[發(fā)明專利]包括光譜轉(zhuǎn)換器的用于制作3D模制品的工藝和設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880048291.8
• 申請(qǐng)日: 2018-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN110944824B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丹尼爾·鞏特爾;克里斯多夫·舍克;伊姆雷·巴爾多斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沃克斯艾捷特股份有限公司
• 主分類號(hào): B29C64/165
• 分類號(hào): B29C64/165;B29C64/268;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02;B22F3/105;H04N1/60
• 代理公司: 北京安杰律師事務(wù)所 11627
• 代理人: 王穎

一種用于制作3D模制品的工藝和設(shè)備，其中使用了光譜轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器被定義為一種吸收例如電磁熱輻射等輻射并輻射或發(fā)射一個(gè)或多個(gè)限定的波長(zhǎng)范圍的器件；在此，該光譜轉(zhuǎn)換器通過電磁熱輻射(短波或長(zhǎng)波輻射)發(fā)射器、即通過燈或發(fā)射器、例如頂置發(fā)射器或燒結(jié)單元進(jìn)行照射，并且隨后發(fā)射限定的電磁熱輻射。

本發(fā)明涉及一種通過分層構(gòu)建技術(shù)制作三維模型的方法和裝置。

歐洲專利EP 0 431 924 B1描述了一種用于基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)制作三維物體的工藝。在該工藝中，顆粒材料薄層沉積在平臺(tái)上，并且具有通過打印頭選擇性地打印在其上的粘結(jié)劑材料。其上打印有粘結(jié)劑的顆粒區(qū)域在粘結(jié)劑以及可選的附加硬化劑的作用下粘結(jié)并固化。接下來(lái)，將平臺(tái)降低一層厚度進(jìn)入構(gòu)建筒，并且提供新的顆粒材料層，該新的顆粒材料層也如上所述進(jìn)行打印。重復(fù)這些步驟，直到達(dá)到物體的某個(gè)所需高度。因此，已打印和固化的區(qū)域形成三維物體。

在完成時(shí)，將由固化顆粒材料制成的物體嵌入松散顆粒材料中，隨后使其脫離松散顆粒材料。為此目的，例如可以使用抽吸裝置。這樣留下所需物體，然后必須例如通過將粉末沖刷掉而使物體沒有任何殘留粉末。

其他基于粉末的快速成型工藝(也稱為模型的層狀構(gòu)建或分層構(gòu)建技術(shù))、例如選擇性激光燒結(jié)或電子束燒結(jié)以類似方式工作，也可以逐層施涂松散顆粒材料并借助受控物理輻射源對(duì)其進(jìn)行選擇性固化。

在下文中，所有這些工藝都將被理解為被術(shù)語(yǔ)“三維打印方法”或“3D打印方法”涵蓋。

在粉狀材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行3D打印和引入液體粘結(jié)劑是分層構(gòu)建技術(shù)中最快的方法。

此方法允許對(duì)多種不同的顆粒材料(包括聚合材料)進(jìn)行加工。然而，其缺點(diǎn)是顆粒材料床不能超過一定的松密度，該松密度通常是顆粒密度的60％。然而，所需零件的強(qiáng)度在很大程度上取決于所達(dá)到的密度。就此而言，為了較高的零件強(qiáng)度，需要添加按體積計(jì)40％或更多的呈液體粘結(jié)劑形式的顆粒材料。由于單滴輸入而使其不僅是相對(duì)耗時(shí)的工藝，而且還會(huì)引起許多與工藝有關(guān)的問題，例如，由液體的體積在固化過程中不可避免地收縮所帶來(lái)的問題。

在本領(lǐng)域中稱為“高速燒結(jié)”的另一個(gè)實(shí)施例中，顆粒材料的固化是通過紅外輻射輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，通過熔融過程使顆粒材料物理性結(jié)合。在這種情況下，優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)色塑料材料中的熱輻射吸收相對(duì)較差。通過將IR受體(吸收劑)引入到塑料材料中可以使所述吸收增加多倍。可以通過多種不同的方式引入IR輻射，例如通過在構(gòu)建場(chǎng)內(nèi)均勻移動(dòng)的條形IR燈。選擇性是通過利用IR受體對(duì)各層進(jìn)行特定打印來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

由此，IR輻射在打印位置比在未打印區(qū)域更好地耦合到顆粒材料中。這樣引起層內(nèi)的選擇性加熱超過熔點(diǎn)，并且因此引起選擇性固化。此工藝?yán)缭贓P 1740367 B1和EP1648686 B1中進(jìn)行了描述，并且以下將其縮寫為HSS。

從激光燒結(jié)工藝中已知多種不同的材料，也可以用此方法進(jìn)行加工。在這種背景下，目前最重要的材料是聚酰胺12(PA12)。這種材料有若干制造商。所達(dá)到的強(qiáng)度對(duì)于分層構(gòu)建方法而言是優(yōu)異的。

該材料以細(xì)粉形式提供，其可以以這種質(zhì)量直接進(jìn)行加工。然而，由于制造工藝而使成本較高，并且可能比標(biāo)準(zhǔn)聚酰胺的成本高20-30倍。

在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的高速燒結(jié)工藝中，正如在激光燒結(jié)中，使粉末達(dá)到接近材料的熔點(diǎn)的溫度以用于加工。這樣導(dǎo)致粉末“老化”并且限制了其在后續(xù)工藝中的使用。導(dǎo)致回收率較低，這對(duì)工藝成本有負(fù)面影響。

零件的精度顯著受到工藝控制的影響。因此，構(gòu)建空間中的比如粉末床密度和溫度等參數(shù)的均勻性是決定性的。

已知的高速燒結(jié)方法具有大量缺點(diǎn)，一方面涉及回收率，并且另一方面涉及加工成本，因此增加了每件成本并且使之相當(dāng)昂貴。特別地，粉末的老化是關(guān)鍵性問題，并且所導(dǎo)致的低回收率嚴(yán)重阻礙了此工藝的普及。目前，處理后必須更換大約50％的未打印粉末。對(duì)于大約80€/kg的粉末價(jià)格以及幾百升的構(gòu)建量，這需要大量的財(cái)務(wù)投資。