多色熔融沉积造型印刷制造技术

本发明专利技术公开了用于生产多色三维物体的熔融沉积造型方法，更具体地说，3D印刷方法，采用该方法可以制备与现有技术相比具有特别好的颜色外观的3D物体。本发明专利技术的方法基于用于制备实际物体的聚合物线料(2)或由其得到的熔体在喷嘴(1)中进行表面着色或用添加剂涂覆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多色熔融沉积造型印刷
本专利技术涉及用于制备多色三维物体的改进的熔融沉积造型方法。更具体地说，本专利技术涉及3D印刷方法，采用该方法可以制备与现有技术相比具有尤其好颜色外观的3D物体。根据本专利技术的方法基于将用于制备实际物体的聚合物线料或由其得到的熔体在喷嘴中进行表面着色或用添加剂涂覆。
技术介绍
快速原型或快速制造方法是具有以下目的的制造方法，即将现存的三维CAD数据尽可能在没有手动额外操作(Umwege)或成型的情况下直接且迅速地转换成工件。在快速原型方法中，现在存在有各种方法。它们可以划分为两组:激光基方法和不使用激光的方法。最熟知的激光基的，同时也是最古老的3D印刷方法是立体印刷(SLA)。在此，用激光逐层固化可辐射固化聚合物的液体组合物。本领域技术人员十分清楚的是这样制备的工件仅能随后在表面上着色。这是不方便和耗时的。相似地，选择性激光烧结法(SLS)，其中利用激光类似于SLA将粉末状原料，例如热塑性塑料或可烧结金属逐层选择性地烧结。采用这种方法也仅能在第一方法步骤中获得单色或不特定着色的3D物体。第三激光基方法“层压物体制造”的情况也如此，其中逐层将配备有粘合剂的纸幅或塑料膜在彼此上方粘结并利用激光切割。物体的随后的着色例如描述在US6，713，125中。也可以用于制备多色物体的已知的3D印刷方法是UV喷墨方法。在这种三阶段方法中，以薄层涂布粉末状材料，将可UV固化液体呈随后的三维产品的相应层形式印刷到这些薄层上，并最后用UV源将该印刷的层固化。逐层重复这些方法步骤。在EP1475220中，准备包含固化剂的各种各样着色的液体，并且在W02008 /077850中，还在即将印刷之前在腔室中混合。因此，选择性着色是可能的。然而，通过混合室不可能实现清晰的颜色过渡。此外，此种方法在固化的限度方面是不清晰的，这可能导致不太光滑的表面并且在一些情况下，导致不均匀的着色。WOOl / 26023描述了具有不同颜色的固化剂组合物的两个印刷头，它们导致具有不同弹性性能的物体部件。然而，没有描述多于两种的颜色。其中用热辐射而不是用UV光进行固化并同样使用各种各样颜色的固化剂组合物的变型描述在W02008 / 075450中。GB2419679公开了其中各种各样着色的聚合物颗粒可以被选择性地涂布并在各种波长下固化的方法。这种方法极其复杂并且，同时，导致不清晰的颜色外观。在根据W02009 / 139395的类似于喷墨3D印刷的方法中，逐层涂布有色液体并将其用第二种液体选择性地印刷，该第二种液体导致与第一种液体的固化反应。此种方法仅能逐层积聚颜色，除了可能在未固化的液体层之间发生混合之外。另一种方法是三维印刷(TDP)。在这种方法中，与喷墨方法类似，用热塑性聚合物的熔体将粉末状材料(然而优选其是陶瓷)逐层选择性地浸透。在每一印刷层后，必须施加新的所述粉末状材料的层。当热塑性塑料凝固时，形成三维物体。在US2004 / 0251574中描述的方法中，热塑性塑料的印刷之后是用有色印墨(Farben)选择性印刷。这种方法的优点是，可以非常选择性地印刷。然而，这种方法的缺点是，不可以达到均匀且明亮的颜色外观，因为不能达到该有色印墨向由(陶瓷)粉末和粘结剂组成的复合材料中的均匀渗透。在EP1491322中描述的方法中，印刷两种不同的材料。第一种含有粘结剂和有色印墨，其在与第二种材料接触时沉淀并因此选择性地将表面着色。这样，可以在物体表面获得更好的颜色性能。然而，这两种材料的均匀混合和复杂的二阶段工艺成为问题。没有描述在多色印刷情况下如何并且是否可确保良好的颜色外观。在US6，401，002中，使用包含不同有色印墨和粘结剂的各种液体。这些液体分开地逐滴添加或在逐滴添加之前经由管线在喷嘴中结合。本领域技术人员知道两种方式都导致不是最佳的颜色外观。在前一方式的情况下，有色印墨的混合在粘性液体中在表面上发生。这种混合因此仅很少是完全的。在第二方式的情况下，管线中的压力差可能导致非常显著的颜色波动。在利用印刷方法制备三维物体方面最节约材料并且也是在机器配置方面最有利的方法是熔融沉积造型(FDM)。这种方法在具有小的改进的情况下也称作选择性沉积造型(SDM)。在FDM方法中，在喷嘴中使两种不同的聚合物丝材熔融并选择性地印刷。其中一种材料是支撑材料，其仅在这样的位置处是需要的，即在该位置上方随后必须印刷例如在印刷操作期间必须被支撑的3D物体的悬垂的部分。这种支撑材料可以随后，例如通过溶解在酸、碱或水中而除去。其它材料(成型材料)形成实际的3D物体。这里印刷也一般逐层进行。FDM方法首次描述在US5，121，329中。着色一般性地在US2000 / 20111707中提到，但是没有进行任何更详细描述。