CN107206681B - 用于制造一系列物体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了制造一系列物体的方法。在该方法中，提供制造介质的层。在层的至少边缘区域处将介质层的一部分结合一起，以形成支撑部分。在通过层的边缘区域夹持支撑部分时，支撑部分下降。介质的另外的层由支撑部分支撑。选择性地结合介质的另外的层的一部分，以形成至少一个物体部分。还公开了用于执行该方法的装置。

Description

用于制造一系列物体的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种以制造三维物体的方法和装置，尤其涉及能够在连续的制造过程中制造一系列物体的方法和装置。

背景技术

三维打印是一类增材制造技术，其中，材料的连续的层沉积到构建区域中，其中，层的一部分连结起来，使得期望的物体由连续的层的连结部分构成。在沉积点，材料可以是液体、颗粒状固体或其它可流动的介质。

通常，当材料层从沉积单元沉积时，其上沉积有第一层材料的支撑板向下远离构建区域地平移，使得可在构建区域处添加另外的材料层。沉积层由此容纳在具有位于顶部的构建区域和位于底部的支撑板的井中。通常井的对应于支撑板的尺寸的尺寸以及支撑板可向下远离构建区域平移的最大距离限制了用于制造的可用体积。

特别地，如果希望在同一制造运转期中制造大量的物体，则可制造的物体的数量受到井的体积的限制。如果需要制造比可同时容纳在井中的物体更多的物体，则必须在第一作业中制造第一批物体，必须将该批物体从井中移除，支撑板必须返回其位于构建区域正下方的原始位置，而第二批或另外批次的物体必须在第二作业或其他作业中制造。特别是在每个物体具有与井的最大尺寸相当的最大尺寸的情况下，每个制造的物体可能需要单独的制造作业，并且在可以制造另外的物体之前，每个物体必须从井中移除。以这种方式制造大量的物体是劳动密集且耗时的。

因此，需要一种可使得能够以高效的方式制造大量物体的增材制造方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提出一种制造一系列物体的方法。所述方法包括提供制造介质的层。所述方法包括在层的至少边缘区域处将介质层的一部分结合结合起来，以形成支撑部分。所述方法包括在通过层的边缘区域夹持支撑部分时，降低支撑部分。所述方法包括提供由支撑部分支撑的介质的另外的层。所述方法包括选择性地结合结合介质的另外的层的一部分，以形成至少一个物体部分。

在一实施方式中，所述方法还包括进一步降低支撑部分。在该实施方式中，所述方法包括在介质的所述另外的层上提供介质的其它另外的层。在该实施方式中，所述方法包括将介质的所述其它另外的层的一部分结合起来，以形成另外的支撑部分。在该实施方式中，所述方法包括通过所述另外的层的边缘区域夹持所述另外的支撑部分。在该实施方式中，所述方法包括释放支撑部分。

在一实施方式中，从支撑部分之上的位置提供介质的所述另外的层，支撑部分从位于所述另外的支撑部分之下的位置被释放。

在一实施方式中，包括所述层和所述另外的层的介质层构成连续的柱。

在一实施方式中，所述方法包括：选择性地结合所述另外的层的一部分，以形成连接至支撑部分的附加的支撑部分，使得物体部分在层内被所述附加的支撑部分包围。

在一实施方式中，支撑部分和所述附加的支撑部分形成盒。

在一实施方式中，盒包括有孔的部分。

根据本发明的第二方面，提出一种用于制造一系列物体的装置。所述装置包括构建区域。所述装置包括分配单元，其布置成能够将制造介质的层沉积到构建区域中，其中，所述层的一部分选择性地结合起来。所述装置包括支撑单元，其布置在构建区域之下，以通过下部的层的边缘支撑位于所述层之下的下部的层，并将下部的层向下远离构建区域地平移。所述装置构造成能够选择性地结合构建区域中的连续的层的一部分，以形成被周围结构包围的物体，并且至少在形成之后，利用支撑单元支撑周围结构。

在一实施例中，支撑单元包括相对布置的成对的夹持器，所述成对的夹持器布置成能够沿彼此相反的方向向所述下部的层施加夹持力。

在一实施例中，每个夹持器都具有用于在下部的层的边缘处夹持下部的层的平行于周围壁布置的夹持表面，并且能够与所述成对的夹持器中的另一夹持器一起移动远离构建区域，以使下部的层向下平移。

在一实施例中，所述装置包括另外的成对的相对的夹持器，所述另外的相对的夹持器布置成能够在与所述成对的夹持器的相反的方向成一定角度的相反的方向上向下部的层施加夹持力。

