用于生产模制体的生成性方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产三维成形体的生成性方法，其特征在于，逐步构造该成形体，其特征在于，以位置特定的方式以液体形式排出结构形成材料，其中，另外地，在应该保持没有结构形成材料的区域中排出第二材料作为支撑材料，并且其中在结构形成材料凝固之后去除第二材料。通过经由固定排出单元将支撑材料排出到可沿x、y和z方向定位的基板上，可以快速、简单且廉价地生产质量提高的成形部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产模制体的生成性方法
本专利技术涉及一种用于生产三维成形体的增材方法(additiveprocess)，其特征在于，通过位置特定地施加液体形式的结构形成材料以逐步方式构造该成形体，其中另外将第二材料作为支撑材料施加在保持没有结构形成材料并且在结构形成材料凝固之后被除去的区域中。经由固定的施加单元将支撑材料施加到可沿x、y和z方向定位的基板上，允许快速、简单且有成本效益地生产高质量的成形制品。
技术介绍
增材制造方法(Additivemanufacturingmethod)可用于多种材料及其组合(例如，金属、塑料、陶瓷、玻璃)。通过位置特定地施加液体结构形成材料(SFM)，不同的加工方法可用于生产成形体。在高粘度或糊状SFM的情况下，这些可以通过喷嘴以小珠的形式施加，并以位置特定地方式沉积。通过喷嘴施加可以例如借助于压力或例如使用挤出机来实现。这种加工方法的典型实例是3D长丝打印(3Dfilamentprinting)。另一种已知的方法基于弹道计量的液滴形式的少量SFM，这些液滴通过打印头以位置特定的方式施加。在低粘度油墨具有零或接近零的剪切稀化的情况下，该过程称为喷墨打印；在较高粘度，剪切稀化材料的情况下，术语“喷射(jetting)”是以常规含义使用的。所有增材制造方法的先决条件是以数字3D数据集的形式表示期望的成形体的几何形状和任何其他性质(颜色、材料组成)，该数字3D数据集可以理解为成形体的虚拟模型(A.Gebhardt,GenerativeFertigungsverfahren[AdditiveManufacturingMethods],CarlHanserVerlag,Munich2013)。该建模优选地借助于各种3D-CAD(计算机辅助设计)构造方法来实现。用于创建3D-CAD模型的输入数据也可以是3D测量数据，例如来自CT(计算机断层成像)测量或MRT(磁共振断层成像)测量。随后必须为3D-CAD数据集补充特定材料、特定过程和特定设备的数据，这可以通过以适当格式(例如STL、CLI/SLC、PLY、VRML、AMF格式)通过接口将它们传输到增材制造软件包来完成。该软件最终使用几何信息生成虚拟切片，考虑到组件在构造空间、支撑结构等方面的最佳取向。然后，完整的数据集允许直接控制用于增材制造的机器(3D打印机)。软件程序如下：1.以CAD格式构造组件2.导出为STL数据格式3.将3D模型分割成与打印平面平行的切片并生成GCode4.将GCode传输到打印机控制器在位置特定地施用SFM的所有增材制造方法的共同点是在腔(cavities)、底切(undercuts，凹陷)和悬垂(overhang)区域中需要支撑结构，因为位置特定地施用SFM始终需要支撑表面，直到SFM硬化为止。用于生产辅助结构的这种支撑材料(SM)是已知的。US2015/0028523A1描述了基于聚乙醇酸的热塑性聚合物作为用于长丝打印的SM的用途。此处的缺点是必须将热塑性SM加热至200℃或更高的高温，并且例如需要碱性水溶液来除去SM。US2013/0337277A1描述了辐射交联的嵌段共聚物，例如基于丙烯酸化聚乙二醇-聚己内酯嵌段共聚物作为临时SM的用途。在水的存在下的辐射交联产生可通过酶分解除去的水凝胶。已经发现，通过交联形成化学凝胶的速度很慢，并且酶降解是耗时的，并且需要适当储存所用的脂肪酶。另外，水凝胶具有固有的缺点，即在目标结构的构造期间水可能蒸发，因此可能发生辅助结构的收缩。使用基于颗粒状凝胶形成剂(例如，页硅酸盐或二氧化硅)的水凝胶也会出现此问题。例如，使用膨润土的水性分散体的实验表明，可以生产足够稳定的凝胶，该凝胶最初提供合适的支撑结构。然而，在某些情况下可能需要几个小时的打印过程中，由于水的蒸发，可能会发生形状损失。US7368484B2描述了利用反向热凝胶化形成辅助结构。这利用了在温度升高下共聚物的可逆凝胶形成。然而，由于这些凝胶的强度不足，因此还需要部分辐射交联，从而阻碍随后去除辅助结构。WO2014/092205A1提到了利用聚乙二醇，特别是PEG2000来形成辅助结构。与热塑性SFM相比，这利用了PEG2000的较低熔点。此处采用的增材制造方法是所谓的“层压物体制造(laminatedobjectmanufacturing)”，其中沉积了SFM的整个层，即层压板。然而，已经发现，将PEG，例如PEG2000，专门用于弹性体和支撑材料的位置特定的同时施加，例如以单个液滴的形式，是不利的。这是因为支撑组合物在冷却后表现出明显的收缩，因此不利地影响了实际组分的尺寸保真度(dimensionalfidelity)。此外，PEG熔体具有低的尺寸稳定性，因此液滴会在特定位置施用后流淌，从而无法打印精细结构。WO2017/020971A1公开了一种用于生产三维成形体的增材方法，其特征在于，通过具有至少一个可在x、y和z方向上定位的施加单元的设备来施加支撑材料。该方法的缺点在于，在可定位的施加单元的情况下，其方向变化，例如在拐角处，通常会由于液滴的惯性而导致待位置特定地施加的液滴发生偏移。这意味着待施加的液滴沿计量喷嘴的原始运动方向受到冲击(impulse)，其效果是不能以足够的精度施加液滴。在多个喷嘴的情况下，该位移单元的重量可能另外变高，从而妨碍喷嘴的精确控制。此外，就构造而言，向移动喷嘴供应待打印的材料是复杂的。因此，本专利技术的目的是提供一种生产3维成形体的增材方法，该方法允许快速、简单和有成本效益地构造支撑材料，并可以生产具有提高的打印质量的成形制品。该目的通过本专利技术的方法实现。
