用于制备三维物体的3D打印系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于制备至少部分地由已膨胀聚合物制成的三维物体的三维打印系统，其包括：i）打印设备（10），所述打印设备（10）用于制备可膨胀聚合物熔体，并且用于将可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物的股线沉积到表面上；以及ii）三维移动设备，所述三维移动设备用于在预先限定的三维矩阵中调整所述打印设备的位置，从而允许在预先确定的时间将所述可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物股线沉积在所述三维矩阵内的精确位置处，其中所述打印设备包括：a）馈送区段（16），所述馈送区段（16）在所述打印设备的上游端处；b）加热区段（20）；c）加压区段（22）；d）发泡剂供应管线（26）；e）混合区段（24）；f）冷却区段（28）；以及g）末端打印头区段（30），所述末端打印头区段（30）在所述打印设备的下游端处，包括用于将所述可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物股线沉积到所述表面上的模具，其中所述混合区段e）和所述冷却区段f）布置在所述馈送区段a）、所述加热区段b）和所述加压区段c）的下游，并且其中所述发泡剂供应管线d）具有一个或多个排放端，所述一个或多个排放端与所述加压区段c）、混合区段e）和冷却区段f）中的一者或多者连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备三维物体的3D打印系统
本专利技术涉及一种用于制备至少部分由已膨胀聚合物（例如聚苯乙烯泡沫）制成的三维物体的三维打印系统，并且涉及一种用于制备至少部分由已膨胀聚合物制成的三维物体的方法。
技术介绍
已膨胀聚合物（即，聚合物泡沫）是多孔结构，其特征在于低密度。泡沫分为闭孔泡沫、开孔泡沫、混合多孔泡沫和整体泡沫。虽然闭孔泡沫包括被固体聚合物材料完全环绕并且填充有气体的孔，但是开孔泡沫的孔不被固体聚合物材料完全环绕、并且因此彼此互连。因此，开孔泡沫可以吸收液体（例如水），而闭孔泡沫不吸收液体。混合多孔泡沫包括开孔和闭孔，而整体泡沫具有厚的非多孔或至少基本上非多孔的外壁以及在其间的多孔芯，其中密度基本上连续地从外壁到内芯减小。泡沫容易形成、具有低张力强度、具有高隔音性质，并且此外，其特征在于低导热性。由于这些性质，泡沫容易加工，并且应用于各种商业领域中。例如，闭孔泡沫（例如由聚苯乙烯或聚氨酯制成的那些）在多个工业领域中用作绝热材料，诸如例如用作建筑保温材料。泡沫的商业应用的其它示例是隔音材料、衬垫、床垫、垫子和海绵。泡沫可以由几乎所有市售聚合物制成，例如由乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯、丁腈橡胶、丙烯腈和丁二烯的共聚物、聚氯丁烯、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乳酸和聚氯乙烯制成。已知数种用于生产泡沫制品的方法。因此，一个示例是直接注射膨胀泡沫模制工艺，其中通过喷嘴将包括发泡剂的经加压的聚合物熔体注射到模子中。在其中存在比经加压的聚合物熔体的压力更低的压力的模子中，发泡剂膨胀，因此按所期望的形状形成聚合物泡沫。另一示例是在释放压力和降低温度之前通过发泡剂（例如二氧化碳）在升高的温度和压力下在高压釜中温育聚合物颗粒，以便使所述颗粒发泡成泡沫珠粒（bead）。然后，可以将这些泡沫珠粒注射到模子中，然后通过施加压力和蒸汽，使所述泡沫珠粒在所述模子中热熔融成所期望的形状。因此，仍另一示例是通过使包括聚合物熔体的经加压的发泡剂通过模具板的模具挤出并且通过在水下造粒机中使聚合物熔体股线（strand）直接在模具后面造粒来形成可膨胀的聚合物珠粒，其中聚合物熔体在压力下冷却以避免聚合物股线的膨胀。然后，所述可膨胀聚合物珠粒可以在模子中发泡和熔融成具有所期望形状的制品。最近，已经提出利用三维（3D）打印来生产泡沫制品。这具有如下优点：不需要费力且生产昂贵的模制品。此外，3D打印很快，从而允许在所述过程期间改变材料，并且仅产生非常少量的废物。CN106493968A公开一种基于3D打印生产发泡产品的方法和装置。所述装置包括作为模制单元的3D打印机、超临界渗透单元和发泡单元。虽然所述超临界渗透单元包括预热器、增压泵、二氧化碳存储罐和渗透容器，但是发泡单元主要由蒸汽发生器、泡沫箱和盖板组成。所述方法包括以下步骤：首先，经由3D打印机打印聚合物熔体的三维模型；其次，将所形成的三维模型放入超临界渗透单元的渗透容器中，并且使超临界二氧化碳渗透；以及第三，在泡沫箱中执行三维模型的蒸汽发泡，以便获得发泡产品。然而，此过程具有数个缺点。首先，其并不允许生产包括发泡区段和非发泡区段的混合制品。相反，此方法仅允许生产完全且均匀发泡的制品。另外，无法令人满意地控制通过此方法生产的发泡产品的泡沫结构和密度。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的是提供一种3D打印系统以及一种用于制备至少部分由已膨胀聚合物制成的三维物体的方法，其更灵活，并且特别允许控制发泡产品的泡沫结构和密度，并且允许生产包括发泡区段和非发泡区段的混合制品。根据本专利技术，此目的通过提供一种用于制备至少部分由已膨胀聚合物制成的三维物体的3D打印系统来满足，所述3D打印系统包括：i）打印设备，所述打印设备用于制备可膨胀聚合物熔体，并且用于将所述可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物的股线沉积到表面上；以及ii）三维移动设备，所述三维移动设备用于在预先限定的三维矩阵中调整所述打印设备的位置，从而允许在预先确定的时间将所述可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物股线沉积在所述三维矩阵内的精确位置处，其中所述打印设备包括：a）馈送区段，所述馈送区段在所述打印设备的上游端处，b）加热区段，c）加压区段，d）发泡剂供应管线，e）混合区段，f）冷却区段；以及g）末端打印头区段，所述末端打印头区段在所述打印设备的下游端处，包括用于将所述可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物股线沉积到表面上的模具，其中所述混合区段e）和所述冷却区段f）布置在所述馈送区段a）、所述加热区段b）和所述加压区段c）的下游，并且其中所述发泡剂供应管线d）具有一个或多个排放端，所述一个或多个排放端与所述加压区段c）、所述混合区段e）和所述冷却区段f）中的一者或多者连接。根据本专利技术的3D打印系统并不将聚合物股线沉积到目标表面上，所述聚合物股线必须随后注射发泡剂、并且然后发泡。相反，根据本专利技术的3D打印系统将包括发泡剂的聚合物的混合物的股线沉积到目标表面上。在已经馈送到打印设备的馈送区段a）中之后，所述聚合物在加热区段b）中熔化，并且在加压区段c）中加压，然后经由发泡剂供应管线d）将发泡剂注射到经加压的聚合物熔体中。由于所施加的压力，如此形成的可膨胀经加压的聚合物熔体并不在打印设备的此区段中分别膨胀或发泡。随后，混合并冷却所述可膨胀经加压的聚合物熔体，然后通过将其按压通过打印设备的末端打印头区段的模具而将其沉积到目标表面上。尤其依赖于在打印设备中调整的混合物的流率和在冷却区段中调整的温度，将可膨胀聚合物、膨胀中的聚合物或已膨胀聚合物的股线沉积到目标表面上。如果混合物的温度在末端打印头区段中足够低，则所述混合物将仅在离开末端打印头区段之后、在经受打印设备外部的环境温度时分别膨胀或发泡，使得可以沉积可膨胀聚合物（即，未膨胀聚合物）的股线，所述聚合物在沉积期间或者在所述表面上沉积之后立即膨胀。然而，如果末端打印头区段中的混合物的温度较高，则所述混合物在离开末端打印头区段时就将已经分别膨胀或发泡（使得沉积了膨胀中聚合物的股线）或者甚至在离开末端打印头区段之前就将已经分别膨胀或发泡（使得沉积了已经膨胀的聚合物的股线）。因此，根据本专利技术的3D打印系统在这方面非常灵活。另外，根据本专利技术的3D打印系统允许改变打印设备中包括发泡剂的聚合物的混合物中发泡剂的浓度，从而允许通过改变冷却区段的温度来改变打印设备中的所述混合物的温度，从而允许改变所述混合物通过打印设备的流率，并且从而允许随时间的推移改变馈送到打印设备中的聚合物的种类。由于这些原因，根据本专利技术的3D打印系统允许任意控制发泡产品的泡沫结构和密度。此外，通过暂时停止将发泡剂添加到聚合物熔体中，允许生产包括发泡区段和非发泡区段的混合制品。总而言之，本专利技术提供一种3D打印系统以及一种用于制备至少部分由已膨胀聚合物制成的三维物体的方法，其更灵活，并且特别允许控制发泡产品的泡沫结构和密度，并且允许生产包括发泡区段和非发泡区段的混合制品。原则上，关于打印设备及其区段的形式，本专利技术并不特别受限。因此，所述区段中的一者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种用于制备至少部分地由已膨胀聚合物制成的三维物体的三维打印系统，其包括：/ni）打印设备（10），所述打印设备（10）用于制备可膨胀聚合物熔体，并且用于将可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物的股线沉积到表面上；以及/nii）三维移动设备，所述三维移动设备用于在预先限定的三维矩阵中调整所述打印设备（10）的位置，从而允许在预先确定的时间将可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物股线沉积在三维矩阵内的精确位置处，/n其中，所述打印设备（10）包括：/na）馈送区段（16），所述馈送区段（16）在所述打印设备的上游端（12）处，/nb）加热区段（20），/nc）加压区段（22），/nd）发泡剂供应管线（26），/ne）混合区段（24），/nf）冷却区段（28）；以及/ng）末端打印头区段（30），所述末端打印头区段（30）在所述打印设备（10）的下游端（14）处，包括用于将可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物股线沉积到所述表面上的模具（32），/n其中，所述混合区段（24）和所述冷却区段（28）布置在所述馈送区段（16）、所述加热区段（20）和所述加压区段（22）的下游，并且其中，所述发泡剂供应管线（26）具有一个或多个排放端，所述一个或多个排放端与所述加压区段（22）、所述混合区段（24）和所述冷却区段（28）中的一者或多者连接。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180830 EP 18191777.41.一种用于制备至少部分地由已膨胀聚合物制成的三维物体的三维打印系统，其包括：
i）打印设备（10），所述打印设备（10）用于制备可膨胀聚合物熔体，并且用于将可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物的股线沉积到表面上；以及
ii）三维移动设备，所述三维移动设备用于在预先限定的三维矩阵中调整所述打印设备（10）的位置，从而允许在预先确定的时间将可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物股线沉积在三维矩阵内的精确位置处，
其中，所述打印设备（10）包括：
a）馈送区段（16），所述馈送区段（16）在所述打印设备的上游端（12）处，
b）加热区段（20），
c）加压区段（22），
d）发泡剂供应管线（26），
e）混合区段（24），
f）冷却区段（28）；以及
g）末端打印头区段（30），所述末端打印头区段（30）在所述打印设备（10）的下游端（14）处，包括用于将可膨胀、膨胀中或已膨胀聚合物股线沉积到所述表面上的模具（32），
其中，所述混合区段（24）和所述冷却区段（28）布置在所述馈送区段（16）、所述加热区段（20）和所述加压区段（22）的下游，并且其中，所述发泡剂供应管线（26）具有一个或多个排放端，所述一个或多个排放端与所述加压区段（22）、所述混合区段（24）和所述冷却区段（28）中的一者或多者连接。


2.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中，至少所述区段（16）、（20）、（24）和（28）是具有相同内直径的管状区段，所述内直径优选地在1与10mm之间、并且更优选地在2与4mm之间。


3.根据权利要求1或2所述的三维打印系统，其中，
i）所述馈送区段（16）、所述加热区段（20）、所述加压区段（22）、所述混合区段（24）、冷却区段（28）和所述打印头（30）从所述打印设备（10）的上游端（12）到下游端（14）按此次序布置，或者
ii）所述馈送区段（16）、所述加热区段（20）、所述加压区段（22）、所述混合区段（24）、冷却区段（28）和所述打印头（30）从所述打印设备（10）的上游端（12）到下游端（14）按如下次序布置：馈送区段（16）、之后是所述加压区段（22）、之后是所述加热区段（20）、之后是所述混合区段（24）、之后是所述冷却区段（28）、之后是所述打印头区段（30），或者
iii）所述馈送、加热和加压区段（16）、（20）和（22）组合成一个区段，之后是所述混合区段（24）、之后是所述冷却区段（28）、之后是所述打印头区段（30）。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的三维打印系统，其中，所述加热区段（20）是包括管子的管状区段，其中，珀尔帖元件、电阻加热器或热交换器设置在所述管子的外壁上。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的三维打印系统，其中，所述加压区段（22）包括活塞压缩机、螺杆压缩机或齿轮压缩机，其中，所述加压区段（22）的壁优选地包括加热器件，所述加热器件优选地是珀尔帖元件、电阻加热器或热交换器。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的三维打印系统，其中，所述冷却区段（28）布置在所述混合区段（24）的下游，并且其中，所述发泡剂供应管线（26）具有一个排放端，所述排放端与所述混合区段（...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·希尔兹，丹妮尔·塔马罗，乌拉·特罗姆斯多夫，克劳迪奥·沃克，
申请(专利权)人：苏尔寿管理有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH