3D打印機、3D打印機組合單元及增材制造工藝制造技術

公開了3D打印機100，其被配置成通過形成粒狀構建材料的、彼此堆疊的層以及通過選擇性地固結相應的構建材料層的部分區域而分層地建立三維部件。所述3D打印機100被配置成在布置在所述3D打印機中的第一構建空間(B1)中建立一個或多個第一三維部件，同時在所述3D打印機中距所述第一構建空間(B1)有水平距離地與第一構建空間相鄰布置的第二構建空間(B2)中構建一個或多個第二三維部件。

3D printer, 3D printer unit and material manufacturing process

The 3D printer 100 is configured to form three-dimensional components hierarchically by selectively forming a layer of stacked material each other and by selectively consolidating portions of the corresponding building material layer. The 3D 100 printer is configured to first construct in space arranged on the printer in 3D (B1) in the establishment of one or more of the first 3D components, at the same time from the first building space in the 3D printer (B1) with horizontal distance to construct space and space layout of the second adjacent first building (B2) in the construction of one or more of the second dimensional parts.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】3D打印機、3D打印機組合單元及增材制造工藝本專利技術涉及3D打印機、具有至少一個該3D打印機的3D打印機組合單元以及增材制造工藝。各種增材制造工藝(因此各種類型的3D打印機)是已知的。一些增材制造工藝共同具有以下步驟：(1)首先，將粒狀材料施加在構建范圍的整個表面上，使得形成未固結的粒狀材料層。(2)將所施加的未固結的粒狀材料層在預定部分區域中選擇性地固結，例如通過選擇性地打印處理劑，例如粘合劑(binder)(可選擇地，例如，通過激光燒結)。(3)重復步驟(1)和(2)以制造期望的部件。出于此目的，例如可以在將新層施加在整個表面上之前，使分層建立部件的構建平臺降低相應的一個層的厚度(可選擇地，例如，可以使涂覆裝置和打印裝置上升對相應的一個層的厚度)。(4)最后，可以將松的、未固結的粒狀材料支撐和包圍的制造好的部件開包。制造部件或多個部件的構建空間例如可以由所謂的構建盒(還稱為“工作盒”)來限定。這種類型的構建盒可以具有在向上方向上開口且在豎直方向上延伸的周向壁結構(例如由四個豎直側壁形成)，例如當從上方看時這種類型的構建盒可以形成矩形。構建盒內可以容納有可調節高度的構建平臺。在這方面，位于構建平臺上方和豎直的周向壁結構之間的空間例如至少可以有助于形成構建空間。構建空間的上部區域例如可以被稱為構建范圍。例如在DE102009056696A1中說明了這種構建盒的示例。在以上步驟(1)中通常使用具有涂覆裝置(還稱為“反復涂覆器(recoater)”)的涂覆裝置組合單元。