通过层施工技术生产三维模制件的方法和装置与流程

本发明涉及一种通过层施工技术生产三维模型的方法和装置。

欧洲专利ep0431924b1描述了一种基于计算机数据生产三维物体的方法。在此过程中，将一颗粒材料薄层沉积在平台之上，并通过打印头有选择地将粘合剂材料印至其上。其上印有粘合剂的颗粒区域在粘合剂，视情况还可包括其他硬化剂，的影响下结合并固化。接下来，平台被降低一层厚度至进入圆柱结构，并提供一新的颗粒材料层，颗粒材料层如上所述的方法被印刷的。重复这些步骤，直到达到目标物的某一所需高度。从而，打印和固化区域得以形成三维物体。

一旦完成，由固化的颗粒材料制成的物体被嵌入松散的颗粒材料中，并随后由此被分离开来。为此，例如可以使用抽吸装置。使所需物体留下，之后再将其从任何残留粉末中分离开来，例如，通过刷落。

其他基于粉末的快速成型工艺(也称为模型的分层建造或层施工技术)，例如，选择性激光烧结或电子束烧结，以类似的方式工作，也逐层应用松散的颗粒材料，并借助受控的物理辐射源有选择地对其固化。

在下文中，所有这些工艺将被理解为由术语“三维打印方法”或“3d打印方法”所覆盖。基于粉化材料和液体粘合剂的引入的3d打印是层施工技术中最快的方法。

该方法允许处理各种颗粒材料，包括聚合物材料。然而，其缺陷在于颗粒物料层不能超过一定体积密度，通常为颗粒密度的60％。然而，所需组件的强度有效地取决于所达到的密度。为实现组件的高强度，在此需要以液体粘合剂的形式添加占40％或以上体积的的颗粒材料。这不仅是由于单液滴输入而相对耗时的过程，而且还会引发许多与工艺相关的难题，例如，在固化期间液体体积不可避免的收缩所引发的问题。

在本领域中被称为“高速烧结”，或者简称为hss的另一实施例中，颗粒材料的固化通过输入红外辐射来实现。因此，颗粒材料通过熔化工艺物理接合。在此情况下，利用了在无色塑料材料中热辐射吸收相对较差的优势。通过将红外接收器(吸收器)引入到塑料材料中，前述吸收可以多次增加。红外辐射可以通过各种方式被引入，例如一个条形红外灯，均匀地被移动到构造区域。通过用红外接收器对各层特定打印来实现选择性。

与非打印区域相比，在打印位置的红外辐射因此得以更好地与颗粒材料结合。这引发在超过熔点的层内选择性加热，和因此导致的选择性固化。例如，ep1740367b1和ep1648686b1示例对该工序进行了描述，在下文将简写为hss。

各种材料通过激光烧结工艺得以知晓，且激光烧结工艺也可以用该方法进行处理。到目前为止，在这方面最重要的材料是聚酰胺12。针对这种材料，有几个制造商。其所取得的优势非常适合层施工方法。

该材料可作为细粉使用，并可直接以这种质量加工。然而，鉴于其制造过程，其成本偏高，并且可能超过标准聚酰胺的成本20至30倍。

在现有技术的hss(高速烧结)工艺中，正如在激光烧结中一样，使粉末达到接近待加工材料熔点的温度。这导致粉末“老化”并限制其在后续过程中的使用。回收利用率低，对加工成本有负面影响。

部件的精度受过程控制的显著影响。因此，在构造空间中的粉末层密度和温度等参数的同质性上具有决定性。

已知的hss方法具有许多不足之处：一方面不足在于回收率，另一方面不足在于处理成本，因此增加了每件的成本并使其相当昂贵。尤为特别的是，粉末的老化是至关重要的问题，而且由此造成的低回收率严重阻碍该工序的广泛传播。目前，约50％未并入部件的粉末在一项工序之后必须被予以更换。粉末价格约为80欧元/公斤，且施工量达数百升，这需要高额的财务投资。

可以解决工艺相关难题、从而降低成本的一种方法是使用较便宜的粉末。然而，这种方法具有狭窄的限制，因为大多数粉末没有足够的可被安全加工的“烧结窗口”。这意味着在这些粉末上难以找到稳定的工艺参数。

另一种方法是以化学方法限制粉末老化。在这种情况下，例如，用氮气吹扫的机器在激光烧结中是常见的。这可以防止粉末氧化。然而，由于单独的过程相关原因，老化不能完全被限制，因为部分固化反应是通过聚合物的二次反应发生。遏制这种二次反应将意味着必要的强度限制。

已知hss方法的一个难题在于调整有利的工艺条件，例如，关于已使用的颗粒材料的温度窗口。hss工艺结合了大量的工艺参数，其中使用的三维打印机具有大量的构造特征和部件，这使得难以组合合适的部件并调整有利或改进的、且允许改善工艺条件的工艺顺序。在许多情况下，为了达到可接受的处理结果并获得高质量的三维零件和/或优化流程，确定需要何种结构改变变得几乎不可能。

调整工艺条件的另一个难题是结合工艺条件，使得一方面制造出具有期望和有利性能的足够强的组分，同时亦使无需固化的颗粒材料受制于能够轻松解包的工艺条件。在这方面的一个难题是周围的材料在该工序中固化太多，因此难以从组分中除去，这需要更多的努力来予以实现。

因此，本发明的目的是提供构造方法，其允许改进的hss工艺或至少改进或完全避免现有技术的缺点。

本发明的另一个目的是在hss工艺中提供改进的工艺条件，或通过设备组件的特别选择或/和工艺条件的调整来实现改进的工艺结果。

通过hss方法制造3d模制件的另一个难题和缺点是，发生在待制造组件表面上和围绕组件直至构造平台的周边区域的构造材料内的温度梯度。这涉及到妨碍工序本身或导致质量缺陷的缺点，例如，卷曲，变形，模制件的精度不准或增加浪费。

在hss工艺过程中，粉末层的表面温度被选择性地周期性地增加降低，并且在施工工序结束时，成品模制件被完全冷却。

理想情况下，待构造的模制件中的温度应该时常在略高于固化温度的值上，并且如果可能的话，在构造区内其温度仅在超过粉末熔点的狭窄温度范围内变化。由于对周围的颗粒材料的放射和热传导，模制件的边缘比内部区域更快地冷却，这导致模制件中非预期的温度差异，以及上述提及的缺点。

因此，本发明的另一个目的是提供一种方法，一种材料系统和/或一个装置，其有助于减少或完全防止由于热损伤而导致的任何未并入的粉末的老化。

本发明的另一个目的是提供一种方法，其允许在构造工艺期间，在待制造的三维模制件中和/或位于模制件周围的构造材料中实现恒定的、可控制的和/或基本上均匀的温度分布，和/或避免或至少减少覆盖构造表面的过高和不利的温度梯度。

技术实现要素：

一方面，本发明涉及一种生产三维模制件的方法，其中颗粒构造材料通过涂料器应用到自定义层中的构造区域上，一种或多种吸收剂的一种或多种液体或颗粒材料有选择地被应用，该层在第一加热步骤中被加热至没有吸收剂的粉末的基本温度，例如处于聚酰胺粉末的烧结窗口内，第二烧结步骤通过热量输入，在烧结温度高于粉末的熔融温度的情况下导致印有吸收剂的区域有选择地进行固化，其中有选择地应用吸收剂的区域在第一步骤中比没有吸收剂的区域受热更多，因此具有吸收剂的区域和不具有吸收剂的区域之间的温度差异被调整了，构造区域降低一层厚度，或涂料器升高一层厚度，这些步骤重复至产生期望的三维模制件，其中对所述基本温度的加热步骤由波长约为3至8微米、优选约5微米的发射器实现，烧结步骤由波长约为0.5至1.5微米、优选0.9至1.1微米、更优选1微米的发射器完成。

