CN103702811A - 一种用于制造成形物体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生产模制物体的方法，包括：涂布一颗粒层，涂布一粘结剂以及熟化所述模制物体。以及涉及一种用于生产金属或陶瓷模制物体的装置，该装置包括：一储存空间，配置为用于接收分散在悬浮液中的悬浮的金属或者陶瓷颗粒的；一成层涂布装置，配置为用于从储存空间中反复移出大量悬浮物、并将其传输入一工作空间并将其涂布为一层；一干燥装置，配置为用于干燥工作空间中的涂布层；一粘结剂涂布装置，配置为用于在干燥层上依照要生产的模制物体的层模型局部涂布粘结剂，涂布的方式使得干燥层的颗粒相互局部粘接并且可选地不涂布置于干燥层下方的至少一层的颗粒；和一脱模装置，配置为用于通过从由粘结剂相互粘接的颗粒中分离无粘结剂的残料的方式将模制物体脱模。还包括一种快速建模方法，包括：生产一生胚并烧结该生胚。

Description

一种用于制造成形物体的方法及装置

本发明涉及金属或陶瓷成形体的制造的技术。涉及到附加的生产工艺领域，特别是快速成型的领域并涉及到紧密固体的层状结构。

背景技术

最近几年，制造工业的需求，特别是在开发和模型快速成型领域发生了很大的变化。越来越多的更复杂的产品变化使得模型设计的需求不断地增加。按照“快速成型技术”或“快速制造技术”的关键概念各种新技术应运而生，在新技术的帮助下可以实现更灵活的制造。

这个工艺的一个基本特征是从随后控制加工装置的CAD几何数据中得到的过程控制数据的建立。所有的这些方法都有下面的共同特征。设计不是由于材料的减少而发生，而是由于材料的增加或是材料由液体到固体的相变或是找到可替代的粉末状原料的压紧而发生。此外，依靠有限厚度的分层得到的部分几何图形的所有方法，是通过切片工艺直接由CAD数据实现的。

目前可利用的方法的不同点在于在分层或附加的施工工艺中材料的初始状态，也就是固体、液体或气体。各种方法都被讨论。

选择性激光烧结（SLS）最初用于尼龙、聚碳酸酯和蜡的粉末，后来被用于金属粉末。在一个反应器中粉末层被烧结成一个生坯，其中熔化温度是通过CO₂激光的使用得到的。

在多相喷射凝固（MJS）中金属粉末-粘合剂的混合物的处理类似于计算机控制的可移动喷嘴的注射成型工艺以形成分层，分层依次构成组件。

立体平板印刷使用液体的对紫外敏感的聚合物作为原料，分层被激光辐射固化并被放置在基片上。工件被依次堆积在平台上，平台低于在树脂熔池内固化的各自分层的相应层次的水平。

液体聚合物作为原料同样可以用于复印固化成型技术（SGC）。薄的聚合物层在预定位置被紫外线曝光后变硬并逐层地构成一个组件。

同时喷丸（SSP），一个将熔融金属喷涂在合适模具表面的已知方法。这一实例说明喷射工具可以作为喷雾器或模具的一部分。

熔融沉积成型（FDM）和多相喷射凝固（MJS）工艺非常相似。也有一个NC控制的可移动喷嘴通过高度调节安放在工件上。通过熔融金属的堆层切面和平台相应地降低建造组件。

分层实体制造（LOM）最初用于发展纸或塑料组件的生产。激光在对应组件切割的单层通过使用粘合剂层压在工件上。

在欧洲专利EP 1 266 878 AI中描述了所谓的LSD方法和用于实现该方法的装置，其中还有使用由薄膜注塑方法制得的模具系统得到的陶瓷生坯。此外与选择性激光烧结相比，使用一束激光对陶瓷生坯进行局部硬化/烧结。通过对激光束选择的位置的陶瓷原料的烧结，成型体被逐层的组合起来。在已知方法中液体混悬物或塑料的分层被反复使用，然后干燥。于此，在选定的位置用激光束对各自的干燥层烧结以便形成成形体。在已知方法中，通过烧结过程激光被用来在干燥的生坯薄板上写信息层。虽然激光辐射导致了生坯层的局部烧结，从而使辐射区域在用水作溶剂的脱模过程中从生坯上溶解出来，但是，激光辐射区域的性能和传统的烧结陶瓷的性能不同。随后的传统烧结不能改变组件的性能，具有与传统烧结组件相媲美的性能的组件被生产出来了。

进一步的，3D粘合剂印刷工艺是已知的，比如专利WO98/09798。这里，分层粘结的材料层之间是铺展的粉末状或颗粒状的粘合剂层。粘合剂的作用是逐渐的粘结原料层。为了这个目的，合适的材料被描述，比如专利DE 10 2006 029 298 A1。

发明内容

本发明的目的是提供一个用于生产金属或陶瓷模具的改进的技术，利用本发明具有希望密度的材料的成形体能在工厂里被可靠地和认真地制造。

根据本发明，这个目的是根据权利要求2通过生产金属或陶瓷成形体的方法解决的。此外，根据独立权利要求14提供了一个用于生产金属的或陶瓷的成形体的设备。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

