专利名称：生产部分涂覆制品的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造部分涂覆制品的方法和系统，所述部分涂覆制 品具有至少一个涂覆区和至少一个非涂覆区。
背景技术：
多年以来，塑料的涂覆已是常用技术，例如用于塑料的金属化。例 如塑料或陶瓷制品的选择性金属化是一种即将到来的趋势，其起源于像MID、 MEMS、 二元压铸(two components die casting)这样的技术的出 现，目的在于小型化和减轻重量。金属化的一个重要目的是，得到重量 轻的产品，其包括(三维的)产品上的导电电路，例如电连接件、传感 器、执行器、天线等等。通过选择性的金属化，就可以用产品表面上集 成的金属轨迹代替传统的松散铜质导线。近年来，这一技术的发展主要 集中在3-D应用技术上。发明内容本发明的目的在于提供制品的部分涂覆，其适用于具有复杂3D 形状的制品。本发明提供了一种用于制造部分涂覆的制品的方法，所述制品具有 至少一个涂覆区和至少一个非涂覆区，该方法包括以下步骤-提供所述制品的数字表示，所述数字表示包括用于各个计划的非涂 覆区的布置为临时覆盖该非涂覆区的可去除性覆盖层；-在所述制品的数字表示的控制下，依次向空间的特定点输送能量和 /或材料，以在所述制品上制造可去除性覆盖层；-对包括用于各个计划的非涂覆区的所述覆盖层在内的所述制品进 行涂覆；-从所述制品上除去用于各个计划的非涂覆区的所述覆盖层，包括所 述覆盖层上的涂层。从而，制品上在最后阶段未被涂覆或包覆的各表面区域，首先被提 供以覆盖层，该覆盖层覆盖着这些区域使其不被涂覆，之后对整个制品 进行涂覆(或包覆)，最后通过例如切割、破坏、研磨等方式将覆盖层除 去，从而露出下面未被涂覆的表面区域。由于覆盖着各个计划的非涂覆区的覆盖层通过隔离层(例如具有非 常薄的扁平的腔室的形状)与该区域相隔离，所以该制品可以通过"快速制造(Rapid Manufacturing) "(RM)技术制得，该技术可以被定义为在 以计算机的辅助下产生的制品的数字表示的控制下，依次向空间的特定 点输送能量和/或材料，以生产该制品。一种可能适用的RM技术形式是选择性激光烧结(SLS⑧，3D Systems, Inc.的注册商标)，这是一种添加式的快速制造技术，其利用高功率激光 器(例如二氧化碳激光器)来将塑料、金属或陶瓷粉末的小颗粒熔合成 代表期望的三维制品的块。由粉末层(powder bed)表面上的部分的3-D 数字描述(例如由CAD文件或扫描数据)生成横截面，通过对该横截面 进行扫描，使激光对粉末材料进行选择性的熔合。在扫描每一个横截面 之后，粉末层就降低一层的厚度，并在顶上施加新的一层材料，重复进 行这一过程直到完成该制品。本发明还提供了一种用于制造部分涂覆的制品(5)的系统，所述制品 (5)具有至少一个涂覆区(6)和至少一个非涂覆区(7)，该系统包括-用于提供所述制品的数字表示的单元(l)，所述数字表示包括用于各 个计划的非涂覆区的可去除性覆盖层(8)，所述可去除性覆盖层(8)覆盖所 述计划的非涂覆区(7);和-生产装置(2)，所述生产装置(2)被布置为通过以下方式在所述制品上 制造所述覆盖层在所述数字表示的控制下，通过依次向空间的特定点 输送能量和/或材料，以在所述制品上制造所述覆盖层；用于对包括用于各个计划的非涂覆区的所述覆盖层在内的所述制品 进行涂覆(10)的单元(3);去除单元(4)，所述去除单元(4)被布置为将用于各个计划的非涂覆区的所述覆盖层从至少一个计划的非涂覆区上去除。作为实例，该方法和系统可以用于通过催化剂颗粒的"涂层"而使得能够对产品进行选择性下种(seeding)或高度活化，所述催化剂颗粒 可以引发例如铜的连续无电金属沉积。通过这种方式，就可以在各制品 的表面上形成例如三维电路。
