利用声力定位前体材料的用于制造部件的增材制造方法及设备与流程

本发明涉及一种制造具有一维、二维或三维几何结构的部件的方法，其中，部件的形状通过使用声场和声力的作用并且通过固定在声场中形成的形状而获得。这可通过使材料、例如离散粒子积聚在由声场形成的压力节点中来实现。此外，本发明涉及一种用于制造部件的设备，所述设备包括用于形成声场的声源装置，所述声场通过声力产生形状，所述形状包括由颗粒分布形成的形状，所述设备还包括用于固定颗粒分布的形状的固定装置。本发明的应用可用于具有任意形状的例如用于快速成型目的的制造材料以及材料的组装的领域。

背景技术：

快速成型方法在广泛的技术应用中发挥越来越大的作用，例如用于制造模型部件或前体材料。传统的快速成型基于一维或二维结构的串行式增加，得到复杂的二维或三维部件。这包括被称为3d打印的快速成型方法。作为普遍性缺点，部件的串行式增长是一种增加式的、耗时的方法。因此，传统的快速成型的应用通常限于单一部件的制造。快速成型的常规应用或小批量生产是具有挑战性的。此外，快速成型的传统技术在待制造的部件的可获得的几何结构方面可能是受限的。需要将几何结构选择为使得增长的部件的形状不限制之后的一维或者二维结构的增加。或者替代地，需要使用牺牲材料，所述牺牲材料填充在后处理后将构成开口或空隙的那些区域。需要在后处理步骤中去除牺牲材料或者填充材料。因此，一个明显的缺点是通常不能通过传统的快速成型方法制造完全封闭的中空空间。

在us2012/0068383a1中并且由m.caleap等在“pnas”的2014年第111卷第6226-6230页中已经提出了并行制造方法。在施加至液体中颗粒的声力的作用下形成颗粒分布。在容纳具有颗粒的液体的谐振器中通过驻波形成声力。虽然驻波的形状可通过谐振器的形状以及声换能器的数量和布置来影响，但是对于可实现的部件的几何结构还存在强大的限制。可制造具有通过驻波叠加形成的形状、特别是仅具有特定的对称性的部件。待制造的每个特殊形状均需要相适应的谐振器几何结构和换能器布置，从而严重地限制了应用该传统技术的灵活性。物体通常必须显示出相对于换能器布置的镜面对称性，从而进一步限制了有效性。

参考作者在网络博客http://diy3dprinting.blogspot.de/2014/01/ultrasonic-particle-levitation-could-it.html中的视频演示，还考虑了通过超声驻波使用颗粒操纵进行3d打印。然而，视频演示仅显示，颗粒聚集在驻波的声压节点中。形成驻波需要多个超声波阵列的布置的预定的几何结构。此外，颗粒组在声压中彼此分离，从而排除了完整的部件的固定和形成。由此，列举的构思不会得到3d打印技术。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种制造部件的改进的方法，其基于通过声力的作用使材料分布成形，其中，避免了传统技术的缺点和限制。特别地，所述制造方法能够以提高的灵活性选择部件的形状、特别地使得能够实现不规则的部件形状，并且不限制驻波的几何结构。本发明的第二目的是提供一种用于制造部件的设备，其基于通过声力的作用使材料分布成形，其中，避免了传统技术的限制和缺点。特别地，所述设备应使得能够制造具有更复杂形状的部件，并且其特征在于简单化的结构以及用于制造具有不同形状的部件的改善的重新配置能力。

这些目的分别通过包括独立权利要求的特征的用于制造部件的方法和设备来实现。从从属权利要求得到本发明的优选实施例和应用。

根据本发明的第一总体方面，以上目的通过下述制造部件的方法来实现，其中，前体材料设置在工作介质中，并且经受声力(声辐射力)，从而形成材料分布，所述材料分布具有待制造的部件的形状。对材料分布和工作介质中的至少一者进行固定，其中，结合了材料分布的材料，或者材料分布的材料与工作介质相结合，或者结合了工作介质。固定包括结合，结合包括材料和/或工作介质成分的固化或者连接。