本发明包含一个制造金属或陶瓷成形体的方法，该方法包含以下步骤：

—                    通过反复执行下面的步骤，由金属的或陶瓷的材料制得了一个成型的物体：

—                    在工作容积内应用一层金属的或陶瓷的颗粒的悬浮液，

—                    干燥在工作容积内的涂层

—                    干燥涂层的局部应用和相应的生产成形体的层模型的粘合剂层的处理，此外被局部的粘附到至少比干燥涂层低的粒子上，

—                    无粘合剂的剩余材料制的成形体的脱模，在粘合剂粒子的帮助下从与模具的互联中释放出来。

根据本发明的另一方面，成形体的生产包括液体的局部使用、可以改变粒子材料工作时的溶解度的粘合剂。在这种情况下，在粒子材料工作过程中粒子层或粒子材料的使用是可以理解的。与成形体的层模一致，粒子材料的溶解度可变的液体粘合剂的局部使用，与不含颗粒粘合剂相反分层的颗粒材料的溶解度是改变的，也就是分层的相关部分的溶解度是改变的。于是用于模塑部分的结构的颗粒层的溶解度改变了。脱模后周围的颗粒材料制得的成形体就出来了。根据本发明的另一部分，用于制造金属或陶瓷成形体的装置具有以下的特征：

—                    一个用来接收分散在液体中的金属的或陶瓷的颗粒的混悬液的储存体积，

—                    形成分层的装置，在储存空间被反复配置为大量的浆料，然后转移到工作空间，在那里被用作分层，

—                    一个除湿设备，被配置在用于涂层的除湿的工作空间里，

—                    配置粘合剂释放设备，粘合剂，与局部除湿层相一致的成形体的涂层模型，以便使在分层中彼此除湿的颗粒被局部的粘合到至少一层干燥的底层上，

—                    脱模，用于将成形体从模具中脱离出来，将粘合剂的自由基从粘合剂颗粒帮助下的互连中释放出来。

在推荐的方法中，在被生产的成形体外部的相关的自由工作空间内，金属的或陶瓷的成形体被生产，其中应用了由金属的或陶瓷的颗粒的悬浮液依次形成的多个分层，颗粒是分散在悬浮液中的。金属的或陶瓷的颗粒的悬浮液每一次干燥的涂层应用之后，粘合剂就被局部的用在模型的另一层下面的干燥层的颗粒上以使它们相应的连在一起。可选择的，粘合剂的使用不仅分布在干燥层的指定区域，也分布在一个或多个底层上，以便使目前应用的涂层粘到底层上。粘合剂的分布是可以调整的，比如通过对用在干燥层上的粘合剂的压力的改变。粘合剂的局部使用是由相应的成形体的层模的电子记录控制的。生产成形体的层模型预先分割成层，结果是得到调节数据，用于为生产工艺设置控制过程。层模的供应是已知的，在此不再做进一步的解释。

应用在分层上的悬浮液的厚度优选1μm到200μm。

推荐的方法是快速成型方法。有时也用术语快速生产方法。

分层的悬浮液被反复应用和工艺完成后，模制品被脱模。这意味着分别在工作体积里由粘合剂粘连的颗粒和无粘合剂的剩余材料构成了成形体。用于成型的工作体积本身是不定型的。当然，成形体的外形受到粘合剂的局部使用的方式的影响，固化后粘合剂提供了颗粒之间的凝聚力。

本发明的一个优选实施例提供了用于局部使用粘合剂的压缩设备。粘合剂的应用是在印刷设备上方便的借助于适当的压头实现的。利用该打印装置可以实现模型的3D打印。

本发明的一个有利实施例中，镀层是通过加热除湿的。

本发明的一个有利实施例中，模型是作为多孔的成形体生产的。

优选的，本发明的发展是，粘合剂的固化由下列步骤的一步或几步完成：空气干燥，加热和紫外辐射。粘合剂的干燥可以只通过空气干燥。增加的或可选的，电加热或紫外辐射可以在干燥后用于粘合剂的固化。

作为本发明的改进，提供了一个至少部分的在液体浴中实现的脱模。其中，液体浴可以是水浴。在液体浴的帮助下，粘合剂粘连的颗粒不会从模型中释放出来。

本发明的一个优选例，生产的模型至少有60Vol.的密度，优选的至少有65Vol.的密度，更优的至少有70Vol.的密度。

根据一个典型实施例，提供了一种用于生产成形体或生坯的方法，其中，如果以生坯的质量和体积的比值作为生坯的密度，体积由生坯的外部轮廓计算得到，生坯的密度至少是悬浮液制成的陶瓷部件材料的平均密度的60%。这种情况下，Al₂O₃理论上具有3.94g/m³的密度，这意味着逐层堆积得到的Al₂O₃生坯的密度大于2.36 g/m³。

