CN106715094B - 几何学上紧密填料的粉末层的构造和应用 - Google Patents

Abstract

添加的制造方法包括几何学上紧密填料的颗粒的层的生产，包括：a）提供颗粒层离析组件，包括第一和第二半空间，其中分隔壁将第一半空间与第二半空间分隔并且分隔壁对于弥散介质是能够渗透的并且对于在弥散介质中弥散的颗粒是不能够渗透的；b）在第一半空间中提供颗粒弥散物，颗粒弥散物包括弥散介质和在其中弥散的颗粒，其中颗粒弥散物基本上均匀地在第一半空间中分布；c）在第一和第二半空间之间产生压力梯度，从而在第一半空间中的压力梯度引起颗粒弥散物的指向分隔壁的流；d）离析颗粒堆，其包括由于运输弥散剂到第二半空间中而在分隔壁上的几何学上紧密填料的颗粒。

Description

几何学上紧密填料的粉末层的构造和应用

技术领域

本发明涉及添加的制造（additiven Fertigung）的领域，尤其陶瓷生坯的原型的制造，以及涉及高度紧密的粉末床（Pulverbett）的产生和其用于生产固体的应用。

背景技术

对于添加的制造方法层施覆是重要的过程步骤，该方法基于作为粉末的初始材料的层式的构造。通过粉末层的重复的施覆以及将层信息写入到相应的层中，在计算机中活化的和在虚拟的层中拆解的结构部分一层层地由相继叠加的粉末层构造成。整体的、通过重复的层的施覆构造的粉形成物（其包括了结构部分）叫做粉末床。

陶瓷的颗粒的、金属的和聚合物的粉末的松散的粉末散积物（Pulverschüttung）（这些粉末散积物在相应的基于粉末的添加的制造过程中层式地构造）典型地具有仅较小的密度，该密度平均地相应于颗粒的散积密度（Schüttdichte）。这使得在添加的制造过程自身中或在后续的烧结过程期间紧凑的结构部分的产生变难。在陶瓷粉末的情形中，由松散的散积物出发获得紧凑的结构部分甚至是不可能的。此外粉末床的较小密度决定了粉末床的较小强度。因此通常同步于本身的结构部分地必须为该结构部分构造支持结构。支持结构的目的是将结构部分相对于构建平台并且因此在设备的坐标系统中固定。构造这样的支持结构是耗时的。同样地在构造过程结束之后后面的将支持结构从本身的结构部分的去除是耗时的并且典型地不可自动化。

发明内容

在这样的背景下，提出了根据权利要求1的用于生产层的添加的制造方法，根据权利要求10的该方法的应用，根据权利要求11的用于生产固体的添加的制造方法和根据权利要求20的用于生产陶瓷的生坯的这种添加的制造方法的应用。

根据以下的说明和附上的权利要求可得出另外的实施形式、修改和改进。

根据第一实施形式提出了一种用于生产几何学上紧密填料的颗粒的层的添加的制造方法。该添加的方法包括步骤：

a）提供颗粒层离析组件（Partikelschichtabscheidungsanordnung）。该颗粒层离析组件有第一和第二半空间。两者共同有壁，其作为分隔壁将第一半空间和第二半空间分隔。分隔壁对于弥散介质（Dispersionsmedium）是能够渗透的并且对于在弥散介质中弥散的颗粒是不能够渗透的；

b）在第一半空间中提供颗粒弥散物（Partikeldispersion），其中颗粒弥散物包括弥散介质和在其中弥散的颗粒。颗粒弥散物基本上均匀地在第一半空间中分布，尤其该颗粒弥散物均匀地在第一半空间上分布；

c）在第一和第二半空间之间产生压力梯度，从而在第一半空间中的压力梯度引起颗粒弥散物的指向分隔壁的流。尤其地该流持续地将新颗粒引向到分隔壁处；

d）离析颗粒堆（Partikel-Haufwerk），其包括由于运输弥散剂到第二半空间中而在分隔壁上的几何学上紧密填料的颗粒。由于分隔壁的过滤作用和无颗粒的弥散剂穿过分隔壁的持续的导出，颗粒在分隔壁前沉积。

该实施形式的优点由在分隔壁上产生的颗粒层的对于给出的颗粒大小和颗粒大小分布可达到的最大的填料密度（Packungsdichte）得出。例如当基于仅完整的颗粒参与层的形成时，对于相等的球直径的几何学上紧密的球填料，最大的填料密度(空间填充度）达74%。实际的密度那么就由颗粒的平均密度得出。