在另一方面，本发明涉及一种生产三维模制件的方法，其中颗粒构造材料通过涂料器施加到自定义层中的构造区域上，一种或多种吸收剂的一种或多种液体或颗粒材料被选择性地应用，该层被加热，其中有选择地应用吸收剂的区域比没有吸收剂的区域受热更多，从而导致了具有吸收剂的区域和不具有吸收剂的区域之间的温度差异被设置了，构造区域降低一层厚度，或涂料器升高一层厚度，重复这些步骤，直到生产出所需的三维模制件，并且在三维模制件周围印有其他吸收剂，以便至少相对于周围的颗粒材料升高的温度下产生至少一个护套。

在另一方面，通过应用不同种类的吸收剂或不同数量的吸收剂，以相同的热量或能量输入实现局部温度差异。

在另一方面，本发明涉及使用吸收剂制造的三维模制件，所述三维模制件基本上沿着其整个圆周，被具有升高的温度的一护套包围，所述护套通过使用吸收剂构造而成，其中三维模制件和护套之间存有未固化的颗粒构造材料。

在第三方面，本发明涉及一装置，其适合于执行根据本发明的方法。

在另一方面，其也可以与本文公开的其它方面相结合，本发明涉及一种装置和方法，其中颗粒材料的温度调整，和将在颗粒材料中固化的区域的温度调整，通过至少两个发射器(烧结灯)或一个具有不同波长或/和能量输入的发射器实现。

实施例

根据本发明，通过特别地组合有利的构建部件和产生有利的处理结果的工艺参数来实现本申请的目标。

根据本发明，利用通过一定量的吸收器在组分周围使用紧邻的部件用于主动热隔离，达到本申请的进一步目标。这导致组件和周围颗粒材料之间的温度梯度较小，防止冷却到颗粒材料的固化温度之下，并且需要仅被加热到比先前所要求温度更低的大量的周围粉末。

因此，总的来说，粉末可以在较低温度或较低温度输入或能量输入下在机器中加工，并且可以显著降低由于热损伤引起的粉末老化。由于相当大的热效应，仅仅会使组件周围的一小部分粉末被丢弃。

此外，由于温度现在可以更好地控制，并且待构造的部件内部和周遭的周边区域的温度分布更为均匀，所以在不考虑吸收剂的情况下得到了改进的制造成果。

首先，根据本发明的几个术语将更为详尽地解释如下。

本发明意义上的“三维模制件”，“模塑制件”或“组件”都是通过根据本发明的方法制造的三维物体或/和显示尺寸稳定性的本发明的装置。

“构造空间”是在构造过程中通过重复涂覆颗粒材料生成、或当应用连续原理时层通过的颗粒材料层的几何位置。构造空间通常由底部，即构造平台，壁和敞开的顶部表面，即构造平面界定。在应用连续的原理时，通常有传送带和限制侧壁。构造空间也可以被设计成所谓的工作箱的形式，其构建了一个可以移入和移出装置的单元、并允许批量生产，一个工作箱在完成工序之后被移出装置，随即允许一个新的工作箱移入装置中，从而增加生产量，继而提升装置性能。

“加热阶段”是指在加工初始之际的装置加热。一旦装置的实际温度达到稳定值，加热阶段即可完成。

“降温阶段”是指将颗粒材料冷却至将其从构造空间中移除时，其所含部件不会发生明显塑性变形的所需时间。

本文在此使用的“颗粒材料”或“颗粒构造材料”或“构造材料”可以是适用于粉末状三维打印的任何已知材料，特别是聚合物、陶瓷和金属。当干燥时，颗粒材料优选自由流动的粉末，但也可以是粘合的、耐切割的粉末或带粒子的液体。在本说明书中，颗粒材料和粉末将被作为同义词使用。

“颗粒材料应用”是产生定义的粉末层的工序。这可以在构造平台上或在连续原理中相对于传送带倾斜的平面上完成。颗粒材料的应用在下文也被称为“涂层”或“重涂”。

本发明意义上的“选择性液体应用”可以在每个颗粒材料应用之后产生，或毫无规则地、取决于模制品和模制品生产优化的需求产生，例如，关于颗粒材料的应用的次数。在这种情况下，需打印所期望制品的截面图像。

用于执行根据本发明的方法的“装置”可以是包括所需部件的任何已知的三维打印装置。通用部件包括涂料器、构造区域、用于在连续工序中移动构造区域或其他部件的装置、计量装置、加热和辐射装置以及本领域技术人员已知的其它部件，故而不在此详细描述。

本发明意义上的“吸收剂”是能够由喷墨打印头或其他任何以矩阵模式工作的装置加工的介质，该介质增强了用于构造材料局部加热的辐射吸收。吸收剂也可以是颗粒的形式，例如，黑色墨粉。吸收剂可以以不同的量均匀地或选择性地施加。例如，吸收剂可以作为具有不同吸收最大值的吸收剂的混合物应用，或者不同的吸收剂可以独立应用，例如，一个接一个地，以交替的方式或以预定的顺序。因此，应用不同的量使得构造材料强度得以控制并选择性地实现不同的强度，例如，在要生产的模制件和围绕它的护套上。强度范围介于组分本身的强度到仅略微高于未印有吸收剂的构造材料的强度。这允许在构造区域/构造空间中进行温度控制，并且还允许轻易移除(如果需要)围绕制成组件的护套，其中该护套用于实现温度控制的目的。

“吸收”是指构造材料从辐射中吸收热能。吸收取决于粉末的类型和辐射的波长。

“支持”是指存有实际吸收剂的介质。这可以是油，溶剂或通常是液体。

下文中使用的“辐射诱发加热”是指通过固定或移动的辐射源辐射构造区域。吸收剂适合于辐射类型，并且优选地被优化。这是为了产生“活化”和“非活化”粉末之间的加热差异。“活化”是指通过其中印刷的吸收剂，与在构造空间中的其他区域相比，在这些区域中的温度有所升高。

本发明意义上的“基本温度”是指通过合适的方式，例如，一个红外发射器，在颗粒材料表面的构造空间和印刷的颗粒材料上进行温度调节。在这种情况下，基本温度被选择为适合于颗粒材料并且与吸收剂相互作用的温度，以达到具有阳性材料性质的选择性固化。

本文所用的“红外加热”特指通过红外发射器辐射构造区域。发射器可以是静态的，也可以通过位移单元在构造区域上移动。通过使用吸收剂，红外加热导致构造区域内不同的温度升高。