技术实现思路
根据本专利技术的方法是一种通过位置特定地施加结构形成材料SFM(6b)来增材构造成形体(8)的方法，其特征在于，在保持没有SFM(6b)的区域中同时或随时间偏移施加至少一种支撑材料SM(6a)，其中SM(6a)的施加通过一种设备进行，所述设备包括至少一个用于SM(6a)的固定施加单元(1a)，其通过在可沿x、y和z方向定位的基板(3)上位置特定地施加SM(6a)依次构造用于成形体(8)的支撑结构，其中SM(6a)是一种组合物，该组合物包含(A)至少一种聚醚，(B)至少一种颗粒流变添加剂，和(C)任选的其他添加剂和在完成成形体(8)的构造之后，将SM(6a)从成形体(8)中除去。图1是显示根据本专利技术的增材制造设备的示例性构造的示意图，通过该设备进行用于生产具有辅助结构(6a)的硅酮弹性体部件(8)的根据本专利技术的方法。SM(6a)设置在单个计量系统(1a)的储液器(4a)中，其被加压并通过计量导管与计量喷嘴(5a)连接。储液器(4a)可以具有允许通过布置在其上游或下游的抽空来去除溶解气体的装置。通过进一步独立运行的单个计量系统(1b)来施加SFM(6b)。单个计量系统(1b)同样配备有储液器(4b)，储液器(4b)通过计量导管连接到计量喷嘴(5b)。储液器(4b)还可以具有允许通过布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过位置特定地施加结构形成材料SFM(6b)来增材构造成形体(8)的方法，其特征在于/n在保持没有所述SFM(6b)的区域中同时或随时间偏移施加至少一种支撑材料SM(6a)，其中所述SM(6a)的施加通过一种设备进行，所述设备包括至少一个用于所述SM(6a)的固定施加单元(1a)，其通过在可沿x方向、y方向和z方向定位的基板(3)上位置特定地施加所述SM(6a)依次构造用于所述成形体(8)的支撑结构，/n其中所述SM(6a)是一种组合物，所述组合物包含/n(A)至少一种聚醚，/n(B)至少一种颗粒流变添加剂，和/n(C)可选的其他添加剂，/n和在完成所述成形体(8)的构造之后，将所述SM(6a)从所述成形体(8)中移开。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过位置特定地施加结构形成材料SFM(6b)来增材构造成形体(8)的方法，其特征在于
在保持没有所述SFM(6b)的区域中同时或随时间偏移施加至少一种支撑材料SM(6a)，其中所述SM(6a)的施加通过一种设备进行，所述设备包括至少一个用于所述SM(6a)的固定施加单元(1a)，其通过在可沿x方向、y方向和z方向定位的基板(3)上位置特定地施加所述SM(6a)依次构造用于所述成形体(8)的支撑结构，
其中所述SM(6a)是一种组合物，所述组合物包含
(A)至少一种聚醚，
(B)至少一种颗粒流变添加剂，和
(C)可选的其他添加剂，
和在完成所述成形体(8)的构造之后，将所述SM(6a)从所述成形体(8)中移开。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SFM(6b)的施加通过一种设备进行，所述设备包括至少一个用于所述SFM(6b)的固定施加单元(1b)，其通过在可沿x方向、y方向和z方向定位的基板(3)上位置特定地施加所述SFM(6b)依次构造用于所述成形体(8)的结构。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述SM(6a)是剪切稀化的粘弹性组合物，并且表现出以下各项：
-在100s-1的剪切速率下测量的，剪切粘度不大于100Pa·s，
-结构弛豫参数为至少1s，且
-储能模量G’为至少5x103Pa，
其中所述剪切粘度，所述结构弛豫参数和所述储能模量G’是在25℃下在具有板-板几何形状，直径为25mm且间隙宽度为300μm的流变仪上测量。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述SM(6a)包含选自由聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇共聚物及其单醚组成的组的聚醚。


5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在70℃下，所述SM(6a)是剪切稀化的粘弹性组合物，并且包含作为组分(A)的聚醚组合物，所述聚醚组合物包含
(A1)至少一种凝固点小于35℃的第一聚醚，和
(A2)至少一种凝固点不小于35℃的第二聚醚，
其中，所述凝固点根据DINENISO11357-3通过DSC测量，并且基于所述聚醚组合物的总重量，所述第二聚醚(A2)的比例为不小于5wt％至不大于70wt％，并且所述SM(a)显示以下各项：
-在具有板-板几何形状，直径为25mm且间隙宽度为300μm的流变仪上，在70℃下和100s-1的剪切速率下测量的，剪切粘度为至多10Pa·s，
-在具有板-板几何形状，直径为25mm且间隙宽度为300μm的流变仪上，在70℃下测量的，储能模量G’为至少100Pa，...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔斯滕·戈特沙尔克高迪希，
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