在一实施例中，每个夹持器都包括环形带，所述环形带具有布置成平行于周围壁的夹持表面，以用于支撑下部的层并同时使下部的层向下且远离构建区域地平移。

在一实施例中，所述装置还包括接收器，所述接收器布置成能够在支撑单元释放下部的层之后接收支撑结构。

在一实施例中，所述装置还包括选择性结合单元，所述选择性结合单元适于以不同的结合强度结合层的不同部分，使得周围结构由与物体相比具有不同结合强度的区域形成。

根据本发明的第三方面，提出一种制造一系列物体的方法。所述方法包括选择性地结合制造材料的柱的连续的层的一部分，以便形成包围一系列物体的一系列支撑结构。所述方法包括使制造材料的柱向下平移，同时在柱的顶部添加制造材料的另外的层，从柱的底部移除支撑结构，制造材料的柱由位于柱底部处的一个支撑结构支撑，所述支撑结构本身在外部通过支撑结构的侧部被支撑。

根据本发明的第四方面，提出一种制造一系列物体的方法。所述方法包括使制造介质的具有选择性地结合起来的部分的连续的层沉积到构建区域中，以形成被布置在连续的层的至少边缘区域上的第一支撑结构所围绕的第一物体。所述方法包括在层的形成第一支撑结构的边缘处在外部支撑第一支撑结构，同时使第一支撑结构向下远离构建区域地平移。所述方法包括使制造介质的具有选择性地结合起来的部分的连续的层沉积，以形成被布置在连续的层的边缘区域处的第二支撑结构围绕的第二物体。所述方法包括在层的形成第二支撑结构的边缘处在外部支撑第二支撑结构，同时第一支撑结构在外部被支撑。所述方法包括：一旦第二支撑结构在外部被支撑，就释放第一支撑结构。所述方法包括在从位于构建区域下方的移除位置释放第一支撑结构之后，移除容纳物体的第一支撑结构。

根据本发明的第五方面，提出一种用于制造一系列物体的装置。所述装置包括材料沉积单元，其布置成能够使材料的具有选择性地结合起来的部分的连续的层沉积到构建区域中，以形成被布置在连续层的至少边缘区域处的支撑结构包围的物体。所述装置包括支撑单元，其布置成能够在层的形成支撑结构的边缘处支撑支撑结构，同时使第一支撑结构向下远离构建区域地平移至位于构建区域下方的移除区域。在所述装置中，支撑单元布置成能够同时支撑容纳相应的物体的竖直地布置的相继的至少两个支撑结构，使得当下部的支撑结构被释放时，上部的支撑结构保持被支撑并且能够向下平移以代替下部的支撑结构。

在本发明的实施例或实施方式中，制造介质的不同部分可以以不同的结合强度结合，使得周围结构由与物体相比具有不同结合强度的部分形成。

在本发明的实施例或实施方式中，周围结构的结合可比物体的结合弱，周围结构的结合可在形成物体之后被释放。

在本发明的实施例或实施方式中，周围结构的结合可借助于可溶性粘合剂，通过施加用于释放结合的合适的溶剂可释放周围结构的结合。

在本发明的实施例或实施方式中，合适的溶剂可通过用合适的溶剂喷周围结构或将周围结构浸入合适的溶剂中来施加。

在本发明的实施例或实施方式中，周围结构的结合可被释放，以从所述周围结构释放物体。

在本发明的实施例或实施方式中，用于构造支撑结构的制造介质在所述支撑结构的结合被释放之后可被再循环利用。

在本发明的实施例或实施方式中，可溶性粘合剂是可溶性聚合物。

在本发明的实施例或实施方式中，制造介质是金属粉末。

附图说明

为了更好地理解本公开，并为了示出本公开如何实施生效，将示例性地参照附图，附图的内容总结如下：

图1示出了根据第一实施例的制造装置；

图2示出了图1的实施例的替代性视图；

图3a至3i示出了图1的装置的作为一种制造方法的一系列操作；

图4a至4c示出了图1的装置的一系列操作，其中，物体被从装置移除；

图5是利用带的替代性进给机构的视图；

图6a和图6b是利用螺钉的替代性进给机构的视图；

图7a至7d是利用有齿的驱动转子的替代性进给机构的视图；

图8a至8c是利用弹性的或有纹路的驱动转子的替代性进给机构的视图；

图9a至9f是替代性进给机构的视图，其中，进给机构中的材料柱是倾斜的；

图10a至10c是替代性实施例的视图，其中，多个构建区域和进给机构设置成与单个制造系统相关联；

图11a至11e是替代性实施例的视图，其中，多个构建区域和进给机构设置成与单个制造系统相关联；

图12示出了图11e的支撑结构如何设置成与图8c的进给机构相连接。

具体实施方式

本公开涉及增材制造技术，其中，物体由一系列连续沉积的层构成，所述层的一部分不仅在层内连结起来并且与下层的一部分连结。这种过程可通过下述方式实现：流体聚合物层的固化，例如通过定向DV光；颗粒材料层、如金属粉末层的选择性烧结，例如通过激光；颗粒材料的连续层通过施加粘合剂滴而选择性地结合，例如通过施加粘合剂滴而结合陶瓷粉末；或者在一层中选择性沉积强结构材料和较弱的支撑材料，例如使用热熔聚合物或光固化聚合物。

以下给出的公开的示例性实施例将对粉末床和喷墨头3D打印进行说明，其中，将粘合剂从扫描喷墨头选择性地喷射到粉末床上。本公开有利地应用于涉及通过分配单元沉积在层中并且然后通过选择性结合单元选择性地结合起来的颗粒状制造材料的这种配置。然而，应理解，例如通过适当地选择打印头和沉积介质，所公开的技术也适用于其他增材制造方法。

图1示出了本公开的第一实施例。在图1的实施例中，设置工作台4，工作台4的上表面形成有井4a。上表面可以是平坦的。图1中还示出了粉末分配器1，粉末分配器1布置成能够沿着第一方向X移动越过工作台4的上表面。粉末分配器1具有至少一个分配口，当粉末分配器1越过井4a时，粉末可作为层均匀地分配至限定构建区域的井4a中。分配口可在垂直于第一方向的第二方向Y上宽到足以在第二方向上在井4a的宽度上将均匀的粉末层分配至井4a中。替代地，分配口可具有较小的宽度，并且可以在第二方向上扫掠粉末分配器1的长度，以便均匀地将粉末层分配至井中。

图1中还示出了作为选择性结合单元的打印头2，打印头2在本实施例中沿着第一方向布置在粉末分配器1的前边缘处，并且包括布置成能够沿第二方向越过粉末分配器1的前部平移的喷墨单元。替代地，打印头2可包括延伸井4a的宽度并沿第二方向固定的单个喷墨头。尽管在图1的实施例中，打印头固定至粉末分配器1的前边缘，打印头仍可替代地设置成能够独立于粉末分配器1在第一方向上跨越井4a平移。

井4a不仅在工作台4的上表面开口，粉末分配器和打印头布置成能够在所述上表面之上移动，而且井4a还延伸以在工作台4的下表面开口，从而连接工作台4的上表面和下表面。

作为支撑单元的进给机构5布置在井4a之下，进给机构5包括两对夹持器5a、5b和5c、5d。每对夹持器在形状和尺寸方面与井4a相对应但位于井4a之下的空间的相对侧布置成彼此相对。每对夹持器具有布置成能够沿相反的方向施加向内的压力的夹持表面。夹持器由此能够将夹持力施加至具有与井4a类似的形状并且位于井4a的正下方的物体的边缘。

在图1的实施例中，成对的夹持器位于与井4a的相对布置的拐角相对应的位置处，并且具有形状上与井4a的相应的拐角相对应的夹持表面。在图1的实施例中，第一对夹持器5a、5b和第二对夹持器5c、5d都彼此相同地布置成对应于同一对相对的拐角。然而，在一替代的配置中，第一对夹持器可与第一对拐角相关联，第二对夹持器与第二对相对的拐角相关联，使得第一对夹持器和第二对夹持器相应地沿成一角度、更特别地成直角的方向在井的相对侧面向彼此。第一对夹持器和第二对夹持器中的每一对可独立地被向内驱动以及从井下方的空间向外缩回，从而相应地施加和解除夹持力，并且第一和第二对夹持器中的每一对可独立地在向内驱动或向外缩回状态下相对于井4a向上和向下平移。

用作接收器单元的移除机构布置在进给机构5之下，移除机构具有另外的成对的移除夹持器6a、6b，移除夹持器6a、6b也具有相应的夹持表面，夹持表面也对应于井4a的相对的拐角，并且也可向内嵌入并向外缩回以相应地在位于夹持器之间的物体上施加和解除夹持力。

最后，传送器7布置在移除机构6之下，传送器7用作用于输送放置在其上的物品的输送单元。

图l示出装置在制造开始之前的配置。起始板3位于井4a中，起始板3用作从粉末分配器1分配的第一层粉末的初始支撑结构。在使工作台4透明的图2中可以更清楚地看到，在制造开始时，起始板3被进给机构的至少第一对夹持器5a、5b夹持，使得起始板的表面与工作台4的上表面共面。事实上，在图1和图2中，第一和第二对夹持器都夹持并进而支撑起始板。

从图3a所示的位置，向起始板3的边缘施加夹持压力的进给机构5可操作以使第一对夹持器5a、5b和第二对夹持器5c、5d中的每一对一起向下平移，以使被夹持的起始板3相对于井4a向下平移。这使得能够在井4a中形成空间，以使得第一层粉末能够从粉末分配器分配至井4a的位于起始板3上方的至少一部分中。该状态如图3b所示。进给机构5只需要使板向下平移非常小的距离，以便仅提供足以使得能够形成制造过程的一个截面层的深度。

如图3c所示，粉末分配器从图3b的状态沿着第一方向平移越过井4a，以在井4a内的起始板3的顶部上分配均匀的粉末层。如果粉末层被填充至工作台4的上表面，则未示出的光滑单元、例如刮板或辊子可平移经过工作台4的上表面，以使位于起始板3的顶部上的粉末薄层的上表面光滑且水平。光滑单元可以是分配器1的一体部分，或者可以单独地设置。

在分配粉末之后，装置的状态如图3d所示。

粉末分配器从图3d所示的位置缩回至达到图3e所示的状态。打印头2从该状态平移经过井4a以将粘合剂喷射至粉末层上的选择性位置，从而选择性地将粉末的一部分连结起来。在一替代配置中，打印头2可在第一方向上固定地位于粉末分配器1的后方，并且粉末分配和粘合剂喷射操作可在组合的粉末分配器和打印头的沿第一方向的单程中进行。

在其中粘合剂可固化的向前或向后的进程中的一个或两个期间或之后，固化单元、例如在可紫外线固化的粘合剂的情况下的紫外线光源可经过构建区域以固化粘合剂。在粘合剂随时间而固化的情况下，可无需单独的固化单元。固化单元可独立地在构建区域之上沿第一方向移动，或者可固定至打印头2或分配器1的边缘。

在本实施例中，打印头被控制成能够在井4a的至少边缘区域中选择性地将粉末结合起来，以便形成下面进一步描述的支撑结构。

粉末分配器1和打印头2从图3e的位置返回到图3a所示的位置。进给机构5然后使起始板3平移另外的增量距离，以使得另外的粉末层能够在位于起始板3上的已分配且至少部分地结合的层上分配至井中，如图3b至3d所示。

值得注意的是，由于前一层的至少边缘区域已经通过粘合剂的作用而连结起来，因此，即使起始板3可能此时已经下降至工作台4的下表面之下并且可能由此已经完全离开井4a，但位于板3的上表面之上的粉末层的固化的边缘部分仍约束粉末层，并且支撑沉积在其上的连续的一个或多个粉末层。因此，可持续地重复如图3a至3e所示的印刷板的运动和起始板3的下降，直到在起始板3的顶部上制造出容纳基本上未结合的粉末的盒状支撑结构，而无需形成在起始板3中的井4a延伸支撑结构的整个深度。

在这种状态下，如图3f所示，第二对夹持器5c、5d可如图3f所示被释放，而第一对夹持器5a、5b保持与起始板3相接合。该状态如图3g所示。然后第二对夹持器可向上朝向构建区域4a平移，如图3h所示，然后可被向内施加，以便夹持至少部分地由穿过井4a的连续的粉末层的固化边缘区域形成的支撑结构。该状态如图3i所示。应理解，对于盒状支撑结构的任意高度，该过程都可继续，因为随着支撑结构作为整体从构建区域下降，第一和第二对夹持器交替地在位于支撑结构的壁上的连续更高的位置处夹持支撑结构。

该过程具有下述优点：打印头可被控制成能够在制造支撑结构的同时，通过选择性地固化连续层的除了形成支撑结构的部分之外的另外的部分，制造期望的物体。所制造的物体的最大尺寸仅受支撑结构的内部空间限制，如上所述，支撑结构可具有仅受结合强度和井下的可用深度限制的基本上任意的高度。

利用该过程，也可在连续制造过程中相继地制造可相同或不同的一系列物体，其中，连续的材料层被添加至构建区域，每一个都可容纳一个或一个以上的所期望的物体的连续的支撑结构在完成之后从进给机构5的下方移除。这可通过再次参看图3a来理解。然而，与图3a中所描述的起始板3位于井中的先前的情况不同，现在应认为井容纳由井的壁所容纳的基本上未结合的一个或一个以上粉末层，并被支撑在先前制造的盒状支撑结构的顶部上，支撑结构可容纳物体，支撑结构的顶部现在履行起始板3的功能。支撑结构的顶部可封闭，或者可敞开。由于支撑结构通过进给机构5接连地下降，所以也可容纳物体的新的支撑结构如上所述地由沉积在井4a中的连续层制造而成。完成的下部的支撑结构由进给机构5的至少一对夹持器5a、5b保持，直到形成足够高的未完成的上部的支撑结构，此时另一对夹持器5c、5d可用于支撑至少上部的支撑结构。当制造未完成的上部的支撑结构时，包括完成的下部的支撑结构和未完成的上部的支撑结构的整列粉末与上、下部支撑结构可能容纳的任何相应的物体一起从井4a向下平移。一旦未完成的上部支撑结构由进给机构5的至少一对夹持器支撑，则支撑完成的下部的支撑结构的夹持器可向外移动，以将完成的下部的支撑结构从进给机构5释放。

由于在完成的下部的支撑结构和未完成的上部的支撑结构之间存在至少一层未结合的粉末或至少一个部分地未结合的层，结合的和未结合的粉末的包括下部的支撑结构和上部的支撑结构以及其中容纳的未结合的粉末和物体的连续的柱将在未连结的粉末层处分离。完成的下部的支撑结构由此可从进给机构掉落。在图1的实施例中，移除机构6包括第二对夹持器，第二对夹持器被应用至粉末柱中的最底下的完成的支撑结构，以便提供下部的支撑结构相对于柱的其余部分的受控的分离。由于布置在完成的下部的支撑结构之上的未完成的上部的支撑结构已经被第一对夹持器5a、5b保持，所以即使完成的下部的支撑结构被移除，另外的粉末层仍可沉积到井4a中，并且制造过程仍可继续。

在图1的实施例中，已夹持柱中的最底下的支撑结构并且将其相对于粉末柱分离的移除机构6被布置和控制成能够将支撑结构放置在传送器7上，使得支撑结构及其可容纳的物体可从装置移走至例如烧制步骤、烧结步骤、烘烤步骤、固化步骤、检查步骤、涂装步骤、其它另外的制造步骤或包装步骤。

这种操作以图4a至4c的顺序示出。在图4a中，移除机构6的夹持器6a、6b被应用至支撑结构的壁。夹持器6a、6b然后将支撑结构向下平移并远离剩余的材料柱，从而将支撑结构及其中容纳的物体相对于柱分开。在图4b中，支撑结构被移除机构放置在传送器7上，然后通过夹持器6b、6b的缩回而释放。在图4c中，移除机构布置在与图4a所示的位置对应的位置处以接收下一支持结构。放置在传送器7上的支撑结构沿箭头方向被输送到之后的步骤。

如果能够适当地供给粉末和粘合剂，则上述过程可无限期地执行。仅在制造过程开始时才需要起始板3，以便为首先沉积的未结合的粉末提供稳定的底座。在将起始板3从进给机构释放后，可继续连续地制造一系列支撑结构，每个支撑结构都包括制造的物体，粉末柱始终至少由最下方的支撑在进给机构5中的制造的支撑结构支撑。因此，随着粉末和粘合剂被添加到井4a中以形成支撑结构和容纳在支撑结构内的任何期望的物体，并且完成的支撑结构和其中可容纳的物体在进给机构5的底部处被移动机构6移除并被传送器7运走，完全连续的制造过程是可行的。

如果支撑结构能够支撑粉末柱并且阻止粉末从侧面或通过支撑结构的底部流动，则支撑结构的构造不是特别重要。在被包裹时，许多粉末不会流动通过有孔的表面。因此，支撑结构的壁和底座不必是实心，而是可以是孔或形成为网格。这对于使容纳在支撑结构内的被制造的物体易于释放是特别有用的。一旦支持结构从进给机构被释放，并且例如由移动机构6的夹持器6a、6b支撑，则该盒可以被轻轻摇动以搅动粉末并使得粉末能够流动通过盒的有孔部分。然后可将多余的粉末和可选的支撑结构本身回收到储存仓中，以便可选地清洁以及然后再循环回到粉末分配器中。

虽然上述实施例描述为具有包括两对夹持器的进给机构，所述夹持器被嵌入和缩回以相应地夹持和释放支撑结构的侧部，但是替代的配置是可能的。图5中示出了一个这种配置，其中，图1的第一和第二对夹持器被第一和第二带5a和5b替代。带5a和5b是环形和有弹性的，并且具有在井4a下方的空间的相对侧间隔开地布置的面向外的夹持表面，以便在支撑结构从在井4a中被制造下降到在带5a和5b的下端处被释放时，夹持支撑结构的侧面。因此，支撑结构能够在下降时在其边缘部分处始终被支撑。在图5的实施例中，可省去移除机构6。在这种情况下，最底下的支撑结构被简单地释放以落到传送器7上，传送器7使支撑结构、其中容纳的未结合的粉末和支撑结构内的任何制造的物体沿箭头所示的方向平移。

其他形式的夹持器也是可行的。例如，可设置在支撑结构的交替的成对的拐角上操作的成对的夹持器。

在一些配置中，与支撑结构的边缘相接合的元件、例如带的表面可仅设在柱的一侧上。柱的相反的表面可仅面向光滑的滑动表面。

支撑结构可制造成具有形成在外侧上的夹持图案，以使得支撑结构能够更容易地被夹持，并且夹持表面可形成为具有与支撑结构的夹持图案相对应的夹持图案。

在另一变型例中，可提供一个或一个以上旋转的螺钉，旋转的螺钉布置成能够以蜗杆驱动的方式与支撑结构的边缘相接合，以便向支撑结构提供所需的支撑和平移。这种螺钉可伸入构建区域中，以夹持支撑结构的相应地形成的部分。在一些配置中，支撑结构的相应地形成的部分可形成为至少部分地围绕螺钉的合适的部分、例如上部。图6a中示出了具有布置在柱的相反侧的两个螺钉5a、5b的这种配置。图6b中示出一替代性配置，其中，螺钉5a、5b、5c、5d更大，设在柱的四侧，并且还延伸至构建区域中。在例如特别是与旋转工作台相关的一些配置中，螺钉可延伸至构建区域的中间位置中或通过构建区域的中间位置，使得支撑结构围绕螺钉布置。中间位置可与旋转工作台的材料分配器的旋转轴线重合。

在另一变型例中，可设置一个或一个以上驱动齿轮或有齿的转子代替每个所述夹持器，所述驱动齿轮或有齿的转子布置成以齿条与齿轮驱动的方式与支撑结构的一个、两个或更多的边缘相接合，以便为支撑结构提供所需的支撑和平移。可优选地使层的构成支撑结构的边缘区域形成为具有位于形成为与每个齿轮相对的边缘或壁上的对应的齿部或脊部。图7a示出了具有一对相对的转子5a、5b的这种配置。图7b示出了具有彼此成直角地布置的两对相对的转子5a、5b、5c、5d并且一对5a、5b布置在另一对5c、5d之下的替代配置。图7c示出了一种配置，其中，有齿的转子5a仅布置在列的一侧上，柱的另一侧面向光滑的表面5b。图7d示出了作为另外的替代方案的一种配置，其中，成对的有齿的转子5a、5b、5c、5d布置在旋转工作台4之下。沿柱串联的多个这种齿轮组或有齿的转子可构成进给区域，以便在下部的支撑结构被释放时使得上部的支撑结构能够保持被支撑。在这种进给机构中可设置两个或两个以上齿轮、转子或串联布置的这种齿轮或转子组。

在另一变型例中，可设置一系列弹性的转子、或者替代地有纹理的转子，所述转子布置成能够向支撑结构的边缘施加压力，以便向支撑结构提供所需的支撑和平移。在图8a中示出了具有一对相对的转子的这种配置。同样对于这种方法，在图8b中示出了一替代配置，所述替代配置具有成直角地布置的两对相对的转子，其中，一对相对的转子布置在布置在另一对之下。图8c示出了一种配置，其中弹性的转子5a仅布置在柱的一侧上，柱的另一侧面向光滑的表面5b。同样地，沿着柱串联的多个这种转子组可构成进给区域，以便在下部的支撑结构被释放时使得上部的支撑结构能够保持被支撑。两个或两个以上转子、或者串联地布置的这种转子组可设在这种进给机构中。

在所公开的配置中，不要求进给机构使层仅沿竖直、即向下的方向平移。可以想象的是，例如利用图5的带，进给机构可倾斜，以使得形成粉末柱的层相对于竖直方向成一定角度地平移，从而还使层的运动具有侧向分量。特别是在这种配置中，与支撑结构的边缘相接合的元件、例如带的表面可仅设在这种倾斜柱的一侧、优选地下侧上。倾斜柱的相反的表面可仅面向用于容纳未结合的粉末的光滑的滑动表面。这种配置的示例在图9a至9f中示出。

在图9a中，具有有齿的夹持表面的夹持器5a、5b仅布置在倾斜柱的一侧上。倾斜柱的相反的表面可面向光滑的滑动表面。在图9b中，螺钉5a、5b布置在倾斜柱的不是倾斜侧的两侧上。至少倾斜的下侧和可选地与柱的倾斜的下侧的相反的表面面向光滑的滑动表面。在图9c中，有齿的齿轮5a、5b布置在倾斜的柱的两侧上。至少倾斜的下侧和可选地与柱的倾斜的下侧的相反的表面面向光滑的滑动表面。在图9d中，有齿的转子5a、5b布置在倾斜柱的两个倾斜侧上。在图9e中，有齿的转子5a、5b布置成面向倾斜柱的下侧。可选地，柱的与倾斜的下侧相反的表面可面向光滑的滑动表面。在图9f中，光滑的滑动表面5c布置成面向倾斜柱的下侧。有齿的转子5a、5b布置成面向柱的与倾斜的下侧相反的表面。各种支撑元件和夹持元件的数量和布置可不受限制地变化。

在一些配置中，可设置多个工作台，共同的打印头、材料分配器、光滑单元等可根据需要在工作台之上设置成可移动的。一些变型例可设置布置在共同平面中的多个构建区域。例如，限定构建区域的多个井可形成在共同的工作台的上表面中。每个构建区域可与其自身的进给机构以及可选的其自身的传送器相关联。这种配置将能够在连续的过程中同时制造分别包围在支撑结构中的多个物体。为了简化，与每个井相关联的进给机构可具有类似的结构。这种变型的实例在图10a至10c中示出。

图10a示出了用于具有位于共同的固定工作台4中的六个构建区域的旋转工作台的应用，每个构建区域都包括从工作台的中间向下和径向向外延伸的齿条-齿轮进给机构5，共同的打印头、材料分配器、光滑单元等绕工作台旋转。每个进给机构终止在相关联的传送器7处，在所显示的配置中，传送器7使释放的支撑结构径向地远离工作台地平移。

图10b示出了用于具有三个构建区域的线性工作台4的应用，每个构建区域都包括向下地相对于共同的打印头、材料分配器和光滑单元等所沿着平移的线侧向地沿相同方向延伸的齿条-齿轮进给机构5。每个进给机构终止在共同的传送器7处，在所显示的配置中，传送器7使释放的支撑结构平行于材料分配器的平移方向远离工作台地平移。替代地，每个进给机构可终止在单独的相关联的传送器处。

图10c示出了用于具有三个构建区域的线性工作台4的应用，每个构建区域都包括向下地相对于共同的打印头、材料分配器和光滑单元等所沿着平移的线侧向地延伸的齿条-齿轮进给机构5。进给机构中的两个沿一个方向延伸远离所述线，而一个进给机构沿相反的方向延伸。每个进给机构终止在相关联的传送器7处，在所显示的配置中，传送器7使使释放的支撑结构平行于材料分配器的平移方向远离工作台地平移。进给机构中的两个共用一个共同的传送器，而另一个进给机构与另一个传送器相关联，所述另一个传送器在该变型例中以与共同的传送器相同的方向延伸。

支撑结构的配置也没有特别限制。图1至图5的实施例可利用例如在所有侧面和底面完全封闭的顶部敞开式立方体盒。然而，替代配置是可能的。图11a例如示出了呈上表面和两个相对的侧壁由网格形成的立方体盒的形式的支撑结构。图11b例如示出了一系列立方体支撑结构I至IV，其相应地具有：I，敞开的顶部；II，敞开的顶部和一个敞开的侧壁；III，敞开的侧壁和可分离的顶部；IV：敞开的侧壁和可分离的顶部，所述顶部部分地向下延伸出一对相对的侧壁。具有可分离部分的支撑结构可形成为具有位于可分离部分与支撑结构的其余部分之间的小区域的未结合的或松散地结合的材料，使得支撑结构可在未结合的或松散地结合的材料处断裂，以打开支撑结构，从而容易地接近被包围的物体。这种未结合的或松散地结合的区域可通过减少供给至未结合的区域的粘合剂的量来形成，或者通过以多孔区域将可分离部分连接至结构的其余部分来形成，其中，结合的连接部分从可分离部分延伸至结构的其余部分，但是本身由未结合的材料分开。后一种方法类似于在一张纸中设置孔，从而使得能够沿着孔容易地分离。

此外，图11c示出了立方体形式的支撑结构I和倾斜平行六面体形式的支撑结构II之间的比较。后一种结构在如图9a至9e所示的倾斜的进给机构的情况下可具有特别的实用性。

作为另一可能方案。图11d示出了内部分成隔室II的支撑结构I，物体可形成在每一个隔室II中。这种配置可针对搬运具有改善的强度。

最后，图11e示出了环形形式的替代的分割式支撑结构I，所述支撑结构I可沿未结合的或弱结合的区域分离，以分成例如五个较小的容器II，每个容器II呈现例如环的扇形。如图12所示，这种配置在与图8d所示的旋转工作台相关联的情况下可以是特别有用的。

对于粉末和粘合剂，没有特定的需求。在一个预期的变型例中，与物体相比，支撑结构使用不同的粘合剂来形成。替代地，与物体相比，支撑结构可使用不同的连结或结合技术来形成。这将使得能够通过暂时连结或弱连结来制造支撑结构，例如，将可溶性聚合物将金属粉末结合起来，而容纳在金属粉末中的任何制造的物体可通过更强的结合、如激光烧结来制造。这种配置将使得用于构造支撑结构的金属粉末能够通过使用合适的溶剂洗涤以解放粉末的结合而再循环，而制造的物体基本上不受这种洗涤的影响。此外，这种方法可使得容纳在支撑结构内的物体能够容易地释放，例如通过用合适的溶剂喷射或浸泡支撑结构，所述溶剂将解放并洗去支撑结构的粉末和物体周围的未结合的粉末，同时使制造的物体不受影响。

该技术同样适用于其他类型的3D打印和相关制造技术，包括层中的结构材料和支撑材料的激光烧结、热烧结、液体的光聚合、或者挤出成型，而不受限制。如本领域技术人员可容易地理解的那样，只需要对打印头和/或分配器进行适当修改。

虽然结合正方形或矩形构建区域说明了上述公开内容，粉末分配器和打印头在所述构建区域之上在至少第一方向上线性地来回移动，但是该技术也可应用于具有限定圆形构建区域的圆形井的装置，连续旋转的径向粉末分配器和连续旋转的径向打印头相继经过所述构建区域的上方。这种配置在图7d中示出。实际上，这种情况甚至可能是更优选的，因为支撑结构不是制造的物体的一部分，进而仅需要在这种圆形印刷装置的边缘处以低分辨率打印，而物体可居中地定位在井中，进而可以以相对较高的空间分辨率打印。

当然，打印头和粉末散发器的运动与构建区域的运动只需要是相对的，实际上打印头和粉末分配器可相对于外部参考系、例如基础框架固定，而工作台、构建区域和进给机构相对于外部参考系移动。实际上，对于大多数应用而言，打印头和粉末分配器更容易布置为相对于任何外部参考系可移动。

图1的实施例有利地使用固定高度的盒状支撑结构，因为第一和第二对夹持器的间隔可适当地调整成能够确保相继的支撑结构总是被牢固地保持。相比之下，图4的带式结构能够适应连续的粉末柱内的各种高度的盒。

最低程度地，对于一些粉末，盒只需要侧壁支撑部分。然而，为了改善对粉末的容纳，可选择具有底部和可选的顶部的支撑结构。底部和顶部可有利地相互平行，以便于处理支撑结构，而侧部通常对应于构建区域在平面图中的尺寸和几何形状。

上述公开旨在对所公开的发明是非限制性的，因此所附权利要求应理解为包括本领域技术人员在实施上述公开的过程中可实现的所有变型、修改、替换和等同物。所有公开的配置可不受限制地组合，来自一个公开的配置的适用的概念可不受限制地应用于另外的公开的配置。

Claims (20)

1.一种制造一系列物体的方法，所述方法包括：

提供制造介质的层；

在层的至少边缘区域处将介质的层的一部分结合起来，以形成支撑结构；

在通过层的边缘区域夹持支撑结构时，降低支撑结构；

提供由支撑结构支撑的介质的另外的层；

选择性地结合介质的另外的层的一部分，以形成至少一个物体部分，

其特征在于，

制造介质的不同部分以不同的结合强度结合，使得支撑结构由与物体相比具有不同结合强度的部分形成，其中，支撑结构的结合比物体的结合弱，支撑结构的结合在形成物体之后被释放。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

进一步降低支撑结构；

在介质的所述另外的层上提供介质的其它另外的层；

将介质的所述其它另外的层的一部分结合起来，以形成另外的支撑结构；

通过所述另外的层的边缘区域夹持所述另外的支撑结构；

释放支撑结构。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括所述层和所述另外的层的介质层构成连续的柱。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：选择性地结合所述另外的层的一部分，以形成连接至支撑结构的附加的支撑结构，使得物体部分在层内被所述附加的支撑结构包围。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，支撑结构和所述附加的支撑结构形成盒。

6.根据权利要求1-2、5中任一项所述的方法，其特征在于，支撑结构的结合借助于可溶性粘合剂，通过施加用于释放结合的合适的溶剂来释放支撑结构的结合。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过用合适的溶剂喷支撑结构或将支撑结构浸入合适的溶剂中，施加合适的溶剂。

8.根据权利要求1-2、5、7中任一项所述的方法，其特征在于，支撑结构的结合被释放，以从所述支撑结构释放物体。

9.根据权利要求1-2、5、7中任一项所述的方法，其特征在于，用于构造支撑结构的制造介质在所述支撑结构的结合被释放之后被再循环利用。

10.根据权利要求6中任一项所述的方法，其特征在于，可溶性粘合剂是可溶性聚合物。

11.根据权利要求1-2、5、7、10中任一项所述的方法，其特征在于，制造介质是金属粉末。

12.一种用于制造一系列物体的装置，所述装置包括：

构建区域；

分配单元，其布置成能够将制造介质的层沉积到构建区域中，其中，所述层的一部分选择性地结合起来；以及

支撑单元，其布置在构建区域之下，以通过下部的层的边缘支撑位于所述层之下的下部的层，并使下部的层向下远离构建区域地平移，

其中，所述装置构造成能够选择性地结合构建区域中的连续的层的一部分，以形成被支撑结构包围的物体，并且至少在形成之后，利用支撑单元支撑支撑结构，

其特征在于，

所述装置还包括选择性结合单元，所述选择性结合单元适于以不同的结合强度结合层的不同部分，使得支撑结构由与物体相比具有不同结合强度的区域形成，其中，支撑结构的结合比物体的结合弱，支撑结构的结合在形成物体之后被释放。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，支撑单元包括相对布置的成对的夹持器，所述成对的夹持器布置成能够沿彼此相反的方向向所述下部的层施加夹持力。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，每个夹持器都具有平行于周围壁布置的夹持表面，以用于在下部的层的边缘处夹持下部的层，并且能够与所述成对的夹持器中的另一夹持器一起移动远离构建区域，以使下部的层向下平移。

15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述装置包括另外的成对的相对的夹持器，所述另外的相对的夹持器布置成能够在与所述成对的夹持器的相反的方向成一定角度的相反的方向上向下部的层施加夹持力。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，每个夹持器都包括环形带，所述环形带具有布置成平行于周围壁的夹持表面，以用于支撑下部的层并同时使下部的层向下且远离构建区域地平移。

17.根据权利要求12-14中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括接收器，所述接收器布置成能够在支撑单元释放下部的层之后接收支撑结构。

18.根据权利要求12-14、16中任一项所述的装置，其特征在于，支撑结构的结合借助于可溶性粘合剂，所述装置适于在之后通过施加用于释放结合的合适的溶剂来释放支撑结构的结合。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述装置适于通过用合适的溶剂喷支撑结构或将支撑结构浸入合适的溶剂中，施加合适的溶剂。

20.根据权利要求12-14、16、19中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置适于在所述支撑结构的结合被释放之后使用于构造支撑结构的制造介质被再循环利用。

Images