“红外发射器”是红外辐射源。通常，使用石英或陶瓷外壳中的白炽灯来产生辐射。根据使用的材料，辐射会产生不同的波长。此外，这种类型的发射器的波长也取决于功率输出。

本发明意义上的“顶灯”是安装在构造区域上方的辐射源。它是静止的，但具有可调的辐射通量。

“烧结灯”是将加工粉末(颗粒构造材料)加热到高于其烧结温度的辐射源。它可能是静止的。然而，在优选实施例中，其在构造区域上方移动。

“烧结”或“熔化”是粉末中颗粒的局部聚结的术语。在该系统中，强度的积聚与烧结有关。

术语“烧结窗口”是指在第一次加热粉末时产生的熔点和随后冷却期间的凝固点之间的温度差。

“烧结温度”是粉末首先开始熔化和结合的温度。

在“再结晶温度”之下，一旦熔化，粉末再次固化并大量收缩。

“回收率”是指在构造过程完成后可用于新工艺循环的颗粒材料的量与一个工艺循环所需的颗粒材料的总量之比。由于构造过程致使特性变化的颗粒材料有时需要在该过程中混合一定量未使用的颗粒材料。典型的例子是聚酰胺12，在接近熔点的加热下经受不可逆的热损伤。

“堆积密度”描述了固体物质对几何空间的填充。这取决于颗粒材料的性质和应用装置，并且是烧结过程的重要初始参数。

术语“收缩”是指几何体的尺寸的几何缩短的过程，作为物理过程的结果。作为示例，次优填充粉末的烧结是导致相对于初始体积收缩的过程。收缩可以指定方向。

如果实体在物理过程中收缩不均匀，则会发生“变形”。这种变形可以是可逆的或不可逆的。变形通常与组件的总体几何结构相关。

本文在此所用的“弯曲”是指由所述发明的层次方法产生的效果。这意味着快速连续生成的层受到不同程度的收缩。由于物理效应，化合物随后在与收缩方向不一致的方向上变形。

“灰度值”是指印在粉末中的吸收剂的量。根据本发明，可以将不同的灰度值印刷至构造区域以实现不同程度的加热。

构造材料始终应用于“定义层”或“层厚度”，其根据构造材料和工艺条件各自进行调整。它为例如，0.05至0.5毫米，优选0.1至0.3毫米。

“温度差”是指构造区域在具有吸收剂，或不具有吸收剂，且随之寻求固化或非固化的区域上打印导致的温度上的差异。另一目的可能是尽管吸收剂被印刷在内，一些区域仅部分地或仅仅在非常小的程度上固化，甚至基本上根本没固化，如同护套的优选实施例的情况一般。温差差异会相应变化。

“温度带”是指在层构造过程中，颗粒材料的区域被加热并再次冷却的温度范围。

“温度控制”是指在构造空间中对期望温度的调整，其可以保持恒定或循环变化。优选地，将基本温度设定为选定值。

在本发明的意义上的“护套”是指围绕模制件的区域或层，其在层构造过程中，比位于外部、既非护套部分亦非模制件部分的粉末受热更多。护套允许在该过程中特别进行局部温度控制，特别是在所期望的模制件中。护套的特征在于具有吸收剂，印刷在其至少一些部分中。优选地，吸收剂被印刷在每个层或按规则重复的层的护套上。这种护套可以是几毫米厚，并且在整个圆周上围绕在待制造的模制件周围和并作为一个整体。或者，护套可包括围绕模制件的重复环(在构造方向上从底部到顶部)，并且其特征在于具有印刷在其中的吸收剂。护套的强度可以与模制件的强度相对应，但优选低于模制件的强度。在优选实施例中，护套仅具有比构造材料本身稍高的强度，因此具有在构造过程之后容易地从模制部件移除的优点。

下面将介绍本发明的各个方面。

具体实施方式

在一方面，本发明涉及一种生产三维模制件的方法，其中颗粒构造材料通过涂层器施加到限定层中的构造区域上，一种或多种吸收剂的一种或多种液体或颗粒材料被选择性地施加，该层在第一加热步骤中被加热至没有吸收剂的粉末的基本温度，例如处于聚酰胺粉末的烧结窗口内，第二烧结步骤通过热量输入，在烧结温度高于粉末的熔融温度的情况下导致印有吸收剂的区域进行选择性固化，其中带有选择性施加的吸收剂的区域在第一步骤中比没有吸收剂的区域受热更多，因此设置了具有吸收剂的区域和不具有吸收剂的区域之间的温度差异，构造区域降低一层厚度，或涂层器升高一层厚度，这些步骤重复直至产生期望的三维模制件，其中对所述基本温度的加热步骤由波长约为3至8微米、优选约5微米的发射器实现，烧结步骤由波长约为0.5至1.5微米、优选0.9至1.1微米、更优选1微米的发射器完成。

使用根据本发明的方法，已经发现了不同工艺条件的特别有利的组合，这导致以令人惊讶的方式产生非常有利的工艺结果，并且允许通过hss工艺生产高质量的三维模制件。

在这种情况下，一方面要对发射体波长范围进行精确选择和调整，使其结合其他所选择的工艺参数，达到这些有利的工艺结果。因此，波长如上所述被选择，所述波长是黑体辐射的峰值波长。

使用适合于其它工艺条件的吸收剂，所述吸收剂优选为液体，优选为含有碳颗粒的油性油墨。合适的墨水的例子是xaarik821。

根据本发明的方法优选使用颗粒构造材料，其平均粒度为50至60微米、优选为55微米，其熔点为180至190摄氏度、优选为186摄氏度、和/或重结晶温度为140至150摄氏度、优选为145摄氏度。这种构造材料的实例包括聚酰胺12，或

选择涂层循环以匹配其他工艺参数，一个完整的涂层循环需要20至40秒。“完整的涂料循环”被理解为操作过程，在其间涂料器和印刷单元分别在构造区域的整个表面上移动。

将基本温度有利地设定在145至186摄氏度，优选为160至180摄氏度，和/或将烧结温度设定为175至220摄氏度，优选为190至210摄氏度。

在根据本发明的方法的一个特别优选的实施例中，分别通过发射器或热电偶，其中优选玻璃或陶瓷灯实现温度或热输入，并且从发射器到构造区域表面的距离优选为10至50厘米，优选为15至30厘米，更优选为15至25厘米。

令人惊讶的是，使用所示组合中的上述工艺参数，实现了非常有利的工艺结果。

在另一实施例中，本发明涉及一种生产三维模制件的方法，其中颗粒构造材料通过涂料器施加到自定义层中的构造区域上，一种或多种吸收剂的一种或多种液体或颗粒材料有选择地应用，该层被加热，其中有选择地应用吸收剂的区域比没有吸收剂的区域受热更多，因此设置了具有吸收剂的区域和不具有吸收剂的区域之间的温度差异，构造区域降低一层厚度，或涂料器升高一层厚度，这些步骤重复直至产生期望的三维模制件，在三维模制件周围额外印刷吸收剂，以便产生至少一个护套。

一个实施例是特别优选的，其中进行加热致使只有印有吸收剂的区域通过部分熔融或烧结连接。

利用本发明的方法，至少减少或完全避免了上述问题或缺点。

特别的，构造材料的回收利用率以及随之的成本效益得以提高。也可以更好地调整构造空间和构造材料的各个区域的温度，并减轻或完全消除弯曲等问题。

构造材料可以以任何合适的形式存在，并且可以具有被装置应用的试剂。用于该方法的装置可以通过合适的方式，并且结构性的，通过已知的方式适用于构造材料。构造材料优选以粉末或分散体的形式使用。

