用于机械结构的构造块和制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种用于机械结构的构造块(290，280)。本发明还提出了轴承(200)、驱动器系统、齿轮箱、系统以及制造所述构造块的方法。所述构造块包括第一打印材料(210)，通过增量制造工艺打印到第二材料(260)上或者至少部分地嵌入到该第二材料(260)中。第一打印材料被打印成图案(212)，该图案(212)被配置和构造成用于与传感器(240)配合，以便在使用时提供所述构造块相对于传感器的位置信息。传感器可以是磁传感器或光学传感器。第一打印材料可包括磁性颗粒。制造所述构造块的方法可包括以下步骤，在受到预定磁场影响的条件下通过增量制造工艺将第一打印材料添加到第二材料。
【专利说明】
用于机械结构的构造块和制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于机械结构的构造块。本发明还涉及轴承、驱动器系统、齿轮箱、系统以及制造所述构造块的方法。
【背景技术】
[0002]增量制造(additive manufacturing)或者更普遍称作3D打印是一种已知的制造技术，通过这种制造技术可根据数字模型来生成三维固态物体。增量制造工艺从通过任何已知的数字建模方法(比如使用CAD程序)生成数字模型开始。随后，数字模型被分成多个切片(slice)，其中，每个切片都表明数字模型中打印材料应位于的一层。单个切片被顺序地供给至的增量制造工具或3D打印机由其根据单个切片来沉积材料，，并按此方式逐层地生成完整的三维固态物体。
[0003]在早期增量制造中，主要使用塑料材料或树脂作为生成三维固态物体的打印材料，但是现在已经开发出了其它的工艺，在这些工艺中使用增量制造技术也可在层中沉积其它的材料(包括不同类型的金属材料)。这种制造技术的主要益处在于，其允许设计者以相对简单的制造方法来制造几乎任何样式的三维物体。例如当一产品需要原始模型或者仅需要制造有限数量的产品时，这种制造技术是特别有益的。而此类制造技术的缺点在于其制造三维固态物体的速度。
[0004]增量制造在高品质轴承或驱动器中的使用已经受到限制。然而，增量制造却可提供无限的可能性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一是提供一种能够与传感器互动的构造块。
[0006]本发明的第一方面可提供一种根据权利要求1所述的、用于机械结构的构造块。本发明的第二方面可提供根据权利要求9所述的轴承。本发明的第三方面可提供根据权利要求10所述的驱动器系统。本发明的第四方面可提供根据权利要求11所述的齿轮箱。本发明的第五方面可提供根据权利要求12所述的系统。并且，本发明的第六方面可提供根据权利要求13所述的方法。实施例限定在从属权利要求中。
[0007]根据本发明第一方面的构造块包括第一打印材料，该第一打印材料通过增量制造工艺打印到第二材料上或者至少部分地嵌入到第二材料中，其中该第一打印材料被打印成图案(pattern)，该图案被配置和构造成用于与传感器配合，以便使用时提供构造块相对于传感器的位置信息。
[0008]发明人已认识到，在用于机械结构的构造块中使用打印材料提供了在第二材料上的或至少部分在第二材料内的第一打印材料上包含图案的可能，从而使得第一打印材料的图案可直接与传感器互动，由此提供构造块相对于传感器的位置信息。将第一打印材料打印到第二材料上或将至少部分地打印到第二材料中，能够提供第一打印材料按照所述图案分级且受控的分布，这增强了传感器接收的信号的性能和精确度。此外，使用第一打印材料来生成图案能够使该图案最小化，从而在构造块相对于传感器进行相对运动期间，在构造块的可用空间范围向传感器提供最大数量的脉冲。使用最大数量的脉冲还可以改善感测信息的整体精确度。
[0009]使用第一打印材料来打印图案的另一个益处在于，该图案可以被直接应用到构造块上。通常，需要将编码器圆盘(encoder disc)添加到系统中，以便确保可以测量到构造块相对于传感器进行的相对运动。该额外的编码器圆盘可能很昂贵，并且是需要被添加到构造块或系统以便允许测量构造块相对于传感器的整体定位的额外元件。使用第一打印材料将图案直接打印在构造块上将不再需要额外的编码器圆盘，这使得整个感测解决方案更加鲁棒且简洁。
[0010]根据使用时第一打印材料相对于传感器的位置信息，可以获取额外的物理变量，比如线性位置或角位置或线速度或角速度、加速度以及绝对或相对位置和位移。第一打印材料打印得越密集，并且第一打印材料与第二材料之间的对比度越高，则能够实现的测量精度更加精确。此外，在第一打印材料中高密度的磁性颗粒允许传感器被置于离第一打印材料更远的位置处，这使得在维持高精确度的同时，有更高的设计自由度。传感器可以是磁传感器或光学传感器或是基于其它物理原理的传感器。
[0011]在构造块的一个实施方式中，构造块中的至少一部分由第二材料所构造，该第二材料是通过增量制造工艺打印的第二打印材料。第二打印材料可以是例如聚合物或陶瓷，而第一打印材料可以是金属或者可包含与磁传感器互动的磁性颗粒。使用第二打印材料在对使用增量制造技术制造的构造块进行设计方面，可提供最大的自由度。像这样，实质上可生成任何以下三维构造块，即具有被添加用于与传感器互动的第一打印材料的图案的三维构造块。
[0012]使用第二打印材料的另一个益处在于，可在第二打印材料中包括中空的结构，以降低构造块的整体重量，并且使用该中空的结构可在构造块中并入其它的元件，比如额外的传感器、热传输通道以及用于提供润滑油的中空结构。
[0013]在构造块的一个实施方式中，第一打印材料包括磁性颗粒，用于与磁传感器配合。将磁性颗粒嵌入在第二材料上的图案内或在至少部分嵌入第二材料中的图案内，这提高了机械可靠性并且可用于降低通常很昂贵的磁性材料的磨损。此外，脉冲发生器一般需要相对高强度的铁磁信号，并因此在尽可能靠近传感器的读取头处需要有相对高密度的磁性颗粒。打印包括磁性颗粒的第一打印材料使得有可能精确地在正确的位置处生成必需的浓度，从而使得可通过传感器获得强且可靠的信号。在构造块的一个实施方式中，第一打印材料构成反射性的图案，用于与光学传感器配合。这样一个反射性的图案可以例如在实质上不透明的或透射性的第二材料上生成。传感器可包括光源和光敏元件，用于感测光源的反射光，该反射光从第一打印材料的图案反射而来。在构造块的一个实施方式中，第一打印材料构成由第二材料围绕的不透明的图案。第二材料可以例如构成反射性的表面，从而使得光源的光可从第二材料反射到敏感元件上，而这种光的反射会由第一打印材料的图案打断。在构造块的一个实施方式中，第一打印材料构成相对于第二材料的对比图案，以便与光学传感器配合。对于一些光学传感器，仅需要是在第一打印材料与第二材料之间某种对比，比如不同的颜色(例如黑色和白色)的对比。可供选择地，第二材料对于由光源发出的光而言可以是透射性的，并且敏感元件可以感测透射过第二材料的光，而这种光的感测会由第一打印材料的图案打断。在构造块的一个实施方式中，第一打印材料构成由第二材料所围绕的透射性的图案，该第二材料是不透明的或反射性的。该透射性的图案对于由传感器的光源发出的光而言是透射性的，所述光可以是红外光、紫外光、可见光或任何其它的光。在这种情况下，光敏元件感测透射过第一打印材料的图案的光，而这种光的感测会由第二材料打断。光源可以是激光器光源，其能够生成相对小的光束，这改善了测量的精确度。
[0014]在构造块的一个实施方式中，第一打印材料完全嵌入到第二打印材料中。可供选择地，第一打印材料由第三材料所覆盖。该第三材料可以是覆盖第一打印材料的涂层，或者可以是不同于第一打印材料和第二打印材料的第三打印材料。该实施方式的益处在于，第一打印材料的图案受到第二打印材料或第三材料的保护，使其不受环境影响。根据本发明的构造块可在例如轴承中使用。这此类环境中，通过第一打印材料的嵌入，保护了第一打印材料免受振动、磨损和疲劳的破坏。然而，很显然该实施方式对于任何移动的构造块也是有效的。
[0015]在构造块的一个实施方式中，第一打印材料的图案被配置和构造成在进行相对移动期间在传感器上生成方波信号。在构造块的一个实施方式中，第一打印材料的图案被配置和构造成在进行相对移动期间在传感器上生成正弦波信号。该正弦波信号的益处在于，在测量点之间进行插值相对简单，这是因为正弦波信号的整体形状的是众所周知的。在构造块的一个实施方式中，第一打印材料的图案被配置和构造成在进行相对移动期间在传感器上生成锯齿波信号。该锯齿波信号的益处也在于，在测量点之间进行插值一般来说相对简单，这是由于感测信号中的一部分感测信号的线性表现特征所导致的。当然，还可以使用其它的信号而不偏离本发明的范围。
[0016]第一打印材料的图案包括:第一图案，其用于将第一信号提供给传感器；以及，不同于第一图案的第二图案，其用于将不同于第一信号的第二信号提供给传感器。被打印的图案可以是实质上被同时打印的第一图案与第二图案的组合。这两个图案可由例如旋转位置传感器来使用，以便改变第二图案相对于第一图案的相位，从而确定旋转中的构造块的绝对角位置。实质上在同一打印步骤中打印第一图案和第二图案的益处在于，第一图案相对于第二图案的位置精确度得到了优化。像这样，在确定绝对角位置时的精确度是最佳的。