根据另外的实施形式该提出的添加的制造方法此外包括步骤e）：借助于刮削和/或打磨弄平颗粒堆，从而一直去除颗粒堆的颗粒，直到在分隔壁上的几何学上紧密填料的颗粒的层具有均匀的层厚。

这样有利地可通过层的整体的扩展获得恒定的层厚。

根据改进方案，在步骤c）和d）之间加入另外的步骤cc）。该步骤cc）包括在第一半空间中弥散的颗粒的流动床（Fließbett）的提供。在此流动床至少逐段地与分隔壁相接触。此外，流动床的颗粒弥散物具有比在颗粒弥散物在第一半空间中位于在流动床外部的区段中更高的密度。

该实施形式的优点一般包括流动床的优点。在流动床中的颗粒被机械地激活，面（流动床倾注到该面之上）的可能的不平度被快速地补偿。在其结果中流动床是用于来自颗粒弥散物到分隔面处的颗粒的后流动的理想的来源，即已经在那积聚的或在压力梯度的影响下固定的颗粒。

根据另一实施形式颗粒堆仅具有两相，并且包括颗粒相和流体相。

尤其地，仅流体相的存在与以已知的颗粒层的几何学上紧密填料的颗粒的层的形式的整齐的颗粒堆不同。例如基本上干燥的、仅存在于气体状的弥散剂中的颗粒弥散物可构造几何学上紧密填料的颗粒的层。几何学上紧密填料的颗粒的层（其借助于液体例如水，和气体例如空气产生）在其细孔空间中毗邻地具有水和空气。在此水不仅作为吸附地连接的水分子的薄层出现：吸附地连接的水的薄层在正常的在海平面上的非仪器控制的气候的条件下覆盖了几乎所有的表面。与该吸附地连接的水相反地，例如在产生由含水的弥散物(泥浆）组成的颗粒堆时，水作为正常液相存在，例如在颗粒中间空间中。例如根据该方法产生的几何学上紧密填料的颗粒的层与简单的滤饼（例如滤饼在过滤器上的机械的过滤情况下由于缺少水相而出现）不同。这特别有意义，即产生的几何学上紧密填料的颗粒的层例如应该被热学地硬化。如果在该层中存在液态水，那么该层将通过漏出的水蒸气被松弛并且在有意的硬化之前失去其较高的填料密度。

根据另一实施形式所提出的添加的制造方法此外包括称作步骤f）的步骤：将均匀的层厚的几何学上紧密填料的颗粒的层存储在颗粒层离析组件的外部。

该实施形式的优点由产生的层的时间上偏移的使用得出。在包括步骤a）到f）的多次工序过程的结果中，可以提供大量均匀层厚的不同层，包括几何学上紧密填料的颗粒。这些层可关于其层厚、但同样还关于构造了层的颗粒的微观结构或物质的特性而区分。即可以将不同强度的层相叠地堆垛。同样层可以在侧面偏移地相叠地堆垛。这为制造三维物体提供了扩展的可能性。

根据另外的实施形式，通过在第一半空间中直接地产生弥散物提供颗粒弥散物。例如弥散剂的流被导入到在第一半空间中的颗粒-存储贮藏器中，以产生颗粒弥散物。对此，弥散剂的定向的射束可导入到以颗粒填充的存储贮藏器中。同样地可使用一个或多个挡板面，以获得在第一半空间中颗粒弥散物的均匀的分配。

该实施形式的优点从已有颗粒的完全的可使用性得出。在过程循环后保留的颗粒可重新无损失地被收集并且有可能在另外的方法中在不同类型的分隔壁上形成均匀的、即基本上恒定厚度的层。

根据该实施形式的改进方案，在第一半空间中弥散物的产生包括将气体或气体混合物导入到第一半空间中。

这种实施形式的优点从弥散方法的灵活性得出。导入的气体流的对齐、流动强度（流量）、流动特性等等可包括气体、不同的气体、或者一种或多种气体混合物。例如，导入的参数可匹配于颗粒材料的密度。

根据另一实施形式提出，借助于涂刷单元（Streicheinheit）来进行弄平，其中涂刷单元包括回转的轧辊、回转的刷、刀口（Klinge）和/或滑块。该回转的轧辊、回转的刷、刀口和/或滑块借助于涂刷单元如下地导向到堆的上方，使得可获得均匀的层厚。尤其可将涂刷单元以相对分隔壁可固定调整的距离利用恒定的进给速度导向到分隔壁上的堆的上方。在此可调整的均匀的层厚位于在500nm到5mm的区域中，尤其在1μm和500μm之间，优选地在30μm和200μm之间。