构造空间的温度设定为对该方法有利、且适用于构造材料的温度；该温度也可以称为基本温度。涂覆后，新应用的层优选以平面或扫描方式进行辐射加热，使得其快速达到基本温度。

优选地，在构造区域上或作业箱内的构造材料分别可以进行温度控制。

通常，可以使用从hss工艺中已知的吸收剂，优选使用在3d模制件和护套中不同的吸收剂，或优选使用在两者中相同的吸收剂。

吸收剂可以以相同的量或不同的量施加到所有选择性区域。优选地，在护套区域中施加较少的吸收剂。此外，通过对护套区域中的吸收剂的施加进行选择，以便一方面调节护套的强度，在另一方面通过将吸收剂引入护套并通过护套厚度的选择来影响温度。优选地，对于模制件，相同的吸收剂或不同的吸收剂用于护套。

根据所需的性能和效果在该方法中选择和确定吸收剂剂量。优选地，用于护套的吸收剂阻止构造材料烧结。

选择性打印的液体可以是吸收剂本身，或者可以包含或含有吸收剂以及附加物质。吸收剂优选地包括辐射吸收组分，用于颗粒构造材料的增塑剂。如果使用聚酰胺或类似材料作为颗粒材料，吸收剂可另外包括一种或多种妨碍重结晶的物质。

在该方法的优选方面，一个辐射源用于每个吸收剂，优选使用具有两个辐射源的两个吸收剂。

可以使用任何合适的装置作为辐射源或热源，所述辐射源优选发射波长范围在1至20微米内的红外辐射。

在该方法的另一个优选实施例中，护套的壁厚为1至10毫米，优选为2至5毫米，更优选为3毫米。该过程可能导致护套固化或不固化。优选地，该方法不会使护套固化。

本发明的一个重要方面是在该工序中的温度控制，特别是在吸收剂被应用和没有吸收剂被应用的区域中的温度控制。在这种情况下，温度、温度差和温度环化反应适用于每种构造材料和所使用的吸收剂，以便获得所需的模制件并达成根据本发明的方法的有利效果。

可以采取以下方法。优选地，在所应用的构造材料中设置或产生相同的温度或局部不同的温度。优选地，护套中设定的温度低于该区域中的结构材料的烧结温度。也可以通过相应地形成和放置护套来调节或达到特定的温度分布。优选地，在所应用的结构材料中产生温度分布，其特征在于在以下区域：护套外面的区域；护套区域；护套内的区域(护套<护套区域<护套内的区域)中的低温度分布：较高温度分布：仍然较高温度分布(t1<t2<t3)，如图6所示。

另一方面，构造区域达到的温度直接由能量输入控制，其中护套影响局部温度的调节。有利的是，可以在整个构造区域以均匀或局部不同的方式进行热量或能量输入。

如图所示，温度调节可以通过护套的构造来控制，并且可以通过引入吸收剂来控制。优选地，吸收剂用于一中护套，其具有比用于三维模制件的吸收剂更高的沸点。吸收剂或吸收剂的数量优选地通过打印头的灰度值或抖动方法来控制。

具有合适技术的已知打印头被应用至液体和吸收剂。液体可以通过一个或多个打印头选择性地被应用。优选地，一个或多个打印头可根据液滴尺寸调节。一个或多个打印头可以选择性地在一个或两个运动方向上应用液体。该方法使颗粒构造材料被选择性固化，优选被选择性地固化和烧结。

在构造过程中，构造材料和吸收剂被循环应用。为此，构造区域被降低所需的层厚度，或者应用单元被相应地升高。这些操作是循环重复的。以相应的方式，构造材料的基本温度也予以调整，然后温度在选定区域内的基本温度以上的温度带内循环增加，并再次下降。温度带由材料决定。根据构造材料的选择，温度带优选从构造材料的熔点延伸，介于0至-50开尔文，0至-30开尔文，0至-20开尔文和0至10开尔文之间。

将构造领域的不同区域调整到相应的温度。优选地，有吸收剂和无吸收剂的区域之间的温度差介于0.5至30开尔文的范围内。

此外，在根据本发明的方法中，在印有吸收剂的区域和其它区域中被调整的温度范围是重要的。优选地，相对于构造材料的熔点，印有吸收剂的区域或带有护套的区域的温度设定介于在0至-30开尔文，优选0至-25开尔文，更优选0至-15开尔文之间。

在优选实施例中，选择吸收剂和温度，使得护套可以在构造过程之后通过粉末爆炸或者通过空气喷射被轻易地去除。

本发明的另一方面是通过根据本发明的方法制造的三维模制件。模制件优选具有基本沿着其整个圆周围绕的护套，所述护套利用吸收剂所构造，并且在三维模制件和护套之间存在未固化的颗粒构造材料。在模制件中可以调整不同的强度。护套优选低于，基本上等于，或高于部件的强度。

或者，三维模制件利用吸收剂所制造，所述三维模制件基本上沿着其整个圆周被护套所包围，所述护套利用吸收剂构造，并且所述护套可以在构造过程之后通过粉末爆炸或者空气喷射被轻易地去除。在这样做时，护套可以围绕三维模制件横向建造并在构造过程中向上建造。这与三维模制件的构造同时发生。

本发明的另一方面是适合于执行本发明的方法的装置。优选地，该装置是温度可控的，并且优选地在构造平台(102)上向下的和/或优选地横向的包括绝缘体(506)。此外，该装置可以包括电阻加热(504)。可以在设备中直接设置构造平台(102)，或者构造平台(102)成为工作箱或构造容器的一部分。优选的，该装置的特征在于构造容器(110)中的构造平台(102)，优选的所述构造容器(110)是温度可控的。

各种热电偶、辐射装置等，可以是装置的一部分。该装置优选地包括设置在构造平台上方的加热装置，优选顶灯(108)。优选地，该装置包括移动加热装置，优选烧结灯(109)。

在另一方面，其可以以任何方式与上述方面和特征组合，因为温度控制或能量输入各自以差异化的方式产生、从而获得具有改进性能的部件，选择性地打印具有吸收剂的颗粒材料的烧结操作或接合得以进一步改善。

在该另一方面，本发明涉及三维打印方法以及适用于所述方法的装置，其优选作为hss工艺进行，并且其特征在于使用具有不同波长光谱或能量输入的两个烧结灯，优选由两个烧结灯或一个烧结灯，其中烧结灯光谱的特征在于由两个不同的黑体辐射光谱组成、或特征在于含有不同于黑体辐射光谱的光谱。因此，公开了一种装置和方法，其中颗粒材料和在颗粒材料中固化的区域的温度调节由至少两个发射器(烧结灯)或一个具有不同波长和/或能量输入的发射器执行。

在优选的方面，在装置中为此目的使用覆盖不同辐射光谱的至少两个烧结灯。这允许了对工艺条件进行进一步的差异化调整。其中一有利的结果是，使未打印且无吸收剂的粉末达到不太高的温度，因此基本上阻止了所不期望的前述材料的粘合，而另一方面允许在含有吸收剂的颗粒材料区域内达到最佳的熔融温度。