[0017]在构造块的一个实施方式中，第一打印材料和/或第二打印材料选自以下列表，该列表包括金属、陶瓷、聚合物、弹性体、及其组合的复合材料。第一打印材料和/或第二打印材料可以例如是金属，其例如选自以下列表，该列表包括钢、不锈钢、马氏体时效钢、工具钢、低合金钢、铜合金、镍合金、钴合金、招、招合金、钛、钛合金。
[0018]在构造块的一个实施方式中，在第一打印材料与第二打印材料之间的交界面包括在功能上渐变的界面层，即功能梯度界面层(funct1nally graded interface layer)，该功能梯度界面层的构成被配置成从第一打印材料开始经由第一材料与第二打印材料的混合物逐渐变到第二打印材料。此类在功能上渐变的交界层的益处在于，在两种材料之间的接合相对较强。
[0019]在构造块的一个实施方式中，构造块是用于轴承的内圈。在构造块的一个实施方式中，构造块是用于轴承的外圈。在构造块的一个实施方式中，构造块是用于轴承的密封件。在构造块的一个实施方式中，构造块是用于驱动器的移动单元。在构造块的一个实施方式中，构造块是用于角传感器的编码器圆盘。在构造块的一个实施方式中，构造块是齿轮。
[0020]根据本发明的第二方面的轴承包括根据任一实施方式的构造块。
[0021]根据本发明的第三方面的驱动器系统包括根据任一实施方式的构造块。
[0022]根据本发明的第四方面的齿轮箱包括根据任一实施方式的构造块。
[0023]根据本发明的第五方面的、用于测量构造块相对于传感器的相对位置的系统包括根据任一实施方式的构造块，并且传感器被配置成用于与构造块的第一打印材料的图案互动，以便在使用时提供构造块相对于传感器的位置信息。
[0024]根据本发明的第六方面的、制造构造块的方法，包括通过增量制造工艺将第一打印材料打印到第二材料上或者使第一打印材料至少部分地嵌入第二材料中，其中，第一打印材料被打印成图案，该图案被配置和构造成与传感器配合，以便在使用时提供构造块相对于传感器的位置信息，其中，第一打印材料的图案包括:第一图案，其用于将第一信号提供给传感器；以及，不同于第一图案的第二图案，其用于将不同于第一信号的第二信号提供给传感器。
[0025]在一个实施方式中，该方法包括以下步骤，在受到预定磁场影响的条件下通过增量制造工艺将第一打印材料添加到第二材料。所述磁场可被用于在增量制造工艺期间设定第一打印材料的磁特性。在一个制造方法中，第一打印材料构成固态颗粒，其包括磁性颗粒，该磁性颗粒例如使用激光器选择性烧结的方式来局部加热以便将单独的第一打印材料颗粒连接到一起。在该加热过程中，第一打印材料的磁特性可受到所施加的磁场的影响。该所施加的磁场可确定通过额外的打印处理过程所附接的固态颗粒的磁特性。可供选择地，第一打印材料能够以液态形式来应用，之后在处理过程中被固化。此外，在这样一个处理过程中，磁场的影响可被用来确定在增量制造工艺中第一打印材料的液滴被硬化之前该液滴的磁特性。像这样，第一打印材料的每个液滴或者第一打印材料的每个固态颗粒的磁特征可被单独确定，由此允许对位于构造块上的第一打印材料的图案的磁特性进行非常高水平的控制。
【附图说明】
[0026]本发明的这些方面和其它方面是很明显的，并且将参考此后描述的实施方式来进行阐述。在附图中，
[0027]图1A示出了根据本发明的齿轮的平面视图，而图1B则示出了包括该齿轮的齿轮箱，
[0028]图2A示出了根据本发明的轴承的截面视图，该轴承包括被打印成图案的第一打印材料，并且包括第二材料，图2B示出了根据本发明的轴承的部分切开的外圈，以及图2C示出了根据本发明的包括密封件的轴承，
[0029]图3示出了根据本发明的驱动器系统的平面视图，
[0030]图4A示出了在增量制造工艺中的增量制造工具的第一实施方式，其中，液态树脂被用于增量制造涂覆打印材料，
[0031]图4B示出了在增量制造工艺中的增量制造工具的第二实施方式，其中，液态树脂由分配装置所分配以用于增量制造涂覆打印材料，
[0032]图5A示出了在增量制造工艺中的增量制造工具的第三实施方式，其中，对材料进行颗粒化处理，使其成为小的固态颗粒，这些固态颗粒被用于增量制造涂覆打印材料，
[0033]图5B示出了在增量制造工艺中的增量制造工具的第四实施方式，其中，经过颗粒化处理的固体材料由分配装置所分配以用于增量制造涂覆打印材料，以及
[0034]图6示出了在增量制造工艺中的增量制造工具的第五实施方式，其中，分配被熔化的塑料材料以用于增量制造涂覆打印材料。
[0035]应当注意的是，在不同附图中具有相同附图标记的项具有相同的结构特征以及相同的功能，或者是相同的信号。在已经对这样一个项的功能和/或结构进行解释之后，没有必要再详细地对其进行重复解释。
【具体实施方式】
