一种具有构建区域的有利几何形状的3D打印设备制造技术

本发明专利技术涉及一种具有构建区域的有利几何形状的3D打印设备。该构建区域具有形成构建场的X轴和Y轴，以及Z轴。在构建区域中，尺寸比为Y>X>Z。Y:X的比在1.1至3.0之间，优选在1.2至2.0之间。之间。之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种具有构建区域的有利几何形状的3D打印设备
[0001]说明
[0002]本专利技术涉及具有构建区域的有利几何形状的3D打印设备。
[0003]欧洲专利EP 0 431 924 B1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，通过重涂机将一薄层颗粒材料沉积在平台上，并且通过打印头将粘合剂材料选择性地打印在该薄层颗粒材料上。其上打印有粘合剂的颗粒区域在粘合剂和可选的附加硬化剂的影响下粘合并固化。接下来，将构建平台下降一层厚度或将重涂机/打印头单元升高，以及施加一层新的颗粒材料，这新的一层颗粒材料如上所述打印在构建平台上。重复这些步骤，直到达到物体的某个所需高度。因此，打印区域和固化区域形成三维物体(3D部件，成型制品)。
[0004]完成后，由固化的颗粒材料制成的物体嵌入松散的颗粒材料中，随后将其从松散的颗粒材料中释放出来。为此，例如可以使用抽吸装置。这留下了理想的物体，随后必须例如通过刷掉残留粉末的方式使该物体不含任何残留粉末。
[0005]其他基于粉末的快速成型工艺，例如选择性激光烧结或电子束烧结或高速烧结以类似的方式工作，也逐层施加松散的颗粒材料，并使用受控的物理辐射源选择性地固化颗粒材料。
[0006]在下文中，所有这些工艺将被概括为术语“三维打印方法”或“3D打印方法”。
[0007]在已知的3D打印机设备中，构建场和构建区域是根据机器的其他要求定制的。主要设计目标也可能是提供特定的构建体积，以便打印相应的小零件或大零件。
[0008]在激光烧结、喷墨粘合、高速烧结等不同的3D打印工艺中，根据工艺的不同应用或需要不同的工艺条件，这决定了进一步的机器设计和其他工艺参数。所使用的构建材料和打印组件在这里也有影响。
[0009]特别是，已知3D打印机的构建体积受许多因素的影响。一方面，待打印的零件会对此提出一些要求。例如，如果客户想要生产主要尺寸为500mm的零件，那么3D打印机的构建体积应至少在一个方向上具有该尺寸。
[0010]另一方面，在选择构建体积时，还必须考虑构建体积速度等工艺参数。构建体积速度决定了3D打印机需要多长时间来处理完整的构建体积。有利地，在工业3D打印机中，构建体积和构建体积速度相对于彼此进行选择，以便可以在24小时内打印完整的作业并且可以使用新作业启动系统。在这种情况下，3D打印机可以单班作业，利用率高。但是，前提是3D打印机可以在无人操作下一整夜运行。如果3D打印机的构建体积速度与构建体积相比非常高，也可以选择构建体积，以便在8
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10小时的白班时间内完成一项作业，并在小于14小时的时间内过夜构建完成另一项作业。进一步降低构建体积与构建体积速度的比率则需要多班操作员在场或使前处理和后处理完成自动化操作，以利用更高的生产率。
[0011]此外，3D打印机的构建体积也由工艺限制定义。图1中的示意图显示了例如用于激光烧结的市售设备。在这种情况下，激光105在穿过保护玻璃和/或透镜系统107之前通过反射镜装置106偏转以在构建场表面101上绘制图形102。
[0012]在激光入射到颗粒材料上时，材料被烧结，一层一层地形成模制品102。处理室在
顶部由盖子108界定以保持温度并防止对流。方形工艺表面通常是设备的首选。其原因是由于昂贵的保护玻璃107的尺寸和激光束在最大偏转角处的焦点损失，激光光学器件的工作范围有限。因此，典型的构建场尺寸为200mm2至400mm2。尺寸更大，温度管理也更加困难，这要求构建现场温度尽可能保持恒定。此外，聚焦激光所需的较大光学器件的额外成本以及所需的额外激光功率与所获得的构建区域不相称。
[0013]确实，市场上有一些设备具有两个激光系统，可以在一维上将可操作的工艺表面加倍。然而，质量损失是意料之中的，因为事实证明在两个激光场的交界处对齐是很困难的。
[0014]在本领域中称为“高速烧结”的另一种3D打印工艺中，颗粒材料的固化通过红外辐射的输入来实现。颗粒材料因此通过熔合工艺物理结合。在这种情况下，利用了无色塑料材料对热辐射的吸收相对较差的这一优点。通过将IR受体(吸收剂)引入塑料材料中，可以多次增加所述吸收。IR辐射可以通过多种方式引入，例如一个条形红外灯引入，该红外灯在构建区域上均匀移动。通过使用IR受体对各个层进行特定打印来进行选择。
[0015]因此，在打印位置，IR辐射比在未打印区域更好地耦合到颗粒材料中。这导致层内选择性加热超过熔点，并因此导致选择性凝固。例如，在EP1740367B1和EP1648686B1中描述了该工艺。
[0016]由于在使用高速烧结的3D打印工艺中没有使用激光系统，因此上述激光烧结的限制不适用于这种情况。
[0017]然而，可以注意到，在已知的3D打印机中，构建区域的几何形状和尺寸大小并不总是相对于其他机器和工艺特征进行最佳选择。
[0018]这可能对工艺速度或/和其他机器和工艺参数产生不利影响，从而可能导致次优工艺并涉及成本效益、质量或其他缺点方面的不利点。
[0019]因此，本专利技术的一个目的是提供一种设备，该设备在构建区域的几何形状或/和构建表面的尺寸或/和构建区域的尺寸方面得到改进，用于3D高速烧结工艺或3D激光烧结工艺，或至少减轻或完全避免现有技术的缺点。
[0020]因此，本专利技术的另一个目的是提供一种设备，该设备改进了构建区域的几何形状或/和构建表面的尺寸或/和构建区域的尺寸以及与3D高速烧结工艺或3D激光烧结工艺中的其它工艺参数的相互作用，或该设备至少减轻了或有助于完全避免现有技术的缺点。

技术实现思路

[0021]一方面，本公开涉及一种具有构建区域的优化几何形状的3D打印设备，用于高速烧结工艺或激光烧结工艺或烧结工艺或多射流熔融工艺，其中所述构建区域的几何轴的尺寸比为Y>X>Z和/或其中Y:X的比在1.1至3.0之间。
[0022]另一方面，本公开涉及一种用于高速烧结工艺或激光烧结工艺或烧结工艺或多射流熔融工艺的3D打印设备，其中构建区域的特征在于形成构建区域的X轴和Y轴，以及Z轴，其中在构建区域中存在尺寸比Y>X>Z和/或其中Y:X的比在1.1至3.0之间。
[0023]另一方面，本公开涉及本文公开的构建区域的几何形状与双冷却烧结组件的组合，其中第一闭合冷却空气回路联接到优选地基于流体的第二冷却空气回路。
[0024]另一方面，本公开涉及一种高速烧结工艺或激光烧结工艺或烧结工艺或多射流熔
融工艺，用于通过颗粒材料施加和选择性固化来生产模制品，该工艺包括所有进一步的工艺步骤以及3D打印工艺所必需的工艺装置，该工艺在构建区域中进行，该构建区域的特征在于形成构建区域的X轴和Y轴，以及Z轴，其中在构建区域中尺寸比为Y>X>Z和/或其中Y:X的比在1.1至3.0之间。
附图说明
[0025]图1示出了具有激光的现有技术烧结机。