在下文中，将使用下列附图来对示例性实施方式进行说明。图1示意性显示了布置为制造部分涂覆制品的示例性生产配置;图2示意性显示了生产步骤。
具体实施方式
图1的系统包括计算机系统1，其适于提供部分涂覆制品5的数字 表示，所述部分涂覆制品5在其完成状态下具有涂覆表面6和非涂覆表 面7(见图2)，该系统1与生产装置2相连，所述的生产装置2被布置 为在由系统l接收到的数字表示的控制下来生产(仍未涂覆的)制品5。制品5包括覆盖层8，覆盖层8各自覆盖着计划的非涂覆区7，覆盖 层8通过隔离层9与该区域相隔离，隔离层9具有腔室形状。该腔室可 以非常薄和/或扁平，并且甚至可以为片状，且其可以是"空的"或充有气 体、液体、粉末或固体。该制品可以通过"快速制造"(RM)技术来制造， 这种技术是本领域公知的，其可以被定义为在计算机的辅助下产生制 品的数字表示，并在该数字表示的控制下，依次向空间的特定点输送能 量和/或材料，以制造该制品。覆盖层8可以到达邻接非涂覆区7的制品 5上，例如沿着环绕这样的区域的边缘，从而形成腔室侧壁。必要时，该 侧壁可以将较大的区域细分为多个非涂覆区7。当腔室非"空"并充有粉末 或固体时，可以不设置侧壁。一种可能适用的RM技术形式是选择性激光烧结(SLS ， 3D Systems, Inc.所注册)，这是一种添加式的快速制造技术，其利用计算机和高功率7激光器(例如二氧化碳激光器)在相对于制品的可扫描位置处将塑料、 金属或陶瓷粉末的小颗粒熔合成块。计算机中包含代表着所期望的三维
制品和覆盖层的信息。由粉末层表面上的部分的3-D数字描述(例如由 计算机中的CAD文件或扫描数据)生成横截面，通过对该横截面进行扫 描，计算机控制着激光对粉末材料进行选择性的熔合。在扫描每一个横 截面之后，粉末层将降低一层的厚度，并在顶上施加新的一层材料，重 复进行这一过程直到完成该制品。
作为备选，可以使用立体光刻，其中，在含有该部分和覆盖层的3-D 数字描述的计算机的控制下，通过将激光引导到相对于制品的可选择位 置处，使可选择位置处的树脂固化。计算机根据该描述来控制激光。作 为另一备选，还可以使用熔合沉积。这时需要提供计算机和沉积装置。 计算机存储着制品和覆盖层的模型，并控制沉积装置从该沉积装置的出 口将材料射出到选定位置。
在一个实施方式中，在以该方式依次向空间的特定点输送能量和/或 材料的单个步骤中将制品5和覆盖层8 —起制造出来。在另一个实施方 式中，可以用任何方便的方式首先将制品5单独造出，随后通过依次向 空间的特定点输送能量和/或材料，来将覆盖层8施加到制品5上的选定 区域上。
图1所示配置进一步包括涂覆(或包覆)系统3，其中在生产装置2 中将制品造出之后，在该涂覆系统3中，向该制品提供涂层或包覆层10， 该涂层或包覆层10施加在涂覆或包覆介质能够达到的制品的整个表面 上，所述涂覆或包覆介质可以是流体或气体。由于隔离层9因其隔离性 而不能被流体或气体包覆介质所达到，因此各内表面不会被涂覆或包覆。
可以通过以下方式实现涂覆将制品浸渍在浴液(bath)中，使用喷雾 器，或将制品置于带溅射源、气体或蒸汽源等的室中以沉积材料。也可 以通过如刷子等机械涂布器来进行涂覆。