[0036]图1A示出了根据本发明的齿轮100的示意图。该齿轮100(其为根据本发明的构造块100)包括第一打印材料110，该第一打印材料110通过增量制造技术打印在图案112、114上。图案112、114被配置和构建成与传感器140配合，以生成该齿轮100相对于传感器140的位置信息。在图1A所示的实施方式中，该位置信息是齿轮100相对于传感器140的旋转位置信息，该第一打印材料110的图案112、114包括用于检测齿轮100相对于传感器140旋转位置的角编码器。在图1A所示的实施方式中，第一打印材料110的图案112、114包括反射性的材料，其可以将从传感器140的光源142发出的光反射回传感器140的光敏元件144，当齿轮100相对于传感器140旋转时，传感器140接收到的信号取决于齿轮100上生成的图案112、114。在一个实施方式中，当齿轮100以恒定速度在传感器140前面旋转时，图案112、114被配置成生成正弦波信号。可供选择地，当齿轮100以恒定速度在传感器140前面旋转时，图案112、114还可以被配置成生成方波信号。进一步可供选择地，当齿轮100以恒定速度在传感器140前面旋转时，图案112、114可被配置成生成锯齿波信号。由于第一打印材料110是通过增量制造技术打印的，因此，第一打印材料110在图案112、114中的密度相对容易调节，从而可从传感器140获得上述给出的信号，甚至是多个不同的其它信号。
[0037]图案112、114包括第一图案112和第二图案114，该第二图案114相对于第一图案112同轴布置，并且其相对于第一图案112可移动，并且图案112包括与图案114中的编码元件的数量不同的编码元件。在第一图案112与第二图案114中选择特定数量的编码器元件，使得传感器114能够分别感测到来自于第一图案112与第二图案114的信号，这两个信号的结合可生成齿轮100相对于传感器140的准确定位。
[0038]可供选择地，第一打印材料110可以包括磁性颗粒，进而第一图案112可以包括多个磁角编码器，这些磁性角编码器围绕齿轮100以环形对称的方式布置。在该可供选择的实施方式中，传感器140包括一个或多个磁传感器，比如哈勒传感器(Hall-sensor)或者磁阻传感器。图案112、114上的磁角编码器与传感器140共同形成了旋转检测系统130，在该系统中，第一图案上的磁编码器112与第二图案114上的磁性编码器114同轴地布置，相比于第一图案112而言，第二图案114上的磁编码器具有不同数量的磁极。系统130还可具有多个磁传感器140，每个磁传感器140都可操作以便检测第一图案112上的磁编码器以及第二图案114上的磁编码器的相应磁场。传感器140被配置成用于检测相应磁性编码器的单个电极的位置信息。相位差检测器被用于确定检测到的磁场信号的相位差，该磁场信号相位差通过所述磁传感器140分别对第一图案112的磁性编码器112以及第二图案114的磁性编码器114进行检测得到。使用检测出的相位差，可以确定齿轮100相对于传感器140的准确旋转角度。
[0039]第一打印材料110可被打印在第二材料120的上面。可供选择地，可使用作为第二打印材料120的第二材料120来至少部分地制造齿轮100。在这样一种情形下，可将第一打印材料110至少部分地嵌入到第二打印材料120内部。将第一材料110至少部分地嵌入到第二打印材料120中的益处在于，该第一材料110可防范有齿轮100运转时的惯常恶劣环境。
[0040]图1B示出了根据本发明的齿轮箱150的剖面图。齿轮箱150经由第一轴160连接到发动机170，并且齿轮箱150将发动机170的旋转速度经变换后传递到第二轴180。齿轮箱150包括多个齿轮100。多个齿轮100中的一个齿轮包括有在图案112上的第一打印材料110，其中，该第一打印材料用于与配合传感器140工作，以确定齿轮箱150内部的齿轮100的旋转位置和/或旋转速度。
[0041 ]图2A示出了轴承200的截面图，该轴承200包括第二打印材料250、260，并且包括第一材料210的图案212(见图2B)。轴承200包括滚动体205和内圈280，该内圈280包括与第二打印材料250接合的滚道圈216。轴承200还包括外圈290，该外圈290包括有第一打印材料210的图案212。第一打印材料210完全嵌入到第二打印材料260内部，从而使得第一打印材料210得到保护，免受环境影响和磨损。如图2A中所示，第一打印材料210的图案212包括嵌入第一打印材料210中的磁性颗粒。每块第一打印材料210都被用作与磁传感器240(见图2B)配合的磁性编码器，并且第一打印材料210的图案212被配置成可确定外圈290相对于传感器240的位置。外圈290还包括滚道圈220，第二打印材料260接合到该滚道圈220。