该实施形式的优点例如在于如下可能性，即可将涂刷单元匹配于颗粒类型和大小。

根据另一实施形式，刀口和/或滑块回转地或刚性地与涂刷单元相连。

该实施形式的优点从小心地去除存在的不平度而层的被去除的部分的下方存在的颗粒填料没有被松弛的可能性得出。

根据另一实施形式提出了在添加的制造方法中应用均匀的层厚的几何学上紧密填料的颗粒的层。该添加的制造方法包括步骤：g）堆垛均匀的层厚的几何学上紧密填料的颗粒的不同层；gg）将一层的邻近的颗粒在该层的整体的层厚上局部限制地连接；并且ggg）至少部分地将层堆垛的直接相邻的层相互紧固。在此在邻近的层的局部限制地相连的邻近的颗粒的区域中实现至少部分的紧固。

该实施形式的优点包括层的堆垛，这些层至少关于一个参数区分：层厚、颗粒的大小、颗粒的化学成分、尤其在颗粒的表面处官能团的存在。

根据用于由包括几何学上紧密填料的颗粒的、相应地均匀的层厚的层来生产固体的添加的制造方法的改进方案，该制造方法包括步骤：

i）提供均匀层厚的几何学上紧密填料的颗粒的第一层；

ii）通过在用于产生层堆垛的第一层的表面上堆垛几何学上紧密填料的颗粒的第二层来产生层堆垛；或通过使用作为颗粒源的流动床和穿过分隔壁和处于该分隔壁上的、已经离析的层的空气或气体流在第一层的表面上制造几何学上紧密填料的颗粒的第二层来产生层堆垛；

iii）局部限制地固定彼此相邻的颗粒，该局部限制的固定在第二层的整体层厚上延伸并包含第一层的表面，其中该局部限制的固定包括：

-局部施覆固定剂，或

-对着电磁辐射局部的暴露，

-或利用激光射束局部的加热。

该实施形式的优点包括如下可能性，连续地相叠地使多个的层一个在另一个上地布置，通过之前在分隔壁上产生的层作为底层服务于紧接着添加地离析的颗粒层。尤其地这可通过逐步的(伴随完成的层离析过程发生的）分隔壁的下沉来实现。

根据该实施形式的改进方案，这里被称为步骤iv），通过分隔壁的流量，即弥散剂的体积流至少在层序列的添加的构建或高度紧密的粉末床的产生期间保持恒定。这意为，弥散剂的体积(在时间单元内从第一半空间穿过分隔壁流到第二半空间中）至少在根据步骤ii）的层堆垛的产生期间，在过程技术上所使用的仪器装备(包括例如流动计和/或流量计和/或压力传感器和/或泵等等）的精确度的范围中是基本上不变的。这可尤其通过在第一半空间中和/或在第二半空间中有针对性的压力控制实现。例如对此可布置至少一个压力传感器在第二半空间中，即那个通过分隔壁而基本上保持无颗粒的空间。备选地或附加地流动计可适应地布置。同样流量测量可在第二半空间中的分隔壁处、之中或之后，例如借助于激光-或超声波-多普勒方法来进行。

该实施形式的优点由高度紧密的粉末床的均匀的填料密度，或通过在分隔壁上布置的、并且可随每个另外的搁放的层增长的层堆垛的高度得出。与此类似地是，在产生的固体中平均的细孔体积是基本上相同的。这对于固体作为原型的使用是有利的。原型通常不仅使用于外部外观的可视化，而且使用于过程优化或考虑用于确定影响功能的参数。在该前提下在固体中的非均匀性是不期望的。

根据另一实施形式提出，堆垛的颗粒层中的至少两个的层厚不同。

该实施形式的优点在于可得到的三维固体的巨大的多样性。

根据另一实施形式堆垛通过：h）根据权利要求1重复步骤b）、c）、d）和e）而进行，其中在根据步骤e）的弄平之后并且在根据步骤d）的重复的离析之前执行另一步骤hh）。该步骤hh）包括带有均匀的层厚的紧密填料的颗粒的被弄平的层的局部限制的固定。在此局部限制的固定通过固定剂的局部施覆来实现。备选地也可对着电磁辐射、尤其对着激光辐射进行局部的暴露。典型地激光辐射引起颗粒层的局部的加热。