优选地，使用两个烧结灯，其优选地可彼此独立控制并在构造区域内独立移动。对于每个烧结灯，波长光谱或波长分别适应于相应的颗粒材料，并且待印刷的粘合剂被选择并适用于其它工艺参数，例如横越速度，基本温度和颗粒层厚度。此外，每个烧结灯可以以预选水平使用，例如其最大功率的50％，60％，70％，80％或90％。烧结灯的典型横越速度介于90至150毫米/秒，优选为100至120毫米/秒。至少两个，优选两个烧结灯优选地与涂涂料器相连，或者独立地设置在它们自己的轴上。这两个烧结灯具有不同的波长，并且基本上同时，优选地以交替方式或一个接一个地横跨构造区域。因此，在其上施加颗粒材料的粉末层被加热，或者其温度如同印有吸收剂的区域那样被调节。然而，在印有吸收剂的区域中吸收更多的辐射，允许对要固化的区域中的熔融温度进行更优化的调节，这对组分的性能、特别是在强度方面具有积极的影响。另一方面，在未印有吸收剂的区域中，温度基本上保持在熔融温度以下，从而避免了使得解开更困难的固化反应。因此基本上避免了部分熔化。

作为烧结灯，尽管其产生的波长略有不同，优选使用两个红外卤素发射器。优选地，第二发射器简单地设置在第一发射器的后面。不需要每次同时激活两个发射器，它们也可以交替地激活，例如，从左向右移动时激活发射器1，从右到左移动时激活发射器2，等等。

在优选实施例中，热电偶可以以这样的方式被构造，该方式包括用于调整构造空间中的基本温度的发射器和固化工序所需的发射器，其中后者可以再次覆盖至少两个不同的波长或波长范围。

在优选实施例[图9]中，再涂料机轴(涂料器)包括在具有反射器(510)的第二辐射发射器(509)，反射器在第一发射器(507)的右侧。第二发射器的特征在于其辐射光谱与第一发射器的不同。这可以实现，例如，功率为1千瓦、长度为350毫米的发射器具有峰值波长为1微米的近红外光谱，而功率为1千瓦、长度为350毫米的第二发射体具有峰值波长为2微米的中波长光谱。由于所使用的颗粒材料优选地吸收较长波长红外线范围内的辐射，因此可以在再涂料机轴横移运动期间单独控制润湿(107)和未润湿的粉末(103)，即选择性地印有吸收剂的颗粒材料，的加热速率，因为被使用的颗粒材料优选吸收在较长波长红外范围内的辐射，而湿润的粉末优选吸收在较短波长范围内的辐射。通过改变横移速度和发射器功率，可以控制这两个的加热速率。另一方面，再涂料机轴(101)的移动速度可以另外调整，以便进一步调节和微调能量输入。因此，对发射光谱的选择性控制有利于让未印有吸收剂的颗粒材料更容易从组件中去除。这减少了、或乃至完全防止了未印有吸收剂的颗粒材料的部分熔化。同时，确保印有吸收剂的区域能够接收足够的能量输入，以便分别实现具有良好组分性质的颗粒材料的熔化或固化。优选地，还可以另外调整再涂料机轴的横移速度以调节能量输入。

进一步优选的是，具有短波长光谱、1.2微米的峰值波长和2微米的中等波长光谱的两个发射器的组合是可能的，其中，基于再涂料机轴通过粉末层的方向，一个相应的发射器优选地去激活。因此，通过激活两个发射器来执行烧结通过，同时应用下一层颗粒材料的返回运动是在短波长发射器去激活的情况下进行的。因此能够以有利的方式实现更高的能量效率以及更高的烧结通过速度。

优选地，轴系统被建构成尽可能窄的设计，以便通过顶部加热元件(热电偶)将粉末表面的阴影效应保持在最小值。这也防止了或至少减少了冷却。在一个优选实施例中，两种发射器类型都可以容纳在一个单个石英玻璃灯泡内[图11]。也可横向安装涂料器单元，以便能够补偿阴影效果[图10]。

在顶部加热元件(500)中使用不同光谱的发射器分别能够降低涂料器或打印头单元上的发射器的功率水平，从而展现了减少各个单元上的热量发展的优势，从而被冷却至减少的程度。

另一个优选实施例可以包括一个、优选两个发射器，其中不同辐射光谱另外附接到打印头轴[图12]。这具有的优点是，当粉末表面被充分屏蔽时，例如，通过横跨粉末层的金属辊盖，可以完全省去顶部加热系统。这不仅可以减少该组件的功耗，而且两轴系统的通过也允许将粉末表面温度调节至更均匀，这有利于通过该方法产生的部件的强度和尺寸稳定性。

在另一个优选实施例中，不同波长的发射器也可以附接到顶部加热系统[图13]。因此有利地，轴系统上的发射器可以一起被省去，使得由于现有更小的质量和更小的尺寸，它们的横移速度得以实现最大化。此外，通过顶部加热元件，这有利地缩短了粉末表面的阴影，从而阻止表面的冷却。在该优选实施例中的结构的特征在于，在顶部加热系统上使用陶瓷加热元件，以便产生粉末表面的基本温度，同时通过打印头选择性地印刷/润湿具有吸收剂的粉末表面之后，顶部加热系统中的近红外发射器，然而，在优选8秒的限定时间内另外被激活、并均匀地照射粉末表面。这样会导致润湿表面的颗粒材料的熔化。

在一个优选实施例中，本发明涉及一种适用于执行如上所述的方法的装置。为此，可以以任何方式组合所有上述特征。优选的装置的特征在于包括以下特性：

一加热元件(507)，设置在振动叶片重涂器(101)上，其峰值波长为0.3至3微米，优选为0.7至2.5微米，特别优选为0.9至1.4微米。优选一反射器(502)；一额外的加热元件(509)，优选具有一反射器(510)，其中，该加热元件(509)优选具有不同于加热元件(507)的辐射频谱，加热元件(509)具有1至3微米、优选1.5至2.5微米、特别优选1.7至2.2微米的辐射光谱，或/和与加热元件(507)在介于200瓦至2千瓦、优选350瓦至1.5千瓦、特别优选400瓦至700瓦之间的的不同功率上同时操作，或/和被设置在第一加热元件朝向构造空间一侧旁边，或/和被横向设置在背离构造空间一侧的振动叶片旁边，或/和与第一加热元件一起位于公共反射器(511)下方，或/和被结合到第一加热元件的石英玻璃泡中，或/和位于朝向构造空间的打印头单元(100)的左侧的另一个具有反射器(509)的加热元件(510)，或/和位于朝向构造空间的打印头单元(508)的右侧的另一个具有反射器(511)的加热元件(512)。

另一优选实施例是一种装置，其包括具有与第一加热元件(513)不同光谱的另一加热元件(514)，所述另一加热元件(514)被布置在顶灯(108)上，其峰值波长为0.3至3微米，优选为0.7至2.5微米，特别优选为0.9至1.4微米。

使用具有不同辐射光谱的两个发射器的优点在于控制涂层(107)的未润湿表面的温度，其独立于润湿的粉末表面(103)的温度(选择性地印有吸收剂的区域)。除了别的以外，在优选实施例图9中，本发明想法显而易见。它展示了对用于辐射通过的红外卤素发射器(507)的使用，其光束方向通过反射器(502)被引导到粉末表面(107)上，带辐射的先前应用的层(103)置于粉末表面(107)上，以及如今具有反射器(510)的第二发射器(509)被使用，然而其具有与第一发射器(507)的发射光谱不同的光谱。