[0042]图2B示出了根据本发明的轴承200的被部分切开的外圈290。外圈290是根据本发明的构造块290，包括滚道圈220，第二打印材料260接合到该滚道圈220。第一打印材料210形成图案212，图案212旋转地布置在外圈290的边缘。在使用时，外圈290可相对于传感器240旋转，示例性包括磁性颗粒的第一打印材料210形成的图案212在传感器240上生成信号，根据该信号可确定外圈290相对于传感器240的相对位置或旋转。使用第二打印材料260可提供一种非常灵活的方式来制造用于轴承200的外圈260的外部形状，并且按照图案212打印第一打印材料210以确保图案212的精确度，以及图案在外圈290上的相对精确位置。
[0043]图2C示出了根据本发明的包括密封件230的轴承205。密封件230包括第一打印材料210的图案212，第一打印材料210被布置在第二材料265上或者至少部分地嵌入第二材料265中，所述第二材料265例如可以是第二打印材料265。第一打印材料210的图案212可包括被嵌入到第一打印材料210中的磁性颗粒，以便与传感器240 (其为磁传感器)配合。可供选择地，第一打印材料210的图案212可被配置成与光学传感器140配合，以便提供密封件230相对于光学传感器140的相对位置信息。在轴承205中，密封件230既可以随着内圈280旋转，也可以随着外圈290旋转，这取决于密封件230的配置。图案212可被用于确定密封件230相对于传感器140的角位置。可供选择地，除了用于角传感器(未示出)之外，类似于图2A中所示，图案212还可被用于例如集成到外圈290中。在这样一个配置中，从密封件230接收到的信号可用于核查密封件230实际是否与外圈290—起旋转。如果密封件230与外圈290的旋转速度之间存在差异，则这可用来指明轴承205可能需要维修或者轴承205的润滑可能不在最佳状态。
[0044]图3A示出了包括静止单元350和移动单元330的驱动器系统300的示意图。移动单元330包括打印在第二材料320上的第一打印材料310的图案312。第一打印材料310的图案312可包括分布在第一打印材料310中的磁性颗粒，以便与传感器340(例如为磁传感器340)互动。可供选择地，第一打印材料310可以是反射性材料，从而使得从光传感器340发出的光可以由第一打印材料310的图案312反射。反射光可通过光敏元件144(见图1A)感测，并且在移动单元330的第一打印材料310的图案312(在使用时)与传感器340发生互动时获得的信号可被用于确定在移动单元330与传感器之间的相对位置。甚至还可供选择地，第一打印材料310可被配置成透射从光传感器发射的光，并且光敏元件144可被布置在移动单元330的反面，从而使得透射光(即由第一打印材料310透射的光)根据图案312被第二材料320(例如是第二打印材料320)阻挡。
[0045]图4A示出了增量制造工具400的第一实施方式，其中，在该工具中的液态树脂450被用于增量制造涂覆打印材料460。此类增量制造工具400包括树脂容器430，该树脂容器430包含有液态树脂450 ο在树脂容器430内部有平台470，可被配置成缓慢向下移动进入树脂容器430。增量制造工具400还包括发射出激光束412的激光器410，该激光束412具有对(在应额外添加打印材料460的位置处的)液态树脂450进行固化的波长。在要涂覆新的一层打印材料460之前，在打印材料460上拖动复涂棒(re-coating bar)440以便确保在打印材料460的顶部处有液态树脂450的薄层。使用激光器410来照射(位于应涂覆额外打印材料460的位置处的)液态树脂450薄层上的某些部分，可使树脂450局部固化。在如图4A中所示的实施方式中，可使用扫描镜420来反射激光束412，使其穿过液态树脂450的层。如果在当前层中的所有需要固化的部分都已经用激光束412进行过照射，平台470将打印材料460进一步下降到液态树脂450中，以便允许复涂棒460将另一层液态树脂450涂覆到打印材料460的顶部，由此继续增量制造工艺。
[0046]图4B示出了增量制造工具401的第二实施方式，其中，在该工具中的液态树脂450由分配装置405或打印头405分配，以用于增量制造涂覆打印材料460。增量制造工具401还包括树脂容器430，该树脂容器430包含有液态树脂450，其经由供给装置455向着打印头405方向进行供给。打印头405还包括打印喷嘴415，液态树脂450的液滴从该打印喷嘴415射向打印材料460。这些液滴可受重力作用从打印头405落到打印材料460上，或者可以使用一些喷射结构(未示出)从打印喷嘴415喷向打印材料460 ο打印头405还包括发射激光束412的激光器410，激光器410用于在液态树脂450的液滴击中打印材料460时使该液态树脂450的液滴立即固化，从而将该液态树脂450的液滴固定到已打印的打印材料460。已形成固态物体的打印材料460可位于平台470上。