该实施形式的优点在于可能的硬化原理的多样性：通过烧结、通过逐段的熔合、通过粘接、通过聚合、通过共价或非共价的化学键的构造。

根据另一实施形式实现仅在颗粒层的区段处的局部限制的固定，这些区段相应于层式构建的固体的轮廓或直接地相邻于层式构建的固体的轮廓和/或表面区段。

该实施形式的优点从工作步骤的加速得出。

根据另一实施形式提出：对于在这讨论的用于固体的添加的生产的方法，该固体是生坯并且颗粒是陶瓷的粉末。

该实施形式的优点由陶瓷的生坯的较大的实践上的意义和其有效的制造而得出。

根据改进方案，陶瓷的粉末包括带有50nm到500μm的平均的颗粒直径的颗粒，尤其带有在200nm和250μm之间、优选地在1μm和100μm之间的平均的颗粒直径的颗粒。

根据另一实施形式，该添加的方法此外包括借助于去除未固定的颗粒或堆垛的层的未固定成分来释放陶瓷的生坯。例如在粉末床中硬化的或固定的成分上松散粘着的颗粒一直被去除，直到存在真正的生坯并且可收集被去除的松散粘着的颗粒且重新输送给层离析过程。

该实施形式的优点从未固定的成分的回收得出。可最大可能地实现封闭的制造循环，其中初始材料(颗粒）被引导在封闭的循环中。

根据另一实施形式，所述释放借助于定向地在流体的压力下运用的流体自动地实现。

该实施形式的优点由此得出，即作为弥散剂使用的流体也可使用于释放。

根据另一实施形式，所述释放包括听觉的和/或机械的振动作用或耦入到层堆垛之上或之中。

该实施形式的优点再次由用于自动化的可能性得出。所述的振动可无接触地耦入，从而不存在弄脏或机械地损伤生坯表面的危险。

根据之前说明的用于生产陶瓷的生坯的方法之一的添加的制造方法的应用。

该实施形式的优点在优先地在自动的原型制造/快速原型和批量<1000的批量制造时产生效力：通过有效的使用高价值和精确分类的颗粒组份而产生较小的材料成本。借助于传统的方法用于构建颗粒层的很小颗粒的使用通过不足够的可浇注性（Rieselfähigkeit）和增加的表面负荷的影响限制了浇注能力。典型地，如果低于30μm的陶瓷的颗粒借助于传统的施覆来进行，其不是足够可浇注用于有效的层构建的。

这些说明的实施形式可随意地相互结合。

对于基于粉末的添加的制造方法，层施覆通过涂抹粉末储藏借助于平的涂刷单元而实现。该涂刷单元可以包括回转的轧辊或刀口、或振动的刀口或类似的。层的施覆的实际的过程如下实现，即涂刷单元具有与粉末床的表面固定的距离。该距离在整个层上是统一的。

这样粉末可在施覆期间在层单元和粉末床之间被浇注并且在该处形成相应的层。该浇注基本上是重力驱动的。即各个粉末颗粒随重力而动。由此得出，独立于面（涂刷单元在该面中运动）的朝向，粉末床表面的朝向以粉末床表面的表面法线在重力的方向上进行并且在粉末床表面的表面法线和重力的向量之间的角度等于0°(如果产生水平的层），或包围小于90°的角度(如果层施覆在倾斜的表面中实现）。典型地该角度小于60°，因为否则不能保证粉末床的稳定性。伴随涂刷单元与粉末床表面恒定的距离，该粉末床的涂抹最后限定了施覆的粉末层的厚度。

所说明的用于施覆粉末层的方法仅借助于重力或同等的力(例如离心力）是可行的。粉末颗粒始终与另外的粉末颗粒、粉末储藏直接接触。由此得出各个粉末颗粒的受限的可运动性。这又阻止了粉末颗粒在粉末床的表面处优化地堆积成最紧密的填料。在基于悬浮的层施覆方法中获得明显更高的填料密度(>60%）。这样的层施覆方法例如在加工陶瓷的颗粒时对于所谓的泥浆浇注（Schlickerguss）是常见的。液相在此在一定程度上作为润滑剂在各个粉末颗粒之间起作用并有利于紧密的填料的形成。

一类用于添加的制造的先前的方法形成基于粉末的方法，对于该方法，堆垛了从50到200μm的典型的厚度的粉末层。在每个这样的层中粉末颗粒通过局部的搁放的粘料（Binder）或借助于利用激光辐射的局部的熔化相叠地并且与相应位于下方的层连接。

基于粘料的粉末方法在美国麻省理工学院-剑桥（Massachusetts Institute ofTechnology in Cambridge）在90年代初研发出，基于激光的粉末方法则在美国德州大学-奥斯汀（University of Texas in Austin）在上世纪80年代末研发出。它们被称为3D打印[1]或选择的激光烧结[2]。两种方法如今在同时大量的添加的制造方法中有其固定的位置并且在被制造的结构部分的数目方面无疑属于主要的方法。