在EP1558440中描述的方法中，在随后的方法步骤中有色地印刷各个层。这种方法是缓慢的并在已经固化性的热塑性塑料的印刷过程中导致差分辨的颜色外观。在根据US6，165,406的有色3D印刷方法中，对于每种个体有色印墨使用独立的喷嘴。然而，混合颜色因此仅在非常有限的程度上是可能的，并且颜色外观变得非常简单。在US7，648，664中描述的FDM的变型中，使用呈颗粒形式的各种各样着色的成型材料，其彼此分开地熔融并根据颜色而定利用中间连接的挤出机彼此混合，然后将它印刷。这种方法在设备方面是非常复杂的，并且FDM的许多优点丧失。在根据EP1432566的非常相似的体系中，直接地在加热的印刷头中将熔融的颗粒混合，然后直接地将其印刷。这种混合绝对不可能完全进行，并且印刷图像的质量相应地差。另外，这里还有这样的缺点，即必须使用颗粒或粉末，并且它们必须在机器中分开地储存和熔融。US6,129,872描述了一种方法，其中在喷嘴中使成型材料熔融并在该喷嘴末端将各种有色印墨混合物选择性地计量加入到该熔体中。然而，这不导致足够的充分混合而导致不干净的颜色外观。
技术实现思路
问题本专利技术要解决的问题是，提供3D印刷方法，采用该方法可以制备具有清晰且纯净的颜色外观的选择性着色的多色三维物体。本专利技术要解决的另一个问题是，提供用于印刷多色物体的有利且可迅速进行的3D印刷方法。本专利技术要解决的另一个问题是，能够制备有色物体，其中不应经由额外的加工步骤才引入颜色。没有明确提出的其它问题从随后的说明书、权利要求书和实施例的总体关联变得明显。解决方案本专利技术范围中的术语“印刷头”应理解为是指在FDM3D印刷方法中用于将丝材输送、熔融、着色和涂布的整个设备。本专利技术范围中的术语“组合物”应理解为是指根据本专利技术涂布于聚合物线料上的组合物。所述组合物包含有色印墨、颜料和/或添加剂。本专利技术范围中的术语丝材应理解为是指以线料形式的构造或支撑材料的原始形式。这种丝材在印刷头中根据本专利技术熔融，然后印刷而获得3D物体。所述丝材是可热塑性加工的材料。一般而言，所述丝材是聚合物丝材，但是不局限于这些。聚合物丝材例如，也可仅部分地由热塑性聚合物基体材料和另外的填料，或例如金属组成。所述问题通过提供由丝材制备单或多色三维物体的新型设备解决。更具体地说，这是通过熔融沉积造型(FDM)方法工作的设备。根据本专利技术，这种设备具有至少一个用以印刷支撑材料的第一印刷头，和用以印刷成型材料的第二印刷头，该成型本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于由丝材制备单或多色三维物体的设备，其具有用于印刷支撑材料的第一印刷头和用于印刷成型材料的第二印刷头，向该第二印刷头添加呈丝材形式的成型材料，其中第二印刷头具有喷嘴，该喷嘴又由至少两个区域构成，其中聚合物在该喷嘴的上部区域中是固态的并在下部区域中是熔融态的，其特征在于在第二印刷头中将丝材用来自装备有计量装置的多个储存容器的添加剂和／或有色印墨涂覆。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.10 DE 102011075540.31.用于由丝材制备单或多色三维物体的设备，其具有用于印刷支撑材料的第一印刷头和用于印刷成型材料的第二印刷头，向该第二印刷头添加呈丝材形式的成型材料，其中第二印刷头具有喷嘴，该喷嘴又由至少两个区域构成，其中聚合物在该喷嘴的上部区域中是固态的并在下部区域中是熔融态的，其特征在于在第二印刷头中将丝材用来自装备有计量装置的多个储存容器的添加剂和/或有色印墨涂覆。2.根据权利要求1的设备，其特征在于在涂覆操作之前在安装在印刷头外侧的动态混合器中将所述有色印墨和/或添加剂彼此混合，以致将各种添加剂和/或有色印墨供给所述动态混合器并将在其中制备的混合物进一步导引进入印刷头。3.根据权利要求2的设备，其特征在于印刷头除了动态混合器之外还在喷嘴下部区域中具有静态混合器。4.根据权利要求1-3中至少一项的设备，其特征在于该有色印墨至少是三基色有色印墨和黑色印墨，和将它们各自初始加入装备有计量装置的分开的储存容器。5.根据权利要求1-3中至少一项的设备，其特征在于添加剂是一种或多种粘附改进性的添加剂，将它们从独立的储存容器或以与一种或多种有色印墨的混合物形式初始进料，并使用它们涂覆相应的成型材料和/或支撑材料，以致在熔融操作后达到丝材彼此的粘附改进性效果。6.根据权利要求1-5中至少一项的设备，其特征在于用于制备三维型体的设备具有正好与第二印刷头按相同方式装备的第三印刷头，并且这种第三印刷头具有用于第二成型材料的丝材。7.根据权利要求6的设备，其特征在于第二印刷头具有在着色操作之前未着色的不透明成型材料，并且第三印刷头具有在着色操作之前未...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·普里德尔，G·施米特，D·波佩，S·科尔施特鲁克，B·哈曼，S·克雷默，K·贝克斯，L·德韦尔海因斯，
申请(专利权)人：赢创罗姆有限公司，
类型：
国别省市：