根据进一步的实施例，提供了一个生产方法，或者成形体的生产方法，或是生坯的生产方法，其中分层的生产是通过使用中空刮片实现的。这种情况下，通过中空刮片将悬浮液送入分层结构。优点源自以下事实，中空刮片平稳和均衡的抽出提供了向外开口的中空刮片形状的狭缝以便定义分层的厚度。

本发明的一个有利实施例中，应用分层制得生坯薄片，用到了陶瓷颗粒的悬浮液。陶瓷颗粒的悬浮液也涉及到滑动。用这种方法生产出的陶瓷成形体叫做生坯。

本发明的一个有益实施例中，使用了有机粘合剂，该粘合剂固化后在水中是不溶的，和/或在有机溶剂中也是不溶的。用这种方式可以阻止黏在一起的分层的颗粒在随后的脱模过程中随意的释放。

优选的，本发明的改进在于无机粘合剂。有机粘合剂被使用，比如以SiO₂为基质的粘合剂。

本发明的一个有益实施例提供了烧结的成形体从模具中的脱离。

在一个实施例中，在成形体的烧结过程中有机粘合剂裂解了。在这个或其它实施例中，成形体经过烧结变得更加致密，以至于在成模后成形体的密度比用于制造成形体的材料的密度更大。

和生产金属的或陶瓷的成形体的设备有关，该设备提供了可以媲美喷墨打印机的粘合剂打印机，把粘合剂局部的施加到预先干燥的分层上。

成形体脱模的设备可能是液体浴，其中无粘合剂的剩余颗粒在彼此粘结颗粒的粘合剂的帮助下从其它互相连接的颗粒中移除。

成膜作业的设备可能包括一个传送器，以便从工作体积中的供浆量提供用于成膜的悬浮液的必须量。一个刮板装置被提供用于支持分层的形成。

刮刀装置特别包含一个中空刮片，其中中空刮片包含一个空间，有两个开口：一个是用于插入刮片的软管接头，另一个是用于拔出刮片的裂口状的拔出口. 体积是设计好的以便能够平稳和均衡的卸下通过连在狭缝状的排出口的软管供给的悬浮液。狭缝状的卸料口延伸穿过刮片的宽度。从狭缝出来的光线依靠连在定义了厚度的分层上的杆来移除。

根据推荐方法的优选实施例，得到的规定厚度的分层具有恒定的厚度。所得到的具有规定厚度的分层的一个基本特征是在整个范围内每一个堆积层都有恒定的高度，并因此特别特征是平的、非波纹的平坦表面。因此根据推荐的方法利用中空刮片获得的每一层的特点在于，它有利于包含平的、非波纹的表面。

因此，根据该工艺得到的成形体的形状包括在它自身内部的所有平面层而且是无波纹的，作为平面的任一滑片总是被用在表面上。这提供了特别优势，均匀干燥和相应的能够实现随后的叠加层均匀粘结，这也描绘了建造模型的分层的特点。

中空刮片的一个示范性的实施例包括两个以确定距离平行安置的矩形板。矩形板的三个边是互相密封的以便在一个边上形成空腔。开口的一边或中空刮片的单侧开口作为浆料的狭缝状出口，浆料可以通过连在平板上的软管输送。

在这种情况下，比如软管接头被使用以便一个平板沿着朝向空腔开口的方向通过该开口，在平板的外侧合并进一个管尖或者是浆料输送管道的不同的连接方式。

在一个实施例中，除湿的方式是利用加热装置对悬浮液的涂层加热，以便它能干燥。

具体实施方式

本发明将参考优选实施例进行更详细的解释，生产所描述的金属或陶瓷成形体的实施例被介绍，其可以只是部分的快速建模或快速生产。

在所述方法中，首先按照传统方式用计算机程序进行设计所需生产的部件，所述适于分成多个层，并且作为记录输出。分解成多层之后，生成成型物体的层模型，数据组包括将层生产模型的信息。

层数据通过生产装置的计算机执行，以驱动控制生产设备的控制数据，尤其是形成薄浆的初始层，其优选为陶瓷材料作为生坯。对于可用的陶瓷粉末材料，包括，例如瓷、Al₂O₃、AlN、SiO₂、Si₃N₄。

生产过程的结果是一个样品，其制成任意形状，如半成品。

一种特别调整的悬浮物被用来制备浆料层，参考陶瓷材料悬浮物作为浆料的情况下，相比于传统的浆料，所述悬浮物在更低含水量的情况下必须具有更高的粘度。在本发明一个可能实施例中，用于系列生产的浆料是一种基础，其必须增加固体份数的情况下进行浓缩，或者能够直接使用。因此，在此情况下，生产浆料的工艺非常经济。

与粉末的领域中的预期用途有关的，使用的液体悬浮液的优点是增加材料密度，这是通过提述的陶瓷材料作为生坯密度的情况下。在粉末状态下，粉末粒子电荷之间彼此静电排斥，这首先导致了低的堆积密度，另一方面导致相对厚的层。这两种作用的结果是不理想成型精度。

在所提出方法中，提供给生产成型物体，通过从储存或盛装容器进行输送悬浮物的装置，使用带有空隙宽度例如500μm的中空刮刀施压。操纵移动所述刮刀在垂直距离上大约1至大约100μm，通过一加热的陶瓷板，因此悬浮物被涂布到工作空间中，以所定义厚度的薄层的形式。所述板在其表面的初始温度低于100°C，以阻止所述悬浮物中所含水的沸腾，当在沉积初始层过程中使用水基浆料的情况下。随着层数的增加，温度可以明显增加，因为已经涂布的层的湿度非常好被新层组分吸收，新层通过湿度在30秒内蒸发而稳定。

除了底部干燥之外，加热板可以配合风扇来使用，作为交替的或额外使用的辐射加热。上述的额外干燥可能是必须的，如果所得碎片具有隔热效果，并因此最上层的温度可能非常低不足以足够快的干燥，随着层结构厚度的增加。本发明方法所能生产的层，具有的密度，相比于传统生产生坯，为大约65 Vol. %以上。

通过打印方向类似于三维打印的打印头的方式，粘结剂局部喷雾到干燥后的层上。粘合剂润湿陶瓷或金属颗粒，并因此通过透过该层。该膜中的渗透需要连接所需的颗粒在层的横截面和局部到顶层到底层的层结合。喷涂粘合剂的量为粘合剂可以达到渗透到多层组成的物体内所需的深度。粘合剂的这种渗透依赖于所涂布的单一层的厚度，以及粘合剂在更深的层中所需的渗透的厚度。该粘合剂具有喷雾后固化的性质，例如，通过暴露于空气、热、UV光，2步喷涂和/或类似，然后没有或仅小程度的无粘合剂的介质是可溶的性由其他建成成型。

打印完成后，厚度大约1μm至大约100μm的新层被涂布并干燥，打印过程再次进行。逐步地，成形体被一层一层的构建。构建完成后，多层组成的成型物体置于水浴或其它不含溶解粘结剂的介质的构建模具中，并且无粘结剂区域溶解。以这种方法，成形体脱模制成一个部件。

通过激光辐射涂布并干燥的厚度为1-500μm、优选为5至30μm、优选为25至150μm的新层，完成热熟化/交联之后，粘结剂被再次涂布并熟化或交联。逐渐地，一个部件就这样一层一层的构建。完成构建后，多层组成的生坯置于水浴或不同介质，生坯的未能通过粘结剂固化/交联的部分溶解和/或冲洗。生坯的无粘结剂的区域完全溶解，所述生坯部分中空。

所生产的部件的属性为常规生坯，孔体积被粘结剂部分填充。当使用有机粘结剂的情况下，粘结剂在物体烧结过程中容易排出。当使用无机粘结的情况下，如基于SiO₂-Sol体系，所得生坯的密度甚至高于传统制备的陶瓷、聚合物或金属生坯。

因此使用陶瓷颗粒材料制备的模制品，与传统生坯物体相应的性质，空隙被粘结剂部分填充。未烧结生坯密度高于任意已知的制造技术。

在有机粘结剂的情况下，在烧结过程中，粘结剂容易排出，在无机粘结剂的情况下，如SiO₂-Sol基体系，物体的密度甚至高于传统制备的陶瓷生坯。

它可以为第一次在一个生成的制造工艺，例如，将快速建模，陶瓷或金属的所生产模塑制品具有一个相当于或高于常规生产的生坯的密封性，特别是在使用陶瓷材料的情况下甚至更高。

根据现有涂布粉末层的技术，立体印刷悬浮物（也被称为陶瓷浆料）被使用，但不限定层的厚度进行涂布。所述悬浮液的使用，压头由于飞行粉末颗粒的污染问题被消除。在粉末层的印刷工艺中，如在现有技术中提供的，松散的陶瓷颗粒被扔在了打印头一遍又一遍，他们弄粘打印喷嘴。

在所提出的方法中，下一个被解决的问题是：非常细的颗粒在干燥状态下具有低流动性、因此不适合从某个最小尺寸的层顺序，或需要显著的技术努力以产生细粉末均匀层。因为涂布悬浮物，这些问题恰恰可以避免。细颗粒是有益的，例如，在模型的表面质量方面，陶瓷成分的某些特别微细的结晶结构中的烧结性或调整性。

除了更高的生坯密度，在该方法中所得到的支持是此处提出的料床（生坯床），在对比的粉末床中，烧结模制品。这消除了以前耗时的建模和随后除去支撑结构。

该方法将是首先通过快速建模的方式产生坯体，性能方面相媲美传统方式生产坯体所具有的密度和强度。这允许随后的烧结工序中，陶瓷与可比在常规方法制得的陶瓷性能的显示。

通过应用的可能性，在用于建模的传统浆料的一个实施例中，该方法特别符合成本效益。前述说明中公开的特征以及本发明权利要求书均可以是独立的、以及任意组合的方式，在各种重要实施例中来实现本发明。

“快速建模”或“快速制造”的已知方法基于CAD几何数据以及接下来的生产设备控制的过程控制的产生。所述“选择性的激光烧结”（SLS）粉末层在反应器中烧结形成生坯，通过CO₂激光，粉末局部加热至熔融温度。在所述“多级注射固化”（MJS）中，部件被金属粉末-粘结剂混合物通过计算机控制的可移动喷嘴多层构建。类似的，同样地，在层沉积并建立了该组件通过适当降低平台的“熔融沉积建模”（FDM）与NC控制的喷嘴熔融材料。在光固化过程中， 熟化的UV-敏感的聚合物是通过激光照射而固化到逐渐降低衬底上。如果UV光被使用，这也被称为“固体周围熟化”（SGC）。在“同步喷丸硬化”（SSP）中，一个合适的阴性形式的表面是由与液态金属喷涂映射。在“分层实体制造”（LOM）中，部件层由激光切割的片材材料制成，然后利用粘合剂与工件层叠。诸如生产的Al₂O₃膜可以切割和层压。根据DE101 28 664，陶瓷成形体通过激光束在陶瓷所选的局部进行烧结成型。所述方法包括如下步骤：——涂布悬浮液或塑性材料层，——分别干燥所涂覆层，以及——用激光束在所选区域进行烧结分别干燥的层，并且缩短为一个分层浆料沉积（LSD）。当3D打印层为涂覆的聚合物、金属或陶瓷粉末时，局部注射粘合剂在可比的喷墨打印技术的综合位置，是选择性手段。U.S.6,596,224公开了一种类似的方法，只是粉末的各层不产生作为一个松散的粉末床，但通过注浆作为小型粉末层上产生，但不具有限定的厚度，而是波浪形，因此不平坦。

根据一个实施例，一种生产成形体——其为生坯——的方法被提及，其中所述方法包括：（a）形成可激光固化和/或可激光交联的含粘结剂悬浮物层，（b）通过局部暴露，熟化和/或交联所述粘结剂，其中额外层被涂布到熟化和/或交联的层上，可选地，重复步骤（a）和（b），（c）在液体介质中，洗涤和/或溶解未熟化和/或交联的组分，得到生坯。

本方法的优点是，适于快速建模，通过局部加热或光熟化和/或交联所喷涂的于不同固体粉末层高度接触的粘结剂。所述方法的优点不要求打印技术，因此不依赖于打印喷头的应用。特别的优点是所得生坯的密度和强度，与相同组合物的传统悬浮物制备的生坯相当或更高。

根据进一步的实施例，生产模制品或生坯的方法被提及，其中通过悬浮物形成层，悬浮物中含有粘结剂。粘结剂的含量低于10%体积。

根据进一步实施例，生产模制品或生坯的方法被提及，其中粘结剂至少部分渗透到含粘结剂的悬浮物组成的层中，生成层。这带来悬浮物组合物而言较低的限制的优点，作为粘结剂，对悬浮物分散稳定性没有影响，在另一方面，可以实现更高密度的干燥层。所述悬浮物在沉积过程中的偏析完全排他。

根据进一步实施例，生产模制品或生坯的方法被提及，其中，所述粘结剂的渗透通过喷涂粘结剂到干燥层和/或浸渍粘结剂或含粘结剂的溶液到干燥薄膜上来实现。该实施例的优点在下述方面是明显的：更大范围可用粘结剂、以及感觉粘结剂在溶液中的浓度来调节和控制粘结剂的渗透度。

根据进一步实施例，生产模制品或生坯的方法被提及，其中，所述熟化的和/或交联的粘结剂在液体介质中时不容的。以这种方法，那些不能通过粘结剂固化的组分选择性的滤除。

根据进一步实施例，生产模制品或生坯的方法被提及，其中，所述介质为水和/或有机溶剂，其中，所述有机溶剂选自丙酮、环己酮、二氧六环、正己烷、正辛烷、甲苯、三氟乙醇、二甲基乙基酮、异丙醇、乙醇、甲乙酮、或其可用的混合物。

根据进一步实施例，生产模制品或生坯的方法被提及，其中，所述生坯密度为悬浮物陶瓷材料平均密度的至少60%，如果所述生坯密度由生坯质量与参照生坯外部轮廓计算的体积的比。在理论密度为理论密度3.94g·cm^-3的氧化铝（Al₂O₃）的情况下，这意味着，淤泥组分层构建的Al₂O₃-生坯具有的密度大于2.36g·cm^-3。

根据进一步实施例，生产模制品或生坯的方法被提及，其中，层的形成通过中空刮刀来实施。在此情况下，层结构的悬浮物被中空刮刀推进。优点在于这样一个事实：中空刮刀一致和均匀的排出供给滑出来的中空翼片的槽形出口开口的允许扩展的层限定的厚度。

根据进一步实施例，生产模制品或生坯的方法被提及，其中，悬浮物所含固体选自聚合物、金属、陶瓷或者含有至少一种聚合物、一种金属或一种陶瓷材料的混合物。本实施例的优点在于：调节生坯性质的可能性，基于此，调节烧结组分的性质的可能性，尤其是关于电性能和/或介电常数。

根据进一步实施例，提供了一种生产成形体或生坯的方法，其中所述层的组分对应于一个层一个层构建的模型的尺寸的层的尺寸。这具有可以生成定义厚度的层的优点，因此直接发送从所述虚拟模型的层的信息用于构建，其具有均匀的层厚度的作品在生坯或烧结陶瓷成分是可能的施工过程。直接传输模型——模制品，简化了模制品的生产，便于工艺参数的优化。

根据进一步实施例，提供了一种生产成形体或生坯的方法，其中所述建模为CAD建模或CAD/CAM建模。

根据另一典型实施例，快速建模的方法被提及，包括：——根据前述任意实施例生产生坯，以及——烧结所述生坯。这种方法优点允许制备具有通常传统生产方法无法得到的密度，或者粘结剂可以包括有机组分，在烧结过程中热裂解成无机组分，并且因此为烧结陶瓷提供更高的密度和强度。淤泥土组分在层中构建的模制品或生坯一般密度为所用陶瓷或陶瓷混合物密度的60%。在理论密度为理论密度3.94g·cm^-3的氧化铝（Al₂O₃）的情况下，这意味着，淤泥组分层构建的Al₂O₃-生坯具有的密度大于2.36g·cm^-3。

上述实施例可以根据需要进行组合。

关键的创造性在于陶瓷、以及金属和/或聚合物生坯的生产，通过复合激光方法，其类似于局部激光烧结，但是粉末颗粒并未烧结而是固化，例如通过可激光固化粘结剂的使用，其额可以是在悬浮物中被使用，如包含在陶瓷浆料中，或者作为干燥的涂层的至少一部分，例如在干燥的陶瓷层中，这个层可以是渗入或渗透的。

根据一典型实施例，陶瓷浆料首先通过合适的传输设备从储存容器中通过带有缝隙宽度例如500μm的中空刮刀施压。

所述中空刮刀由封闭腔制成，其具有两个开口：用于进浆料的软管连接器和用于浆料退出的槽形出口。体积是这样设计的，它使均衡和均匀的排放，通过从狭缝状出口开口的软管连接浆液的供给。槽形排放口穿过刮刀的宽度上延伸。射出的光束从狭缝滑移是由杆的层定义的厚度的手段除去。

根据所提出的方法的优选实施例，所得到的规定厚度的层具有一个恒定的厚度。所得到的规定厚度的层的一个基本特征是，每个沉积层在其整个范围内具有恒定的高度，因此其特征在于，特别是通过一个平面的，或者由非波纹状，从而平坦表面。因此，根据所提出的方法与空心叶片获得的每个层的特征在于，它包括有利地是平坦的，非波纹状表面。

因此，最终得到的成形品始终是平坦的层，并且其本身是无起伏的，由于浆料总是涂布到一个平坦的表面。这提供了特别的优点，即使干燥并随后叠置层的相应实现均匀的粘附性。

刮刀的一个典型实施例由两个在平行布置的限定彼此距离的矩形板组成。在矩形板的三侧被相互密封，使空腔在一侧开放而形成。的开口侧和中空刀单面开口被用作槽形出口开口的浆料，该浆料可以通过连接到所述板之一的软管被供给。

在这种情况下，软管接头可以是例如实施使得在板中的一个具有朝向开放的腔体的通孔，其中通过在板的外侧成管尖端或不同类型的软管供给的浆料的连接。

操纵移动刀片将浆料中的薄层施加的出口开口引导到盘上，例如垂直距离1-300μm，以在陶瓷加热板此板。该板具有最初表面温度小于100℃，防止料浆的第一层的沉积过程中的所含的水沸腾。随着越来越多的层，温度可显著增加，因为已经涂布的层是非常吸水和几分之一秒内吸纳新层的水分。每个新涂布的层通过在不到30秒内蒸发水分进行稳定化。

除了被加热的板的从下干燥，或者可以另外被使用，在与风扇组合辐射加热。从上面的附加干燥是必需的，因为所得到的片段具有绝热作用，从而具有层结构的厚度增加的最上层的温度可能太低了不足以快速干燥。用这种方法生产的生坯的密度为约65%，这是常规生产的生坯可比密度。在这种情况下，生坯的密度从生坯的质量除以它的体积，体积在坯体的外轮廓的基础上技术，这是本领域技术人员可理解的。

类似地，模制体的现有的生坯片也可通过陶瓷浆的、聚合物颗粒和/或金属的颗粒或悬浮液的类似分散体用于该层结构制备。用于干燥聚合物颗粒层的温度所用展示（热板，风扇），根据聚合物的各自的玻璃化转变温度进行调整。

与已知的LSD方法相反，通过描述的喷涂技术，粘合剂喷洒到所得到的生坯上。粘结剂润湿陶瓷颗粒并渗入生坯或渗透生坯。该膜的渗透这是必要的，以连接在层的横截面和局部到顶层到底层的层结合中的所有的颗粒。喷涂的粘合剂的量使得粘合剂可以渗透到在生坯片组成的物体中所需的深度。粘合剂的渗透的当前选定的深度取决于施加的单层厚度和粘合剂的渗透到更深的层的所需程度。