除了基于这两种方法的技术的持续优化，从其发明后30年中没有在3D打印或选择的激光烧结方面的实质的继续发展。

存在大量的方法，对于这些方法使用粉末状的材料作为初始材料。示例性地提及三个最为广泛的方法：

选择的激光烧结(SLS）最初开发用于由尼龙聚碳酸酯和蜡组成的粉末并且之后传递到金属粉末上。在反应器中粉末层局部地烧结成粉末床，其中烧结温度通过使用激光来达到[2]。

选择的激光熔化(SLM）是选择的激光烧结(SLS）的继续发展并且用于这样的粉末，即其可通过熔化相的形成被近乎完全地紧密化，其中该熔化温度通过使用激光来实现。

3D打印[1]使用聚合粉末、金属的或陶瓷的粉末来施覆层，这些层然后借助于粘料的局部的喷射来硬化。为了喷射粘料使用了相似于喷墨打印的技术。

所有基于粉末的方法具有以下共同的特征：

1. 造型不是通过材料去除来实现，而是通过材料的添加。发生了粉末状的初始材料的局部的硬化。

2. 所有方法构造了由有限厚度的层组成的部分几何形状，其中这些层通过所谓的切片处理（Slice-Process）来实现，该切片处理直接地基于CAD数据。

3. 层施覆重力驱动地借助于可浇注的粉末来进行，该粉末通过涂刷单元在粉末层上的涂抹形成层。

层的施覆的实际的过程如下地实现，即涂刷单元具有固定的、在整个层上到粉末床的表面的统一的距离并且在涂刷单元和粉末床之间浇注粉末。要么在涂抹粉末床时用于层构建必需的粉末连续地通过配料单元被后续补给，要么粉末堆作为粉末储藏起作用。

在涂刷单元和粉末层之间的中间空间中的粉末的浇注是重力驱动的，即各个粉末颗粒跟随重力。这自动地决定了粉末床表面以粉末床表面的表面法线在重力方向上的朝向。在粉末床表面的表面法线和重力之间的角度因此等于0°或者包围小于90°，优选小于60°的角度。伴随涂刷单元与粉末床表面的恒定的距离，粉末床的涂抹最后限定了施覆的粉末层的厚度。

根据现有技术，仅可浇注的粉末能够施覆成带有足够质量的层。这意味着，不准低于粉末的一定的最小的颗粒大小。对于带有太精细的颗粒的粉末，在颗粒间的粘结力与通过重力作用于颗粒的力类似地大。典型地低于30μm的陶瓷的颗粒不是足够可浇注用于有效的层构建的。这反作用于均匀的浇注和因此均匀的层构建。更精细的粉末却提供了大量的优点，例如施覆更薄的层的可能性。由此得出，更高的构建精度和通过烧结的结构部分的更好的紧接的紧密化，因为更小的颗粒是更可烧结的。穿过粉末床吸取液化的颗粒现在允许了使用更精细的粉末来在添加的制造期间构建粉末层。带有低于30μm的平均的颗粒直径的颗粒，尤其带有在200nm和30μm之间、优选地在1μm和10μm之间的平均的颗粒直径的颗粒，可由此无问题地被加工。

由此出发的目标是，提高粉末床（该粉末床通过在基于粉末的制造过程中松散的粉末的层式地施覆来构建并且包括了待构建的结构部分）的密度。技术上的任务由此在于在利用松散的粉末的添加的制造过程中在松散的粉末的层的施覆时产生紧凑的粉末散积物(粉末床）。

优选地根据所有这里描述的实施形式获得最紧密的颗粒填料，其相对于已知的干燥的颗粒的散积物具有减小的细孔体积。尤其地（可选地借助于低压或借助于超压）获得的颗粒堆的获得的多孔度小于45%。例如细孔体积在产生的颗粒堆的整体体积上的份额达最大43%。与此相应地产生的颗粒堆的密度达使用的陶瓷的粉末混合物的理论密度的至少55%，或57%。在此理论密度可理解成非多孔的固体的密度，该固体具有陶瓷的粉末材料的物质上的成分，该材料构造在第一和第二半空间之间在分隔壁处的堆。多孔度的确定例如以±2%的精确度重量测量地或以小于/等于±0.1%的精确度的比重测量地来实现。有利地55%理论密度、或甚至45%多孔度对于可烧结的陶瓷的生坯已经足够。因此，所说明的用于生产干燥的陶瓷的粉末的层的方法结合步骤（包括局部限制地固定相互邻近的颗粒）适合于生产可紧密烧结的生坯。