用于3D打印機的各種涂覆裝置組合單元是已知的，可以借助于涂覆裝置組合單元來將粒狀構建材料以在整個表面上形成均勻層的形式施加于構建范圍(還稱為構建表面或構建區域)。一種類型的涂覆裝置組合單元使用輥(簡稱為：“輥式涂覆裝置”)，首先在輥前方放下(putdown)一定量的粒狀構建材料，然后使輥跨越構建范圍水平移動以便以在構建范圍上形成均勻層的形式施加粒狀構建材料。在這方面，可以使輥與移動方向相反地轉動。難以使用輥式涂覆裝置實現具有較大長度的涂覆裝置組合單元。另一種的涂覆裝置組合單元(被稱為具有“容器涂覆裝置”(例如“槽式涂覆裝置”)的涂覆裝置組合單元)使用具有容器的涂覆裝置，容器例如能夠跨越構建范圍移位并限定用于容納粒狀構建材料的內腔，內腔通向用于將粒狀構建材料輸出到構建范圍上的開口。該涂覆裝置可以是長型的，例如橫越或覆蓋矩形的構建范圍的長度或寬度。然后開口可以被設置成縱向槽。因而涂覆裝置能夠跨越構建范圍水平移動并同時將粒狀構建材料從開口分配/輸出到構建范圍，從而在構建范圍的整個表面上施加均勻層。在以上步驟(2)中，例如可以使用具有打印頭的打印裝置，打印裝置以控制的方式在之前施加的構建材料層的子區域上施加處理劑。處理劑有助于構建材料層在子區域的固結。例如，處理劑可以是粘合劑、例如多組分粘合劑的粘合劑組分。可選擇地，例如可以在以上步驟(2)中使用激光來固結之前施加的構建材料層的子區域，例如通過燒結或熔化子區域中的構建材料。在本申請的含義內的粒狀構建材料可以被理解成包括至少一種粒狀材料(例如，砂(粒)，例如鑄造用砂，和/或金屬顆粒和/或合成材料的顆粒)的構建材料。構建材料也可以包括幾種不同類型的粒狀材料，諸如新砂和回收砂的混合物或精砂和粗砂的混合物或兩種不同類型的砂的混合物等。此外，構建材料可以包括至少一種液體組分，例如粘合劑組分、例如活化劑、和/或一種或多種固體和/或液體添加劑。在構建材料包含粘合劑組分的情況下，可以借助于打印裝置將其它的粘合劑組分(諸如呋喃樹脂等)選擇性地打印到之前施加的構建材料層上，以便使該層固結在預定區域。基于待制造的部件(例如鑄造模具和/或型芯)，可以使用專為此目的而制備的構建材料成分。在這方面，構建材料成分可以由使用的組分的數量限定以及由構建材料(混合物)中包含的組分的相應的類型和相應的份額限定。從上述文獻中已知具有兩個構建盒的3D打印機。然而，3D打印機總是只能容納兩個構建盒中的一個，因此總是只能執行一個構建工作(＝在分配的構建空間中增材制造一個或多個部件)。然而，兩個構建盒能夠減少第一構建工作和第二構建工作之間的時間段(在此期間設備或打印機不工作或不打印(例如，移除構建盒、打開包含在其中的零件以及準備用于下一個構建工作的構建盒等))。DE102009036153A1公開了一種用于通過引入輻射能量來增材制造粉末狀構建材料的三維成型零件的裝置，其具有分成兩個構建空間部分的構建空間，其中構建空間部分分別容納交換容器，裝置被配置成兩側開口的開放式入口，其中交換容器可以從兩個開放式入口側裝載和/或移除，或者可以通過所述入口喂料，并且其中交換容器是類似包括可以被降低的構建平臺的組合單元的容器，粉末可以被分層涂覆到其上，并且其另外設置有粉末處理組合單元，即包括粉末儲存罐、涂覆裝置和粉末溢流罐。可以認為本專利技術的目的是提供能夠增加輸出的3D打印機和增材制造方法。本專利技術提供根據權利要求1所述的3D打印機、根據權利要求15所述的具有至少一個這樣的3D打印機的3D打印機組合單元、以及根據權利要求17所述的增材制造工藝。根據本專利技術的另外的實施方式在相應的從屬權利要求中描述。舉例說明，根據本專利技術的不同的實施方式，3D打印機的容量以及還有因此的輸出可以增加，這是因為制造不限于單個構建空間，而是因為如果需要，可以使用3D打印機在兩個(或更多個)構建空間中同時制造，即，使用3D打印機同時執行兩個(或更多個)構建工作。