类似地，通过在粘合剂液体、或含有粘结剂溶解其中的液体中浸渍干燥后的膜，或通过浸没在粘合剂悬浮液中渗透，粘合剂带入干燥层。

可选地，已经被包括在用于生成粘合剂层中的微粒悬浮液，但很明显的浓度，即低于通常用于立体光刻造型，即低于10%。

所述粘结剂具有可以在喷涂后热固化或光熟化和/或交联的性质，因此，可以进行热熟化，如通过激光照射，局部熟化和/或交联。用于该层结构的材料的粉末颗粒通过固化/交联粘合剂进行体积密封。

没有热或光引发的步骤，粘结剂的熟化/交联不存在或非常小，对于粉末颗粒的粘结影响无关紧要。随着热或光引发粘结剂的熟化/交联，为悬浮物粉末颗粒提供了耐用的粘结。

通过激光辐射手段完成热或光熟化或交联后，具有厚度1-500μm、优选为5μm至300μm、尤其是25微米至150微米的新的层被涂布，并干燥。粘结剂再一次涂布并熟化/交联。逐步地，部件如此一层一层的被构建。完成构建步骤后，多层构成的生坯置于水浴或其他介质中，溶解或洗去生坯中的粘结剂未熟化/交联的部分。生坯中无粘结剂的区域完全溶解，因此生坯为部分中空。

如此获得的部件具有传统生坯的性质，孔体积被粘结剂部分填充。当使用有机粘结剂时，粘结剂在物体烧结过程中容易去除。在使用无机粘结剂时，如基于SiO₂-Sol的体系，所得生坯密度甚至高于传统制备的陶瓷、聚合物或金属生坯。

另外，在第一次被用于生成生产过程，诸如用于快速模制品制作的陶瓷/金属/聚合物生坯，其具有密度是相当于或高于常规生产的生坯，甚至更高，而不使用印刷技术，例如三维印刷中必须使用的。

生坯，其性能不同于传统生产的生坯，通常进允许以极大的技术努力与否，生产陶瓷元件，其性能可媲美一个常规生产的陶瓷部件。作为例子可以提及的陶瓷坯体，它是由光固化的方法制备。此生坯，将更好地描述为以体积计高达60%的陶瓷填充的有机聚合物。有机物必须在能实施烧结工艺前，在脱脂工艺中去除。依赖于部分集合形状，脱去粘结剂导致生坯缺陷，一般不能通过后续烧结去除。

因为在低堆积密度的陶瓷粉末，3D打印的结果是形成低密度的坯体。通过烧结，可以从这些生坯通常产生不致密陶瓷。松散粉层的飞粉颗粒再次污染3D打印的打印头和胶水的打印喷头。使用细陶瓷粉末，例如可用于增加烧结活性或陶瓷组分的非常精细的晶体结构的形成，这些负作用增加通常较高。

在DE 101 28 664的LSD的过程中，生坯是由密度分层泥浆沉积的装置产生，与常规生坯是具有可比性。然而，激光烧结导致所得到的模制品高度各向异性特性，因此在某些情况下由一个强大的局部温度过高的副作用，如起泡，不期望形成玻璃质或陶瓷相，等等。因此，LSD法不能提供与常规的生坯相比的部件、或提供致密烧结的陶瓷。

仅在U.S.6,596,224B1中描述的步骤可用于产生具有这些常规生产的可比较性生坯性能的生坯。然而，这种方法具有没有定义厚度层能够生产的缺点，因此，在施工过程中是从创建虚拟模型，它具有均匀层厚的问题的工作所需要的层的直接传送信息。跳转到应用所需要的粘合剂打印头的使用，有没有打印头的开发专门为添加剂的制造工艺，而且由于频繁的粘结和堵塞打印喷头可以防止打印头连续使用快速原型方法。

使用所述快速成型工艺获得的生坯的密度类似于从常规制备的生坯，其类似于或超过甚至使用无机粘合剂的情况下的生坯。因为用于生产模制品的浆料或分散体系可具有相同的组成，该从建模至最终产品，所提出的方法使得有可能，例如，没有很大的技术努力来生产陶瓷部件中的那些基本特征的常规生产的陶瓷元件相对应。

U.S.6,596,224描述的方法，它不允许产生规定厚度的层，相同的厚度，与之相反，可以使用所述快速建模方法为所有层得到一致的厚度。出于这个原因，从虚拟模型，相比于先前已知的方法，它通常具有均匀层厚，层信息直接转移到施工过程。

此外，没有打印头，但喷涂技术被用来涂布粘合剂，相比于已知的方法。由于目前还没有特别为添加剂的制造工艺开发的打印头，因此可用压力头具有许多缺点，阻碍连续工艺流程，完全放弃对使用打印头技术的方法。所用的喷涂技术不容易干扰，并且允许快速模制品成形工艺的持续操作。

所描述的方法允许仅使用少量的粘结剂进行生坯的生产，并且相似于3D打印。

相对于在DE 101 28 664和U.S. 6,596,224 B1中所描述的方法得到的高密度生坯，与本发明方法相当，但是本发明并不需要使用打印头对粘结剂的进行，没有粉末的烧结温度的局部加热。因此，该方法允许避免坯体的压力和烧结技术的结合所不可避免地导致的各向异性特性。

虽然特定实施例在此被阐述和描述，但是在不脱离本发明范围的情况下，对实施例的合适的改进也在本发明范围内。所附权利要求书为原始的、非约束目的的总体上限定本发明。

Claims (26)

1.一种生产模制产品的方法，包括：

涂布一颗粒层，以及涂布一粘结剂；

熟化成型的物体。

2.根据权利要求1所述的生产金属或陶瓷模制物体的方法，所述方法包括如下步骤：

通过重复实施下述步骤，形成金属或陶瓷材料制成的成型产品：

在工作空间中，涂布一层分散于悬浮液中的悬浮的金属或陶瓷颗粒；

在工作空间中，除湿涂布层，且局部涂布粘合剂到干燥后的涂层，并熟化粘结剂；在所要生产的模制品中，干燥层中的颗粒与干燥层下方的层中的颗粒在局部彼此连接；

以及

在粘结剂颗粒帮助下，通过粘结剂自由基材料从交联中释放，从而成型物体脱模。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，借助于喷涂装置的粘结剂为局部涂布。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所涂布的层在脱湿过程中进行加热。

5.根据前述至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述模制品为多孔模制物体。

6.根据前述至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，熟化所述粘结剂，下述步骤中的一个会多个被实施：空气干燥、加热和给予UV光辐射。

7.根据前述至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述脱模至少部分在液体浴中实施。

8.根据前述至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，所制备的成型物体具有的密度为至少60 vol.-%，优选为至少65 vol.-%，并更优选为至少70 vol.-%。

9.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，在涂布所述层的过程中，一生坯片材通过涂布悬浮的陶瓷颗粒来形成。

10.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，熟化后不溶于水的、和/或不溶于有机溶剂的有机粘结剂被使用。

11.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，一种无机粘结剂被使用。

12.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，脱模后的模制物体被烧结。

13.权利要求2所述的方法，还包括如下步骤：

——涂布使模制物体溶解度发生变化的粘合剂，使得多层模制品溶解度一致，但与周围颗粒的溶解度不同。

14.用于生产金属或陶瓷模制物体的装置，包括：

——一储存空间，其设置用于接收分散于液体浆料中的悬浮的金属或陶瓷颗粒；

——一成层涂布装置，其设置用于反复的从所述储存空间移出大量悬浮物，并转移至工作空间以及将其涂布成为一层；

——一干燥装置，配置为用于干燥工作空间中的涂布层；

——一粘结剂涂布装置，配置为用于在干燥层上依照要生产的模制物体的层模型局部涂布粘结剂，涂布的方式使得干燥层的颗粒相互局部粘接并且可选地不涂布置于干燥层下方的至少一层的颗粒；和

——一脱模装置，配置为用于通过从由粘结剂相互粘接的颗粒中分离无粘结剂的残料的方式将模制物体脱模。

15.根据前述任意一项权利要求所述的生产成型物体的方法，其中，所述成型物体为未成熟物体，所述方法包括：

（a）形成一含有可激光固化和/或可激光交联的粘结剂的层；

（b）通过局部激光照射，熟化和/或交联所述粘结剂，并且可选地重复步骤（a）和（b），其中，一种额外层被涂布到熟化和/或交联的层上；

（c）在液体介质中，洗涤或释放未熟化和/或未交联的组分，得到生坯物体。

16.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，生成层的悬浮物中，含有粘结剂。

17.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所形成的层中，含有至少部分粘结剂渗透到不含粘结剂的悬浮物的干燥层中。

18.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，粘结剂的渗透通过将粘结剂喷涂到干燥层、和/或通过滴加粘结剂或含有粘结剂的溶液到干燥薄膜来实现。

19.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述熟化/交联粘结剂在不溶解的液体介质中进行。

20.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述介质为水和/或有机溶剂，并且其中所述有机溶剂选自丙酮、环己酮、二氧六环、正己烷、正辛烷、甲苯、三氯乙醇、二甲基乙基酮、异丙醇、乙醇、甲基乙基酮、或上述物质的混合物。

21.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述生坯密度为至少悬浮物所含固体材料平均密度的60%，如果生坯被定义为生坯质量和体积比例，体积计算参照生坯的外部形状。

22.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，形成层的步骤通过使用中空刮刀来实施。

23.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，悬浮物中所含固体选自聚合物、金属、陶瓷材料、或含有至少聚合物、金属或陶瓷材料的混合物。

24.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述层的质量对应于建层模型的测量。

25.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述模型为CAD/CAM模型。

26.快速建模的方法，包括：

生产根据前述任意一项权利要求所述的的生坯，烧结所述生坯。