对于刚性的、最大可能同样形状的球形颗粒，得出在粉末床中的填料的大量可能性。相比于理想化的最紧密的球填料，如下的填料被看作是最紧密的填料，其具有最小的细孔空间(<40体积百分比）或最高的可达到的密度(理论密度的～74%）。

在粉末床中的粉末的较高密度对于在直接地在添加的制造过程期间或在紧接的烧结过程中将粉末紧密化成紧凑的结构部分时引起了改善的熔化或烧结能力。

通过产生在平面的过滤器的方向上指向的气流，各个粉末颗粒可被吸入到过滤器处。该平面的过滤器在此铺有颗粒层。为此在气流中的粉末颗粒必须被连续地提供，这例如可通过粉末的液化或雾化通过穿过粉末储藏的第二气体流来实现。这样激活的粉末也称为流动床。在一定厚度的层已经离析在过滤器上之后，不提供另外的颗粒给过滤器单元。在过滤器上产生的层可能地具有统一的层厚。统一的层厚在该情形中通过附加的粉末去除的步骤借助于机械的刮削或打磨来实现。

对此使用涂刷单元，其基本上包括刚性的或振动的刀口或回转的轧辊。

假如层被构建，层信息如在常用的借助于喷射粘料(3D打印）或通过局部的激光烧结(选择的激光烧结）等等的添加的制造方法中那样被传输到所述层中。然后重复粉末施覆的过程步骤，其中这时已经产生的粉末层同样作为过滤器起作用。该过程重复直到待构建的结构部分的所有层都完成。

所产生的层利用该方法获得的填料密度与在陶瓷的泥浆浇注中的层的填料密度是类似的。所产生的层的多孔度由此小于40%。

通过穿过平面的过滤器（其例如可以是粉末层本身）的气体流的产生，各个粉末颗粒可被吸入到过滤器处。因为粉末颗粒在吸入过程中未相互阻碍（直到其实现多孔的基底（气体流通过该基底构造）），颗粒能够最大可能自由地且无阻碍地布置成最紧密的填料。

用于新吸入的颗粒到已经现有的颗粒层上的优选的位置是点，多个颗粒在这些点处接触。在这些点处通过已经吸入的粉末的开放的多孔度的气体流是最强的。有利地这也正好就是如下位置，在这些位置处在最紧密的球填料的意义中应积聚新的颗粒层。由此气体流将各个颗粒引导到在粉末床的表面上的积聚点，这些积聚点对于近乎球形的颗粒相应于最紧密的球填料的相同的大小。

这只有待积聚的颗粒不相互地阻碍时才可能。由于该原因，粉末被弥散地提供给过滤器。在干燥的粉末和空气作为弥散介质的情形下，空气流防止了粉末颗粒靠得太近并且在粉末颗粒的运动中阻碍，该过程也叫做通过空气激活的粉末。此外在气流中持续地提供粉末颗粒，这例如可通过经过第二气流（其穿过粉末储藏伸延）的粉末的液化或雾化来实现。这样激活的粉末也叫做流动床。

用于在添加的制造过程中层施覆松散粉末的迄今的过程不考虑，各个粉末颗粒需要时间和一定的自由空间以便积聚成最紧密的填料。在添加的制造中在松散的粉末层的层施覆的所有已知的方法中粉末散积物阻碍了粉末颗粒的自由运动。纯重力方面的力对于可浇注的粉末的层施覆不足以将颗粒引导到为了最紧密的球填料的最优的位置处。如此作为粉末源的液化的粉末或粉末灰尘的穿过粉末床引导的第二空气流与通过过滤器引导的用于层构建使用的第一空气流的结合使这成为可能。示例性地之前说明了用于产生(粉末）流动床作为粉末源的空气流的应用。但专业人员应意识到，其他的气体或气体混合物也可被用做用于产生粉末流动床的空气。同样也可使用其他的流体作为空气、气体或气体混合物，例如液体作为弥散介质用于产生粉末流动床(粉末源）。

根据之前已知的方法，对于基于粉末的添加的制造方法为了粉末层的施覆，不使用借助于穿过粉末床的空气流的来自颗粒灰尘或其他类型的液化的粉末的颗粒的吸入。之前说明的新方法允许了在施覆的粉末层中颗粒的更高的填料密度。

进一步消除了如下问题，即在干燥的状态中很精细的颗粒具有较小的流动性并且因此低于确定的平均的颗粒直径不再适合于层施覆。但精细的颗粒恰好提供了高表面质量的优点，即所产生的原型的较小的粗糙度，所产生的生坯的改善的烧结能力的优点，或在调整确定的特别精细晶体的组织（例如对于陶瓷结构部分）时的优点。

