CN109803775B - 用于操纵颗粒的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操纵颗粒(3)的装置(1)和的方法。装置(1)包括筛网(10)，筛网用作由颗粒(3)形成的结构(30)的支撑体，该结构可选择性地沉积到第一基底(60)上。装置(1)可以被包括在3D打印系统中。

Description

用于操纵颗粒的装置和方法
技术领域
根据第一方面，本发明涉及一种用于操纵颗粒的装置。根据第二方面，本发明涉及一种用于操纵颗粒的方法。
背景技术
文献US5767877公开了一种用于操纵颗粒的装置。该装置包括用于接收调色剂颗粒的二维打印矩阵。矩阵的像素中的每一个包括阀和腔。腔通过一部分表面彼此分开。因此，矩阵形成具有第一外表面的支撑体，该第一外表面具有开口，该开口中放置有调色剂颗粒。调色剂颗粒被抽吸到阀打开的腔中。每个腔被设置成接收一个单一的调色剂颗粒。当颗粒在腔中时，颗粒堵塞其抽吸管，从而防止其他颗粒的吸入。
这种已知的装置存在几个问题。首先，颗粒必须具有大致球形的形状，以便能够穿入腔并堵塞抽吸管。然后，颗粒必须大致具有相同的尺寸，以便能够穿入腔并堵塞抽吸管。此外，腔之间的分离使得该装置不能构成连续的颗粒结构。
发明内容
根据第一方面，本发明的目的之一是提供一种装置，该装置能够产生各种尺寸和形状的颗粒的连续结构。为此，本发明提出了一种用于操纵颗粒的装置，该装置包括设置成生产输送流体流的流生成器，其特征在于，该装置进一步包括具有第一外表面的筛网，由颗粒形成的结构可以从该第一外表面形成，筛网包括通孔，该通孔通过开口通到所述第一外表面上，并且输送流体流被设置成将颗粒输送到筛网的第一外表面或从筛网的第一外表面输送颗粒。
筛网使得由颗粒形成的结构能够由堆积抵靠在第一外表面上而不是在筛网中的颗粒形成。由于该第一外表面仅在“外”，因此第一外表面不包括孔的“内”壁。因此，各种尺寸、形状和材料的颗粒可以包括在由颗粒形成的抵靠筛网的第一外表面的同一结构中。实际上，对颗粒的材料、尺寸或形状没有条件限制。此外，颗粒可以彼此抵靠而在颗粒之间不存在分离，这使得颗粒能够形成连续的颗粒结构。颗粒也可以在垂直于筛网的第一外表面的方向上堆积，从而形成一定厚度的结构。
在本文献的范围内，筛网是对流体可渗透的多孔介质(例如，筛网可包括流体可穿过的通孔)，并且其中至少一个第一外表面不能被结构的颗粒穿入(即，颗粒保持阻挡在所述第一外表面上并且不会穿入到筛网中)。
筛网、特别是筛网的第一外表面被用作颗粒结构的支撑体。
在本发明的一个实施例中，筛网包括通孔，通孔通过开口通到第一外表面。孔和其开口被布置成允许输送流体流至少部分地穿过筛网，并且开口通过其形状及其在第一外表面上的布置被布置成阻挡颗粒。优选地，孔和其开口被布置成允许所有输送流体流穿过筛网。优选地，孔通过其厚度(即沿着与第一外表面大致局部垂直的方向)穿过筛网。优选地，筛网具有大致平行于第一外表面的第二外表面，并且筛网的厚度由第一外表面和第二外表面界定出。
换句话说，筛网的第一外表面中的开口被布置成使得第一外表面将颗粒阻挡在阻挡筛网外部，同时仍允许输送流体流经由孔穿过筛网。因此，颗粒被阻挡在筛网外部而不是在筛网的孔中。因此，筛网的第一外表面被设置成使得可以形成抵靠筛网的第一外表面的颗粒结构。
在本文献的范围内，筛网的第一外表面被理解为不包括筛网中的孔的内壁，因为第一外表面仅是外表面。因此，颗粒被阻挡抵靠在没有筛网的第一外表面的孔的部分上。
筛网的第一外表面可以大致是平的。筛网的第一外表面可以使得连接筛网的第一外表面的两个点的直线段完全包括在筛网的第一外表面中。筛网的第一外表面可以是凸形的。筛网的第一外表面可以大体是圆筒形的。
利用根据本发明的装置，可以操纵单独的颗粒或颗粒组。
可以例如通过刮削或通过控制输送流来控制颗粒结构的厚度。
根据本发明的装置能够操纵颗粒并形成颗粒结构。
在本发明的一个实施例中，该装置使得能够选择性地沉积颗粒结构的一部分，例如沉积到第一基底上。
在本文的范围内，“像素”是表面的一部分，例如是筛网的第一外表面的一部分，该一部分可以独立于所述表面的其余部分被颗粒覆盖。因此，像素是表面的可寻址部分，例如筛网的第一外表面的可寻址部分。在本文的范围内，“体素”是颗粒结构的对应于一个像素部分。
在给定时刻，输送流体流可被看作流体流组分的组，每个流组分优选地对应于不同的像素。优选地，每个输送流体流组分具有大体正方形或圆形的截面。这使得像素能够在所有方向上具有近似相同的范围。
颗粒可以例如包括聚合物、金属、盐、陶瓷或有机材料。颗粒具有平均粒径为1μm、10μm、100μm、1mm或10mm的粒径分布。颗粒可以具有大体球形形状或任何其他形状。颗粒可以适用于通过选择性团聚的方法通过3D打印形成物体。相反，颗粒可以是惰性的并且难以团聚以用作3D打印期间的支撑体。
筛网可以由不同的材料(金属、有机物、聚合物、陶瓷等)制成，并通过不同的方法(金属(镍、铜、金等)的编织、穿孔、冲压、化学光刻、电镀，烧结粉末或纤维，过滤泡沫等)制成。
在本发明的范围内，“颗粒层”可以是抵靠筛网的第一外表面形成的颗粒结构，或者可以由形成在筛网的第一外表面上的颗粒结构产生在第一基底上。颗粒层也可以称为沉积层，特别是在从筛网的第一外表面沉积之后。颗粒层是形成颗粒的“图像”的大体连续的颗粒层。
第一基底可包括预先团聚的颗粒和/或与颗粒成集成的立体物体。
由颗粒形成的结构的产生可以称为“组合物”。
该装置优选地包括颗粒供应部，该颗粒供应部供应的颗粒的尺寸足以被筛网的第一外表面阻挡。
筛网的第一外表面优选地是筛网的与流生成器相反定位的表面。
该装置可以进一步包括用于深度清洗筛网的净化系统。净化系统例如可以是设置成与筛网发生接触或布置在筛网附近的抽吸带。净化系统可以例如包括吸引器，如果筛网的第一外表面是凸形的在筛网的内部空间中的喷射叶片或者如果筛网的第一外表面是凸形的在筛网外部包括抽吸叶片。
在本发明的一个实施例中，孔的开口被布置成将直径大于1mm、优选直径大于10μm、更优选地直径大于1μm、甚至更优选地直径大于0.1μm的任何球形体阻挡到筛网外部。
在本发明的一个实施例中，孔的开口使得在任何所述开口中外切的最小圆的直径小于在任何颗粒中内切的最小球的直径。
这种条件足以使颗粒不会穿入到任何开口中。
优选地，筛网是网格。
这使得筛网可以特别简单和便宜。网格例如包括多个元件，该多个元件通过形成网而交叉。网格可以是规则的或不规则的。
在本发明的一个实施例中，该装置被布置成使得输送流体流仅穿过筛网的第一外表面的预定部分。
这使得特别可以在第一外表面的不同部分中将多种类型的颗粒阻挡抵靠在第一外表面上。因此，由颗粒形成的结构可包括仅包括第一类型的颗粒的至少一个第一部分和仅包含第二类型的颗粒的第二部分。颗粒的类型例如通过以下特性中的至少一种来区分：颗粒的粒径分布、颗粒的材料、颗粒的形状、颗粒的颜色、颗粒的杨氏模量、颗粒的密度、颗粒的导热率、颗粒的导电率、颗粒的磁导率、颗粒的耐腐蚀性、颗粒的硬度、颗粒的熔融温度、颗粒的溶解度、颗粒的可燃性、颗粒的疏水性、颗粒的化学组成。
这也使得颗粒可以在第一外表面上形成精确的图案，其中该图案可能在多个步骤中对应于第一外表面的被输送流体流穿过的部分。
在本发明的一个实施例中，该装置包括流生成器的移动器件。
这使得可以改变第一外表面的被输送流体流穿过的部分。第一表面的该部分也可以称为“次表面”。
在本发明的一个实施例中，该装置包括在流生成器和筛网之间的遮盖件。
遮盖件使得可以选择第一外表面的哪些部分经受输送流体流。实际上，第一外表面的被遮盖的部分不会被输送流体流穿过。遮盖件可以是静态的，即遮盖件的结构不能被改变。遮盖件可以是动态的，即遮盖件的结构可以例如通过寻址而被改变。无论是静态的还是动态的，遮盖件都可以移动。遮盖件可以对应于整个第一外表面或仅对应于第一外表面的一部分。如果遮盖件是柔性的，则优选地，筛网使其可以具有一定的刚性。遮盖件优选地能够从筛网上分离。因此，可以避免将遮盖件暴露在可能损坏遮盖件的环境中(温度、湿度、灰尘等)。例如，在烧结之前分离遮盖件可能是有意义的，以使遮盖件避免与烧结相关的温度。
像素的尺寸取决于传输流体流的特性以及遮盖件、流生成器和筛网之间的距离。
在本发明的一个实施例中，该装置包括遮盖件的移动器件。
当遮盖件仅对应于第一外表面的一部分时，这特别有用。用于使遮盖件移动的器件可以与流生成器的移动器件联接，使得输送流体流和遮盖件系统地对应于第一外表面的相同部分。遮盖件优选地平行于第一外表面移动。遮盖件的移动还可以使得可以获得更好的分辨率并降低生产成本。流生成器的移动还可以使得可以获得更好的分辨率并降低生产成本。
在本发明的一个实施例中，遮盖件被布置成使得遮盖件的打开部分和关闭部分的构型可以被改变。
在本发明的一个实施例中，该装置包括阀矩阵。例如，遮盖件包括阀矩阵。优选地，阀可以被寻址。更优选地，每个阀可以独立于其他阀被寻址。优选地，每个阀被布置成控制输送流体流组分。
在本发明的一个实施例中，每个阀的尺寸对应于一个像素的尺寸。在本发明的另一个实施例中，阀的尺寸小于或大于一个像素的尺寸。打开的阀使得可以允许输送流体流穿过以便将颗粒朝向第一外表面抽吸或从第一外表面吹离颗粒。使用与阀矩阵分开的筛网可以保护阀矩阵免于工作环境(热量、辐射、冲击、湿度、静电效应)。此外，在维护期间可以改变筛网而不需要改变矩阵，并且可以改变矩阵而不需要改变筛网。阀矩阵优选地平行于第一外表面。
阀可以是例如电磁阀、微型扬声器、MEMS(压电的、静电的、螺线管等)。
在本发明的一个实施例中，该装置包括流生成器的移动器件、流生成器和筛网之间的遮盖件以及遮盖件的移动器件，该遮盖件的移动器件与流生成器的移动器件联接，使得输送流体流和遮盖件对应于第一外表面的相同部分。
在本发明的一个实施例中，流生成器包括抽吸装置，该抽吸装置设置成产生从第一外表面到流生成器的输送流体流。
这使得可以将颗粒朝向第一外表面抽吸，即将颗粒吸引到第一外表面。
在本发明的一个实施方案中，该装置包括颗粒的存储器。
存储器使得可以向输送流供应颗粒。存储器被布置成使得抽吸这些颗粒的流可以从存储器中抽吸颗粒。存储器可包括平的表面，该平的面向被定位成面向第一外表面，并且颗粒分布在该平的表面上。
在本发明的一个实施例中，流生成器包括喷射装置，该喷射装置被设置成产生从流生成器到第一外表面的输送流体流。
这使得可以喷射来自第一外表面的颗粒，即可以从第一外表面喷射颗粒。优选地，输送流体流从第二外表面穿过筛网到达第一外表面，以喷射存在于第一外表面上的颗粒。喷射装置可以例如包括鼓风机或声波发射器。喷射装置可以例如被布置成通过0.1ms至1s的脉冲喷射输送流体。选择输送流体流以破坏第一外表面和颗粒之间的保持力或粘合力。
在本发明的一个实施例中，该装置进一步包括颗粒收集器，该颗粒收集器被布置成收集来自第一外表面的颗粒。
在本发明的一个实施例中，该装置包括将颗粒散布抵靠在筛网的第一外表面上的器件。
该散布器件使得可以向第一外表面供应颗粒。可以对位于筛网上面或筛网下面的颗粒结构执行散布。散布器件可以包括刮削器，该刮削器使得颗粒结构能够近似均匀并且可以通过刮削来控制。
在本发明的一个实施例中，筛网的第一外表面主要在第一方向和垂直于第一方向的第二方向上延伸，并且流生成器被布置成使得流生成器生成的输送流体流大致在垂直于第一方向和第二方向的第三方向上。
这使得可以具有大体平的第一外表面。如果存在遮盖件，则遮盖件优选地也大体是平的。
在本发明的一个实施例中，筛网的第一外表面大致是凸形表面，该凸形表面例如是圆筒且至少部分地界定出内部空间。
优选地，凸形表面自身封闭以形成环。例如，这可以是圆锥、圆筒、传送表面、垫子或带。优选地，该装置被布置成使得凸形表面可以旋转，使得凸形表面的一部分可以循环地移动，以便连续地向分离区域供应颗粒。
这使得可以连续地产生颗粒结构并且将颗粒结构沉积到第一基底上。
在本发明的一个实施例中，流生成器至少部分地位于凸形表面的内部空间中。
优选地，该装置被布置成使得圆筒形筛网可以绕其轴线旋转。圆筒优选是中空的。
在本发明的一个实施例中，流生成器包括位于内部空间中的第一部分和位于内部空间外部的第二部分，第一部分和第二部分通过流体连通器件流体连接。
流体连通器件优选地包括管道或多个管道。优选的是，流体连通器件穿过凸形表面的端部，例如圆筒的端部，以在流生成器的第一部分和第二部分之间形成连接。
在一个实施例中，流生成器的第一部分相对于凸形表面的旋转轴线处于固定位置。在另一个实施例中，该装置被配置成使得流生成器的第一部分可相对于该旋转轴线移动。例如，流生成器的第一部分可以被布置成产生与筛网的凸形第一外表面(例如圆筒形筛网的第一外表面)的旋转轴线平行和/或垂直的平移移动。
例如，与轴线的平行的平移移动使得流生成器的第一部分的多个开口中的每一个可以将颗粒沉积在多条平行线上。
流生成器的第一部分也可称为“打印头”。流生成器的第一部分优选地至少部分地位于筛网的旋转轴线和筛网的从其喷射颗粒的部分之间。
在本发明的一个实施例中，流生成器的第一部分是刚性支撑体，该刚性支撑体使得可以聚集流体连通器件并将输送流体流引向筛网的特定部分。优选地，每个流体连通器件对应于输送流体流组分。流生成器的第一部分使得可以对准流体连通器件，以便流体流组分具有与筛网的第一外表面大体平行且优选地大体垂直的方向。
在本发明的另一个实施例中，流体流组分的数量大于流体连通器件的数量。例如，在流生成器的第一部分和第二部分之间可以只存在一个单个的管道，并且流生成器的第一部分可以包括可以被寻址的多个阀。然后，每个流体流组分对应于阀。该装置然后优选地包括电连通器件，电连通器件使得可以控制阀。该电连通器件可以是例如穿过凸形第一外表面的端部、例如穿过圆筒的端部的电缆。
优选地，输送流体流、特别是输送流体流组分垂直于筛网的在分离区域中第一外表面，颗粒在该分离区域中由输送流体流驱动。
在本发明的一个实施例中，流生成器的第一部分或第二部分包括多个阀。
例如，流生成器的第一部分或第二部分可包括阀矩阵。如果包括阀的是第二部分，则每个阀可以连接到流体连通器件。每个流体流组分对应于阀。
在本发明的一个实施例中，每个阀被布置成控制输送流体流组分，该输送流体流组分被布置成穿过筛网的第一外表面的一部分。这使得可以精确控制待被喷射或抽吸的颗粒。
在本发明的一个实施例中，流生成器的第一部分包括朝向筛网的第一外表面定向的多个开口，该装置被布置成使得输送流体流组分从所述开口之一中穿过。优选地，每个开口与阀流体连通。
在本发明的一个实施例中，筛网连续地提供面向开口的材料，该材料以受控的方式将颗粒沉积到第一基底上。控制所沉积的颗粒的厚度特别可以通过第二刮削器的位置和/或通过控制筛网的旋转速度来实现。
每个开口都能够沉积一行颗粒。如果输送流体流由脉冲构成，则每个开口能够沉积一行像素。
在本发明的一个实施例中，流生成器的第一部分的多个开口交错布置。
在本发明的一个实施例中，该装置进一步包括抽吸器件，该抽吸器件被布置成将颗粒保持在第一外表面上。
该抽吸器件例如可以是在由第一凸形外表面界定出的内部空间中产生压降的装置。用于产生压降的该装置可以例如包括风扇。
在本发明的一个实施例中，该装置进一步包括使筛网例如以旋转和/或平移方式移动的移动器件。
优选地，这种移动器件使得可以将具有第一凸形外表面的筛网沿垂直于该筛网的旋转轴线(例如，圆筒形筛网的轴线)的方向平移。例如，如果该轴线是水平的，则该移动器件可以被布置成使筛网水平和/或竖直地移动。此外，该移动器件还可以使筛网沿平行于筛网的旋转轴线的方向平移。
在本发明的一个实施例中，流体是气体。
在本发明的一个实施例中，流体是液体。
在本发明的一个实施例中，筛网包括通孔，该通孔垂直于筛网的第一外表面，优选地，孔是直棱柱或直圆柱。
孔具有垂直于第一外表面的内壁的事实使得颗粒不会被阻挡在孔中。
此外，本发明提出了一种3D打印系统，3D打印系统包括：
·至少一个根据本发明的实施例之一的装置，和
·团聚器件。
3D打印系统可以例如包括两个、三个、四个等装置，每个装置具有筛网，筛网具有第一凸形外表面。
优选地，该装置因此可以沉积颗粒沉积层的至少一部分，并且该团聚器件使得可以团聚颗粒沉积层的至少一部分。
在本文的范围内，颗粒沉积层是颗粒层。例如，可以使用一个或多个根据本发明的一个实施例的用于操纵颗粒的装置来至少部分地沉积沉积层。
根据本发明的3D打印系统具有许多优点，其中：
·可以形成材料的梯度，
·可以形成耐腐蚀的沉积层，并且
·可以在两种不同材料之间产生机械非化学连接，
·形成打印部件的体素可以具有不同的形状并由不同的材料组成，这些材料能够响应不同的功能(颜色、杨氏模量、密度、导热性、导电性、磁导率、耐腐蚀性或耐疲劳性、硬度、熔融温度、溶解度、可燃性、润湿性、化学成分或任何其他物理特性)。
在本发明的一个实施例中，3D打印系统进一步包括使沉积在3D打印结构上的粉末沉积层的高度均匀化的器件。例如，这可以是刮削形成突起的颗粒的刀片、使沉积层更紧凑的压实辊、使沉积层更紧凑的压实板和/或使沉积层变平的振动发生器。例如，压实辊本身可以振动以使粉末流化并改善刮擦(更好的表面状况和更快的刮擦)。均匀化器件可以用不粘涂层覆盖，以防止颗粒粘附到均匀化器件上。
优选地，3D打印结构包括用于产生内部气氛(例如氮气氛)的装置。这使得可以限制粉末爆炸和粉末氧化和/或粉末蚀变的风险。优选地，粉末存储器、筛网和3D打印结构处于该惰性气氛中。
优选地，3D打印系统包括围绕颗粒存储器、筛网和3D打印结构的室。优选地，对于半结晶聚合物粉末，将该室的内部加热至高于粉末的结晶温度且低于粉末的熔融温度的温度。这使得可以限制在构造的部件的任何变形，因为过高的温度会损害对粉末进行刮削的质量。例如，对于PA12粉末，该温度可接近178℃。
根据本发明的3D打印系统与任何材料兼容。
在本发明的一个实施例中，用于形成在构造的部件的粉末包括下列材料中的至少一种：聚合物(例如：TPE、PP、PA12、PA6、TPU、导电TPU、PEEK、PPS)、金属(钛、钢、铝、铜、钯、金、铬、镁、钴、银、合金等)、陶瓷(二氧化硅、氧化铝等)、盐或有机粉末。
根据本发明的3D打印系统使得可以选择性地沉积第一类型的颗粒和不同于第一类型的第二类型的颗粒。优选地喷射不同类型的颗粒以便在3D打印结构上形成连续的层并且没有颗粒孔。
例如，第一类型的颗粒可以被设置成进行烧结以形成在构造的物体，并且第二类型的颗粒在烧结过程中可以是惰性的。使用两种类型的颗粒来构造物体也是可行的，这使得可以产生多材料物体。这使得可以产生具有由导电材料制成的某些部分和由非导电材料制成的其他部分的物体、具有刚性部分和柔性部分的物体、具有多种颜色和多种表面状态的物体、具有可溶部分和不可溶部分的物体、具有磁性部分和非磁性部分的物体。
优选地，3D打印系统包括3D打印结构的和/或第一基底的移动器件。该移动器件可以使以下移动中的至少一个成为可能：竖直平移、沿第一方向(例如左右方向)的水平平移、沿第二方向(例如前后方向)的水平平移。
团聚器件使得可以对沉积到3D打印结构的颗粒的至少一部分进行粘附，使得这些颗粒集成到该3D打印结构中。在本文的范围内，颗粒的团聚是将所述颗粒的紧固在一起。团聚优选是选择性的，因为惰性颗粒不会团聚。团聚可以包括来自以下方法中的至少一种方法：热处理、烧结、熔融、施加胶、施加粘合剂。例如，团聚器件可以包括以下器件中的至少一个：炉子、激光器、电子束、设有扫描系统以便能够加热整个沉积层的激光器、卤素灯、局部或均匀的化学反应。通过利用加热一行的材料的束沿着一个单个的方向进行扫描，可以逐行地均匀地进行团聚。团聚器件可以与筛网同时移动或可以与筛网分离。
优选地，该系统被布置成使得团聚器件在分离区域外部对颗粒进行团聚，在该分离区域，颗粒沉积到3D打印结构上。
在本发明的一个实施例中，3D打印系统进一步包括抵靠筛网的第一外表面存在的颗粒结构的沉积器件。此外，沉积器件可以是喷射装置。
沉积器件可以形成用于操纵颗粒的装置的一部分并且使得形成颗粒沉积层成为可能。
沉积器件使得可以将颗粒结构从筛网的第一外表面分离。沉积器件优选地使得可以将颗粒结构沉积抵靠3D打印结构，优选地沉积到3D打印结构。可选地，沉积器件还可以使筛网例如竖直地移动，使得第一外表面的颗粒结构抵靠3D打印结构。颗粒结构的沉积器件可以例如包括流生成器，特别是如果流生成器是喷射装置的话。
在本发明的一个实施例中，沉积器件包括移动转移基底，该移动转移基底具有转移表面，该转移表面可以面向筛网的第一外表面定位，使得抵靠筛网的第一外表面存在的颗粒的至少一部分可以转移到转移基底的转移表面上。优选地，例如通过对抵靠筛网的第一外表面的颗粒进行多次连续喷射，多次产生抵靠转移表面的颗粒层。
因此，可以在转移基底的转移表面上形成颗粒层。转移基底的转移表面可以大体是平的和水平的。该转移表面可以向下或向上定向。该转移表面是抵靠转移表面的沉积抵靠到3D打印结构上的颗粒层。抵靠转移表面的颗粒层优选是连续的，例如因为抵靠筛网的第一外表面的颗粒结构是连续的，或者因为使用多种不同的颗粒结构以形成抵靠转移表面的颗粒层。转移基底可以包括第二筛网，在这种情况下，由颗粒形成的结构被定位抵靠的筛网可以称为第一筛网。
在本发明的一个实施例中，3D打印系统包括多个筛网。优选地，每个筛网操纵不同的粉末。例如，筛网可以包括第一凸形外表面，该第一凸形外表面被布置成根据旋转轴线旋转。筛网可以被布置成使得其旋转轴线是平行的。筛网也可以被布置成使粉末沿两个不同的方向沉积。
这使得在3D打印结构上沉积不同的粉末对于每个筛网而言是可行的。该系统可包括一个、两个、三个、四个等筛网。优选地，每个筛网用于在3D打印结构上沉积不同的粉末。粉末可以具有不同的粒径、材料和形状，或者可以被刮削例如到不同的厚度。
在本发明的一个实施例中，3D打印系统进一步包括用于将筛网和3D打印结构聚在一起和分开的器件。
这使得可以在形成每个颗粒沉积层之后使3D打印结构一点一点地分开。例如，3D打印结构每次可以优选地分开20μm到1000μm之间、更优选地50μm到200μm之间的距离。这可以是移动远离3D打印结构的筛网和/或移动远离筛网移动的3D打印结构。
根据第二方面，本发明提出了一种用于操纵颗粒的方法，该方法包括：
(a)供应根据本发明的用于操纵颗粒的装置，
(b)向所述装置供应颗粒，和
(c)通过输送流体体将颗粒输送到筛网的第一外表面或者从筛网的第一外表面输送颗粒。
这使得可以产生抵靠筛网的第一外表面的由颗粒形成的结构或产生从筛网的第一外表面喷射出的由颗粒形成的结构。
在本发明的一个实施例中，其中第一外表面是凸形的，该方法包括选择筛网的旋转速度和3D打印结构的平移速度，使得在分离区域中切向速度的差异为零，在该分离区域，粉末从筛网喷射到3D打印结构。确保比3D打印结构的平移前进速度更快或更慢的旋转使得可以控制更快或更慢的颗粒转移流速。
该系统提到的优点比照适用于该方法。
在本发明的一个实施例中，步骤(c)包括通过输送流体流将颗粒输送到筛网的第一外表面的预定部分或从筛网的第一外表面的预定部分输送颗粒。这使得可以选择输送哪些颗粒。颗粒的输送可以由颗粒和筛网之间的粘附力的破环产生。在本文的范围内，声波被认为是输送流体流。
这使得第一外表面的某些像素可以被颗粒覆盖，或者相反地可以从颗粒释放。这可以例如通过在第一外表面的不寻求颗粒输送的部分中施加遮盖件来完成。这也可以通过仅在第一外表面的寻求颗粒输送的部分中施加输送流体流来完成。
在本发明的一个实施利中，步骤(b)包括供应第一类型颗粒和第二类型的颗粒，步骤(c)包括：
·通过输送流体流将第一类型的颗粒输送到筛网的第一外表面的第一预定部分或从筛网的第一外表面的第一预定部分输送第一类型的颗粒的步骤(c1)和
·通过输送流体流将第二类型的颗粒输送到筛网的第一外表面的第二预定部分或从筛网的第一外表面的第二预定部分输送第二类型的颗粒的步骤(c2)。
在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括供应第一类型的颗粒和第二类型的颗粒，步骤(c)包括：
·通过输送流体流将第一类型的颗粒输送到第一筛网的第一外表面的第一预定部分或从第一筛网的第一外表面的第一预定部分输送第一类型的颗粒的步骤(c1)和
·通过输送流体流将第二类型的颗粒输送到第二筛网的第一外表面的第二预定部分或从第二筛网的第一外表面的第二预定部分输送第二类型的颗粒的步骤(c2)。
可以通过颗粒的特征或颗粒的特征组来指定颗粒的类型。例如，具有不同材料、不同形状、不同粒径分布的颗粒可以是不同类型的。这种结构是不同类型颗粒的组合物。
在本发明的一个实施例中，第一类型的颗粒可能通过确定的方法团聚，并且第二类颗粒不可能通过所述方法团聚。例如，第一类型的颗粒可能在第一烧结温度下烧结，而第二类型的颗粒不可能在第一烧结温度下烧结。
第一类型的颗粒可用于3D打印，第二类型的颗粒用作3D打印的支撑体。第二类型的颗粒可以是例如二氧化硅。
此外，本发明提出了一种3D打印方法，该3D打印方法包括：
·根据本发明的用于操纵颗粒的方法的步骤，和
·使颗粒的至少一部分团聚。
团聚可以包括使沉积层的颗粒的至少一部分团聚在一起和/或使沉积层的颗粒的至少一部分与3D打印结构团聚在一起。聚集可以逐点、逐行、逐平面地进行，或者也可以一次进行3D打印结构的整个体积。在后一种情况下，颗粒结构的沉积进行数次，团聚进行一次。
此外，本发明提出了一种3D打印方法，该3D打印方法包括：
·根据本发明的用于操纵颗粒的方法的步骤，
·对抵靠筛网的第一外表面存在的颗粒结构进行沉积，以形成颗粒的沉积层，和
·使颗粒的沉积层的至少一部分团聚。
沉积优选地是在3D打印结构上的沉积，3D打印结构是通过3D打印打印的部件的已经构造的部分。
附图说明
通过阅读以下详细描述，本发明的其他特征和优点将显现，为了便于对该详细描述进行理解，将参考附图，在附图中：
-图1a示出了根据本发明的用于操纵颗粒的装置，
-图1b示出了根据本发明的用于操纵颗粒的装置，
-图2a和图2b示出了使用根据本发明实施例的用于操纵颗粒的装置的两个步骤，
-图3a至图3c示出了使用根据本发明实施例的用于操纵颗粒的装置的三个步骤，
-图4a至图4d示出了使用根据本发明实施例的用于操纵颗粒的装置的四个步骤，
-图5示出了根据本发明的实施例的用于操纵颗粒的装置，
-图6示出了根据本发明实施例的用于操纵颗粒的装置的用途，
-图7a和图7b示出了根据本发明的实施例的颗粒结构在3D打印中的用途，
-图8a和图8b示出了根据本发明的实施例的颗粒结构在3D打印中的用途，
-图9示出了根据本发明的实施例的用于操纵颗粒的装置，
-图10示出了根据本发明的实施例的用于操纵颗粒的装置，
-图11示出了根据本发明的实施例的阀矩阵41的一部分，
-图12示出了根据本发明的实施例的阀矩阵41的一部分，
-图13示出了根据本发明的实施例的装置，其中筛网是圆筒形的，
-图14示出了根据本发明另一实施例的装置，其中筛网是圆筒形的，以及
-图15和图16示出了根据本发明实施例的包括至少两个用于操纵颗粒的装置的系统。
具体实施方式
用特定实施例并参考附图描述了本发明，但是本发明不受该附图的限制。所描述的附图或图仅是示意性的而非限制性的。
在本申请的上下文中，术语“第一”和“第二”仅用于区分各种元件，并不意指这些元件之间的顺序。
在附图中，相同或相似的元件可具有相同的附图标记。
图1a示出了根据本发明的用于形成颗粒3结构30的装置1。图1b示出了根据本发明的用于形成颗粒3结构30的装置1。装置1包括能够产生输送流体流的流产生器20。流产生器20可以打开或关闭，以产生或切断输送流体流。当仍然在本发明的范围内时，输送流体流2可以包括脉冲。
装置1包括筛网10，筛网10是用于颗粒3结构30的支撑体。筛网10具有第一外表面11和第二外表面19。筛网10具有通孔12(在图2a中可见)，该通孔通过开口通向第一外表面11。孔12也通向第二外表面19。开口将颗粒3阻挡在筛网10的外部，并允许输送流体流2穿过穿过筛网10的孔12。装置1优选地包括供应颗粒的器件，例如呈颗粒3的存储器21(图1a)或颗粒3的散布器件22(图1b)的形式。
例如，当任何颗粒3中内切的最小球体的直径大于第一外表面11的任何开口中外切的最小圆的直径时，可以发生对颗粒3的阻挡。此外，当颗粒3在开口上方形成桥时，也可以发生阻挡。当颗粒3的直径大于开口的直径的三分之一时，会出现桥。然后颗粒3构成上游颗粒的障碍，使得它们通过堆积而完成。
颗粒3通常具有一定的粒径分布，例如高斯分布。因此，某些颗粒3有可能穿过筛网10，因此不作为颗粒结构30的一部分。
优选地，输送流体2是气体，优选是空气、氩气或氮气。输送流体2可以是液体，例如水。
在本发明的一个实施例中，筛网10包括相交的元件，以便阻挡直径大于10μm、优选地直径大于1μm、更优选地直径大于0.1μm的任何球形体。因此，任何尺寸大致大于该直径的颗粒3都被筛网10阻挡。
在本发明的一个实施例中，筛网10是网格，即筛网包括形成网的元件。
在本发明的一个实施例中，筛网10由生物相容材料制成。优选地，筛网10由与3D打印环境的约束(良好的耐高温性、抗冲击性、耐湿性和抗静电电荷性)兼容的材料制成。
优选地，筛网10的结构随时间固定：没有移动部件。优选地，筛网10不具有电功能。在保持在本发明范围内的同时，筛网可以连接到地面以使带电颗粒放电。
在本发明的一个实施例中，筛网10的第一外表面11位于筛网10与流生成器20相反的一侧。这可以使筛10能够保护流生成器20免受颗粒3的污染。
筛网10可以通过以下方法中的至少一种制造：编织、穿孔、化学光刻、电铸、烧结粉末或纤维、以及生产泡沫。
在本发明的一个实施例中，筛网10的第一外表面11主要沿第一方向101和垂直于第一方向101的第二方向102延伸。因此，流生成器20被布置成使得流生成器生成的输送流体流2主要在垂直于第一方向101和第二方向102的第三方向103上。因此，颗粒3结构30主要是二维的。
颗粒3结构30可包括颗粒3的连续层。颗粒结构还可包括彼此分开的颗粒3岛。颗粒3结构30可包括多种类型的颗粒3。
流生成器20优选地使得能够在同一时间操纵许多颗粒3，例如操纵至少10个颗粒3或至少一百个颗粒3。还可能的是，流生成器20使得能够逐一操纵颗粒3。
在本发明的一个实施例中，装置1包括均匀化装置，例如刮削器，该均匀化装置使得能够使由颗粒3形成的结构30的厚度均匀。
在本发明的图1a所示的实施例中，流生成器20包括抽吸装置，该抽吸装置被设置成产生从第一外表面11到流生成器20的输送流体流2(图2、图4、图5、图9和图11)。这使得可以朝向第一外表面11抽吸最初位于筛网10的与流生成器20相反的一侧的颗粒3。当流生成器20包括抽吸装置时，抽吸装置优选地位于高于筛网10且颗粒3结构30在筛网10下方形成。
在本发明的图1b所示的实施例中，流生成器20包括喷射装置，该喷射装置被设置用于产生从流生成器20到第一外表面11的输送流体流2(图3、图6、图10和图12)。这使得能够从第一外表面11喷射最初位于筛网10的相对于流生成器20在另一侧的颗粒3。在本发明的图1b所示的实施例中，装置1进一步包括散布器件22，散布器件可以包括刮削器，使得能够向第一外表面11供应颗粒3。散布器件22将颗粒3散布在第一外表面11上，然后喷射装置对颗粒3的至少一个部分进行喷射。优选地，喷射的颗粒3由颗粒3收集器23收集。
优选地，特别是当由颗粒形成的结构30位于筛网10下方时，由颗粒形成的结构30因为输送流体流2被维持和/或通过以下力中的至少一个而粘附到第一外表面11：重力、向心力、机械脉冲、磁力、气动力、静电力、接触力、范德华力、毛细管力、声压力。这些力可以是局部的，即仅对应于第一外表面11的某些部分，或者是分散式的，即对应于整个第一外表面11。此外，这些相同的力可以用于使形成结构30的部分的颗粒3局部地或全部地从筛网10分离。
优选地，装置1被布置成使得输送流体流2仅穿过筛网10的第一外表面11的预定部分。这种布置可以以不同的方式进行，这将在下文中描述。这特别可以使用遮盖件40(图2、图3、图4和图6)和/或流生成器20的移动器件来实现。第一外表面11的由输送流体流2穿过的独立于第一外表面11的其余部分的部分可称为“像素”。像素也可以是从第一外表面11的像素沉积在第一基底60(图6)上的一组颗粒。在本发明的一个实施例中，像素在10μm×10μm到1mm×10mm之间，优选地像素约为100μm×100μm。像素可以是正方形、矩形的、菱形的、多边形的、圆形的或具有任何其他形状。像素可以在同一筛网10上具有不同尺寸和/或形式。体素是颗粒结构30的对应于像素的部分。筛网10的厚度以及其他参数可以对体素的厚度产生影响。在本发明的一个实施例中，像素是相邻的。在本发明的一个实施例中，像素部分地叠覆。
遮盖件40包括允许输送流体流2穿过的打开部分和不允许输送流体流2穿过的关闭部分。
在本发明的一个实施例中，遮盖件40是动态的，即可以改变遮盖件的打开部分和关闭部分的构型。这种动态遮盖件40可以例如包括阀矩阵41(图2、图3、图4、图6、图11和图12)。
在本发明的另一个实施例中，遮盖件40是静止的，即遮盖件的打开部分和关闭部分的构型不能改变。因此，装置1优选地包括流生成器20的移动器件。
遮盖件40可以例如对应于整个第一外表面11、第一外表面11的一行像素、第一外表面11的二至二十行像素、第一外表面11的一至二十五个像素、或者第一外表面11的单个像素。优选地，如果遮盖件仅对应于第一外表面11的一个部分，则遮盖件是动态的，或者装置1包括遮盖件40的移动器件。
在本发明的一个实施例中，流生成器20和遮盖件40对应于筛网10的整个第一外表面11。然后，优选地，流生成器20和遮盖件40被设置成不移动。
图2a和图2b示出了在流生成器20包括抽吸装置的情况下使用根据本发明的这种实施例的装置1的两个步骤。遮盖件40优选地包括阀矩阵41。阀41优选地可以彼此独立地打开，使得遮盖件40允许输送流体流2穿过阀41打开的位置。
在图2a所示的步骤期间，两个第一阀41打开，并且输送流体流2仅穿过第一外表面11的与这两个第一阀41对应的部分。包含第一类型的颗粒3a的第一存储器(未示出)因此可以面向第一外表面11打开，使得第一类型的颗粒3a被输送流体流2抽吸并且被置靠第一外表面11的与这两个第一阀41相对应的部分上。
在图2b所示的步骤期间，两个第二阀41打开，并且输送流体流2仅穿过第一外表面11的与这两个第二阀41相对应的部分。包含第二类型的颗粒3b的第二存储器(未示出)因此可以面向第一外表面11打开，使得第二类型的颗粒3b被输送流体流2抽吸并且置靠第一外表面11的与这两个第二阀41相对应的部分上。第一类型的颗粒3a例如因为两个第一阀41保持打开而保持抵靠第一外表面11和/或使用上文提到的其他力中的至少一个而保持抵靠第一外表面11。
如果此时获得的颗粒结构30是期望的结构30，则形成结构30的方法停止。否则，可以启动流生成器20并且可以打开阀41并抽吸颗粒3的像素。因此可以抽吸第三种类型的颗粒。
图3a至图3c示出了使用根据本发明另一实施例的装置1的三个步骤，其中，在流生成器20包括喷射装置的情况下，流生成器20和遮盖件40对应于筛网10的整个第一外表面11。遮盖件40优选地包括阀矩阵41。阀41可以优选地彼此独立地打开，使得遮盖件40允许输送流体流2穿过阀41打开的位置。尽管图3a至图3c示出了颗粒结构30位于筛网10上方并且喷射装置位于筛网10下方的情况，但是在仍然保持在本发明的范围内的同时颗粒结构30位于筛网10的下方和喷射装置位于筛网10上方是可行的。这对应于使图3a至图3c中的每一个中的所有在水平平面中反向。
图3a示出了在使用流生成器20之前的情况。第一外表面11被第一类型的颗粒3a的初始层31覆盖。初始层31例如通过散布器件22(图1b)已预先沉积。初始层31优选地仅包括一种单一类型的颗粒3a。
在图3b所示的步骤期间，两个第一阀41打开，并且输送流体流2仅穿过第一外表面11的与这两个第一阀41相对应的部分。置靠在第一外表面11的与这两个第一阀41相对应的部分上的第一类型的颗粒3a被输送流体流2喷射，留下没有颗粒32的孔。经喷射的颗粒3a可以被颗粒收集器23收集。保留在第一外表面上的颗粒3a此时形成颗粒结构30。
在图3c所示的步骤中，例如通过散布器件22(图1b)用使用颗粒3b的供应部供应的第二类型的颗粒3b填充没有颗粒32的孔。如果此时获得的颗粒结构30是期望的结构30，则用于形成结构30的方法停止。否则，可以启动流生成器20并且可以打开阀41并且用于喷射颗粒3的体素。因此可以散布第三类型的颗粒。
在本发明的一个实施例中，流生成器20和遮盖件40仅对应于第一外表面11的一部分。优选地，流生成器20和遮盖件40对应于第一外表面11的相同部分。然后，流生成器20和遮盖件40优选地被设置成优选地平行于第一外表面11移动。
图4a至图4d示出了在流生成器20包括抽吸装置的情况下使用根据本发明的这种实施例的装置1的四个步骤。遮盖件40优选地包括阀矩阵41。装置1优选地包括流生成器20的移动器件。阀41优选地可以彼此独立地打开，使得遮盖件40允许输送流体流2穿过阀41打开的位置。
在图4a所示的步骤期间，第一阀41打开，并且输送流体流2仅穿过与该第一阀41对应的第一外表面11。包含第一类型的颗粒3a的第一存储器(未示出)可以面向第一外表面11打开，使得第一类型的颗粒3a通过输送流体流2抽吸并且被置靠在第一外表面11的与该第一阀41对应的部分上。
在图4b所示的步骤期间，流生成器20和遮盖件40相对于图4a中所示的布置移动。第一阀41打开，并且输送流体流2仅穿过第一外表面11的与该第一阀41对应的部分。包含第一类型的颗粒3a的第一存储器(未示出)可以面向第一外表面11打开，使得第一类型的颗粒3a被输送流体流2抽吸，并在此时置靠在第一外表面11的与该第一阀41对应的部分上。
在图4c所示的步骤期间，流生成器20和遮盖件40相对于图4b中所示的布置移动。第一阀41打开，并且输送流体流2仅穿过第一外表面11的与该第一阀41对应的部分。包含第二类型的颗粒3b的第二存储器(未示出)可以面向第一外表面11打开，使得第二类型的颗粒3b被输送流体流2抽吸，并且在此时置靠在第一外表面11的与该第一阀41对应的部分上。
在图4d所示的步骤期间，流生成器20和遮盖件40相对于图4c所示的布置移动。第一阀41打开，并且输送流体流2仅穿过第一外表面11的与该第一阀41对应的部分。包含第二类型的颗粒3b的第二存储器(未示出)可以面向第一外表面11打开，使得第二类型的颗粒3b被输送流体流2抽吸，并且在此时置靠在第一外表面11的与该第一阀41对应的部分上。
如果此时获得的颗粒结构30是期望的结构30，则形成结构30的方法停止。否则，可以启动流生成器20，以及阀41可以打开并且能够抽吸颗粒3的体素。因此可以抽吸来自第三存储器的第三类型的颗粒。
当仍然在本发明的范围内时，在参考图4a至图4d描述的步骤之一期间，除第一阀41之外的阀打开也是可行的。
颗粒3a、3b例如使用上文提到的其他力中的至少一种而保持抵靠第一外表面11。
在未示出的本发明的实施例中，流生成器20和遮盖件40仅对应于第一外表面11的一部分，并且流生成器20包括喷射装置。
在本发明的一个实施例中，遮盖件40被设置为不能移动(遮盖件例如可以对应于整个第一外表面11)，并且流生成器20设置成能移动，例如利用流生成器20的移动器件移动。
在本发明的一个实施例中，装置1不包括遮盖件40，并且流生成器20被设置成能移动，例如利用流生成器20的移动器件移动。
图5示出了根据本发明的这种实施例的装置1。流生成器20被布置成使得输送流体流2穿过第一外表面11的仅一个像素。流生成器20被移动并且因此第一外表面11的像素被一个接一个地寻址以被颗粒覆盖。颗粒的供应可以例如通过颗粒存储器进行，该颗粒存储器以与流生成器20平行的方式在筛网10下方移动。
在未示出的本发明的实施例中，装置1不包括遮盖件40，并且流生成器20被设置成例如利用流生成器20的移动器件而移动，并且流生成器20包括喷射装置。
在本发明的一个实施例中，例如图6中所示的实施例，使用由包括喷射装置的流生成器20生成的输送流体流2，选择性地将抵靠筛网10的存在的结构30的预定部分转移到第一基底60的表面上。颗粒的喷射可以通过声压力进行。该转移可以例如逐个像素地进行。第一基底60可包括3D打印结构72(图7)的上部部分。
根据本发明的一个可能的实施例中，从颗粒结构30到第一基底60的表面发生多次连续转移。
根据本发明的一个可能的实施例，首先在筛网10上面或下面形成仅包括第一类型的颗粒3a的第一均匀结构30。然后，将第一结构30的预定部分转移到第一基底60上。然后，从筛网10上移除第一结构30的其余部分，并且在筛网10上面或下面形成仅包括第二类型的颗粒3b的第二均匀结构30，然后将第二结构30的预定部分转移到第一基底60上。可以重复该过程。
因此，可以在第一基底60上产生包括不同类型颗粒的岛61的颗粒层。随后，代替抵靠筛网10的第一外表面11定位的颗粒结构30，该层可以用于3D打印。
在本发明的一个实施例中，遮盖件40是一种包括十列和一百行彼此间隔1mm的气动静电阀41的矩阵。为了获得100μm的分辨率，列彼此竖直偏移100μm。遮盖件40约为10cm×1cm。遮盖件40和流生成器20联接以便同时移动。遮盖件40和流生成器20扫过筛网10的整个第一外表面11，以便构成抵靠筛网10的粉末结构30或抵靠第一基底60的粉末层。
装置1可以用于3D打印。例如，第一类型的颗粒3a可适于使用烧结通过3D打印形成物体，第二类型的颗粒3b可以是未烧结的支撑体粉末。特别地，第一类型的颗粒3a可以在第一烧结温度下烧结，而第二类型的颗粒3b不可能在第一烧结温度下烧结或者是惰性的。第二类型的颗粒3b可以在3D打印期间用作上部沉积层的支撑体，并且可以在3D打印结束时回收。
在本发明的一个实施例中，第一类型的颗粒3a是设置用于激光烧结的SLS粉末颗粒。在本发明的一个实施例中，第一类型的颗粒3a由热塑性聚合物(例如PA12)制成。在本发明的一个实施例中，第二类型的颗粒3b由陶瓷、石膏或氧化铝制成。
图7a和图7b示出了根据本发明实施例的颗粒3结构30在3D打印中的用途。
图7a示出了其下面形成有颗粒3结构30的筛网10和作为3D打印过程中的物体的3D打印结构72。3D打印结构72包括许多已经团聚在一起的颗粒。换句话说，3D打印结构72包括已经团聚的层叠垛。颗粒3结构30的沉积方法使得能够将颗粒3结构30沉积在3D打印结构72上。颗粒3结构30因此变成颗粒3的沉积层35。因此，沉积层35的颗粒3可以与3D打印结构72团聚在一起(图7b)，以便形成新的3D打印结构，可以将另一个颗粒3结构30沉积在该新的3D打印结构上。团聚可以通过团聚器件75进行，该团聚器件例如加热或辐射颗粒3的沉积层35。该团聚器件可以适用于团聚第一类型3a的颗粒而不是第二类型的颗粒3b。
在本发明的一个实施例中，团聚器件75包括激光器。在本发明的一个实施例中，团聚器件75包括发射在颗粒3的整个沉积层35上可以是均匀的红外辐射的器件(例如卤素灯)。
优选地，沉积器件使得能够将带有颗粒3结构30的筛网10从形成颗粒3结构30的形成区域移动到3D打印结构72所在的打印区域。该第一移动例如可以是水平的和/或竖直的。沉积器件优选地使得能够将带有颗粒3结构30的筛网10移动到3D打印结构72，如图7a中的箭头73所示。
沉积器件还优选地使得能够将颗粒3结构30从筛网10的第一外表面11分离。沉积器件可以布置成一次性地将整个结构30从第一外表面11分离，或者将所选部分从第一外表面11分离。
图8a和图8b示出了根据本发明实施例的颗粒3结构30在3D打印中的用途。
首先将存在于第一外表面11上的颗粒结构30转移到移动式转移基底50的转移表面51下面。这可以例如使用流生成器20的喷射装置来执行。
然后，移动转移基底50，以便将颗粒3结构30沉积到3D打印结构72上，如图8b中的箭头73所示。然后，可以使用图7b中所示的团聚方法。
当3D打印完成时，如果第二类型的颗粒3b没有被团聚，则第二类型的颗粒与打印物体分离。
图9示出了根据本发明实施例的装置1，其中筛网10是圆筒、布置成根据圆筒轴线旋转，如箭头85所示。筛网10的第一外表面11是圆柱形的。优选地，流生成器20生成输送流体流2，该输送流体流具有垂直于圆筒轴线的至少一个分量。由供应元件80提供颗粒3的供应。供应元件80包括用于将颗粒3送至第一外表面11的供应通道81、刮削器(未示出)和用于回收额外颗粒3的收集通道82。流生成器20位于由筛网10形成的圆筒内。流生成器控制输送流体流2以确定第一外表面11的其上沉积有颗粒3的部分。流生成器20优选地包括喷射装置。
使用分布在第一外表面21上的粘合剂将颗粒3结构30保持在第一外表面11上。使用分离圆筒83将颗粒结构从第一外表面11分离，分离圆筒使得能够局部地破坏第一外表面11和颗粒3之间的粘合力。然后将已分离的颗粒3沉积到第一基底60上。
在本发明的图10所示的实施例中，流生成器20面向第一基底60定位。供应元件80将颗粒3连续地沉积到筛网上。圆筒形筛网10连续地供应面向流生成器20的颗粒3。例如如果流生成器包括喷射装置的话，通过利用控制流生成器20产生的喷射而选择性地将颗粒3沉积到第一基底60上。
图11示出了根据本发明的一个实施例的阀矩阵41的一部分。图12示出了根据本发明的一个实施例的阀矩阵41的一部分。每个阀优选地包括刚性部分42、第一电极43、介电部分44和第二电极45。第二电极45是柔性的并且被设置为打开和关闭。第二电极45可以例如使用牺牲层或通过组装制成。阀41优选地根据行和列的网布置。阀41可以优选地通过被动寻址而被寻址。
图11对应于流生成器20包括抽吸装置的情况。
图12对应于流生成器20包括喷射装置的情况。在本发明的一个实施例中，分隔件46设置在筛网10和阀矩阵41之间的空间中，以防止第二电极45接触筛网10。
通常，每个阀41可包括微致动器和/或MEMS或PCB气动微阀。这种微致动器可以是例如静电的、热的、电磁的、压电的或其他的。阀矩阵41可以例如由硅晶片通过微机械加工技术实现。每个阀41可包括一个腔，该腔例如通过由于KOH引起的各向异性蚀刻或深反应离子蚀刻技术实现。每个阀41可包括通过LPCVD沉积(低压化学气相沉积)技术实现的电极。
图13示出了根据本发明实施例的装置1，其中筛网10是圆筒形的。图14示出了根据本发明另一实施例的装置1，其中筛网10是圆筒形的。筛网10的任何其他形状是可行的。例如，使得筛网10的第一外表面是凸形的并且至少部分地界定内部空间18的任何形状。筛网10包括分离区域129，在该分离区域，颗粒与第一外表面11分离。该分离区域129优选地向下定位，例如面向3D打印结构72。流生成器20优选地是喷射装置。
流生成器20包括位于圆筒形筛网10内部的第一部分121。第一部分121包括位于分离区域129附近的打印头。优选地，打印头位于圆筒形筛网10的轴线和分离区域129之间。
优选地，流生成器20的第一部分121包括朝向筛网10的第一外表面11、特别是朝向分离区域129定向的多个开口。开口中的每一个使得能够喷射或抽吸输送流体流组分。因此，可以决定哪些颗粒从筛网10喷射出或者抽吸到筛网10上。开口优选地布错布置，使得不同行的像素偏移。
流生成器20的第一部分121流体连接到至少一个流体连通器件123。该流体连通器件123可以例如包括多个管道124(图13)。流体连通器件123通过圆柱筒形筛网10的一个端部从圆柱筒形筛网10离开。优选地，管道124穿过刚性管125以从圆筒形筛网10离开(图13)。
流生成器20包括位于圆筒形筛网10外部的第二部分122。
在本发明的图13所示的实施例中，流生成器20的第二部分122优选地包括阀41，该阀例如布置在阀矩阵41中。每个阀41连接到管道124。阀41使得能够控制从流生成器20的第一部分121的开口离开的流体流组分。因此，可以控制从筛网10的第一外表面分离并沉积到3D打印结构72上或沉积到分离区域下方的任何其他支撑体上的颗粒的像素。
装置1优选地包括10至500个管道124，更优选地包括50至200个管道124。优选地，管道124朝向分离区域129的出口交错布置，以便增加沉积的分辨率。
装置1优选地包括用于冷却阀41的器件。
在本发明的图14所示的实施例中，流生成器20的第一部分121优选地包括阀41，该阀例如布置在阀矩阵41中。阀41通过流体连通器件123流体连接到流生成器20的第二部分122。优选地，流体连通器件123包括一个单独的管道。然而，当仍然在本发明的范围内时，流体连通器件可以包括多个管道。阀41使得能够控制从流生成器20的第一部分121的面向分离区域129的开口离开的流体流组分。因此，可以控制从筛网10的第一外表面分离并沉积到3D打印结构72上或沉积到位于分离区域下方的任何其他支撑体上的颗粒的像素。
阀矩阵41优选地通过电连接器件130连接到控制单元130。该电连接器件130可以是无线的或包括至少一根电线，然后优选地穿过圆筒形筛网10的一个端部。
图15和图16示出了系统100，该系统包括至少两个根据本发明实施例的用于操纵颗粒的装置1a、1b。该系统可以例如用于3D打印中。筛网10a、10b和流生成器优选地如参考图13或图14所述。特别地，优选地，流生成器各自包括位于圆筒形筛网10内部的在分离区域129a、129b附近的第一部分121a、121b。因此，由流生成器的第一部分121a、121b发射的流体流组分可以将存在于筛网10a、10b的第一外表面上的颗粒3a、3b朝向3D打印结构72的精确位置喷射。当仍然在本发明的范围内时，系统100可以包括多于两个根据本发明的装置1。筛网10a、10b彼此平行布置，优选地筛网10a、10b的轴线在同一水平面中。
优选地，装置1a、1b各自包括由第一刮削器86a、86b和第二刮削器87a、87b形成的供应元件80a、80b。当筛网10a、10b旋转时，颗粒3a、3b通过供应元件80a、80b释放在筛网10a、10b的第一外表面上。优选地，第二刮削器87a、87b相对于第一外表面的位置根据第一外表面上所需的颗粒3a、3b层的厚度来选择。刮削器可以是辊式刮削器，例如反向旋转的圆筒，该辊式刮削器优选地可以振动。
然后通过抽吸器件(未示出)将颗粒3a、3b保持在第一外表面上。
优选地，由第一装置1a布置的颗粒3a是第一类型的颗粒3a，该第一类型的颗粒例如可能通过确定的方法团聚。优选地，由第二装置1b布置的颗粒3b是第二类型的颗粒3b，该第二类型的颗粒例如不可能通过该确定的方法团聚。
优选地，当沉积层35时，筛网10a、10b通过保持其旋转轴线固定而旋转，而用作3D打印结构72的支撑体的第一基底60沿一个方向或另一个方向前进。当仍然在本发明的范围内时，筛网10a、10b也可以具有其如下旋转轴线，该旋转轴线平行于第一基底60移动并且第一基底是固定的。筛网10a、10b和第一基底60也可以以协同的方式移动。
对装置1a、1b的流生成器例如阀矩阵41进行控制被以便获得所需的3D打印结构72。优选地，对流生成器进行控制使得由通过装置1a、1b沉积的颗粒3a、3b形成的层35是连续的且不包括任何孔。
当沉积了颗粒层35时，并且在沉积后续的层35之前，筛网10a、10b移动远离3D打印结构72一距离，该距离优选地等于层35的厚度。这使得可以沉积后续的层35。连续的层35可能具有不同的厚度。
在本发明的一个实施例中，系统100进一步包括至少一个压实辊141，该压实辊形成用于使在3D打印结构上所沉积的粉末层的高度均匀化的器件。优选地，系统100包括两个均匀化器件，每个均匀化器件位于筛网10a、10b的一侧。在本发明的一个实施例中，系统100进一步包括至少一个团聚器件75。优选地，系统100包括两个团聚器件75，每个团聚器件位于筛网10a、10b的一侧且远于均匀化器件。
优选地，系统100以以下方式操作。
将不太可能通过团聚器件75执行的方法团聚的第二类型的颗粒3b的床沉积到第一基底60上。颗粒床形成起始3D打印结构72。
用可能通过团聚器件75执行的方法团聚的第一类型的颗粒3a填充供应元件80a。用第二类型的颗粒3b填充供应元件80b。
使筛网10a、10b各自围绕其轴线旋转，驱动供应元件80a、80b的颗粒，该颗粒使用空气抽吸(例如由外部风扇执行)而维持在上方。根据粉末的类型选择抽吸的空气流。筛网10上的颗粒3a、3b的层的厚度优选地在50μm到500μm之间。特别是利用第二刮削器87a、87b的位置来确定该厚度。层35的厚度可以与筛网10上的层的厚度不同。实际上，沉积层35的颗粒可以在沉积之后铺开。还可以通过改变筛网的旋转速度和/或3D打印结构72的平移速度来改变沉积层35的厚度。
筛网10a、10b在垂直于其轴线的方向上水平移动，以便在围绕筛网自身旋转的同时使3D打印结构72行进。优选地，旋转和平移速度同步，使得最接近筛网10的点和3D打印结构72的相对速度为零。因此，在转移过程中，颗粒不具有与筛网相切的任何速度，这使得沉积可以具有更高的精度。
未沉积的颗粒朝向供应元件80a、80b升回并且可以在之后使用。
优选地，一旦沉积了沉积层35，通过压实辊141使沉积层均匀，然后通过团聚器件75使沉积层团聚，从而集成3D打印结构72。由此沉积后续的沉积层35。
后续的沉积层35可以相对于刚刚集成到3D打印结构72中的沉积层在返回路径上沉积。例如，沉积层的沉积(以及压实和团聚)可以从右到左和从左到右完成。在这种情况下，优选的是，该系统包括两个均匀化器件和两个团聚器件75，如图16所示。
根据本发明的装置1的可能应用涉及3D打印、2D打印和制药工业中的定量加药。
换句话说，本发明涉及用于操纵颗粒3的装置1和方法。装置1包括筛网10，筛网用作颗粒3结构30的支撑体，该颗粒结构可选择性地沉积到第一基底60上。装置1包括流生成器20，流生成器生成到筛网10的第一外表面11的输送流体流2或自筛网10的第一外表面11生产输送流体流2，输送流体流2被设置成输送颗粒3。装置1可包含在3D打印系统中。
已经关于特定实施例描述了本发明，这些实施例是纯说明性并且不应被认为是限制性的。通常，本发明不限于上文所示和/或描述的实施例。动词“包含”、“包括”、“含有”或任何其他变体以及其结合不能以任何方式排除除了所提及的那些元素之外的元素的存在。使用不定冠词“一”，“一个”或定冠词“该”来引入一个元素并不排除存在多个这些元素。权利要求中的附图标记不限制其范围。

Claims (25)

1.一种用于操纵颗粒(3)的装置(1)，其特征在于，所述装置包括被布置成生成输送流体流(2)的流生成器(20)和具有第一外表面(11)的筛网(10)，颗粒(3)结构(30)能够从所述第一外表面形成，所述筛网(10)包括通孔(12)，所述通孔通过开口通到所述第一外表面(11)上，并且所述输送流体流(2)被设置成从所述第一外表面输送所述颗粒(3)，所述装置(1)被布置成使得所述输送流体流(2)仅穿过所述筛网(10)的所述第一外表面(11)的预定部分，
其中，所述流生成器(20)包括喷射装置，所述喷射装置被设置成产生从所述流生成器(20)到所述第一外表面(11)的输送流体流(2)。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述装置包括所述流生成器(20)的移动器件。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置包括位于所述流生成器(20)和所述筛网(10)之间的遮盖件(40)。
4.根据权利要求3所述的装置(1)，其特征在于，所述装置包括所述遮盖件(40)的移动器件。
5.根据权利要求3所述的装置(1)，其特征在于，所述遮盖件(40)被布置成使得所述遮盖件的打开部分和关闭部分的构型能够被改变。
6.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置包括阀矩阵(41)。
7.根据权利要求6所述的装置(1)，其中，所述阀矩阵(41)中的阀是微型扬声器。
8.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置包括所述流生成器(20)的移动器件、所述流生成器(20)与所述筛网(10)之间的遮盖件(40)、和所述遮盖件(40)的移动器件，所述遮盖件(40)的移动器件与所述流生成器(20)的移动器件联接，使得所述输送流体流(2)和所述遮盖件(40)对应于所述第一外表面(11)的相同部分。
9.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其中，所述喷射装置包括声波发射器。
10.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置进一步包括用于将颗粒(3)散布(22)到所述筛网(10)的所述第一外表面(11)上的器件。
11.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述筛网(10)的所述第一外表面(11)沿第一方向(101)和垂直于所述第一方向(101)的第二方向(102)延伸，并且所述流生成器(20)被布置成使得所述流生成器生成的所述输送流体流(2)在与所述第一方向(101)和所述第二方向(102)相垂直的第三方向(103)上。
12.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述筛网(10)是圆筒形的且所述筛网(10)的所述第一外表面(11)至少部分地界定出内部空间(18)。
13.根据权利要求12所述的装置(1)，其特征在于，所述流生成器(20)包括位于所述内部空间(18)中的第一部分(121)和位于所述内部空间(18)外部的第二部分(122)，所述第一部分(121)和所述第二部分(122)通过流体连通器件(123)流体连接。
14.根据权利要求13所述的装置(1)，其特征在于，所述流生成器(20)的第一部分(121)或第二部分(122)包括多个阀(41)。
15.根据权利要求14所述的装置(1)，其特征在于，每个阀(41)被布置成控制输送流体流组分，所述输送流体流组分被布置成穿过所述筛网(10)的所述第一外表面(11)的一部分。
16.根据权利要求13所述的装置(1)，其特征在于，所述流生成器(20)的第一部分(121)包括朝向所述筛网(10)的所述第一外表面(11)定向的多个开口，所述装置(1)被布置成使得输送流体流组分进入所述流生成器(20)的第一部分(121)的多个开口之一中。
17.根据权利要求16所述的装置(1)，其特征在于，所述流生成器(20)的第一部分(121)的多个开口交错布置。
18.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置进一步包括抽吸器件，所述抽吸器件被布置成将所述颗粒保持在所述第一外表面(11)上。
19.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置进一步包括所述筛网(10)的移动器件。
20.3D打印系统，所述3D打印系统包括至少一个根据权利要求1至19中任一项所述的装置(1)和包括用于对所述颗粒的至少一部分进行粘附的团聚器件(75)。
21.根据权利要求20所述的3D打印系统，所述3D打印系统进一步包括抵靠所述筛网(10)的所述第一外表面(11)存在的颗粒(3)结构(30)的沉积器件。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的3D打印系统，所述3D打印系统进一步包括用于将筛网(10a，10b)和3D打印结构(72)聚在一起并分离的器件。
23.用于操纵颗粒(3)的方法，所述方法包括：
(a)供应根据权利要求1至19中任一项所述的装置(1)，
(b)将颗粒(3)供应到所述装置(1)，和
(c)通过所述输送流体流(2)将颗粒(3)输送到所述筛网(10)的所述第一外表面(11)或从所述筛网的所述第一外表面输送颗粒。
24.根据权利要求23所述的用于操纵颗粒(3)的方法，其特征在于，步骤(c)包括通过所述输送流体流(2)将颗粒(3)输送到所述筛网(10)的所述第一外表面(11)的预定部分或从所述筛网的所述第一外表面的预定部分输送颗粒。
25.3D打印方法，所述3D打印方法包括：
·根据权利要求23至24中任一项所述的用于操纵颗粒(3)的方法的步骤，和
·使所述颗粒(3)的至少一部分团聚。
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