在下文中，展示了本发明的更优选的变型：

1)具有不同光谱的两个发射体。实施例如下：

-具有中波长光谱(峰值波长1.6微米)的发射器1，具有近红外光谱(峰值波长0.98微米)的发射器2。

-具有中波长光谱(峰值波长1.6微米)的发射器1，具有短波长光谱(峰值波长1.2微米)的发射器2。

-具有中波长光谱(峰值波长1.6微米)的发射器1，具有长波长光谱(峰值波长4.6微米)的发射器2。

-具有长波长光谱(峰值波长4.6微米)的发射器1，具有近红外光谱(峰值波长0.98微米)的发射器2。

-具有长波长谱(峰值波长4.6微米)的发射器1，具有短波长谱(峰值波长1.2微米)的发射器2。

-具有短波长光谱(峰值波长1.2微米)的发射器1，具有近红外光谱(峰值波长0.98微米)的发射器2。

2)同1)，但两个发射器倒转

3)同1)，但一个发射器的光谱部分的在紫外线范围内

4)同1)，其中一个发射器是陶瓷发射器或石英发射器

5)两个相同的发射器，其中一个发射器以较低的功率工作，使得其光谱向更大的波长移动。

6)具有根据1)所得的任何光谱的两个发射器，其中光谱分别由其电源调整。

如上所述，发明方法可以通过改变各个工艺步骤的时间顺序来作出改变，从而实现有利的工艺结果：

1)两个发射器在通过粉末表面(103)时被激活

2)只选择激活一个发射器，(507)或(509)，在图10的示例中，而另一个发射器在从左至右通过的照射期间去激活。

3)同2)，但在图10的示例中，这发生在涂层从右向左移动期间。

4)同2)，但是关于移动方向，相应的其他发射器被激活。

5)同2)，但在通过期间，两个发射器都去激活。

在另一实施例中，通过使用具有有利吸收光谱的印刷液体来分别实现温度微调或温度优化，得以实现本发明的目标，使得如果可能，通过自定义的红外发射光谱使与之润湿的颗粒材料可以被加热到优化程度。可以在该工序中选择性地印刷不同的印刷液体(吸收剂)，从而实现组分和组分性质的改进或/和优化加热以及固化。

印刷液体(吸收剂)有利地适用于发射器，在这种情况下，该方法可使用顶部发射器和烧结发射器进行。一种、两种或三种不同的印刷液体可以作为混合物，以同时的，相继的，或交替的方式有选择地应用。印刷液体或印刷液体混合物可以具有最大吸收值，例如介于750至900纳米之间，优选780至850纳米之间，更优选815纳米。每种印刷液体可以具有与上述不同的最大吸收值。

下面将详述本发明的其它方面。

诚如所述，优选通过在实际部件的几何区域外部压印吸收剂来防止或有效减少粉末老化这一目的。该方法允许降低高温下的粉末的量。

粉末老化是一种化学过程，根据文献，其包括不同的机制。例如，对于聚酰胺12可以找到以下子过程：第一，空气中的氧气具有氧化作用并改变基质。活性基因此受到约束，力量不能充分发挥。第二，基础聚合物链增长。这增加了熔融粘度，并且不能以与新粉末相同的方式进行加工。第三，反应性端基一定量的减少。这是来源于聚合物链彼此相互反应的结果。这对层间粘合特别重要。

所有这些影响的共同特征是它们的化学性质。这使得它们具有相当的温度依赖性。在这种情况下，升高10摄氏度甚至可能使反应速率加倍。据此很容易理解，在该过程中，温度降低几度将对粉末老化产生巨大的影响。

现有技术方法包括分层、打印、辐射照射和降低照射等步骤。第一步类似于众所周知的基于粉末的三维打印中的分层。将粉末放置于叶片前端，并被应用至构造平台上、经由叶片打磨变得平滑。在这种情况下，层厚决定了两个连续涂覆操作中的构造平台的位置。

接下来，打印图层。在这里提及的方法中，液体通过喷墨打印头被使用。液体的一部分是吸收剂，其在辐射照射下引发粉末局部加热。或者，吸收剂也可以是粉末，优选以合适的方式有选择地使用的碳粉。

被打印的图层随之由辐射源扫描，从而有选择地被加热。在此过程中，整个粉末被辐射源加热。然而，特别是在活化区域中，温度升高使得颗粒开始烧结从而结合。

在此步骤之后，构造区域下降一层厚度。然后，重复所有上述步骤，直到获得所需的组件。

除了扫描构造区域的辐射源之外，附加的固定辐射源优选存在构造区域之上。每当构造区域不被诸如涂料器或打印头的单元覆盖时，附加的辐射源就起作用。优选地，控制这种顶灯，以便在构造区域上设定恒温。例如，可以使用高温传感器来确定实际温度。在这种安排下，顶灯构成中央温度控制部件。

构造区域温度维持在接近烧结温度。一方面，用于烧结粉末的附加能很低，并可以温和作用方式被引入。另一方面，随着构造过程进行、并因此不会破坏分层的情况下，即便是在组件的周边区域，该组件周围的温度如此之高以致其不会降低到再结晶温度以下。

与激光烧结形成鲜明对比，保持粉末接近烧结温度并不是hss工艺中的严格条件。与吸收剂组合的辐射源允许有选择地引入大量能量。因此，该工艺仅需要将组件周围的粉末温度保持在接近烧结温度范围，以便在能量输入后阻止组件过快的冷却。

根据本发明，也可通过在组件外部压印吸收剂达到这种效果。这生成一个区域，一方面该区域温度被加热至接近烧结温度，另一方面该区域温度又被控制至足够低、用以阻止粉末在该区域中烧结。

关于所使用的能量和涂料时间，该工艺需要低热导率和高热容量。这样可以确保组件外面的区域不会太快的冷却。许多用于烧结领域的聚合物满足上述要求。

在现有技术方法中，将整个粉末加热至接近烧结温度。与未印刷区域的能量交换由几摄氏度的温差驱动。因此，当在粉末层中许多层已经建立在彼此之上时便会进行冷却。

根据本发明的方法可以在更低的温度下进行相同种类的烧结。参数为吸收剂的相对量和组件周围“护套”的宽度。温度控制由受控的顶灯实现。

一方面，可以通过打印分辨率调整输入量。如果仅使用一个吸收器和一个打印头，打印分辨率可以被调整，例如，依靠多次通过。在这种情况下，例如，在第一步骤中组件的横截面被打印。在第二步骤中，护套可以用适应的分辨率打印。该方法需要两次通过，因此在处理速度方面不是最佳的。

也可以在一次通过中执行两个打印作业。特别简单的方法是通过所谓的抖动来削弱护套区域中的印刷图像。在这种情况下，可以使用各种数学算法来分配印刷点，使得护套中的热效应达到期望的水平。技术上更复杂的方法是使用灰度级喷墨打印头。它允许在打印期间有选择地调节液滴尺寸。

