用于逐层构造模型的方法技术

本发明专利技术说明了一种用于逐层构造模型的方法，其中在一个构造区域中逐层地施加一种颗粒状材料并且将其选择性地硬化。重复这个步骤，直到获得所希望的模型。该材料在此包括一种颗粒状的构造材料和一种喷雾干燥的碱性硅酸盐溶液。选择性地启动硬化是借助于一种包括水的溶液来进行的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
根据权利要求1和2的前序部分，本专利技术涉及一种用于构建多层模型的方法以及用于逐层构造模型的材料系统。
技术介绍
用于制造3D结构的再生性方法是长久以来公知的(例如从EP O 431 924 BI或WO200168375 A2 可得知)。此外，其包括立体光刻方法(用高能量束将单体式液体凝固)、选择性激光烧结(用高能量束将颗粒材料熔化)以及3D打印方法。上述所有方法允许相对经济地制造用于构建原型(prototype)的模具。当打印装置配有多个可控制的喷头时，3D打印方法的构建速度超过所有其他方法。由此，其应用不局限于原型领域。甚至还可以经济地生产成批生产的部件。一般而言，从现有技术中可以得知不同的方法:完全基于液体工作的系统和使用粉末材料的系统，其通过引入液体或输入能量而选择性地凝固。首先,纯粹基于液体的系统例如是从Objet Geometries公司的US6, 259, 962已知的。这种方法基于这样的事实:在凝固时产生两种不同的材料。这种多层生产的模型可以在打印过程后从辅助材料中通过溶解方法(例如水浴)来去除。在开始时为 了进行打印而以液态提供的材料的凝固可以例如通过UV辐射来进行。此外，可以使用双组分或多组分系统，这些系统被一起施加并且在构建平台上凝固。但是，因为必须通过喷墨打印机来生成整个体积的构建物，所以这种方法相当缓慢并且因此仅适合于较小的部件。使用颗粒材料的多层构建模型的方法是一种更经济的替代方式，尤其在时间强度(intensity)方面。在这种方法中，选择性地结合一种粉末材料。颗粒材料例如用涂覆机以薄层施加并在一个工件平台上整平。一个印刷头基于储存在计算机中的部件数据将该粉末层上的选定区域凝固。不断重复这个过程，直到完成该部件并且能够将该部件从未结合(unbound)的颗粒材料中取出。该方法的一个优点在于，部分部件材料已经通过颗粒材料体积来提供。因此，必须由打印机投入的液体量也相当少。于是这种方法允许高打印头速度、短成层时间和相对简单的打印头构造。这样的情况下，颗粒材料由独立的颗粒彼此粘结而凝固。从上世纪中期开始，无机的粘结剂系统就已经应用在金属铸造领域中，以制造砂模。在此提及的所谓水硬粘结剂(hydraulic binder)的示例是不仅在空气中也可以在水下硬化的粘结剂。例如，这些包括基于石膏的模具材料。例如，可以使用包含石膏的颗粒材料来制造铸造模具。颗粒材料中所包含的石膏胶凝材料(Plaster)使用一种水性溶液活化并且例如选择性地硬化。该模具在打印之后必须干燥。在制造之后，石膏胶凝材料包含许多游离的水，因为其在加热时会马上蒸发故而这在铸造期间可能产生问题。此外，已经显示出，石膏胶凝材料的硬度不是特别高，并且石膏胶凝材料的耐热性仅允许由此产生的模具进行轻金属铸造。此外，已经显示出，石膏胶凝材料在硬化的状态下是非常致密的，由此妨碍铸造过程可能产生的气体的透气性，使得这些气体可能渗入熔体中。另外，还已知了水泥结合的模具材料，其示例可以参照DE 10 2004 014 806 B4和EP I 510 310 A2。在此工艺中，水泥位于模具的砂中，并且水泥通过水性墨水来活化。其已经呈现的缺点在于:水泥在回火过程中通常产生较高硬度，即使在后续的冷却以后仍然还保持该硬度。这意味着，在铸造之后，该铸件难以从模具材料中取出。另外，此处过量的水也可能在铸造过程中产生问题。因此，在铸造前必须将模具干燥。另外，还有可能的是，活性水泥的颗粒尺寸分布在3D打印中通常使用的层产生装置中造成问题。水泥通常流动性较差并且容易形成结块。结果产生较差的表面以及部件故障。此外，微细粒产生不受欢迎的灰尘。在构建容器中的未结合粉末是强碱性的，因此对皮肤有害。 除了水硬粘结剂之外，还已知将所谓的“微晶生成剂”用于模具材料。这种例子包括盐结合的模具材料，其中可以将砂与盐混合或者用盐涂覆并且将颗粒材料用溶剂(一般是水性溶剂)来打印。在此过程中，盐溶解并且在颗粒之间形成桥接物。如果随后模具被干燥，则水分排出，并且粘合剂(binding)凝固。盐结合的模具材料具有下述优点:它们在铸造之后能够通过将铸件浸入水浴中而可以“湿式”取出。因为盐溶解，砂失去粘合剂并可以被冲洗掉。然而在干燥后，水分结合在盐中，这些水分在模具铸造时能够被释放，这可能再次导致上述的气体问题。此外，小颗粒(grain)的形状保持能力相对较低，因为盐容易从空气中吸收湿气，这由此将其软化。打印后的干燥需要精确的控制，因为过度干燥接着导致粘合剂损耗。另一方面，干燥不充分在铸造时导致气体问题。砂中的盐通常对金属具有侵蚀性，使得与砂进行接触的材料需要适当地钝化。