[0047]图5A示出了增量制造工具500的第三实施方式，其中，在该工具中对材料进行颗粒化处理使其成为小的固态颗粒550，这些小的固态颗粒550被用于在增量制造中涂覆打印材料560。现在，增量制造工具500(也被称为选择性激光烧结工具500或SLS工具500)包括颗粒化容器530，该颗粒容器530包含有经过颗粒化处理的小的固态颗粒550。打印材料560也位于平台570上，并且完全被经过颗粒化处理的小的固态颗粒550包围。降低平台允许颗粒供给辊540将另一层经过颗粒化处理的固态颗粒550涂覆到打印材料560上。随后，使用激光器510和扫描镜520在局部施加激光束512，从而局部地熔化经过颗粒化处理的固态颗粒550，并且将其彼此连接并与打印材料560连接，以便生成要创建的固态物体的下一层。接下来，平台570进一步下移，从而允许通过颗粒供给辊540来涂覆下一层经过颗粒化处理的固态颗粒550，以便在增量制造中继续下一层。
[0048]图5B示出了增量制造工具501或SLS工具501的第四实施方式，其中，在该工具中经过颗粒化处理的固态材料550由分配装置505或打印头505分配，以用于增量制造涂覆打印材料560。增量制造工具501还包括颗粒容器530，该颗粒容器530包含有经过颗粒化处理的固态颗粒550，其经由供给装置555向着打印头505方向进行供给。打印头505还包括打印喷嘴515，经过颗粒化处理的固态颗粒550从该打印喷嘴515射向打印材料560。这些固态颗粒550可受重力作用从打印头505落到打印材料560上，或者可以使用一些喷射结构(未示出)从打印喷嘴515喷向打印材料560 ο打印头505还包括发射激光束512的激光器510，激光器510用于在固态颗粒550击中打印材料560时，使该固态颗粒550立即熔化或烧结，从而将该固态颗粒550固定到已经打印的打印材料560。已形成固态物体的打印材料560可位于平台570 上。
[0049]图6示出了增量制造工具600的第五实施方式，其中，在该工具中分配被熔化的塑料材料650，以用于增量制造涂覆打印材料660。在图6中所示的增量制造工具600还被称为熔融沉积成型工具600或FDM工具600。现在，塑料丝630通过细丝供给装置640供给到分配装置610或熔化装置610。该分配装置610或熔化装置610包括挤压喷嘴(extrus1n nozzle)615，其用于熔化塑料丝630以形成被熔化的塑料材料650的液滴，该液滴被涂覆到打印材料660，并且在其上硬化且连接到已经打印的打印材料660。分配装置610可被配置并构造成在重力作用下或者经由喷射机构(未示出)将被熔化的塑料650的液滴涂覆到打印材料660 ο增量制造工具600还包括定位系统620，其用于跨打印材料660来定位分配装置610。
[0050]综上所述，本发明提供了一种用于机械结构的构造块290、280。本发明还提供了轴承200、驱动器系统、齿轮箱、系统和制造构造块的方法。所述构造块包括第一打印材料210，该第一打印材料210通过增量制造被打印在第二材料260上或者至少部分地嵌入第二材料260中。第一打印材料打印在图案212上，该图案212被配置和构造成用于与传感器240配合，以便在使用时提供所述构造块相对于传感器的位置信息。传感器可以是磁传感器或光学传感器。第一打印材料可包括磁性颗粒。制造所述构造块的方法可包括以下步骤，在受到预定磁场影响的条件下通过增量制造将第一打印材料添加到第二材料。
[0051]应当注意的是，上述实施方式是为了说明而非限制本发明，并且本领域中的技术人员将能够设计出许多可供选择的实施方式。
[0052]在权利要求中，任何被置于括号之间的参考符号不应当被理解为是对权利要求进行限制。动词“包括”及其变形的使用并不排除存在与权利要求中所规定的元件或步骤不同的元件或步骤。在一元件之前的冠词“一”并不排除存在多个此类元件。本发明可通过包括若干不同元件的硬件，以及通过适当编程的计算机来实现。在枚举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干装置可通过同一硬件项目来实现。事实上，在彼此不同的从属权利要求中记载了特定措施，但这并不表明不能有利使用这些措施的组合。
[0053]附图标记列表
[0054]构造块100，230，280，290，330，350
[0055]图案112，114，212，312
[0056]第一打印材料110，210，310
[0057]第二材料120，260，265，320
[0058]光学传感器140
[0059]光源142
[0060]光敏元件144
[0061 ]磁传感器240，340
[0062]齿轮100
[0063]齿轮箱150
[0064]发动机170
[0065]轴160，180
[0066]轴承200，205
[0067]滚轴体205
[0068]滚道圈216
[0069]内圈280
[0070]外圈290[0071 ]密封件230
[0072]驱动器300
[0073]移动单元330
[0074]静止单元350
[0075]增量制造工具400，401
[0076]可打印的材料450，550，650
[0077]打印头405，505
[0078]打印喷嘴415，515
[0079]激光器410，510
[0080]激光束412，512[0081 ]扫描镜420，520
[0082]树脂容器430
[0083]复涂棒440
[0084]液态树脂450
[0085]供给装置455，555
[0086]平台470，570，670
[0087]SLS 工具500，501
[0088]颗粒容器530
[0089]颗粒供给辊540
[0090]经过颗粒化处理的材料550[0091 ]FDM 工具600
[0092]熔化装置610
[0093]挤压喷嘴615
[0094]定位构造620
[0095]丝630
[0096]丝供给装置640
[0097]液态塑料650
【主权项】
1.一种用于机械结构的构造块(100、230、280、290、330、350)，包括第一打印材料(110、210、310)，所述第一打印材料(110、210、310)通过增量制造工艺打印到第二材料(120、260、265、320)上或者至少部分地嵌入到所述第二材料(120、260、265、320)中，其中，所述第一打印材料(110、210、310)被打印成图案(112、114、212、312)，被配置和构造成用于与传感器(140、240、340)配合，以便在使用中提供所述构造块(100、230、280、290、330、350)相对于所述传感器(140、240、340)的位置信息，其中所述第一打印材料(110、210、310)的图案(112、114、212、312)包括:第一图案(112、114、212、312)，用于将第一信号提供给所述传感器(140、240、340);以及，不同于所述第一图案(112、114、212、312)的第二图案(112、114、212、312)，用于将不同于所述第一信号的第二信号提供给所述传感器(140、240、340)。2.根据权利要求1所述的构造块(100、230、280、290、330,350),其特征在于，所述构造块(100、230、280、290、330、350)中的至少一部分由所述第二材料(120、260、265、320)构成，所述第二材料(120、260、265、320)是通过增量制造工艺来打印出的第二打印材料(120、260、265、320)。3.根据权利要求1或2所述的构造块(100、230、280、290、330、350)，其特征在于，所述第一打印材料(110、210、310): -包括磁性颗粒，用于与磁传感器(240、340)配合，或者 _构成反射性的图案(112、114、212、312)，用于与光学传感器(140)配合，或者 -构成相对于所述第二材料(120、260、265、320)的对比图案(112、114、212、312)，用于与光学传感器(140)配合，或者 -构成不透明的图案(112、114、212、312 )，由构成反射性表面的所述第二材料(120、260、265、320)所围绕，用于与所述光学传感器(140)配合，或者 -构成透射性的图案(112、114、212、312)，由不透明的所述第二材料(120、260、265、320)所围绕，用于与所述光学传感器(140)配合，或者 -构成不透明的图案(112、114、212、312)，由透射性的所述第二材料(120、260、265、320)所围绕，用于与所述光学传感器(140)配合。4.根据权利要求2或3所述的构造块(100、230、280、290、330、350)，其特征在于，所述第一打印材料(110、210、310)完全嵌入所述第二打印材料(120、260、265、320)，或者所述第一打印材料(110、210、310)由第三材料所覆盖。5.根据前述权利要求中任一项所述的构造块(100、230、280、290、330,350),其特征在于，所述第一打印材料(110、210、310)的图案(112、114、212、312)被配置和构造成用于在进行相对移动期间在所述传感器(140、240、340)上生成方波信号；或者，所述第一打印材料(110、210、310)的图案(112、114、212、312)被配置和构造成用于在进行所述相对移动期间在所述传感器(140、240、340)上生成正弦波信号；或者，所述第一打印材料(110、210、310)的图案(112、114、212、312)被配置和构造成用于在进行所述相对移动期间在所述传感器(140、240、340)上生成锯齿波信号。6.根据前述权利要求中任一项所述的构造块(100、230、280、290、330,350),所述第一打印材料和/或所述第二打印材料选自以下材料列表:金属、陶瓷、聚合物、弹性体、及其组合的复合材料。7.根据前述权利要求2至6中任一项所述的构造块(100、230、280、290、330、350)，其特征在于，所述第一打印材料(110、210、310)与第二打印材料(112、114、212、312)之间的交界面包括在功能梯度界面层，所述功能梯度界面层的构成被配置成从所述第一打印材料(110、210、310)开始经由所述第一打印材料(110、210、310)与所述第二打印材料(112、114、212、312)的混合物逐渐变到所述第二打印材料(112、114、212、312)。8.根据前述权利要求中任一项所述的构造块(100、230、280、290、330,350),其特征在于，所述构造块(100、230、280、290、330、350)是 -用于轴承(200、205)的内圈(280)， -用于所述轴承(200、205)的外圈(290)， -所述轴承(200、205)的密封件(230)， -用于驱动器(300)的移动单元(330)， -用于角传感器的编码器圆盘，或者 -齿轮(100)。9.一种包括前述权利要求中任一项所述构造块(100、230、280、290、330、350)的轴承(200、205)。10.—种包括前述权利要求1至8中任一项所述构造块(100、230、280、290、330、350)的驱动器系统(300)。11.一种包括前述权利要求1至8中任一项所述构造块(100、230、280、290、330、350)的齿轮箱(150)。12.—种用于测量构造块相对于传感器的相对位置的系统(130)，所述系统(130)包括:前述权利要求1至8中任一项所述的构造块以及传感器(140、240、340)，所述传感器(140、240,340)被配置成与所述第一打印材料(110、210、310)的图案互动，以便在使用时提供所述构造块(100、230、280、290、330、350)相对于所述传感器(140、240、340)的位置信息。13.—种为机械结构生产构造块(100、230、280、290、330、350)的方法，所述方法包括:通过增量制造工艺将第一打印材料(110、210、310)打印到第二材料(120、260、265、320)上或者使其至少部分地嵌入所述第二材料(120、260、265、320)中，其中，所述第一打印材料(110、210、310)被打印成图案(112、114、212、312)，所述图案(112、114、212、312)被配置和构造成用于与传感器(140、240、340)配合，用于在使用时提供所述构造块(100、230、280、290、330、350)相对于所述传感器(140、240、340)的位置信息，其中，所述第一打印材料(110、210、310)的图案(112、114、212、312)包括:第一图案(112、114、212、312)，用于将第一信号提供给所述传感器(140、240、340);以及，不同于所述第一图案(112、114、212、312)的第二图案(112、114、212、312)，用于将不同于所述第一信号的第二信号提供给所述传感器(140、240、340)。14.一种生产权利要求13所述构造块(100、230、280、290、330、350)的方法，其中，所述第一打印材料(110、210、310)包括磁性颗粒，所述制造构造块(100、230、280、290、330、350)的方法包括以下步骤: -在预定磁场的影响下，通过所述增量制造工艺将所述第一打印材料(110、210、310)添加到所述第二材料(120、260、265、320)。
【文档编号】F16C33/62GK105848863SQ201480069512
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】斯特拉里奥·巴比拉, 亚历桑德罗·桑兹
【申请人】斯凯孚公司