粉末床的提高的密度引起了更固定的粉末床，由此提高粉末床的支持功能。有利地如此可在粉末层中构建相应的期望的物体，而没有额外支持结构。

此外在层的将近每个任意的方向上的层施覆是可能的，因为这些力（其通过气流作用于粉末颗粒）超过了重力。

总之，提出了一种添加的制造方法，包括生产至少一个几何学上紧密填料的颗粒的层，该层服务于成形体的生产且包括以下步骤：

a）提供颗粒层离析组件，其包括第一和第二半空间，其中分隔壁将第一半空间与第二半空间分隔并且该分隔壁对于弥散介质是能够渗透的并且对于在弥散介质中弥散的颗粒是不能够渗透的；

b）在第一半空间中提供颗粒弥散物，其包括的弥散介质和在其中弥散的颗粒，其中颗粒弥散物基本上均匀地分布在第一半空间中；

c）产生在第一和第二半空间之间的压力梯度，使得在第一半空间中的压力梯度引起指向分隔壁的颗粒弥散物的流；

d）离析颗粒堆，其包括由于运输弥散剂到第二半空间中而在分隔壁上的几何学上紧密填料的颗粒。

优选地颗粒以在第一半空间中构造的流动床的形式均匀地分布并且从流动床中在分隔壁上以几何学上紧密的填料布置。在如此产生的层上可用同样的方式添加地构建另外的层。这例如通过使分隔壁在面向第二半空间的方向上运动来实现。备选地可在添加地在分隔壁的面向第一半空间的侧上产生的层上堆垛另外以这样的方式或不同的方式产生的层。相叠的以层堆垛的形式布置的层的紧密填料的颗粒被相应地局部地（即在相应的层的个别区段中）固定。这些个别的区段典型地相应于在所述方法结束后在紧密的粉末床中嵌入地安放的成形体的轮廓、内或外表面。在固定时进行上层的固定的颗粒到位于下面的层的固定的颗粒处的连结。该成形体可通过再悬浮或再弥散来从所述颗粒的未固定的成分释放。

尽管在此已表述和说明了具体的实施形式，在不偏离于本发明的保护范围的情况下合适地修改示出的实施形式也在本发明的框架内。接下来的权利要求是非强制的第一试验用于一般地限定本发明。

参考文献

[1] Sachs E.M., Haggerty J.S., Cima M.J., Williams P.A., Inventors;Massaschussets Institute of Technology, Assignee. Three-dimensional printingtechniques. US Patent 5,204,055; 1993 April 20;

[2] Deckard CR., Inventor; Board of Regents, The University of TexasSystem, Assignee. Method and apparatus for producing parts by selectivesintering. US Patent 4,863,538; 1989 September 5。

Claims (24)

1.一种用于生产几何学上紧密填料的颗粒的层的制造方法，包括：

a）提供颗粒层离析组件，其包括第一和第二半空间，其中，分隔壁将所述第一半空间与所述第二半空间分隔并且所述分隔壁对于弥散介质是能够渗透的且对于在所述弥散介质中弥散的颗粒是不能够渗透的；

b）在所述第一半空间中提供颗粒弥散物，所述颗粒弥散物包括弥散介质和在其中弥散的颗粒，其中，所述颗粒弥散物基本上均匀地分布在所述第一半空间中；

c）在所述第一和所述第二半空间之间产生压力梯度，使得在所述第一半空间中的压力梯度引起所述颗粒弥散物的指向分隔壁的流；

d）离析颗粒堆，其包括由于运输弥散剂到所述第二半空间中而在所述分隔壁上的几何学上紧密填料的颗粒，

其中，所述颗粒弥散物的提供通过直接地在所述第一半空间中产生所述颗粒弥散物来实现；

进一步包括：

e）借助于刮削和/或打磨弄平所述颗粒堆，使得一直去除所述颗粒堆的颗粒，直到在所述分隔壁上的几何学上紧密填料的颗粒的层具有均匀的层厚。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤c）和步骤d）之间进一步加入步骤：

cc）在所述第一半空间中提供弥散的颗粒的流化床，其中，所述流化床至少逐段地与所述分隔壁接触并且在所述流化床中的弥散的颗粒的弥散物的密度比在所述第一半空间的剩余体积中更高。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述颗粒堆仅包括包含颗粒相和流体相的两个相。

