CN110582391A - 用于三维打印、尤其是制造窗、用于地板或类似的板形构件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于三维打印、尤其用于制造窗、地板或类似的板形构件的方法，其包括：‑至少一个提供PVC和至少一种溶剂的步骤，其中PVC是可溶的；‑至少一个混合所述PVC和所述溶剂的步骤，以获得至少一种液相的混合物；‑至少一个将所述混合物分散到至少一个沉积表面(1)上的分散步骤；‑至少一个所述溶剂的蒸发步骤以获得至少一个制成品(3)的至少一个PVC层(2)，所述蒸发步骤紧随所述分散步骤；和‑重复所述分散步骤和所述蒸发步骤以获得形成所述制成品(3)的多个PVC重叠层(2)。

Description

用于三维打印、尤其是制造窗、用于地板或类似的板形构件的 方法
技术领域
本发明涉及用于三维打印的方法，尤其是用于制造窗、用于地板或类似的板形构件。
背景技术
近些年，用于不同形状和用途的物品的三维打印技术已经更为广泛使用。
非常创新的技术仍在完善过程中，使得这项技术能够通过附加的制备方法制造传统制备方法难以实现的几何结构的物品。
工业3D打印过程的示例包括选择性激光烧结、立体光刻和利用光聚合物的聚合物喷射(polyjet)。
选择性激光烧结利用激光烧结热塑性的、金属的或硅质粉末。
此类型的方法，实际上，包括使用某装置，所述装置，通过特殊分散系统，将粉末层分散到物体表面，所述物体逐渐下降，与包含在装置本身内的激光发射源保持稳定距离。
此项技术能够加工不同类型的材料，但具有缺点，即获得产品的表面精加工是不规则的并且需要更多处理步骤以实现均匀化。
另一方面，立体光刻方法，基于液体树脂的聚合，液体树脂通过合适的喷嘴沉积，借助光学系统通过激光聚焦到物体表面。
进一步地，利用光聚合物的聚合物喷射(polyjet)打印方法包括使用类似传统喷墨打印机的装置，其中喷墨打印机提供有在非常薄的层上沉积丙烯酸或弹性体基光聚合物的喷嘴。
所述装置也包括决定光聚合物聚合的UV-光发射元件。
利用这些技术获得的物体从美学角度来看并不是特别令人愉悦的，因此他们需要一个或多个外表面的装饰步骤以获得，例如材料效果，特别适用于门或窗框、地板构件等的装饰。
获得材料效果的装饰可以通过多种技术实现，例如颜料的升华，其在于将模拟木质花纹的图案打印到特殊材质的平面上，然后将其热转移到待装饰的表面上以方式进行适当的预处理以至于能够完全接受。
模印技术，其中高温和适当真空条件下发生装饰的转移，其中固体颜料直接转化为蒸汽并同时渗透入物体预处理的表面。
用于获取材料效果的可替代方法是粉末沉积时的粉末，由此固体形式的不同颜色的聚酯纤维能直接整合入物体的预处理层中。然而，用于三维打印的方法有一些缺点。
实际上，已知的三维打印方法通常需要非常复杂的装置，其会引起生产费用的增加。进一步地，已知方法仅允许使用特定类型的聚合材料，尤其是不具有很强抗性并且能引起易碎和几乎没有耐磨性的物体的材料。
所以，使用高强度聚合材料的不可能性成为特殊的限制。
再者，在一些示例中，已知三维打印方法制备的物体，尤其是选择性激光烧结技术，具有不规则的和颗粒状表面精加工方法，以至于需要进一步加工步骤，这导致生产费用增加。
再者，传统使用的装饰技术非常复杂和昂贵的，并且不能够获得可靠的材料效果。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种三维打印的方法，尤其是用于制造窗、用于地板或类似的板形构件，其能够制造具有使用高强度聚合材料的不同几何结构的构件。
本发明的一个目的是提供能够使用抗性聚合材料和具有高机械性的三维打印方法。
本发明的另一个目的是提供通过使用具有减少方法步骤的简单装置的三维打印方法制造的制成品。
本发明的另一目的是提供三维打印方法，尤其是用于窗、用于地板或类似的板形构件的制造，以减少生产成本。
本发明的另一目的是提供三维打印方法，尤其是用于窗、用于地板或类似的板形构件的制造，以能够得到可靠的材料效果和优惠的成本。
本发明的另一目的是提供三维打印方法，尤其是用于窗、用于地板或类似的板形构件，以能够在简单、合理、简单、高效使用和经济有效解决方案的范围内克服现有技术中涉及的缺点。
所述涉及的目的通过权利要求1所述的三维打印方法实现。
附图说明
本发明的其他特性和优点在优选的、但非唯一的用于三维打印的方法，尤其是用于窗、用于地板或类似的板形构件的制备的实施方式更为明显，通过示例性但非限制性示例说明，所附附图中：
图1-3示意性显示根据本发明的三维打印方法的阶段；
图4是根据本发明方法制得的制成品的轴测视图；
图5是根据本发明方法制得的制成品的可替换性实施方式的轴测视图；
图6是根据本发明方法制得的图4所示的制成品细节剖视图。
具体实施方式
用于三维打印、尤其是制造窗、用于地板或类似的板形构件的方法，包括：
-至少一个提供PVC和至少一种溶剂的步骤，其中PVC是可溶的；
-至少一个混合所述PVC和所述溶剂的步骤，以获得至少一种液相的混合物；
-至少一个将所述混合物分散到至少一个沉积表面1上的步骤；
-至少一个所述溶剂的蒸发步骤以获得至少一个制成品3的至少一个PVC层2，其在所述分散步骤之后。
根据本发明，所述方法也包括重复所述分散步骤和所述蒸发步骤以获得形成所述制成品3的多个PVC的重叠层2。
有用地，根据所述方法获得的制成品3为用于窗框型材构件4a的装饰性表面部分，或可替换地，适用于地板覆盖物的板形构件4b的装饰性表面部分，每个设置有沉积表面1并优选由PVC制成。
换句话说，所述方法特别适用于传统PVC型材的装饰和表面精加工，但不能排除应用所述方法来制造整个构型元件4a或整个板形构件4b的可能。
PVC，或聚氯乙烯，作为热塑性聚合物，具有高强度和高弹性，也具有接触稀释和浓缩的酸、碱和盐溶液的抗性、轻便、坚固、绝缘和低透气性。
因此，作为具有优秀特性的材料，具有无尽的用途，但其难以应用到传统三维打印技术中。
在PVC制造阶段，根据其意向用途和所述材料所要求的特性，向PVC加入添加剂，因此通过改变添加剂的类型和剂量，可能获得具有完全不同特性的材料。
特别地，在制备过程中加入到PVC的特殊添加剂可以为稳定剂以保护其免于热降解并能改善其对光和大气物质的抗性，可以为增塑剂以赋予产品灵活性和弹性，可以为润滑剂以促进加工处理，可以为染料以着色，等等。
通常地，用于所述混合物生产的溶剂为酮和醚的至少一种。
实际上，尽管PVC为相当惰性的材料，但其可以溶于一些有机溶剂中，包括酮和醚；有机溶剂一方面具有软化聚合物颗粒的物理作用，另一方面具有作用于大分子之间存在的范德华尔斯键的化学反应，以将他们带入到溶剂中。
优选地，所述溶剂为环酮和环醚的至少一种，尤其为环己酮和四氢呋喃，溶剂可以单独使用或以混合形式使用，并且可以为用于溶解PVC的溶剂，但不排除使用不同类型溶剂的可能性。
分散到沉积表面1的所述混合物中的溶剂会引起制造所述型材构件4a和/或所述板形构件4b的PVC经受表面软化。
所述软化反应能提高PVC层2的粘合到所述沉积表面1，使其能够接受，因此所述制成品3为单个块，其具有在其上分散的所述构件。
混合所述PVC和至少一种溶剂的步骤获得的所述混合物为液体混合物，因此其能够以简单的方式分散到沉积表面1。
所述溶剂的蒸发步骤基本上在所述混合物的分散步骤之后立即发生。
再者，所述溶剂的蒸发步骤是自然的或强制的。
特别地，强制溶剂蒸发的情况，可能提供与分散组件5关联的蒸发装置，例如热气鼓风机、红外线灯或其他加热元件，这能够加快溶剂蒸发步骤，以便能够立即紧接分散步骤。
实际上，一旦主要混合物分散到所述沉积表面1上，由于溶剂的高挥发性，所述溶剂会立即会挥发，以能够获得PVC层2并无需进一步固化所述分散材料。
有利地，所述方法包括至少一个分散组件5的至少一个提供步骤，所述分散组件5包括：
-至少一个所述混合物到所述沉积表面1的分散头；
-至少一个所述蒸发溶剂的清除和回收系统。
再者，所述分散组件5包括至少一个混合颗粒形式的PVC和溶剂的混合件6以获得所述混合物。
再者，不排除向所述混合物加入至少一种增强材料的可能，所述增强材料在混合阶段加入到PVC和溶剂中以能够使PVC层2具有更高抗性并增加其机械特性。
可替换地，可以提供一个辅助头以用于沉积所述增强材料。
优选地，所述增强材料以纤维形式，但不排除使用其他形式材料的可能。
纤维形式材料的示例为玻璃纤维，但使用不同类型材料。
此技术方案特别适用于此情况，其中所述型材构件4a或所述板形构件4b通过分散包含PVC混合物的方式制造。
关于所述型材构件4a，可能获得不同于通常使用的内部几何结构，例如蜂窝状几何结构，结合使用增强材料，这可以增加所述型材构件4a的机械特性，尤其是机械强度。
优选地，所述分散头在基本平行于沉积表面1的二维笛卡尔平面上沿多个方向移动，以分散所述混合物以根据最终所需构型获得多个PVC层2。
由于通过分散头将所述混合物分散到所述沉积表面1，即使使用不同形状的头，其粘性必须等于确定值以能够简单便捷的分散。
