具搭建元件，其是使用不是基于长丝挤出的增材制造技术的技术构建的。附图说明图1显示传统的盒形2*4积木。具体实施方式本专利技术涉及使用增材制造技术制造由聚合物材料制成的玩具搭建元件的新型方法，条件是所述玩具搭建元件不是使用涉及基于长丝挤出的增材制造技术的增材制造工艺构建的。如本文中使用的术语“玩具搭建元件”包括在上侧设置有球形突起并且在下侧设置有互补的管的盒形搭建积木形式的传统的玩具搭建元件。所述传统的盒形玩具搭建积木首次公开于US3,005,282中并且被以商标名和广泛销售。该术语还包括由LEGOGroup之外的其它公司生产并且因此以商标LEGO之外的其它商标销售的其它类似的盒形搭建积木。术语“玩具搭建元件”还包括形成玩具搭建组的一部分的其它种类的玩具搭建元件，所述玩具搭建组典型地包括彼此相容并且因此可彼此互相连接的多个搭建元件。这样的玩具搭建组也以商标LEGO，比如举例来说积木、Technic和销售。这些玩具搭建组的一些包括如下的玩具搭建图形(外形，figure)：其在下侧具有互补的管，使得所述图形可连接至所述玩具搭建组中的其它玩具搭建元件。这样的玩具搭建图形也被术语“玩具搭建元件”涵盖。该术语还包括由LEGOGroup之外的其它公司生产并且因此以商标LEGO之外的其它商标销售的类似的玩具搭建元件。所述玩具搭建元件是通过增材制造而产生的。如本文中使用的术语“增材制造”或“增材制造的”意指所述积木是如下以增材方式(即通过将新的材料添加到基底的顶上或者新添加的材料的顶上)而构建的：通过重复地将薄的液体层或者液滴凝固在基底上或者先前凝固的液体层或液滴上、或者通过重复地用热塑性聚合物材料在基底上或者先前打印的塑料材料上打印、或者通过塑料材料以增材方式的反复焊接(例如通过使用激光)。在一些实施方式中，所述增材制造技术为光聚合增材制造或者热塑性材料增材制造。热塑性材料增材制造的合适实例包括基于液体的增材制造、基于调色剂的增材制造、基于粉末的增材制造和基于颗粒料(granulate)的增材制造。光聚合增材制造是其中液体、能量/辐射固化性树脂和/或光聚合物对于能量而反应的工艺。当暴露于能量(光、激光、UV等)时，化学过程被引发，并且所述树脂凝固。然后重复该过程以添加材料和产生三维形状。一些基于增材制造光聚合的技术基于被选择性地暴露于能量(激光、光、UV等)的经液体填充的容器，而一些技术基于树脂的喷射或沉积以及随后的固化过程。这些工艺中使用的材料还可包括填料、纤维、添加剂等。热塑性材料增材制造是这样的工艺：其中当被加热或者通过化学品、压力或者任何其它手段被液化时，聚合物变成柔韧的或者柔软的，使得进料至3D打印机的材料为热塑性液体的形式。这些技术可首先将热塑性材料熔融/半熔融/液化，然后将其选择性地沉积，或者首先沉积所述材料，然后将其选择性地熔融/半熔融/烧结，使得新沉积的材料结合在层内和层之间。之后，所述材料在被冷却或者所述化学品从所述聚合物扩散/蒸发出来时硬化，或者通过任何其它手段将所述材料凝固。然后重复所述增材制造过程以添加材料和产生三维形状。这些工艺中使用的材料还可包括填料、纤维、添加剂等。如本文中使用的术语“基于液体的增材制造”意指，在将聚合物沉积到基底上或者先前沉积的液体层或者液滴上之前，所述聚合物为液体状态。该液体是在未使用热的情况下获得的。如本文中使用的术语“基于调色剂的增材制造”意指，在将聚合物沉积到基底上或者先前沉积的粉末上之前，所述聚合物为固体粉末状态。所述粉末具有尺寸最高达30μm的非常细颗粒的形式。不需要化学添加剂来将所述粉末保持为该状态。如本文中使用的术语“基于粉末的增材制造”意指，在将聚合物沉积到基底上或者先前沉积的粉末上之前，所述聚合物为固体粉末状态。所述粉末具有尺寸大于30μm的细颗粒的形式。不需要化学添加剂来将所述粉末保持为该状态。如本文中使用的术语“基于颗粒料的增材制造”意指，在将聚合物熔融，然后沉积在基底上或者先前沉积的颗粒料上之前，所述聚合物为固体粒料(pellet)状态。这样的固体粒料状态也被用于注射模塑中。不需要化学添加剂来将所述粉末保持为该状态。在所述增材制造工艺中，将材料的第一层或液滴添加到基底上。在典型的实施方式中，所述基底为构建平台，其在已经获得最终的三维物体时被从所述三维物体分离。在另外的实施方式中，所述基底可为形成最终的三维物体的一部分的部件。这样的部件的合适实例可为板或管或盒或者注射模塑的玩具搭建元件。所述部件可由聚合物材料制成，或者所述部件可由金属材料、木材或者陶瓷制成。为了制造具有悬垂物或其它复杂几何形状的元件，可需要支持结构。该结构可由与玩具搭建元件相同的材料制成，或者其可由支持材料制成。增材制造工艺与如以上所描述的对于构建材料的增材制造工艺相同。唯一区别是，该结构或支持材料需要之后被除去。除去过程可手动地、在液体或腔室中半自动地或者甚至以完全自动化过程进行。总的增材制造过程可分成4个步骤：...

【技术保护点】
1.使用增材制造技术制造由聚合物材料制成的玩具搭建元件的方法，其中所述元件是以增材方式构建的，条件是所述玩具搭建元件不是使用涉及基于长丝挤出的增材制造的增材制造技术构建的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171201 DK PA2017709021.使用增材制造技术制造由聚合物材料制成的玩具搭建元件的方法，其中所述元件是以增材方式构建的，条件是所述玩具搭建元件不是使用涉及基于长丝挤出的增材制造的增材制造技术构建的。


2.根据权利要求1的方法，其中构建所述元件的增材制造技术为光聚合增材制造或热塑性材料增材制造，比如基于液体的增材制造、基于调色剂的增材制造、基于粉末的增材制造或基于颗粒料的增材制造。


3.根据权利要求1或2任一项的方法，其中该增材制造的玩具搭建元件具有被限定为如下的表面粗糙度：当根据ISO4287:1997测量时，具有低于100mm的算术平均轮廓高度(Ra)和低于100μm的均方根轮廓高度(Rq)。


4.增材制造的玩具搭建元件，其通过根据权利要求1-3任一项的方法制造。


5.增材制造的玩具搭建元件，其由聚合物材料制成并且具有被限定为如下的表面粗糙度：当根据ISO4287:1997测量时，具有低于100μm的算术平均轮廓高度(Ra)和低于100μm的均方根轮廓高度(Rq)。


6.根据权利要求5的玩具搭建元件，其通过根据权利要求1或2任一项的方法制造。


7.根据权利要求4或6任一项的玩具搭建元件，其中所述元件由包括光聚合物或热塑性聚合物的聚合物材料制成。


8.根据权利要求7的玩具搭建元件，其中所述光聚合物或所述热塑性聚合物为生物基聚合物，杂化生物基聚合物，石油基聚合物，或者生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：LT乔汉森，R施利赫丁，R哈达尔，R米凯尔森，
申请(专利权)人：乐高公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK