[发明专利]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

说明书

一种制造部件(1)的方法，包括步骤：在工作介质中设置前体材料；产生声力，并且在声力的作用下定位工作介质中的前体材料，从而形成材料分布，该材料分布具有待制造的部件的形状；以及对材料分布和工作介质中的至少一者进行固定，使得材料分布的前体材料或者围绕材料分布的工作介质结合，其中，产生声力的步骤包括生成声干扰图案(5)，并且通过将前体材料(3)朝着声干扰图案(5)的能量极值移动而形成材料分布(4)。此外，描述了一种用于制造部件(1)的设备(100)。

技术领域

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US 2012/0068383 A1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。

发明内容

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。