[發(fā)明專(zhuān)利]3D打印方法和3D打印裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710430058.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107498042A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍爾格·施佩克曼;丹尼斯·基費(fèi)爾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 特斯蒂亞有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): B22F3/105
• 分類(lèi)號(hào): B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京銀龍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11243
• 代理人: 丁文蘊(yùn),張敬強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于部件的增材制造的3D打印方法并且涉及一種3D打印裝置。特別地，本發(fā)明涉及在部件的增材制造期間監(jiān)測(cè)所供給的材料的質(zhì)量。

背景技術(shù)

在通常也稱(chēng)為“3D打印方法”的生成制造或增材制造方法中，從物體的數(shù)字化幾何模型出發(fā)，一種或多種起始材料被按順序地彼此層疊并固化。由此，例如在選擇性激光熔化(SLM)期間，部件由成型材料(例如塑料材料或金屬)逐層構(gòu)建，其中成型材料以粉末形式被供給到基體上并選擇性地通過(guò)局部激光輻射被液化，冷卻后產(chǎn)生固態(tài)的、連續(xù)的部件。3D打印提供了非凡的設(shè)計(jì)自由度，尤其能夠用合理量的支出生產(chǎn)通過(guò)常規(guī)方法不能生產(chǎn)或僅能用相當(dāng)大的支出生產(chǎn)的物體。為此，3D打印方法目前廣泛用于工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車(chē)工業(yè)、航空航天工業(yè)或通常用于工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，其中節(jié)約資源的過(guò)程鏈被用于符合定制部件需求的小批量和大批量生產(chǎn)。

先前使用的粉末材料的粉末殘?jiān)⑵渌鈦?lái)物和成型材料的污物能夠影響由增材方法生產(chǎn)的部件的質(zhì)量。因此，在3D打印方法中原則上有必要使供給的成型材料受到質(zhì)量控制或相反地保證成型材料不被外來(lái)物或其他污物污染。例如，在使用所有的材料填充3D打印裝置之前，可基于代表性樣品在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中分析粉狀成型材料的化學(xué)組成，例如，參見(jiàn)J.A.Slotwinski等人發(fā)表在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所研究雜志2014年第119卷中的題為“用于增材制造的金屬粉末的表征”的文獻(xiàn)。如果該樣品滿足要求，則可允許所有的成型材料用于打印。然而，如果成型材料未經(jīng)檢查的部分仍然具有缺陷或雜質(zhì)，則這通常僅在打印之后的所生產(chǎn)的部件的后續(xù)檢查中被注意到。這使得部件的增材制造非常耗時(shí)和成本增加，因?yàn)橛腥毕莸牟考仨毐蛔鳛椴缓细衿繁环蛛x。

發(fā)明內(nèi)容

考慮到上述情況，本發(fā)明的目的是尋找簡(jiǎn)單的解決辦法在增材制造期間保證所要求的供給材料的質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的3D打印方法和具有權(quán)利要求14的特征的3D打印裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因此，提供了一種用于部件的增材制造的3D打印方法。所述3D打印方法包括將成型材料供給至3D打印裝置、使用監(jiān)測(cè)裝置測(cè)定成型材料的質(zhì)量特征、使用分析裝置基于測(cè)得的質(zhì)量特征分析成型材料的產(chǎn)品質(zhì)量、逐層沉積和液化成型材料以及逐層固化液態(tài)的成型材料。

此外，提供了一種具有根據(jù)本發(fā)明的3D打印方法的用于部件的增材制造的3D打印裝置。所述3D打印裝置包括監(jiān)測(cè)裝置，其被配置為測(cè)定成型材料的質(zhì)量特征，以及分析裝置，其被配置為基于測(cè)得的質(zhì)量特征分析成型材料的產(chǎn)品質(zhì)量。

本發(fā)明基于的構(gòu)思在于“在線”和原位監(jiān)測(cè)增材方法內(nèi)供給的材料的質(zhì)量。為此，監(jiān)測(cè)裝置和/或分析裝置可被直接集成在3D打印裝置中或連接至3D打印裝置。例如，分析裝置可包括微處理器等，其也可快速地和自動(dòng)地執(zhí)行復(fù)雜的多元統(tǒng)計(jì)分析工序。例如，分析裝置可被集成到3D打印裝置的中央控制單元中。在本發(fā)明中，針對(duì)外來(lái)顆粒、錯(cuò)誤的粉末、污物等等，當(dāng)材料正被供給至3D打印裝置時(shí)，原則上講也在實(shí)際的打印工序的同時(shí)，材料(例如粉末、顆粒狀材料或固體或液體介質(zhì))可被檢驗(yàn)。因此能直接原位檢測(cè)出成型材料中相應(yīng)的質(zhì)量缺陷。

這具有相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)，在于可以任選地停止實(shí)際的打印工序，校正缺陷和/或去除和/或純化有問(wèn)題的材料，并且打印工序因此能夠繼續(xù)。由于本發(fā)明，可降低缺陷發(fā)生的概率，并且最終可降低部件的失敗概率。最后，可由此降低受不利影響或質(zhì)量不足的成本。此外，通過(guò)缺陷或問(wèn)題的早期檢測(cè)，可極大程度地提高整個(gè)打印工序的效率。

3D打印方法是尤其有利的，因?yàn)樗龇椒ㄔ试S在最初成形方法中生產(chǎn)三維部件而不需要適應(yīng)部件的外部形狀的特定的制造工具。因此，能夠有用于部件和元件的高效的、節(jié)省材料和節(jié)省時(shí)間的生產(chǎn)方法。尤其有利的是這種類(lèi)型的3D打印方法用于航空航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)部件，因?yàn)樵谒鲱I(lǐng)域中使用適用于特定目的的許多不同的部件，其可在生產(chǎn)所需的生產(chǎn)系統(tǒng)中通過(guò)這種類(lèi)型的3D打印方法以低成本、短交貨周期和簡(jiǎn)單的方式生產(chǎn)。

本申請(qǐng)意義內(nèi)的3D打印方法包括所有的生成制造或增材制造方法，其中，基于幾何模型，借助于化學(xué)和/或物理工序在特定的生成制造系統(tǒng)中通過(guò)無(wú)形狀的材料(如液體和粉末)或中立形狀的半成品(如帶形或線形材料)來(lái)制造具有預(yù)定形狀的物體。本申請(qǐng)意義內(nèi)的3D打印方法使用增材方法，其中起始材料以預(yù)定形狀被按序逐層構(gòu)造。

可參考附圖在另外的從屬權(quán)利要求和說(shuō)明中得到有利的實(shí)施方式和改進(jìn)。