在一个实施方式中，涂层可以用于金属化。但是，作为备选，也可 以施加其它类型的涂层，例如粘合剂、保护层、着色剂等的涂层。
可以注意到，例如根据制造非涂覆制品的生产条件，可以优选隔离层是"空的"，即其内部可以是真空，或充有空气或气体。但是，也可以
优选将隔离层充有或多或少的固体材料，当使用(二元)RM或SLS生 产技术时，所述固体材料可以很容易地插入。当使用SLS技术时，腔室 可以充有例如不熔融的粉末或者只有部分熔融的粉末，即与覆盖层8相 比，粉末颗粒之间的互连较少。换句话说，在这种情况下，隔离层由以 不熔融粉末或较少熔融的粉末构成的层形成。在类似的方式中，当例如 使用立体光刻时，隔离层可以由不固化的树脂或较少固化的树脂构成。 隔离层8还可以由避免覆盖层8和计划的非涂覆区7相互粘连而因此能 够方便地将覆盖层8除去的任何材料的(薄)层形成。总之，隔离层8 可以由避免覆盖层S的内表面与表面区域7粘连而因此能够容易地除去 覆盖层8的任何类型的(真空、气体、液体或固体)层形成。隔离层与 覆盖层8有所不同。应对隔离层的组成或材料状态进行选择，以使与覆 盖层8相比，隔离层至少以较小的强度与制品相粘连。作为备选，覆盖 层8可以由与制品5不同的材料制成，该材料仅轻微地粘连到制品5，意 味着可以用比会损坏制品5的力更小的小力将覆盖层8除去。与制品5 相同组成但是强度较小的材料也可以用于覆盖层8。但是，使用隔离层具 有下列好处可以使用强度相对较大的覆盖层8，其可以与制品5的材料 具有相同的组成和强度，同时使得易于将覆盖层除去。
当制品的外表面10 (包括区域6)已经被完全涂覆之后，可以通过 由(例如机械的)去除单元4将覆盖层8 (包括其涂层IO)从非涂覆区7 上除去，使得非涂覆区7露出。去除单元可以包括例如手动或机械去除 用切割器、研磨器、可以与制品接触以剥离或破坏覆盖层8的振动装置、 吸盘、粘合夹等等，来抓住并撕掉覆盖层。
权利要求
1.一种制造部分涂覆制品的方法，所述制品具有至少一个涂覆区和至少一个非涂覆区，该方法包括以下步骤-提供所述制品的数字表示，所述数字表示包括用于各个计划的非涂覆区的布置为临时覆盖该区域的可去除性覆盖层；-在所述制品的数字表示的控制下，依次向空间的特定点输送能量和/或材料，以在所述制品上制造可去除性覆盖层；-对包括用于各个计划的非涂覆区的所述覆盖层在内的所述制品进行涂覆；-将用于各个计划的非涂覆区的所述覆盖层、包括所述覆盖层上的涂层从所述制品上除去。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述数字表示包括用于各 个计划的非涂覆区的位于所述非涂覆区与所述非涂覆区的覆盖层之间的 隔离层，所述覆盖层被制造为通过所述隔离层而与所述制品上的所述非 涂覆区相隔离。
3. 根据权利要求1或2的方法，所述覆盖层被制造为通过所述非涂 覆区与所述覆盖层之间的腔室而与所述制品上的所述非涂覆区相隔离。
4. 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在所述制品的数字表 示的控制下，在同一步依次向空间的特定点输送能量和/或材料时，同时 制造所述覆盖层和所述制品。
5. 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述制品通过"快速制 造"技术生产，该技术包括在所述制品的数字表示的控制下，依次向空间 的特定点输送能量和/或材料来生产所述制品。
6. —种用于制造部分涂覆制品(5)的系统，所述制品(5)具有至少一个 涂覆区(6)和至少一个非涂覆区(7)，所述系统包括-限定所述制品的数字表示的单元(l)，所述数字表示包括用于各个计 划的非涂覆区的可去除性覆盖层(8)，所述可去除性覆盖层(8)覆盖着所述 计划的非涂覆区(7);和-生产装置(2)，所述生产装置(2)被布置为通过以下方式在所述制品上制造所述覆盖层在所述数字表示的控制下，通过依次向空间的特定点 输送能量和/或材料，以在所述制品上制造所述覆盖层；-用于对包括用于各个计划的非涂覆区的所述覆盖层在内的所述制 品进行涂覆(10)的单元(3);-去除单元(4)，所述去除单元(4)被布置为将用于各个计划的非涂覆区 的所述覆盖层从至少一个计划的非涂覆区上去除。
7. 根据权利要求6所述的系统，其中，用于提供所述数字表示的所 述单元(l)被设置为限定所述制品与所述覆盖层之间的隔离层，所述生产 装置(2)被布置为以所述覆盖层制造所述隔离层。
8. 根据权利要求6或7所述的系统，其中，所述生产装置(2)被布置 为通过所述依次向空间的特定点输送能量和/或材料而将所述覆盖层与所 述制品一起制造。6.用于将涂层施加到制品的至少一个涂层接受区(6)而 不施加到所述制品的至少一个非涂层接受区(7)的中间物体，所述中间物 体包括以下所述制品，在所述制品上所述非涂层接受区被由依次输送能 量和/或材料而导致的可去除性覆盖层覆盖并且具有在所述覆盖层与非涂 层接受区之间的隔离层。
9. 一种用于制造部分涂覆制品(5)的装置，所述制品(5)具有至少一个 涂覆区(6)和至少一个非涂覆区(7)，所述装置包括--激光，所述激光被配置为在可选择位置将材料熔合或固化成块； -控制计算机，所述控制计算机被配置为在所述制品的数字表示的控 制下来控制激光选择所述位置，所述数字表示限定用于各个计划的非涂 覆区的覆盖层(8)，所述覆盖层(8)覆盖着所述计划的非涂覆区(7)，并通过 隔离层与所述制品相隔离。
10. —种用于制造部分涂覆制品(5)的装置，所述制品(5)具有至少一个 涂覆区(6)和至少一个非涂覆区(7)，所述装置包括-具有出口的沉积装置，所述沉积装置从所述出口在可选择位置喷射 材料；-控制计算机，所述控制计算机被配置为在所述制品的数字表示的控制下来控制所述沉积装置选择所述位置，所述数字表示限定用于各个计 划的非涂覆区的覆盖层(8)，所述覆盖层(8)覆盖着所述计划的非涂覆区(7)，并通过隔离层与所述制品相隔离。
全文摘要
用于制造部分涂覆制品(5)的方法和系统，所述制品(5)具有至少一个涂覆区(6)和至少一个非涂覆区(7)。提供单元(1)以提供制品的数字表示，该数字表示包括用于各个计划的非涂覆区的覆盖着所述计划的非涂覆区(7)的可去除性覆盖层(8)，和位于这二者之间与制品的外表面相隔离的隔离层(9)。提供有生产装置(2)，其被布置为在数字表示的控制下生产制品，包括它的各覆盖层和隔离层。提供用于对包括制品的各覆盖层在内的制品进行涂覆(10)的单元(3)。最后，提供去除单元(4)，其被布置为用于从各个计划的非涂覆区上去除各覆盖层和(如果可用的)隔离层，包括它们的涂层。
文档编号B29C67/00GK101610895SQ200780043318
公开日2009年12月23日 申请日期2007年11月23日 优先权日2006年11月23日
发明者兰伯特斯·特奥多鲁斯·格拉尔杜斯·范德沃斯特, 尼科迪莫斯·弗雷德里库斯·坎佩曼, 罗兰·安东尼·塔肯 申请人:荷兰应用自然科学研究组织