用于增材制造三维物体的方法与流程

本发明涉及一种用于由基于树脂的在基础状态下液态的可固化的建造材料来增材制造三维物体的方法。

背景技术：

1、用于增材制造三维物体的方法在原则上有现有技术已知。尤其是已知由基于树脂的建造材料来建造三维物体的方法，该建造材料在其基础状态下是液态的。通常通过相应的能量输入，尤其是借助于辐射，建造材料被改变，使得该建造材料交联或者说固化。在制造过程结束时，物体可以从未固化的建造材料取出或者说未固化的建造材料从物体中的空腔移除，使得在最后，已固化的物体能够从未固化的保持在其基础状态下的建造材料取出或者说未固化的建造材料的残余可以被去除。这种物体通常包括在整个物体上相同的强度。如果物体应该具有不同的强度或者其他的机械特性，那么这通常通过几何结构或者通过采用不同的建造材料来实现。

2、另外已知，在固化期间引入不同的能量输入，例如采用不同的强度或者曝光时间，以便将物体的相应的区段不同地固化。换言之，可能的是，将不同的区段更牢固地或者更脆地构成，方式为，曝光参数不同地选择。但是机械特性、尤其是强度的选择或设定仅有限地可能，因为最后在固化步骤中总是进行基于树脂的建造材料的固化和交联。物体的原则上具有不同机械特性的多个不同区域的构成通常在立体光刻方法中在同一个制造过程中是不可能的。

技术实现思路

1、本发明的任务是，提出一种与之相比改进的用于增材制造三维物体的方法，其中，尤其是可以构成具有不同机械特性的不同区段。

2、所述任务通过按权利要求1的方法达到。权利要求1的从属权利要求涉及可能的实施方式。

3、如已说明的，本发明涉及一种用于由基于树脂的在基础状态下液态的可固化的建造材料来增材制造三维物体的方法。所述方法尤其是在建造材料容器中、尤其是在通过池槽限定的建造空间中实施，在该建造材料容器中液态的建造材料选择性地固化。本发明基于以下认识：在第一固化步骤中构成具有第一固化程度的至少一个结构区段，该结构区段限定至少一个接纳液态建造材料的内室，并且在第二固化步骤中由接纳在内室中的液态建造材料构成具有与第一固化程度不同的第二固化程度的变形区段。

4、换言之，本发明建议，执行两个分界的固化步骤，在第一固化步骤中构成结构区段，并且在第二固化步骤中构成变形区段。结构区段限定内室，在该内室中接纳液态建造材料。该液态建造材料可以在第二固化步骤中也固化，结构区段和变形区段但是具有不同的固化程度。换言之，在结构区段和变形区段中的固化的建造材料的所产生的机械特性原则上改变。在机械特性或者说两个固化程度中的差别尤其是超过通过不同曝光强度或曝光时间而可能的情形。

5、如已说明的，结构区段构成用于所述至少一个内室的接纳部、尤其是包裹部，在该内室中在结束第一固化步骤之后，基于树脂的建造材料处于其基础状态下并且因此仍然是液态的。如在现有技术中常见的是，执行一个唯一的固化步骤，在该固化步骤中，物体的全部区段被置于期望的固化程度上并且紧接着未固化的建造材料从制造的物体移除；取而代之，在结束第一固化步骤之后有针对性地将未固化的建造材料作为物体的组成部分保留在所述至少一个内室中。在第二固化步骤中，该第二固化步骤可以紧接着第一固化步骤，将在内室中的液态建造材料固化，以便构成物体的变形区段。换言之，被包围的建造材料不在事后被移除，而是有针对性地用来构成与结构区段不同的变形区段。在此情况下，各固化步骤尤其是在时间上和在固化机制方面彼此不同，例如借助于辐射输入而固化和通过热量输入而固化。

6、这尤其是提供以下可能性：将结构区段和变形区段材料统一地并且材料锁合地构成，如已说明的，结构区段和变形区段具有不同的机械特性。因此不必要的是，针对物体的不同区域或不同区段或者不同功能采用不同的建造材料。取而代之，可以由唯一的建造材料或者说利用唯一的建造材料来执行增材制造过程。因此，结构区段构成硬区域或者说“硬壳”，在结束第一固化步骤之后液态的建造材料处在该硬区域中并且在结束第二固化步骤之后构成与结构区段相比更软的或者说更低牢固的变形区段。原则上在执行各固化步骤时可以实现不同的特性或者说不同的材料状态。在第一固化步骤中可以例如由建造材料产生热固性塑料。在制造变形区段时，可以由基于树脂的建造材料产生热固性塑料或者弹性体。

7、概念“结构区段”和“变形区段”可以任意地选择或者说改变。“结构区段”相对于“变形区段”具有更高的强度，或者说固化为结构区段的建造材料可以比在变形区段中的建造材料更牢固。因此结构区段可以限制物体的运动或变形。相应地，变形区段可以更容易地变形，使得变形区段相对于结构区段可以更弹性地构成，例如为了允许构件或物体的定义的运动。因此，在变形、传力等等方面的不同可能性是可能的，它们在下面说明。

8、如在前面已说明的，两个固化步骤可以——尤其是在时间上和在装置技术上——彼此独立地执行并且基于不同的机制。在此情况下要考虑到，第一固化步骤需要在第二固化步骤之前执行，以便限定内室，在该内室中接纳液态建造材料，该液态建造材料在第二固化步骤中固化为变形区段。

9、按照方法的一种方案可以规定，第一固化步骤通过建造材料的曝光来实施，和/或第二固化步骤通过建造材料的调温来实施。换言之，按照该方案，第一固化步骤可以通过对建造材料曝光来执行。建造材料的曝光可以最终包括辐射能量的输入，例如包括借助于能量射束的聚焦的曝光，或者包括在采用掩膜或者dlp过程或者多个单个的能特定地控制的辐射源的情况下的面状曝光。所采用的光线或者所采用的辐射的波长针对建造材料的特性。例如可以采用来自ir光谱或者uv光谱的辐射源。与之相比，第二固化步骤可以通过建造材料的调温而实施。在此情况下，建造材料可以被实现，使得该建造材料在超过确定的固化温度时固化。如已说明的，基于树脂的建造材料的选择原则上可以任意选择。建造材料具有活性的或者说反应性的基团，所述基团通过合适的能量输入而引起建造材料的固化或者交联。

10、按照方法的另一种方案可以规定，物体的至少两个区域构成用于确定物体的机械特性、尤其是用于确定一种定义机械装置的结构，该构成分配到第一固化步骤和第二固化步骤上。因此，所说明的结构可以具有至少一个第一区域或者说至少一个第一区段和至少一个第二区域或者说至少一个第二区段，它们为了确定机械特性而相互共同作用。例如，两个区域可以在力作用下相互支撑，例如相互嵌接。

11、在施加外力到物体上时，外力使得物体变形、例如压缩、拉伸、拉长或者变形，通过所述至少两个区域之中的至少一个区域可以允许定义的变型，据此，在达到确定的变形极限时两个牢固区域彼此贴靠。在此情况下，例如结构区段的两个构区域贴靠，这两个结构区域基于它们的提高的强度而不允许或者仅仅有限地允许进一步变形。结构区段的两个结构区域可以通过变形区段的变形区域相互耦联或者说通过力作用在该变形区域中可运动地支承。确定机械特性的结构可以例如包括结构区段的两个结构区域和变形区段的至少一个变形区域。该结构可以具有任意数量的区域，这些区域可以任意地配属于结构区段或者变形区段，或者可以构成结构区段或变形区段的组成部分。

12、另外可以规定，构成至少一个设置在内室中的传力路径，该传力路径具有定义的变形区域和定义的支撑区域、尤其是在具有第二固化程度的变形区段之内的具有第一固化程度的结构区段。因此，传力路径允许力沿着一条路径传递，该路径通过物体。在此情况下，物体可以例如处于基础状态下，在该基础状态下没有力作用到物体上。在基础状态下例如两个支撑区域或者支撑区段不直接接触，而是通过变形区域或者至少一个变形区段相互耦联。如果从所述的基础状态出发力沿着传力路径作用，那么首先变形区段可以变形，该变形区段基于低于第一固化程度的第二固化程度而能更容易变形。因此，变形可以在定义的变形区域上进行。

13、如果定义的变形区域被超过，那么结构区段的至少两个支撑区域或者说结构区域可以贴靠。由于结构区段的两个支撑区域的贴靠，力最终引导经过结构区段，使得进一步变形仅仅通过更牢固地构成的结构区段的变形才是可能的。换言之，定义的力传递是可实施的，该力传递首先允许物体的变形并且紧接着直接传力。力传递或者说力施加的类型和方式可以任意地作为拉力、压力或者弯曲力或者它们的任意组合被实施，并且能通过相应的变形区域和支撑区域来传递。也可能的是，物体在接触状态下没有力地存在，并且在施加力时结构区域或者说支撑区域在至少一个变形区域变形的情况下松开。

14、如已经说明的，两个结构区域或者说至少两个结构区域在至少一个变形区域变形之后相互贴靠，尤其是形锁合地相互贴靠。在此情况下，“自由的位移路径”可以被构成，沿着该位移路径，至少一个变形区域能在外力作用下变形。自由的位移路径例如说明从基础状态直至接触状态的最大变形，在接触状态下至少两个结构区域相互贴靠。因此，“自由的位移路径”表示至少两个结构区域(它们也可称为结构元件)在至少一个变形区域变形的情况下的相对运动。因此，结构区域或者说结构元件在第一固化步骤中构成，例如构成为结构区段的组成部分。至少一个变形区域与变形区段一起在第二固化步骤中构成，例如构成为变形区段的组成部分。

15、已说明的实施方式允许，在定义的力作用到物体上时允许物体的变形。在此情况下，物体可以从基础状态至少变形直至接触状态。在变形到接触状态时，至少两个结构区域相互靠近，变形区域能够变形。如果两个结构区域相互贴靠，那么达到接触状态，使得力最终经由两个结构区域传递。物体的进一步变形从接触状态起取决于结构区域的机械特性。所说明的传力路径也可以实现为链或者星链。各结构区域可以构成为相对彼此可运动的单个元件或者说单个的结构元件，例如构成为弹簧元件的各单个的区段或者构成为企口，尤其是构成为燕尾结构。各结构区域尤其是嵌入到至少一个变形区域中，使得这些结构区域在变形区域变形时能够相对彼此运动，直至这些结构区域相互贴靠。

16、自由的位移路径可以例如理解为变形区域，该变形区域在两个结构区域之间构成。最后，变形区域构成在两个相对硬的区域之间的相对软的区域，所述相对硬的区域通过结构区域构成。原则上，结构区域可以任意地构成，尤其是在它们的几何和布置方面。例如，结构区域和变形区域可以交替地布置，使得在两个结构区域之间相应地设置一个变形区域，或者相反。例如可以实现结构区域和变形区域在力方向上交替布置。所说明的布置相同于脊柱的构造，其中，各结构区域构成脊椎并且各变形区域构成椎间盘。在力作用到物体上时，变形区域允许运动，直至至少两个结构区域相互贴靠。因此，物体可以定义地变形，尤其是在由至少两个结构区域规定的界限之内变形。

17、除了板状或者脊椎状的结构区域的所说明的方案(这些结构区域可以例如理解为柱形的片体)之外，也可能的是，变形区域和/或结构区域球形地构成。例如至少一个结构区域可以构成为球体，所述球体接纳在构成为基体的变形区域中。相反的布置也是可能的，方式为，变形区域是球形的并且由至少一个结构区域包围或者说围绕。通过变形区域和结构区域的定义的布置，可以有针对性地影响物体的确定的机械特性。尤其是有针对性地在任意方向上，具体地在三维中通过结构区域和变形区域的三维布置，可以设定冲击韧性、用于碎片效果的倾向和在力作用时定义的特性。

18、除了所述方法的一种另外的方案可以规定，在内室之中构成封闭的、尤其是球形、长方体形或者棱锥形的至少一个结构区域，其包围变形区域。原则上，内室的造型可以任意选择并且在构成时可以在第一固化步骤中确定。根据通过构成结构区段和变形区段而应实现的机械特性的不同情况，形状或者说几何可以被适配。例如，相对硬的球体可以在软的基体中实现，以便虽然实现定义的机械特性，但是在损坏时降低碎片形成。球壳也可以嵌入到变形区域中，使得球壳不仅在外部而且在内部是软支承的。这允许，将物体的硬部分选择较小，并且在尺寸稳定性高的情况下实现较高的耐冲击性。例如多个结构区域、尤其是球体可以在内室中构成为点阵、尤其是球体点阵。

19、所述方法可以以如下方式进一步构成：构成至少一个柱形的结构区域、尤其是多个柱形的第一结构区域，其包围变形区域。所说明的方案可以理解为“柱系统”或者“隧道系统”的构成，其中，各一个变形区域由结构区域按照管子的方式包围。因此，各个柱形的结构区域作为硬壳包围以变形区域形式的软芯。在此情况下尤其是可以相应任意数量的第一结构区域设置为第一组，该第一组具有在空间中的确定的定向。这样的结构区域(例如第二结构区域)的至少一个另外的组或者另外的层可以相对于第一组或者说第一数量的结构区域具有定义的第二定向。在此情况下，物体或者至少一个物体区段例如由至少两层结构区域构成，其中，第一层具有带第一定向的第一结构区域，并且第二层具有带第二定向的第二结构区域。至少两个结构区域的各层的定向可以例如形成夹角0°、45°、90°或者各种任意的其他角度。

20、按照所述方法的另一种方案可以规定，至少两个结构区域通过至少一个变形区域间隔开地构成，其中，在力作用时能建立两个结构区域的耦联、尤其是形锁合的耦联。按照该方案尤其是能实现插接系统。所述物体在该情况下允许，通过力作用，卡入是一次性可能的，该卡入提供卡锁阻力，该卡锁阻力不再复位到基础状态，至少不再自动地复位到基础状态。换言之，至少两个结构区域构成卡锁机制，使得在引起变形区域变形的力作用时至少两个结构区域能够相互形锁合地接合，例如按照卡锁连接、卡扣连接或者夹紧连接的方式。

21、除了所述方法之外，本发明涉及一种增材制造的三维物体，该物体由基于树脂的在基础状态下液态的可固化的建造材料制成，其中，在第一固化步骤中构成具有第一固化程度的至少一个结构区段，该结构区段限定接纳液态建造材料的至少一个内室，并且在第二固化步骤中由接纳在内室中的液态建造材料构成变形区段，该变形区段具有与第一固化程度不同的第二固化程度。换言之，所述物体按照前述方法制成。

22、本发明还涉及一种用于增材制造三维物体的设备，所述设备构成用于实施前述方法。所述设备尤其是具有设立用于实施至少两个固化步骤的装置、例如至少一个固化装置，所述装置用于实施第一固化步骤(例如通过选择性固化建造材料)和用于实施第二固化步骤(例如通过对在内室中的液态建造材料调温)。特别是，所述设备具有一个第一固化装置和至少一个第二固化装置，所述第一固化装置构成用于借助于辐射来选择性固化建造材料以形成结构区段，所述第二固化装置构成用于对物体调温以固化液态建造材料，用于构成变形区段。

23、针对方法说明的全部的优点、细节、实施方式和/或特征可以完全适用于设备和三维物体。