4.根据权利要求1所述的制造方法，进一步包括：

f）将均匀的层厚的几何学上紧密填料的颗粒的层存放在所述颗粒层离析组件外。

5.根据权利要求1所述制造方法，其中，所述产生包括气体或气体混合物的导入。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述弄平借助于涂刷单元实现并且所述涂刷单元包括回转的轧辊、回转的刷、刀口和/或滑块，

其中，所述回转的轧辊、所述回转的刷、所述刀口和/或所述滑块借助于所述涂刷单元引导到所述堆的上方，使得获得均匀的层厚，

其中，所述均匀的层厚是在从500nm到5mm的范围中能够调整的。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述刀口和/或所述滑块旋转地或刚性地与所述涂刷单元连接。

8.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述均匀的层厚是在1μm和500μm之间能够调整的。

9.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述均匀的层厚是在30μm和200μm之间能够调整的。

10.在添加的制造方法中均匀的层厚的几何学上紧密填料的颗粒的层的应用，包括：

g）堆垛均匀的层厚的几何学上紧密填料的颗粒的不同的层；

gg）将一层的邻近的颗粒在该层的整体的层厚上局部限制地连接；以及

ggg）将层堆垛的直接邻近的层相互至少部分地紧固，其中，在此在所述邻近的层的局部限制地相连的邻近的颗粒的区域中实现所述至少部分的紧固。

11.一种用于由包括几何学上紧密填料的颗粒的、相应地均匀的层厚的层来生产固体的添加的制造方法，其中，所述制造方法包括：

i）提供均匀层厚的几何学上紧密填料的颗粒的第一层；

ii）通过在用于产生层堆垛的所述第一层的表面上堆垛几何学上紧密填料的颗粒的第二层来产生层堆垛；

或

通过使用作为颗粒源的流化床和穿过分隔壁和处于所述分隔壁上的、已经离析的层的空气或气体流在所述第一层的表面上生产几何学上紧密填料的颗粒的第二层来产生层堆垛；

iii）局部限制地固定彼此相邻的颗粒，该局部限制的固定在所述第二层的整体层厚上延伸并包含所述第一层的表面，其中，所述局部限制的固定包括：

-局部施覆固定剂，或

-对着电磁辐射局部的暴露，或

-利用激光射束局部的加热。

12.根据权利要求11所述的添加的制造方法，进一步包括：

iv）调节弥散剂的体积流，使得在时间单元内通过所述分隔壁流动的弥散剂的体积至少在根据步骤ii）的产生层堆垛期间是恒定的。

13.根据权利要求11所述的添加的制造方法，其中，所述堆垛的颗粒层中的至少两个的层厚彼此不同。

14.根据权利要求11到13中任一项所述的添加的制造方法，其中，所述堆垛借助于以下实现：

h）重复根据权利要求1的步骤b）、c）、d）和e），其中，在根据步骤e）的弄平之后并且在根据步骤d）的重复的离析之前执行另外的步骤hh）：

hh）局部限制地固定带有均匀的层厚的紧密填料的颗粒的经弄平的层，其中，所述局部限制的固定通过局部的施覆固定剂、通过对着电磁辐射的局部的暴露来实现。

15.根据权利要求11到13中任一项所述的添加的制造方法，其中，所述局部限制的固定仅在所述颗粒层的如下区段处实现，这些区段相应于层式构建的固体的轮廓或者直接地邻近于所述层式构建的固体的轮廓和/或表面区段。

16.根据权利要求11到13中任一项所述的添加的制造方法，其中，所述固体是生坯并且所述颗粒是陶瓷的粉末。

17.根据权利要求16所述的添加的制造方法，其中，所述陶瓷的粉末包括带有50nm到500μm的平均的颗粒直径的颗粒。

18.根据权利要求16所述的添加的制造方法，进一步包括：

借助于所述堆垛的层的未固定的成分的去除来释放所述陶瓷的生坯。

19.根据权利要求18所述的添加的制造方法，其中，所述释放自动地借助于定向地在流体的压力下运用的流体实现。

20.根据权利要求19所述的添加的制造方法，其中，所述释放此外包括对所述层堆垛的听觉的和/或机械的振动的作用。

21.根据权利要求14所述的添加的制造方法，其中，所述局部限制的固定通过激光感应的局部的加热来实现。

22.根据权利要求16所述的添加的制造方法，其中，所述陶瓷的粉末包括带有在200nm和250μm之间的平均的颗粒直径的颗粒。

23.根据权利要求16所述的添加的制造方法，其中，所述陶瓷的粉末包括带有在1μm和100μm之间的平均的颗粒直径的颗粒。

24.根据权利要求11到23中任一项所述的用于生产陶瓷的生坯的添加的制造方法的应用。