[發明專利]利用聲力定位前體材料的用于制造部件的增材制造方法及設備

有效

• 申請號: 201580076196.5
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN107249859B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: K·梅爾德;P·菲舍爾
• 申請（專利權）人: 馬克斯-普朗克科學促進學會
• 主分類號: B29C64/165
• 分類號: B29C64/165;B29C64/20;G03H3/00;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 周家新;蔡洪貴

一種制造部件(1)的方法，包括步驟：在工作介質中設置前體材料；產生聲力，并且在聲力的作用下定位工作介質中的前體材料，從而形成材料分布，該材料分布具有待制造的部件的形狀；以及對材料分布和工作介質中的至少一者進行固定，使得材料分布的前體材料或者圍繞材料分布的工作介質結合，其中，產生聲力的步驟包括生成聲干擾圖案(5)，并且通過將前體材料(3)朝著聲干擾圖案(5)的能量極值移動而形成材料分布(4)。此外，描述了一種用于制造部件(1)的設備(100)。

技術領域

本發明涉及一種制造具有一維、二維或三維幾何結構的部件的方法，其中，部件的形狀通過使用聲場和聲力的作用并且通過固定在聲場中形成的形狀而獲得。這可通過使材料、例如離散粒子積聚在由聲場形成的壓力節點中來實現。此外，本發明涉及一種用于制造部件的設備，所述設備包括用于形成聲場的聲源裝置，所述聲場通過聲力產生形狀，所述形狀包括由顆粒分布形成的形狀，所述設備還包括用于固定顆粒分布的形狀的固定裝置。本發明的應用可用于具有任意形狀的例如用于快速成型目的的制造材料以及材料的組裝的領域。

背景技術

快速成型方法在廣泛的技術應用中發揮越來越大的作用，例如用于制造模型部件或前體材料。傳統的快速成型基于一維或二維結構的串行式增加，得到復雜的二維或三維部件。這包括被稱為3D打印的快速成型方法。作為普遍性缺點，部件的串行式增長是一種增加式的、耗時的方法。因此，傳統的快速成型的應用通常限于單一部件的制造。快速成型的常規應用或小批量生產是具有挑戰性的。此外，快速成型的傳統技術在待制造的部件的可獲得的幾何結構方面可能是受限的。需要將幾何結構選擇為使得增長的部件的形狀不限制之后的一維或者二維結構的增加?；蛘咛娲兀枰褂脿奚牧希鰻奚牧咸畛湓诤筇幚砗髮嫵砷_口或空隙的那些區域。需要在后處理步驟中去除犧牲材料或者填充材料。因此，一個明顯的缺點是通常不能通過傳統的快速成型方法制造完全封閉的中空空間。

在US 2012/0068383 A1中并且由M.Caleap等在“PNAS”的2014年第111卷第6226-6230頁中已經提出了并行制造方法。在施加至液體中顆粒的聲力的作用下形成顆粒分布。在容納具有顆粒的液體的諧振器中通過駐波形成聲力。雖然駐波的形狀可通過諧振器的形狀以及聲換能器的數量和布置來影響，但是對于可實現的部件的幾何結構還存在強大的限制?？芍圃炀哂型ㄟ^駐波疊加形成的形狀、特別是僅具有特定的對稱性的部件。待制造的每個特殊形狀均需要相適應的諧振器幾何結構和換能器布置，從而嚴重地限制了應用該傳統技術的靈活性。物體通常必須顯示出相對于換能器布置的鏡面對稱性，從而進一步限制了有效性。

參考作者在網絡博客http://diy3dprinting.blogspot.de/2014/01/ultrasonic-particle-levitation-could-it.html中的視頻演示，還考慮了通過超聲駐波使用顆粒操縱進行3D打印。然而，視頻演示僅顯示，顆粒聚集在駐波的聲壓節點中。形成駐波需要多個超聲波陣列的布置的預定的幾何結構。此外，顆粒組在聲壓中彼此分離，從而排除了完整的部件的固定和形成。由此，列舉的構思不會得到3D打印技術。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種制造部件的改進的方法，其基于通過聲力的作用使材料分布成形，其中，避免了傳統技術的缺點和限制。特別地，所述制造方法能夠以提高的靈活性選擇部件的形狀、特別地使得能夠實現不規則的部件形狀，并且不限制駐波的幾何結構。本發明的第二目的是提供一種用于制造部件的設備，其基于通過聲力的作用使材料分布成形，其中，避免了傳統技術的限制和缺點。特別地，所述設備應使得能夠制造具有更復雜形狀的部件，并且其特征在于簡單化的結構以及用于制造具有不同形狀的部件的改善的重新配置能力。

這些目的分別通過包括獨立權利要求的特征的用于制造部件的方法和設備來實現。從從屬權利要求得到本發明的優選實施例和應用。