舉例說明，根據本專利技術的不同的實施方式，分成第一和第二構建空間，而不是提供單個的、相對較大的構建空間允許可以適當地保持要制造的部件的質量(即，質量不隨著容量或輸出增加而下降)，例如在合理的成本和/或合理的復雜性情況下。在這方面，應該考慮的是，涂覆裝置組合單元或打印裝置可以連續地跨越而不降低部件的質量(例如由于涂覆裝置部件的撓曲，諸如用于刮抹輸出的構建材料的涂覆裝置刃片的撓曲)的相應的長度在實踐(特別是在合理的成本和/或合理的復雜性情況下)中受到限制。舉例說明，由于分成第一和第二構建空間，涂覆裝置組合單元例如也可以相應地分段。相反，對于單個、大的構建空間使用幾個涂覆裝置問題是，隨后不再可能或至少非常難以施加均勻的層(特別是在兩個涂覆裝置之間)。舉例說明，根據本專利技術的不同的實施方式，分成第一和第二構建空間，而不是提供單個的、相對較大的構建空間，進一步允許容量和/或輸出的增加不是以管理/處理為代價的，因為兩個分離的構建空間(例如由兩個分離的構建盒形成)比一個大的構建空間明顯更容易處理。例如，從大的構建空間開包部件可能是一個問題，因為設備的操作者可能無法不使用工具地操作布置在構建空間中間的部件，而兩個分離的構建空間可以允許所有部件從相應的構建空間的符合人體工程學的開包。根據本專利技術的不同的實施方式，由于涂覆裝置組合單元和/或打印裝置的巧妙布置，將在第一構建空間中執行的第一構建工作和將在第二構建空間中執行第二構建工作可以例如以合理的努力和/或以合理的成本而相對較快地執行。與具有提供執行相應的構建工作的相應的構建空間的兩個(或更多個)分離的3D打印機組合單元相比，根據本專利技術的具有兩個(或更多個)構建空間的3D打印機可以以合理的成本增加輸出，合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
3D打印機(100)，所述3D打印機(100)被配置成，通過形成例如含有砂粒的粒狀構建材料的、彼此堆疊的層以及通過選擇性地固結相應的構建材料層中的部分區域而分層地建立三維部件，所述三維部件例如為鑄造模具或型芯，并且所述3D打印機(100)被配置成，在布置在所述3D打印機中的第一構建空間(B1)中建立一個或多個第一三維部件，同時在所述3D打印機中的與所述第一構建空間有水平距離地鄰近所述第一構建空間布置的第二構建空間(B2)中建立一個或多個第二三維部件，所述3D打印機(100)具有涂覆裝置組合單元(30)，所述涂覆裝置組合單元(30)能夠在第一水平方向(H

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.08.29 DE 102014112447.21.3D打印機(100)，所述3D打印機(100)被配置成，通過形成例如含有砂粒的粒狀構建材料的、彼此堆疊的層以及通過選擇性地固結相應的構建材料層中的部分區域而分層地建立三維部件，所述三維部件例如為鑄造模具或型芯，并且所述3D打印機(100)被配置成，在布置在所述3D打印機中的第一構建空間(B1)中建立一個或多個第一三維部件，同時在所述3D打印機中的與所述第一構建空間有水平距離地鄰近所述第一構建空間布置的第二構建空間(B2)中建立一個或多個第二三維部件，所述3D打印機(100)具有涂覆裝置組合單元(30)，所述涂覆裝置組合單元(30)能夠在第一水平方向(H1)上跨越所述第一構建空間和第二構建空間(B1、B2)移位，從而以通過待固結的構建材料形成的相應均勻的構建材料層的形式向所述第一構建空間和第二構建空間供應構建材料，其中在俯視圖中所述第一構建空間(B1)和/或所述第二構建空間(B2)具有兩個長邊和兩個短邊，以及其中所述第一水平方向(H1)與所述長邊垂直和/或與所述短邊平行，以及所述3D打印機(100)具有共用的打印裝置(50)，所述打印裝置(50)能夠在第二水平方向(H2)上跨越所述第一構建空間和第二構建空間(B1、B2)移動，以通過可流動處理劑的受控制輸出選擇性地固結相應的構建空間的先前施加的構建材料層中的部分區域，其中所述第二水平方向(H2)與所述第一水平方向(H1)垂直，和/或與所述短邊垂直，和/或與所述長邊平行。2.根據權利要求1的3D打印機(100)，具有第一構建平臺(14)和第二構建平臺(24)，其中所述3D打印機(100)被配置成同時將所述第一構建平臺(14)和所述第二構建平臺(24)容納在各自相關聯的、彼此分離開的第一構建平臺構建位置和第二構建平臺構建位置，其中相應的構建平臺布置在所述3D打印機內，且所述第一構建空間布置在所述第一構建平臺上方，所述第二構建空間布置在所述第二構建平臺上方。3.根據權利要求1或2的3D打印機(100)，所述3D打印機(100)具有第一構建盒(10)和第二構建盒(20)，其中所述3D打印機(100)被配置成，同時將所述第一構建盒(10)和所述第二構建盒(20)容納在各自相關聯的、彼此分離開的第一構建盒構建位置和第二構建盒構建位置，其中相應的構建盒布置在所述3D打印機內，用于借助于所述3D打印機在所述第一構建空間和第二構建空間中建立對應的至少一個部件，所述第一構建空間和第二構建空間分別由所述第一構建盒和第二構建盒限定，從而使得能夠使用所述3D打印機(100)同時在所述第一構建盒(10)和所述第二構建盒(20)中分層地建立對應的一個或多個部件。4.根據權利要求3的3D打印機(100)，其中所述第一構建盒(10)和/或所述第二構建盒(20)包括在豎直方向上延伸的周壁結構(12、22)，所述周壁結構(12、22)限定了相應的構建盒內部空間，例如分別沿水平方向延伸的第一構建平臺和第二構建平臺(12、14)被容納在所述相應的構建盒內部空間內。5.根據權利要求2或4的3D打印機(100)，其中所述第一構建平臺(14)和/或所述第二構建平臺(24)是能夠調整高度的，以使得相應的構建平臺能夠逐漸降低以用于建立部件。6.根據前述權利要求中的任一項的3D打印機(100)，其中所述第一構建空間(B1)和/或所述第二構建空間(B2)的每個短邊具有小于等于2m的尺寸，例如小于等于1.8m的尺寸，例如小于等于1.6m的尺寸。7.根據前述權利要求中的任一項的3D打印機(100)，其中所述第一構建空間和第二構建空間(B1、B2)沿相應的短邊彼此相鄰布置。8.根據權利要求2至7中的任一項的3D打印機(100)，其中所述第一構建平臺和/或第二構建平臺(14、24)或構建盒(10、20)能夠在其相應的構建位置和一另外的位置之間移位，相應的構建平臺或構建盒在所述另外的位置處被置于所述3D打印機以外。9.根據前述權利要求中的任一項的3D打印機(100)，其中所述涂覆裝置組合單元(30)包括分配給所述第一構建空間(B1)的第一涂覆裝置(32)和分配給所述第二構建空間(B2)的、與所述第一涂覆裝置(32)分離的第二涂覆裝置(34)。10.根據權利要求9的3D打印機(100)，其中所述第一涂覆裝置(32)和/或所述第二涂覆裝置(34)分別包括限定用于容納粒狀構建材料的內腔的容器(38)，所述內腔通向用于輸出粒狀構建材料的開口，其中例如將閉合裝置(46)分別安裝于所述第一涂覆裝置(32)和/或所述第二涂覆裝置(34)，所述閉合裝置(46)被配置成選擇地閉合用于輸出粒狀構建材料的開口，和/或其中例如將刮抹構件(44)分別安裝于所述第一涂覆裝置(32)和/或所述第二涂覆裝置(34)，所述刮抹構件(44)被配置成刮抹從所述開口輸出的粒狀構建材料，從而抹平和/或壓緊所輸出的粒狀材料，和/或所述第一涂覆裝置(32)和/或所述第二涂覆裝置(34)彼此固定連接，以使得能夠一起跨越所述第一構建空間(B1)和所述第二構建空間(B2)移位。11.根據前述權利要求中的任...

【專利技術屬性】
技術研發人員：雷納·候徹斯曼，亞歷山大·穆勒，斯文·克勞亞，
申請(專利權)人：伊科斯灣有限責任公司，
類型：發明
國別省市：德國,DE