[发明专利]通过使用3D打印设备用于生产物体的方法和设备

说明书

本发明涉及一种通过使用3D打印设备(10)生产物体(40)的方法，该3D打印设备(10)具有至少一个具有卸料设备(24)的打印头(22)，其中该卸料设备(24)被设计用于将打印化合物(42)放置在期望的位置以便生成性地生产该物体(40)。特别地，此处提供了通过位置测量设备(20)连续地确定该打印头(22)的位置，以及根据连续确定的该打印头(22)的位置通过该卸料设备(24)放置该打印化合物(42)。本发明的另一方面涉及通过该方法生产的弹性体部件、被设计用于执行该方法的3D打印设备(10)和计算机程序。

技术领域

本发明涉及一种使用3D打印设备制造物体的方法，所述3D打印设备具有至少一个打印头，该打印头具有至少一个卸料设备，其中该卸料设备被设计成将打印材料放置在目标位置以便增材地制造物体。本发明的另一方面涉及通过该方法生产的弹性体部件，涉及3D打印设备和涉及被设计成执行该方法的计算机程序。

背景技术

已知多种不同的增材制造方法用于生产原型、小批量或单个制品。这些方法(也被称为3D打印)的共同之处在于，基于计算机模型直接制造制品或物体。为了生产物体，例如，通过施加硬化剂以将粉末选择性地固结，并且将该硬化剂以取决于待制造的物体的图案应用于粉末。其他方法包括激光烧结(其中使用激光根据定义图案以期望形式将粉末熔化而固结)和熔融长丝制造(其中由可熔塑料逐层生产物体)。同样已知的方法是用喷嘴逐滴释放液体并且例如通过UV辐射的作用来将其固化。

DE 10 2011 012 412 A1和DE 10 2011 012 480 A1描述一种逐步生产3D结构的设备和方法，该设备具有至少两个(优选50至200个)打印头喷嘴的打印头布置，这使得可以位置-选择性地应用任选地具有不同光敏性的多种光交联性材料，其中该光交联性材料随后通过电磁辐射以位置-选择性方式固结，特别是通过在激光焦点区域中的双光子或多光子过程来固结。通过喷墨打印来施加光交联性材料对该光交联性材料的粘度提出了特殊的要求。例如，光交联性材料的粘度应小于200mPa·s，特别是小于80mPa·s，更优选小于40mPa·s。为了通过双光子或多光子聚合实现所施加材料的充分交联，需要与激光波长匹配的光引发剂以及含可光交联性基团的聚合交联剂组分，其中该光可交联性基团属于以下种类：丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酰胺类、氨基甲酸酯丙烯酸酯类、氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯类、脲丙烯酸酯类和脲甲基丙烯酸酯类。然而，所描述的方法不适合于生产由硅酮弹性体组成的模制品。首先，所使用的光引发剂、光敏剂、共引发剂等在(非极性)硅酮材料中仅具有有限的溶解度，这导致了混浊、微相分离和不均匀性。已知用上述光可交联性基团官能化的硅酮的自由基固化具有由氧引起的抑制问题，这大大降低了交联速率并产生粘性表面。例如，如果通过增加丙烯酸酯基团的官能密度来抵消这种影响，则结果是非弹性的脆性硫化胶。最后，脉冲飞秒激光产生的光子聚合所需的(特别是由于光聚合性基团的低官能密度所导致的)极高局部光子密度在硅酮中启动分解反应(碳化)，这导致不可接受的变色和材料损坏。

可交联材料的位置-选择性施加可以例如通过挤出来实现。DE 10 2012204 494A1描述了用于伤口处理的由硅酮制成的初级敷料的生产，其生产方法之一是3D打印。该初级敷料采用网格或筛网的形式，类似于长丝3D打印，其是通过喷嘴曲线(meandering)连续挤出硅酮橡胶材料并随后进行交联来形成的。

交联性材料的位置-选择性施加也可以使用打印头来实现，所述打印头类似于2D喷墨打印机，具有多个喷嘴。WO 2008/151063公开了基于喷墨打印头应用的设备。这是通过使用可以在添加活化剂后固化的造型液(modeling liquid)完成的。为此，该设备具有多个打印头，其中一个打印头释放造型液而其它打印头释放活化剂。

US 2012/0156319 A1涉及一种用于从可固结材料生产三维物体的设备。该设备包括处理单元，在该处理单元中，可固结材料被转化成液相并被引入到储罐中。为了形成物体，通过释放单元以单个液滴的形式从储罐释放该材料。