通过分别应用吸收剂来实现特别有利的特性，其中该吸收剂不同于组件中的吸收剂。这通常需要使用第二打印头。

第二个打印头可以与第一个打印头一起移动。在一个打印头中也可以加入不同的模块。根据化学成分，需要有将两种液体彼此分离的装置。这尤其适用于打印头清洗操作。

使用第二液体介质可以特别精确地调整效果。一方面，这适用于热效应。例如，所需的热量输入量可以受吸收剂的相对量的影响。这可能在分辨率和相对液滴尺寸方面具有技术优势。

此外，烧结行为的具体变化可能发生在周边区域。例如，可以引入可显著延迟烧结的分离剂。这避免了粘附到组件上，因此有利于组件的解开。

该效果可以增强到使护套的温度高于组件的温度的程度。结果，在实际组件的周边区域中可以进行另外的烧结。因此可以更好地防止冷却变形。

为了实现本发明，所需的装置在三维打印机上被紧密地建模，用于粉末打印。此外，另一个处理单元用于温度控制和工艺液体压印。

在工序初始，整个装置被加热。为此，所有加热元件用于提升温度。一旦温度在系统的所有测量位置都保持恒定，加热阶段即可完成。

下面将描述本发明的优选实施例的各个加热系统：

可以通过各种系统来加热构造平台(102)，其中粉末在过程中在构造平台上沉积，并且层(107)的层厚度由构造平台调节。优选实施例使用电阻加热(504)。同样优选地，基于均匀加热效应的考虑，后者可作为平面加热膜提供。该加热效果由传感器记录和控制。传感器直接与构造平台相连。方便地，构造平台本身由金属、优选铝制成。绝缘体(506)向下覆盖构造平台(102)。

构造平台也可以被液体加热。为此，加热线圈(504)安装在优选金属结构平台的下方。为了使加热效果均匀化，在其更下方设有绝缘体(506)。

例如，传热油流过加热线圈。预选的油温允许了精确的温度调节。通过确保足够高的流速和功率调节可以实现非常精确的温度控制。

构造平台(102)被移至所谓的构造容器(110)中。容器可被设计成可从三维打印装置中移除。通过这种方式，在解开组件时在装置中使用第二构造容器，故而可以达到较高的暂时机器效率。

构造容器(110)也被加热。为此，对于构造平台可以适用相同的技术。容器本身优选再次由金属制成，优选由铝制成以确保良好的热传导性。反过来由绝缘体(503)支持实际的主动加热(504)。这样可以提高效果，同时提高均匀性。

插件系统优选置于装置和构造容器之间，用于电源连接。这包括用于液体的电气连接或连接器。

根据本发明的装置的下一个基本加热系统是顶灯(108)。根据本发明，顶灯(108)优选地设于构造区域之上并垂直地照射构造区域。优选发射器被横向安装，以便以一定角度照射构造区域。这种结构是优选的，为了使打印头或涂料器的阴影效果最小化。

顶灯(108)优选配备红外发射器(500)。后者可以是石英玻璃灯或陶瓷发射器。根据所选择的吸收剂和适合波长、并考虑工艺性质认为最佳的组合做出选择。

以受控的方式操作顶灯(108)对该方法有利。为此，优选使用高温计(501)作为传感器。高温计指向构造区域的周边区域，控制系统确保其不是印有吸收剂的区域。

在本发明的优选实施例中，实际的烧结是通过携有涂料器的红外灯(109)进行。所述灯在通过涂料器时加热构造区域。该灯可用于加热新鲜印刷的粉末或已经覆盖的粉末层。由于必要的温度动力，在此优选使用石英发射器。

在装置的一个优选实施例中，粉末在被应用到已经存在的粉末表面之前被预热，以防止该层过度冷却。涂料器中的电阻加热也可预热粉末。

原则上，所有单元也可以通过红外辐射间接加热。特别优选地，如果出现强烈的振动，涂料器就被辐射加热。

优选地，在加热阶段之后，该装置执行以下工艺步骤的顺序：通过涂料器(101)在构造平台(图1a)上形成粉末层。根据机器的设计，可以选择通过烧结灯(109)另外加热新层。接下来，通过一个(100)或多个喷墨打印头(100和508)打印该层(图1b)。然后，构造平台(102)下降(1d)。现在，印刷层被烧结灯(109)加热，然后再次用粉末覆盖。

重复该操作，直到构造容器(110)中的组件(103)完成。然后是冷却阶段。该阶段优选在构造容器中进行，其中该构造容器在装置外部配备能量。

图2介绍温度图解。图2a显示了当粉末在一个循环中加热和再次冷却时由粉末发射的能量剖面图。在加热过程中，在一定温度下会发生明显的能量吸收。这就是材料熔化或烧结的温度(烧结温度)。对于适用于激光烧结的聚酰胺12，该温度约为185摄氏度。在冷却期间，还有一个远远低于烧结温度(再结晶温度)的显著温度点。这是熔融材料固化的温度。

图2b和2c显示了根据在先技术方法在工艺运行期间的温度剖面图。图2b显示了未打印表面的温度剖面图。使用烧结辐射源产生以其他恒定的轮廓显现的加热和冷却阶段。在未打印区域，温度不会达到烧结温度。

图2c显示了打印区域中的轮廓。在此，变化更加明显。控制该工序至少使烧结温度被暂时超过，以使粉末的部分熔化并保持熔化状态。过热可能导致所有粉末在该区域熔化，导致大量翘曲。也必须避免打印区域的过度冷却，否则将开始再结晶，继而由于现在可能的能量传输而导致的所有收缩都将产生几何翘曲(卷曲)，这可能使得下一步工序不可能进行。

图8描述了组装件的有利组合，通过其可以实现根据本发明的有利工艺条件。它的其它细节在实施例4中显示。

另外的图示显示了在一个烧结灯或热电偶中至少两个烧结灯或至少两种发射器类型。

图9展示了一种结构，其中除了具有反射器(502)的加热元件(507)之外，还使用了具有反射器(510)的另一个加热元件(509)，加热元件(509)具有不同的辐射光谱。

图10展示了该结构的第二变型，其中第二加热元件布设在左侧，与振动叶片相邻。

图11展示了一种结构，其中具有不同光谱的两个加热元件安装在一起，优选地安装在石英玻璃泡内。

图12展示了一种结构，其中可选地，具有不同峰值波长的其它加热元件设在打印头轴系统上。

图13展示了一种结构，其中顶部加热单元包括附加类型的发射器，其发射光谱不同于第一个发射器的发射光谱。

示例

示例1：含有二元液滴尺寸的喷墨打印头的装置

在三维打印中常见的喷墨打印头在打印区域的光栅中的一个点上沉积一个液滴。所述液滴尺寸会被调整一次。

在打印期间，在根据本发明的方法中，使用吸收剂打印所需部件(103)的相应横截面图像，所述图像适于结构高度。在这种情况下，以一定强度打印图像以确保在烧结灯通过期间颗粒一定烧结。如上所述，未打印区域将保持未烧结状态。在这种情况下，压印在每个光栅点的液体所需的量将在下文被认为是黑色的。

在该过程中，护套(301)被打印在组件周围，所述护套(301)代表灰度值，即基于局部平均值包含较少的吸收剂。正如根据本发明所优选，在层计算期间根据原始数据确定护套(301)。在这种情况下，例如，对于.stl文件格式，护套区域由三角形区域的偏移产生。

可以通过数学方法在光栅区域中实现灰度值。为此目的，控制具有打印点的护套区域的覆盖范围，使得在一个特定的局部观察区中平均获得期望的灰度值。这种数学方法的一个例子是所谓的误差扩散方法。在这种情况下，一个区域被用来求平均，并根据灰度值设置相应的光栅点。在一个简单的示例中，为了在10×10点的区域中实现30％的灰度值，必须打印30个“黑”点，其他70个点不打印。

使用这种方法，一个传统的打印头(100)就足够了。该装置与现有技术装置没有区别。也可以实现相同的数据路径，因为信息可以存储在一单个单色光栅位图中。

上述温度曲线现在需要在构造区域的三个方面加以考虑：在组件区域(103)中，应用相同的条件，如图2b所示。该区域的温度在某短暂期间内升高至高于烧结温度。与此相反，图5a显示了未打印区域中的温度。由于周边区域(301)不会升高到烧结温度以上，所以甚至能使温度低于再结晶温度，因此不能进行任何能量传递。图6a中的曲线显示了组件的周边区域(301)中的温度。这里，温度应高于再结晶温度并低于烧结温度，以使传热不能引起组件区域降低到再结晶温度以下，并且所述区域可以在构造过程之后轻易地被移除。

示例2：灰度打印头

包括灰度打印头的装置在使用中会更精确。这些打印头在印刷媒体领域是普遍的和众所周知的。它们允许在该部分增加明显的分辨率，从而实现更好的图像质量。

在三维打印中，分辨率的提高并不会有直接的影响。然而，根据本发明，该技术可用于在组件(103)和护套(301)区域中引入不同量的液体。例如，引入护套区域的液体量可以设定为引入组件区域内的液体量的50％。通过使用多色光栅位图可以实现数据传输。至少可以定义另一个包含外围区域的数据的光栅位图。然后，打印头的电子系统将各个比特视为灰度信息。

示例3：包含分离剂的材料系统

如果使用几种不同液体用于打印，对本发明，需进一步的基本自由度。

为此，必须扩展根据本发明的装置。可使用可打印第二吸收剂的第二打印头(508)。在这种情况下，机器的控制单元中的数据路径不需要改变。数据在相应打印头之前电子分离。该打印头不必是单独的物理单元，但可以是本装置的打印头(100)的一部分。

第二吸收剂液体可以含有例如作为分离剂的油。该分离剂沉积在各个颗粒之间并防止它们与熔融基材接触。在将聚酰胺12作为基材的情况下，打印液中的一定量的硅油可以用作分离剂。该油必须保持为悬浮液，且其余的油墨另外包含了吸收剂。

这种组合的一个例子是：

·80％丙二醇

·14％聚乙二醇400

·5％纳米级石墨

·1％乳化剂

由于油具有高沸点，因此在烧结操作期间它不会蒸发。在护套区域(301)中，不能使颗粒烧结。然而，油会产生外围层，外围层附着在组件上、且在组件解开时容易去除。它可以从余下的粉末中单独的去除。这样可以避免在进一步循环期间粉末的主要污染。

该液体以与组件区域(103)中的液体相同的量压印在周边区域(301)中。在该示例中，组件区域(103)中的液体由以下组成：

·95％丙二醇

·5％纳米级石墨。

示例4：结构特征的有利组合

1)由基于陶瓷的fteceramicx类型的6个热辐射发射元件组成的组件，其峰值波长为5微米，并且安装在距330毫米×230毫米构造平台之上175毫米的位置，即：基本功率为300瓦、每一尺寸为245毫米×60毫米×31毫米，均以50％的功率运行的元件。该元件提供表面温度为175摄氏度的未处理粉末的恒定基本温度。这些元件安装在构造平台边缘的中心上方，从而确保构造平台上的粉末的整个区域的温度均匀，并防止构造平台边缘的冷却。

2)将最大功率为400瓦的硅基加热垫以平面方式安装在构造平台的下侧，并控制在175摄氏度的恒定温度下，以用于均匀地达到粉末涂料的基本温度，并用于保持所述温度恒定不变。

3)由freekgmbh制造的qhm型卤素发射器，其最大功率为1.6千瓦，峰值波长为1微米，安装在振动叶片再涂器的后表面、且距粉末层之上55毫米位置。发射器的功率在穿过粉末涂层时根据其位置而发生改变。在通过被红外光吸收液体润湿的粉末时，发射器的功率为1.5千瓦，在这种情况下，从而将粉末的温度提高至高于熔融温度，约200摄氏度；在下一层应用期间，发射器的功率为0.3千瓦，以防止其冷却，否则将处于去激活状态。

4)fteceramicx型的另一种尺寸相同、基于陶瓷的发射器，其用于预热振动叶片再涂器的储层，其中复涂器包含用于涂层的聚酰胺粉末。因此，将粉末的温度调节至70℃。这让粉末的温度和流动性在整个构造过程中保持恒定。低于玻璃转化的温度进一步保证了流动的稳定性，从而确保通过振动叶片再涂器平滑地应用粉末。

5)该结构具有两个轴系统，每个轴系统均配有驱动装置，能够通过载有粉末涂层的构造平台。在本例中，位于构造平台的左侧、且其一侧为静止位置的轴，包括左侧的振动叶片再涂器以及右侧，即远离振动叶片再涂器的一侧，的卤素发射器。第二轴包括打印头，其可另外垂直于轴系统移动，以确保整个粉末表面的条带打印。分层印刷工艺的循环顺序构造如下：

1)再涂器轴通过构造平台＝烧结通过。灯功率：1.5千瓦，速度：60毫米/秒。

2)构造平台降低150微米层高。

3)再涂器轴再次通过构造平台，返回到其静止位置，同时通过激活的振动叶片再涂器进行涂覆。灯功率：0.3千瓦，速度：40毫米/秒＝重涂和加热通过。

4)打印头轴通过构造平台进入打印起始位。

5)打印头轴返回到其静止位置。同时，由xaar制造的1001型打印头被激活，从而在期望的位置用吸收剂润湿粉末表面。

6)用于润湿粉末表面的液体由市售的油基烟灰颗粒油墨组成。例如，由xaar制造的ik821，其吸收最大值在由陶加热器发射的波长之外，因此被加热到与未润湿的粉末完全相同的程度。由于打印液体的吸收在波长小于2微米的情况下显著增加，所以湿润粉末吸收的来自卤素加热发射器的辐射要远多于未湿润粉末吸收的来自卤素加热发射器的辐射，因为后者几乎完全反射低于2微米范围内的波长。然而，在未润湿位置吸收的发射器的任何能量都用于保持粉末表面的基本温度。

示例5：使用具有有利吸收光谱的印刷液体

增加构造过程选择性、从而最大限度地提高所产生的结构强度和未润湿颗粒材料的可除去性的另一方法在于，使用具有有利的吸收光谱的打印液体，使得与之润湿的颗粒材料可以通过自定义的红外发射光谱被最大限度地加热。优选的，选择一种打印液体，其吸收光谱与使用的颗粒材料显著不同。这促使能更为灵敏地控制粉末表面的基本温度和润湿表面的熔化温度，而不必特地提供专门适应理想光谱的红外发射器。

示例性实施例的特征在于：

·吸收最大值为815纳米、基于[c47h47cln2o3s](cas#134127-48-3)的打印液体，溶于甲醇，例如，美国染料源制造的ads830at

·市售的峰值波长为0.9至1.2微米的石英卤素发射器形式的红外发射器，优选作为烧结灯

·峰值波长为1.9至2.7微米的碳红外发射器形式的红外发射器，优选作为顶部热发射器，或/和另外的烧结发射器，例如，由heraeusnoblelight制造。

用碳红外发射器替代顶部陶瓷发射器在此是有利的，因为前者具有较短的反应时间，这使得工艺温度更容易控制。