使用水泥结合、石膏结合和盐结合的模具材料混合物在成批铸造、尤其在汽车的铸造中不具有重要意义。此外，一般还已知将水玻璃用作制造铸造模具的粘结剂。例如，从EP 2 163 328 Al的现有技术中已知一种用于制造铸造模具的模具零件的方法，该铸造模具用于对金属熔融物进行铸造，该方法包括:提供一种具有基础模具材料的型芯砂或模具砂，该基础模具材料用水玻璃涂覆，并且相对于型芯砂或模具砂的总重量，水含量的范围为大于或等于大约0.25%直至大约0.9% ;将该型芯砂或模具砂填充到由模具零件形状的空腔中，并在模具零件的填充和硬化之前、过程中或之后使该型芯砂或模具砂与至少一种固化剂进行接触。一般而言，将水玻璃应用在铸造工业中是公知的。水玻璃粘结剂在连续铸造中用于模具和型芯制造。在一个冷的工具中的固化可以通过与二氧化碳气体(CO2气体)反应或与酯反应来进行。近几年，已经另外地通过热工具(这类似于有机热箱(Hot-Box)处理以及通过加热工具和施加气体(通常为热空气)进行的组合式硬化)进行了水玻璃结合的模具材料混合物的固化。这样制造的砂型芯主要用在铝永久模铸造中。这样的例子如EP 2 163 328 Al。使用水玻璃和酯或者CO2气体的型芯制造被归类为无气味的制造，因此从环保上来讲是有利的。使用水玻璃粘结剂的这些方法的缺点具体在于:它们在铸造之后不易分解，并且与有机结合的砂相比，剩余的砂很难再生。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，在不同的方面提供一种用于多层构建模型的方法和材料系统，其没有已知方法的缺点或者至少减少了或全面克服了现有技术的缺点，例如是环境亲和性以及对于三维打印处理的经济利用。这个目的通过在权利要求书中详细描述的实施方式来实现。 一方面，本专利技术涉及一种用于逐层构建模型的方法，其中，颗粒材料逐层被施加到构建区域中，并选择性地将其硬化，重复这些步骤，直到获得期望的模型。在本方面中，该材料包括具有喷雾干燥的碱性硅酸盐溶液(alkali silikatlosung)的颗粒构建材料。硬化的选择性启动受含水的溶液和干燥处理影响。术语“构建区域”一般应理解为在其中构建模型的区域。根据一个优选的实施方式，其可以是构建平台或还可以是构建容器。但这在其他情况下也可以是任何的其他区域。具体而言，这还取决于所使用的构建处理或者所使用的设备。还可以设想为传送带或简单地只是地面。例如，材料的施加和构建材料的选择性硬化可以如下地进行:首先通过涂覆机逐层地施加颗粒材料，然后选择性地进行硬化或者进行选择性硬化的一部分，或者还可以同时地进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于逐层构建模型的方法，其中，颗粒材料逐层被施加到构建区域中，并选择性地将其硬化，重复这些步骤，直到获得期望的模型，所述材料包括颗粒构建材料，其特征在于，所述材料包括喷雾干燥的碱性硅酸盐溶液，通过含水的溶液来选择性地启动其硬化，并且进行干燥处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.22 DE 102011105688.61.一种用于逐层构建模型的方法，其中，颗粒材料逐层被施加到构建区域中，并选择性地将其硬化，重复这些步骤，直到获得期望的模型，所述材料包括颗粒构建材料， 其特征在于， 所述材料包括喷雾干燥的碱性硅酸盐溶液，通过含水的溶液来选择性地启动其硬化，并且进行干燥处理。2.一种用于逐层构建模型的材料系统，其中，颗粒材料逐层被施加到构建区域，并选择性地将其硬化，重复这些步骤，直到获得期望的模型，所述材料包括颗粒构建材料， 其特征在于， 所述材料还包括喷雾干燥的碱性硅酸盐溶液，使用极性溶剂、尤其是包括水的溶液来选择性地启动所述硬化。3.根据以上权利要求中任一项所述的方法或材料系统， 其特征在于， 所述颗粒材料包括砂。4.根据以上权 利要求中任一项所述的方法或材料系统， 其特征在于， 所述材料包括无机硬化剂、尤其一种潜在的无机硬化剂。5.根据以上权利要求中任一项所述的方法或材料系统， 其特征在于， 所述材料具有辅助粘结剂、尤其是水凝粘结剂。6.根据权利要求5所述的方法或材料系统， 其特征在于， 所述水凝粘结剂包括波特兰水泥、高铝水泥和/或含有氧化铝的水硬粘结剂。7.根据以上权利要求中任一项所述的方法或材料系统， 其特征在于， 所述喷雾干燥的碱性硅酸盐溶液以颗粒形式包含于所述材料中。8.根据以上权利要求中任一项所述的方法或材料系统， 其特征在于， 所述喷雾干燥的碱性硅酸盐溶液作为涂层施加到所述颗粒构建材料上。9.根据以上权利要求中任一项所述的方法或材...

【专利技术属性】
技术研发人员：英戈·格努奇特尔，丹尼尔·巩特尔，英戈·埃德雷尔，克里斯蒂安·勒斯蒂格，埃德加·马勒，
申请(专利权)人：沃克斯艾捷特股份有限公司， 欧区爱化工有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE