通过对基本块进行分层来增材形成3D对象的方法与流程

本发明涉及一种通过对基本块进行分层来增材形成3d对象的方法。本发明属于3d对象的增材制造领域。

背景技术：

1、目前，已知一种使用3d打印机制造空间对象的增材技术，所述3d打印机基于相同的基本原理，即，它们通过在一层接一层中逐渐固化可熔材料使用数字设计数据创建对象。用于在3d打印机上制造空间对象的增材技术产生具有各种大小、形状和结构的对象。存在3d打印的若干方法。所述方法中的每种方法在价格、速度、准确度和所使用的材料方面都有所不同，具有其优点和缺点。在熔融沉积建模技术中，将塑料纤维进料至打印机，在所述打印机中，所述塑料纤维被熔融并且以逐渐固化的各层施加。描述此技术的特征性文献是wo2018/223043a1，其中另外还使用了支撑梁。在选择性激光烧结技术中，施加细粉(金属或塑料)，并且激光在所述细粉之上移动，所述激光选择性地将所述细粉烘烤成底层。这允许使用各种材料。描述此技术的特征性文献还是文献jp 2019/147343a，其中另外还使用了支撑对象。在立体光刻技术中，光敏液体树脂由将使其固化的激光或uv光照射。此工艺是快速的并且可以产生具有非常高分辨率的形状。然而，结果是具有有限材料强度的对象。

2、通过沉积实心块来增材形成3d对象的方法在现有技术中也是已知的，如在cn109049687a中所描述的，其中具有各种形状的实心基块首先由用纤维增强的热塑性树脂材料形成，并且然后这些块被分层沉积，所述块的表面涂覆有粘合剂。同一层中的块可以具有不同高度。文献ep 3427869 a1也是已知的，其中描述了一种基于将预制块接合到各层中来制造3d对象的方法。制备块的固体材料选自由以下组成的组：金属、聚合物、复合材料和其组合。

3、上述技术(具体地分层铺设块的技术)都不含有另外的结构，所述结构将保证块铺设的准确度、接合块的强度以及容易产生各种突出部和开口的可能性。

技术实现思路

1、通过根据本发明的通过对基本块进行分层来增材形成3d对象的方法来消除现有技术的上述缺点。所述解决方案是基于将具有任何形状的块放置在引导元件上，优选地由杆或细缆线实现，同时优选地将所述块放置在彼此顶部上。引导元件优选地例如以网格的形式彼此平行地嵌入或锚定在基板上，由此填充工作空间。考虑到所使用的材料，所使用的引导元件的数量和布置优选地根据所形成的对象的期望特性来确定。

2、通过对实心基块进行分层来增材形成3d对象的方法的基础在于以下步骤。首先形成定向在3d对象的形成方向上的至少一个引导元件的布置。接下来的步骤是在第一层的水平面中沉积包括至少一个实心基块的第一层，并且在3d对象的形成方向上在空间上远离第一层的水平面的水平面中沉积至少一个另外的层，所述至少一个另外的层包括至少一个实心基块。出于本发明的目的，术语“水平面”旨在意指在空间中穿过给定层的每个基块的几何中心的假想二维几何形状。

3、在这种情况下，所述至少一个层的所述至少一个基块布置在所述至少一个引导元件的区域中，并且布置有至少一个协作装置，所述至少一个协作装置与所述至少一个引导元件协作。优选地，在每个层中布置至少一个此类基块，在这种情况下，最终形成的对象的总强度以及尺寸准确度得到提高。有利地，可以使用例如基块的体积中的孔或本领域技术人员已知的机械装置作为协作装置。还有可能的是，每个层的至少一个实心基块布置在至少两个引导元件的区域中，并且布置有至少两个协作装置，所述至少两个协作装置中的每个协作装置与这些引导元件中的至少一个引导元件协作。还有可能的是，每个层的至少一个实心基块布置在所述至少两个引导元件的区域中，并且布置有至少一个协作装置，所述至少一个协作装置与这些至少两个引导元件协作。