[0026]图2示出了在使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于高速烧结工艺或激光烧结工艺或烧结工艺或多射流熔融工艺的3D打印设备，其特征在于，构建区域的特征在于形成所述构建场的X轴和Y轴，以及Z轴，其中在所述构建区域中存在尺寸比Y>X>Z和/或其中Y:X的比在1.1至3.0之间，优选地在1.2至2.0之间。2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述重涂机基本上沿长度Y延伸并沿X方向移动，或/和其中所述构建场在Y方向上的尺寸为50cm和更大并且所述构建区域在Z方向上的尺寸为50cm和更小，更优选地所述构建场在Y方向上的尺寸为60cm和更大，并且所述构建区域在Z方向上的尺寸为40cm和更小，或/和其中所述重涂机、所述打印头和/或所述烧结发射器组件在X方向上是窄的，优选在X方向上总体比所述构建场小，特别优选地在X方向上比所述构建场小80％，或/和其中所述重涂机、所述打印头和/或所述烧结发射器组件基本上沿长度Y延伸并沿X轴行进，或/和其中所述打印头的所述打印模块以梳状方式排列，或/和其中所述3D打印设备包括用于散热的装置，优选地其中一个或多个或所有载热元件与冷却剂耦合，或/和其中用于散热的装置是空气或气体或气体混合物或冷却液，例如油基、水或水基混合物，或热管系统，或/和其中所述烧结组件由空气或气体或气体混合物或/和冷却液或/和通过热管冷却，或/和其中所述烧结组件的特征在于闭合空气冷却回路和基于液体的冷却回路，并且其中空气，或气体，或气体混合物在所述闭合空气冷却回路中循环，优选地通过空气冷却回路中的通风装置，或/和冷却液，或/和通过热管进行冷却，或/和其中所述基于液体的冷却回路布置在背离所述构建场的一侧上或/并且与另外的冷却剂、优选地外部冷却剂耦合，或/和其中所述闭合空气冷却回路至少部分地被引导经过辐射换能器，优选地，其中所述空气冷却回路至少部分地在两个辐射换能器之间被引导，或/和其中用于扩大表面积的装置布置在所述空气冷却回路中，优选地，布置在冷却肋、冷却翅片、冷却盘管或冷却螺旋线中，与基于液体的冷却回路耦合，或/和其中IR发射器设置在初级和次级辐射换能器与所述基于液体的冷却回路之间，并且可选地，反射器设置在所述IR发射器和液流冷却构件之间，或/和其中，所述基于液体的冷却回路通过在所述烧结组件外部的液流冷却构件进行冷却，该冷却构件优选地是支撑盖，或/和其中，用于所述闭合空气冷却回路的空腔位于所述初级辐射换能器和所述次级辐射换能器之间以及所述初级辐射换能器和所述支撑盖之间，优选地，其中所述液流冷却构件的表面扩大部布置在其中，并且可选地，空腔位于所述烧结组件的侧壁中，所有空腔相互连通以形成闭合空气冷却回路，或/和其中反射器设置在所述初级辐射换能器和所述支撑盖之间的空腔中，或/和其中所述闭合空气冷却回路与环境空气没有连接，或/和其中所述3D打印设备包括一个、两个或更多个辐射换能器，优选地初级和/或次级辐射换能器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备包括不同波长的宽带电磁辐射的发射器，其光谱在相当大程度上彼此偏离，优选地为峰值波长在3μm和5.5μm之间的长波IR发射器，与峰值波长在0.7μm和2μm之间的短波红外范围内的发射器相结合，或长波红外发射器，与非相干电磁辐射发射器相结合，该非相干电磁辐射发射器具有波长0.3μm至1.5μm之间的窄光谱，优选在可见光范围内，或波长3μm至1.6μm范围内的宽带中波IR发射器，与峰值波长在0.7μm至1.6μm范围内的短波IR发射器相结合，优选地，所述3D打印设备包括作为发射器的陶瓷发射器、面板型发射器、石英卤素发射器、石英钨发射器、加热导体、石英玻璃管、碳发射器、近红外发射器、不同波长的...

【专利技术属性】
技术研发人员：英戈，
申请(专利权)人：沃克斯艾捷特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：