根据本发明，优选地在工作介质中，通过生成声干扰图像而产生声力。声干扰图像通过彼此干扰的多个子波形成。由于子波的干扰，声干扰图像是优选地位于工作介质中的一位置处的声强度和相位图像，并且声干扰图像具有强度极值(强度最大值和/或强度最小值)的分布。声干扰图像是优选地位于工作介质中的静态的一维、二维或三维图像，所述声干扰图像在声源装置的操作期间被维持。

材料分布形成在工作介质中的形成声干扰图像(声干扰图像的聚焦区域)的位置处或该位置周边。在后一情况中，声干扰图像的聚焦区域可在工作介质之外。前体材料通过声干扰图像的作用在工作介质内移动。根据材料和工作介质的特性(压缩性、吸收性和反射率)，不同的声力作为平移力作用到材料和周围介质上，这是通过与声干扰图像的相互作用而产生的。各个材料成分、例如材料的颗粒、特别是混合物或悬浮液中的颗粒因此可在由能量的梯度决定的方向上移动，并且一旦移动到能量更有利的位置，所述材料成分就可保持在该位置处或者该位置周边。因此，前体材料朝着声干扰图像的能量极值移动。优选地，前体材料围绕声干扰图像的能量极值聚集(在能量极值处积聚)，或者聚集在被声干扰图像所提供的能量梯度穿过的保持表面处。保持表面是位于工作介质中或者与工作介质邻近的平面或者曲面。作为示例，将可压缩性比工作介质的可压缩性低的材料成分移动至声干扰图像的具有最小的压力变化的部分(例如，压力节点)。另外，将可压缩性比工作介质的可压缩性大的材料成分移动至声干扰图像的具有最大压力变化的部分。替代地，材料成分朝着能量极值移动，并且聚集在保持表面处，所述保持表面例如是保持器的壁或者工作介质中的材料载体。

通常，另外的力作用在位于工作介质中的待成形的材料上，例如重力。另外的力可包括由于化学势引起的力、电场力、光场力和磁场力中的至少一种。使材料经受声力，这包括根据所述另外的力来调节声力，从而形成材料分布。在一示例中，如果待成形的材料包括悬浮液中的颗粒，则材料可抵抗重力而保持在声场的压力节点中，否则所述悬浮液中的颗粒将会沉淀。

利用声干扰图像的构造使得前体材料根据待制造的部件的形状而聚集，沿着具有待产生的形状的一维、二维、三维形貌(线或表面/块体，直的和/或弯的)的材料分布布置前体材料。然后，固定材料分布。使材料分布的前体材料和/或工作介质结合，从而在施加声力之后维持材料分布的形状。

根据本发明的第二通用方面，上述目的通过一种声学制造设备来实现，所述声学制造设备适用于制造部件，并且包括声源装置。声源装置包括至少一个声源，所述声源适用于向例如位于容器的内部空间中或者被保持在自由空间中的工作介质发射声波。优选地，声波具有非可闻频率范围内的频率、特别是超声波频率。特别优选地，声波的频率为至少20khz、特别地至少40khz，直到ghz范围。

根据本发明，声源装置适用于优选地在工作介质中生成声干扰图像，其中，声干扰图像通过干扰子波形成，并且具有根据要获得的形状布置的强度极值。有利地，声干扰图像不通过声学驻波的叠加生成，而是通过子波的干扰生成。

声干扰图像的生成提供了本发明的两个重要优点：首先，声干扰图像的生成不需要容纳带有颗粒的工作介质的声学谐振器。声干扰图像独立于工作介质的外形并且独立于任何外部的谐振器的几何结构而产生。因此，对于容纳带有前体材料的工作介质的容器的形状没有特别限制。声干扰图像独立于容器的内部形状而产生。相同的容器可用于生成不同的声干扰图像，即，用于制造具有不同形状的部件。第二，对于构造要获得的形状，与传统的驻波的叠加相比，声干扰图像基本上提供更多的自由度。因此，本发明能够形成具有更复杂形状的部件并且灵活性更高。换言之，声学制造设备对于容器的设计和至少一个声源的布置具有较小的限制并在设定待制造的部件的不同形状方面具有提高的灵活性。

术语“声干扰图像”指的是声学波前，其通过例如在工作介质中的子波的干扰而生成。例如利用至少一个声学衍射元件和/或多个声源产生子波。声干扰图像形成在二维或三维空间区域(图像区域、焦点区域)中。优选地，材料分布在声学波前的图像区域、特别是图像平面中成形。在该情况下，材料分布聚集在聚焦的声干扰图像中。替代地，材料可形成在声干扰图像的不是声学波前的图像平面的区域中。在该情况下，材料分布聚集在与聚焦的声干扰图像邻近处，即，在干扰波前的非聚焦部分中。

替代地，可使用各种用于生成声干扰图像的技术，这些技术可独立地或者组合地应用。首先，可将声干扰图像形成为全息图案、特别是全息图像(下文中：本发明的第一实施例)。第二，可通过叠加由多个声源产生的声波来生成声干扰图像(下文中：本发明的第二实施例)。声源可包括例如至少一个声阵列装置(声源的集成阵列)或位于不同位置的分离的声源。第一和第二实施例都可被组合以用于产生声干扰图像。

根据第一实施例，全息图像是通过将声波(主声波)从声源经由至少一个声学衍射元件传输到工作介质中而产生的干扰图案。有利地，一个单一声源、例如压电振荡器可布置成用于将声波传输到声学衍射元件。替代地，多个声源和/或多个声学衍射元件可设置成能够例如在制造容器内或在制造容器的至少一个侧壁上在工作介质中生成声干扰图案。

术语“声学衍射元件”指的是一种材料，其能够与主声波的波前相互作用，使得穿过波前的相位和/或振幅通过衍射而特别地改变。每个改变的相位和/或振幅均提供有助于之后的干扰的子波。相互干扰的子声波由所述至少一个声学衍射元件产生。优选地，声学衍射元件像光学全息中的全息板或投影光学元件中的衍射光学元件一样使用。在声波的波前与声学衍射元件的相互作用之后，通过声波的自干扰，即通过工作介质中的子波的干扰，生成声干扰图像。自干扰根据要获得的形状产生聚集了前体材料的强度分布。

声学衍射元件被结构化或成形为使得其匹配主声波的波前形状和要获得的声干扰图像。声源产生例如与声学衍射元件相互作用的平面或球面主声波。然而，本发明不限于使用平面或球面波。如果使用最初由声源产生的波前的其它形状，则可相应地调整声学衍射元件的结构。如从光学器件已知的那样，使用全息图的用于基于计算机的计算的算法、例如利用gerchberg-saxton算法来计算声学衍射元件的结构。该计算可容易地适用于声学。

优选地，声学衍射元件是声全息图。有利地，声全息图可包括透射全息图和反射全息图。透射全息图适用于在声波从声源向将产生工作介质中的材料分布的位置传递期间使波前成形。使用透射全息图在声学制造设备的结构和将声干扰图像导入到工作介质中的几何结构方面可以是有利的。例如，透射全息图可与声源直接连接，从而辅助调整从声源发射的波前图像。

反射全息图适用于通过在全息图材料处反射声波来使声波的波前成形。反射全息图在改变声波的远场中的波前而非近场中的波前方面可以是有利的。此外，从声源向形成声干扰图像的位置行进的声波在工作介质内反射，即，声波不行进穿过厚度变化的附加固体介质(例如，透射全息图)。由此，声干扰图像可生成为纯相位全息图。可组合一个以上的透射全息图和/或反射全息图以用于产生声干扰图像。

根据本发明的第二实施例，声源装置包括多个声源、优选地包括至少一个声源阵列。优选地，一个单一声源阵列可用于产生声干扰图像。例如声源阵列的声源是可独立控制的声源、如压电振荡器，每个声源均适用于发射声波。通过独立地控制声源，产生彼此干扰的子声波。所有独立的声源的声波均叠加，以用于在工作介质中生成声干扰图像。声源阵列是相位阵列源，例如从超声成像应用中已知的那样。利用声源、例如声源阵列的相对于生成声干扰图像的位置的已知的方位，可特定地控制单一声源，使得叠加的声波的波前具有要获得的形状。本发明的第二实施例在声学制造设备的简化的架构方面具有特别的优点。可生成声干扰图像而无需设置声全息图，并且声源提供了用于产生待制造的部件的不同形状的完全的灵活性。

根据本发明的另一有利变型，可通过变化的声波波形生成声干扰图像。改变声波波形包括改变声的频率、声的振幅和/或声的相位的至少一者。声干扰图案通过使用声源装置的控制器而随着时间改变。

可在使工作介质中的材料分布成形期间改变声波波形。有利地，微调频率会稍微移动强度极值、例如节面的位置。结合固定的被调整的反应时间，这将使得能够调整部件的几何特征、例如壁厚。此外，可在使工作介质中的材料分布成形期间切换声干扰图像，从而以分时方式产生不同的图案。形成声干扰图像的速度高于移动前体材料的速度，从而可叠加多个图案以用于形成使材料分布成形的有效的声干扰图像。

替代地，可在各个制造步骤之后改变声波波形。由此，改变频率使得能够使用单个印刷的全息图来使具有不同尺寸的部件成形。可通过降低频率来增大部件的尺寸，反之亦然。

在本发明的第一和/或第二实施例的另一有利的变型中，可设置参考声源，该参考声源布置成用于将参考声波传输到工作介质中。参考声源包括至少一个声源，所述声源将参考声波直接地或者经由声学反射器和/或分束器中的至少一者发送到声干扰图像的位置。由此，声源装置的产生主波的声源也可用于产生参考声波。参考声波沿着相对于主声波的方向偏离的参考方向行进至生成声干扰图像的位置。有利地，参考声波可辅助声全息图和/或声干扰图像的构造。此外，利用参考声源增强声能输入。

优选地，声学制造设备包括构造成用于容纳包括前体材料的工作介质的容器。容器是一种器皿(接收器、贮存器)，其内部空间可填充有工作介质。声源装置布置成用于在容器的内部空间中产生声力。因此，至少一个声源布置在容器内，集成在容器壁中或者与容器壁机械地耦接。

根据本发明的另一优选变型，声学制造设备包括固定装置，所述固定装置适用于使前体材料和/或工作介质结合。根据结合的类型，固定装置可由用于将外部固定输入引入到容器内的供应单元来提供。替代地或者附加地，如果固定输入由周围环境的热能给出，则可由容器和在固定期间保持颗粒分布的声源装置提供固定装置。

通过前体材料之间和/或工作介质内的结合工艺获得颗粒分布的固定，同时材料分布保持具有由静止的声干扰图像确定的形状。在颗粒分布中，前体材料与颗粒分布之外的周围介质相比具有不同的材料特性。前体材料具有允许前体材料的结合或与工作介质的结合或者抑制工作介质(如果周围介质将被固化)的结合的性质。

有利地，可使用各种类型的结合工艺，所述结合工艺可根据前体材料和工作介质的特征来选择。如果材料包括反应物质，所述反应物质可在声学制造设备的操作温度下、特别是在室温下提供结合反应，则通过将声干扰图像维持一定的固定时间、例如在若干秒钟到若干小时的范围内，可简单地获得固定。替代地，通过供应固定输入、例如热能输入、辐射输入和固定剂输入中的至少一者，引起固定。为了施加热能输入，固定装置包括将热能引导至材料分布的热源、例如红外辐射源。替代地，光源可设置成用于将辐射输入引导至材料分布。光源可适用于发射例如可视光或者紫外光。固定剂是能够提供颗粒之间的结合处理的化学物质。固定剂例如经由至少一个供给管线或者利用喷涂处理而供应至工作介质中。

根据另一优选实施例，材料分布的所有前体材料可同时被固定。固定同时影响了成形的材料分布的所有材料。有利地，这提供了部件形状的并行制造。与传统的快速成型相比，避免了串行式的花费时间的部件增长过程。

在声干扰图像的本发明的应用中，材料分布形成为具有要获得的部件的形状。根据本发明的一有利实施例，固定的材料分布可提供待制造的材料。固定的材料分布是要获得的部件，所述固定的材料分布可选地可经受另外的精加工或处理步骤。

替代地，固定的颗粒分布可提供中间制品，所述固定的材料经受另外的处理，以便获得最终的部件。例如，中间制品可用作用于沉积由例如金属或塑料制成的表面层的载体材料，或者中间产品用于模制成型过程。

根据另一替代方案，围绕材料分布的工作介质可制造成待获得的部件或制造成要经受另外的处理步骤的中间制品。在该实施例中，固定优选地包括使围绕固定的材料分布的工作介质固化，并将固化的工作介质从固定的颗粒分布分离的步骤。有利地，该部件形成有相对于材料分布的形状互补的形状。

根据本发明的另一优选的变型，生成声干扰图像、形成材料分布以及对材料分布和工作介质中的至少一者进行固定的步骤至少重复一次。在第一制造阶段中制造的部件可用作用于另外的阶段的中间制品。部件为另外的材料的施加提供了基体。可利用新的声学图案形成之后的层，所述层进而被固化，从而分层地建立最终的部件的形状。替代地，可从内部部分到外部部分(“内向外”)相继地建立体积结构。

如果需要，也可将材料分布保持在介质中而不分离两者，然后可将两者固化。

作为本发明的另一个优点，可使用范围广泛的不同的前体材料，所述前体材料能够通过声干扰图像的作用而在工作介质中移动。优选地，该材料包括可流动物质，所述可流动物质包括颗粒(前体颗粒)或流体。该材料可以是化学均匀的，或者其可包括化学物质的组合物。在优选的示例中，前体材料包括固体颗粒、粒剂、粉末、液体颗粒、糊状物的悬浮液、聚合物、液滴、气泡、聚合物颗粒和胶束颗粒、软物质颗粒和生物细胞中的至少一种。

固体颗粒可包括例如金属颗粒、半导体颗粒、非晶体颗粒、陶瓷颗粒或塑料颗粒。液体颗粒、特别是液滴可包括例如盐溶液、染料、有机分子、化学引发剂或抑制剂。术语“软物质颗粒”是指包括液体和固体物质、例如生物细胞的材料。该材料还可包括前述示例的中一个或一个以上，从而构成混合材料。前体颗粒可具有球、圆柱体、立方体、棱锥体、锥体、其截面(截头形状)或其叠加的形状。或者，材料可具有更复杂的规则的或不规则的几何形状。

前体材料的尺寸依据所使用的工作介质和要获得的部件的尺寸来选择。在本发明的优选应用中，前体颗粒具有小于或等于有关的波长的特征尺寸、例如直径，所述特征尺寸为至少1μm、优选地至少10μm和/或至多5mm、优选地至多1mm。优选地，颗粒和工作介质具有相同的质量密度。因此，该材料可在工作介质中浮起。然而，这不是必需的，并且密度差可用于去除未被捕获在用于固定的声学图像中的任何颗粒。

用于承载前体材料和成形的颗粒分布的工作介质通常包括可流动的气态或液态介质，所述介质包括如下中的至少一种：气体，如空气、六氟化硫、如氮气或氩气这样的惰性气体、如氦气这样的低密度气体、或者气体混合物；液体，如水、油、有机物溶剂、缓冲溶液；熔融物质；作为液体与惰性颗粒的混合物的浆料；乳液；悬浮液；以及泡沫。与液态工作介质相比，气态工作介质在提供更高的声学对比度方面具有特别的优势。因此，可对颗粒施加更大的声力。

有利地，可使用本发明的方法制造具有各种形状的部件，其中，所述部件具有沿着线、面或三维体积的主尺度。材料分布可形成拓扑封闭的表面，例如封闭的体积或圆环形形状。在本发明的另一变型中，颗粒分布可包括至少两个子分布，所述子分布同时形成在工作介质中，但是是相互分离的。每个子分布均独立于任何外部谐振器几何形状并且独立于容器的内部形状而形成。此外，材料分布可包括用于产生中空部件的结构。

根据本发明的声学制造装置的另一优选实施例，容器可包括子容器，该子容器限定用于容器的容纳前体材料并形成颗粒分布的子体积。有利地，可通过使用子容器来提高使用前体材料的效率。

根据本发明的另一变型，容器可包括提供保持表面的材料载体。材料载体可包括例如声透明材料载体或至少一个容器壁。本发明的这个实施例对于使用大的前体材料成分和/或产生具有沿着表面的主尺度的部件(2维部件)具有特别的优点。声学图案用于在保持表面、例如墙壁处布置材料。

根据本发明的一特别优选的实施例，容器的内壁设置有吸声和/或防反射材料。利用吸声和/或防反射材料，可抑制内壁对形成声干扰图像的任何影响。

附图说明

以下参考附图对本发明的另外的细节和优点进行描述，附图示出：

图1：本发明的声学制造设备的使用透射全息图的第一实施例的剖视图；

图2：声学制造设备的第一实施例的使用反射全息图的修改变型例；

图3和4：分别是第一实施例的另外的变型例，其中，声学制造设备设置有子容器或材料载体；

图5和6：根据本发明使用的透射和反射全息图的另外的细节；

图7：设置参考声源的示意图；以及

图8：本发明的声学制造设备的第二实施例的示意图。

具体实施方式

下面通过示例性地参照使用液态工作介质、例如水，描述本发明的优选实施例。需强调，本发明不限于该示例，而是也可利用如空气这样的气体工作介质来实现。此外，需强调，本发明的实际应用不限于所述示例的几何结构。依据本发明的特定用途、特别是容器的形状，可修改一个和/或多个声源装置的布置和/或声束路径的几何形状。

示例性地参照颗粒材料，但是本发明类似地适用于积聚和汇集呈其它形式的材料或呈粒剂、糊状物的悬浮液、和/或聚合物形式的混合物。

附图仅代表示意性图示。在实际实施中，电源和控制单元设置成用于操作声源装置和固定装置。特别地，控制单元设置成用于向声源的振荡器施加操作电压，从而限定由声源发射的主声波的振幅、频率和相位。

根据图1，声学制造设备100的第一实施例包括容器10、声源装置20(具有未示出的电源和放大器)、固定装置30以及控制装置40。容器10包括器皿，所述器皿具有例如内部空间的体积为例如50l的立方体形状。容器10的壁11由例如玻璃、塑料、例如钢那样的金属、或陶瓷制成。容器10的上侧可打开或关闭。优选地，容器壁11的内表面具有由例如弹性塑料或橡胶制成的吸声层。

声源装置20包括：声源21，其与控制装置40相连接；以及透射全息图22。声源21包括例如直径例如为25mm的压电振荡器，所述压电振荡器由金属板支撑，并且产生具有球面波前的主声波。声源21布置在容器10中，从而水平地发射主声波。

透射全息图22是平板，其布置成邻近声源21(如图所示，在声源21的近场中)或者与声源21间隔开。透射全息图22由塑料制成并具有例如下文参考图5所述的结构。透射全息图22提供所谓的菲涅尔全息图，所述菲涅尔全息图使得声干扰图像5能够在近场中重建，而无需附加的成像元件、例如变换透镜。特别地，多个柱体设置在平板上，其中，柱体具有与透射全息图22的平面尺度垂直的不同的长度。依据柱体的长度，可向主声波的波前施加局部特定的相移。通过在透射全息图22的结构处散射主声波，产生多个彼此干扰的子波7。声干扰图像5在距声源装置20例如2cm的距离处获得。

固定装置30适用于向容器10的内部空间、特别是向声干扰图像5的位置供应固定输入。在一优选的示例中，固定装置30包括用于供应热辐射能量的热发射器、例如红外光源。固定装置30与控制装置40相连接，所述控制装置40与声源装置20的操作同步地控制固定装置30的操作。

在制造部件1的一实际示例中，图1的容器10填充有工作介质2、例如水。前体颗粒3、如具有50μm以下的直径的聚二甲基硅氧烷(pdms)颗粒分布在工作介质2中。根据本发明的制造方法，声干扰图像5由声源装置20产生，其中，声干扰图像5具有对应于要获得的部件1的形状的强度极值。通过将pdms颗粒移动至具有部件1的形状的体积，所述pdms颗粒形成颗粒分布4。

在形成具有要获得的部件1的形状的颗粒分布4之后，激活固定装置30以用于固定颗粒3。形成颗粒分布4的持续时间可包括例如若干秒或若干分钟。利用热辐射的作用，在颗粒分布4中彼此接触的颗粒3彼此结合。在一定的固定时间之后，颗粒分布4固化，并且可作为要获得的部件1从容器10取出。在工作介质2中短暂平衡颗粒分布或者重新填充体积之后，可制造下一个部件1。

在另一示例中，前体材料包括分布在液态工作介质、例如液态pdms(如硅酮树脂184，制造商dowcorning)中的气泡。固定包括设定pdms(通过热能获得)，从而获得具有限定的中空空间的部件。根据另一示例，前体材料包括位于液态工作介质、例如液态环氧树脂中的聚苯乙烯颗粒。在设定环氧树脂之后，部件包括具有嵌入颗粒的固化环氧树脂。

图2示出声学制造设备100的第一实施例的具有容器10、声源装置20和固定装置30的修改变型。声源装置20包括如图1所示的声源21和反射全息图23，所述反射全息图23定位在声源21的远场中。主声波6以例如1mhz的频率和1.5mm的相应波长在水中被导向反射全息图23。在声源21的25mm的直径和工作介质2中的1498m/s的声速的状态下，声源21与反射全息图23之间的距离l大于d²/(4*λ)＝104mm。使用反射全息图23在如下方面具有优势：远场中的主声波6的波前的简单形状，以及主声波6和由反射全息图23产生的仅通过液态工作介质2的子波的行进。

为了制造部件1，声源装置20由控制装置(图2未示出)操作，从而在工作介质2中形成声干扰图像5，并且前体颗粒3聚集成颗粒分布4。在形成颗粒分布4之后，通过利用固定装置30引入的固定输入来获得固定。在该实施例中，固定装置30可包括例如uv光源。

图3示出图1所示的声学制造设备的第一实施例的另一变型。在该变型中，前体颗粒3不在工作介质2中分布在容器10的整个内部空间中，而是分布在子容器12中。子容器12在利用声源装置20形成声干扰图像5的位置处支撑在容器10的内部空间中。子容器12包括具有例如筒状的器皿。子容器12的至少一个壁由层材料、例如箔形成，该层材料适用于将声波传递到子容器12中。在声学制造设备100的操作中，工作介质2填充到子容器12内，并且前体颗粒3分布在子容器12中的工作介质2内。子容器12在声源装置20前方浸没在位于容器10内的其余的工作介质2或者其它液体中。如以上参考图1所述地形成和固定颗粒分布4。

根据声学制造设备100的第一实施例的另一变型，可形成二维颗粒分布4，如图4所示。在该变型中，容器10包括声学透明的材料载体13，所述材料载体例如由聚酯膜制成。颗粒3通过重力的作用沉积在材料载体13上。声源装置20布置成用于在竖直方向上朝着颗粒载体13发射声干扰波前。根据声干扰图像5的形状，形成颗粒分布4的二维布置。声干扰图像5不需要聚焦在材料载体13的平面中。替代地，声干扰图像5聚焦在材料载体13的平面的下方。声力将颗粒3朝着声干扰图像5的极值移动，并且颗粒3被材料载体13的保持表面收集。在利用固定装置30固定之后，可将要获得的层状的部件1从容器10取出。图3和4的变型可组合，即，颗粒载体13可布置在容器10的内部空间中的子容器12中。

作为替代方案，材料分布可形成在容器10的壁上或者靠近容器10的壁，声干扰图像或者其它声干扰图案可形成在该位置处，从而确定要获得的形状。

图5示意性地示出可例如在图1、3或4的示例中使用的声源装置20的剖视图。声源装置20包括中空载体26，所述中空载体26具有带有传声侧壁27的筒形盒形状。筒形盒的内部空间填充有气体、例如空气。侧壁27在其内表面上载有声源21、如压电振荡器。透射全息图22布置在侧壁27的面向周围的工作介质2的外表面上。透射全息图22例如利用螺纹连接或胶连接而与侧壁27直接连接。有利地，透射全息图22具有相对于声源21的固定的对准。

透射全息图22由塑性材料veroclear(商品名)制成。所述透射全息图22包括具有柱体22.1的板，所述板相对于侧壁27的平面垂直地突出。柱体的长度形成相对于水的大约1.5rad/mm的相位差(水中和veroclear中的声速分别为：1498m/s和2330m/s，频率：1mhz)。透射全息图22例如由塑料通过模制成型、铣削或利用常规3d打印机制造。利用gerchberg-saxton算法计算柱体的长度。特别地，依据通过侧壁27传递的主声波的波前以及要获得的声干扰图像计算透射全息图。主波前通过利用水听器传感器的测量或数值模拟获得。

图6示意性地示出例如在图2的示例中使用的反射全息图23的剖视图。反射全息图23由厚度为例如1mm并且横向尺度为10cm的金属板制成。反射全息图23通过钻通孔23.1穿过板而产生。主声波6在反射全息图23处反射，从而产生多个子波用以形成声干扰图像(未示出)。全息图相对于主声学路径的倾斜的定向形成沿其表面的宽的相位分布。通孔消除了特定子波的反射。可使用来自光学的二元全息图法、例如迂回相位法来构造声学反射全息图。

图7示意性地示出参考声源24的设置，所述参考声源布置成用于将参考声波8发射至产生声干扰图像5的位置。具有透射全息图22的声源21和参考声源24二者均布置在声学制造设备100的容器10中。在该示例中，利用在透射全息图22处产生的干扰子波7与参考声波8的叠加来产生声干扰图像5。具有要获得的部件1的形状的颗粒分布4形成在子容器13中。在利用固定装置(未示出)固定之后，子容器13和完成的部件1可从容器10取出。

根据本发明的第二实施例，声源装置20包括如图8中示意性地示出的声源阵列25。声源装置20包括具有封闭的内部空间的筒形盒，内部空间填充有气体、例如空气。声源阵列25耦接至盒的一个侧壁的内表面。声源阵列25包括压电振荡器的二维矩阵排列。每个压电振荡器均可在相位和振幅方面独立地控制。对于产生声干扰图像，仅控制相位就是足够的。在一实际的示例中，声源阵列25包括32×32＝1024个振荡器的矩形网格，每个振荡器均具有1mm的边长。将振荡器的相位和振幅选择为使得所有子波的叠加产生具有与要获得的部件的形状相对应的形状的波前7。

本发明的在上述说明书、附图和权利要求中公开的特征对于在本发明的不同实施例中单独地或成组合地或成子组地合实现本发明可以是同样重要的。