4、在根据本发明的方法中可以有利地使用至少两个不同的基块。在这种情况下，最终对象可以有利地由不同材料构成。由此，可以创建具有其单独部件的不同定性和美学性质的预先设计的对象。

5、根据所述方法，第一层优选地布置在至少一个基板上，并且所述至少一个另外的层的水平面优选地平行于第一层的水平面。如果至少一个层并且优选地所有后续层的水平面平行于第一层的水平面，则整个形成方法被大大简化和加速，而与基板的可能使用无关。此方法的特征在于，所述至少一个引导元件定向在垂直于第一层的水平面的方向上，或者可能的是，所述至少一个引导元件也可以定向在不垂直于第一层的水平面的方向上，例如，平行地或倾斜地。通过使用定向成垂直于第一层的水平面的引导元件，成形工艺得到大大简化和加速。引导元件的定向的垂直方向意味着引导元件的纵向轴线与给定层在它们的相交处的水平面之间的角度是垂直的。必须类似地理解与引导元件相对于给定层的水平面的布置相关地给出的其它角度。优选的是，所述至少一个基块将布置有紧固装置或所有实心基块将布置有紧固装置。优选地，紧固装置是粘合剂或其它合适的紧固材料。还可以使用机械紧固装置，如螺钉和螺母。有可能的是，紧固装置是由热塑性材料制成的接触表面，基块由所述热塑性材料制成或者基块至少部分地涂覆有所述热塑性材料。强化发生在热工艺之后。对于3d对象的一些用途，有利的是在步骤c)之后，将移除基板(如果使用的话)和/或将移除至少一个引导元件。为了强化3d对象，3d对象优选地通过热工艺来增强。在这种情况下，有利的是，至少一个基块由热塑性材料制成。

6、通过对基本块进行分层来增材形成3d对象的方法的优点在于，所提出的解决方案可以有利地存储之字形块，例如，如果至少一个基块布置在至少两个引导元件的区域中，并且布置有与至少两个引导元件协作的至少一个对准装置，优选地无需使用紧固装置。引导装置还使得能够更精确地放置单独的基本块，并且因此使所形成的3d对象具有更大的形状准确度。

7、如果使用紧固装置，则布置有紧固装置的基块可以有利地通过多个引导元件在不同的水平上被压在一起持续更长的时间段，以便实现良好的连接。在这种情况下，有利的是，使用至少一个基板。引导元件和基板主要用作确保生产准确度的结构，并且还用作用于产生使用紧固装置的压力的支撑结构。在完成沉积和硬化块的迭代工艺后，可以有利地移除至少一个引导元件和/或至少一个基板，并且所得对象将是实心的并且可以具有任何空间形状。

8、通过使用紧固装置、引导装置并且优选地还有一个或多个基板的合适组合，可以以非常灵活的方式产生对象的自支撑结构，而无需其它支撑结构。

9、所述解决方案的另一个显著优点是产生各种突出部和开口，使得所存储的支撑块将不会例如在没有紧固装置的情况下被布置，并且在通过分层完成3d对象的增材形成之后，所述支撑块被移除并且任选地可以在3d对象的进一步形成期间被再循环。当形成更高的3d对象时，可以使用定向在不垂直于第一层的水平面的方向上的引导元件来在所构建的更高层上制作突出部和倾斜表面，从而节省了许多基本块，所述基本块在构造期间将仅用作支撑元件并且最终将被移除。通过分层来增材形成3d对象的这种方法允许使用具有不同材料(例如，热塑性材料)、颜色和尺寸的块，因此具有广泛的应用。而且，块和网格的大小允许生产用于增材形成各种大小的3d对象的装置，无论是用于制造如花瓶、杯子、花盆等小的3d对象，还是通常用于制造如橱柜、椅子和家具等中等大小的对象。可以制造实际大小的人和动物图像。最后，可以制造整个房屋。