特别地，所述混合物包括相对于PVC的重量百分比的溶剂，以至于所述粘性等于所述固定值。
再者，如上所示，因为包含在其中的添加剂是可变的，PVC可以具有不同特性，因此溶剂重量百分比可以随时间变化，并伴随聚合物负载变化，以至于所获得材料的粘性始终等于确定值。
不排除使用具有系统的所述分散组件5随时间添加溶剂并伴随PVC使用种类变化和在其中添加剂变化的可能。
用于生产所述混合物的溶剂为有毒和高度易燃的。
特别地，四氢呋喃与空气形成高度爆炸性的混合物，是口腔接触时具有高毒性和皮肤和呼吸道接触时具有高度刺激性。
关于环己酮，其也能与空气形成爆炸性混合物，并且具有腐蚀性和高毒性，引起惊厥、低温和心动过缓。
这两种情况中，这些物质也对环境具有高危害性。
基于这些原因，所述分散组件5容纳在受控大气的隔离空间内，以防止在制备过程中的蒸发溶剂的有毒蒸汽的扩散，并以此方式保护操作人员免于中毒。
因此，所述蒸发溶剂可以通过清除和回收系统7、8进行回收，其抽气罩7抽取隔离空间内的空气，通过回收件8收集蒸发溶剂，将其发回到混合件6以避免新溶剂的持续供给和优化生产消耗。
有利地，所述方法包括至少一个所述制成品3的表面形状的界定步骤(definition)，其包括
-至少一个提供至少一个电子形式的图像9的步骤，再现至少一个设有多个颗粒10的木质表面部分，其包括多个像素；
-至少一个借助至少一个软件识别每个像素的至少一个颜色范围数据的识别步骤；和
-至少一个将所述颜色范围数据转化为至少一个深度空间数据的转化步骤以产生至少一个具有材料效果的制成品3的三维数据模型，所述制成品设置有至少一个外表面11，所述外表面通过具有可变深度的多个凹槽13再现颗粒10。
本文的范围内，“颜色范围”是指图像9的每个像素的颜色强度，参考每个可能的颜色，包括黑色和白色。
作为结果，所用软件能够识别数字形式的任何图像9的颜色范围数据，不管其为彩色、黑色、白色或灰色。
特别地，所述外表面11上的所述凹槽13的深度基本上与所述颗粒10的颜色范围成比例。
因此，通过处理单元12的所用软件能够制造设置有凹槽13的三维数字模型，所述凹槽13具有能够随着与单个颗粒10关联的所述像素的颜色范围强度而增加的深度。
制成品3的表面精加工方法能够从触觉和视觉角度再现所述材料效果。
所述分散步骤能够制造三维数字模型以通过所述分散组件5获得具有材料效果的制成品3。
有用地，所述方法包括至少一个通过至少一种涂料14对外表面11的涂布步骤，其紧接所述制成品3的外表面形状的界定步骤(definition)。
特别地，所述涂料14可以以液态和\或粉末形式使用。
此涂料14倾向于在所述凹槽13内部富集以再现所述颗粒10的颜色范围。
以此方式，界定所述制成品3的表面形状以再造出材料效果；此材料效果不仅从表面精加工角度而且从色彩角度上讲是可靠的，因为在所述凹槽13内富集的所述涂料14能够再造木质颗粒10的典型明暗对比。
实践中，可以确定的是，所述描述的发明能够完成所预想的目标。
以此方式，需要强调的是，提供三维打印，尤其是用于制造窗、用于地板或其他的板形构件的特别技术方案，能够使用高强度聚合材料，如PVC，制造具有不同几何形状的制成品。
犹如，此方法也能够利用三维打印和利用能够减少操作步骤的简单设备制造制成品，并能够实质性减低生产费用和加工时间。
再者，混合PVC和溶剂以获得液体混合物的特别技术方案能够制造具有材料效果的PVC制成品，同时避免多个固化步骤。
另外，制成品的表面形状的界定步骤和后续的涂布步骤能够让所述材料效果以可靠的形式获得而不使用复杂的装饰技术。

Claims (12)

1.一种用于三维打印、尤其用于制造窗、地板或类似的板形构件的方法，其特征在于，其包括：
-至少一个提供PVC和至少一种溶剂的步骤，其中PVC是可溶的；
-至少一个混合所述PVC和所述溶剂的步骤，以获得至少一种液相的混合物；
-至少一个将所述混合物分散到至少一个沉积表面(1)上的分散步骤；
-至少一个所述溶剂的蒸发步骤以获得至少一个制成品(3)的至少一个PVC层(2)，所述蒸发步骤紧随所述分散步骤；和
-重复所述分散步骤和所述蒸发步骤以获得形成所述制成品(3)的多个PVC重叠层(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制成品(3)为窗框型材构件(4a)的装饰性表面部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制成品(3)为适用于地板覆盖物的板形构件(4b)的装饰性表面部分。
4.根据上述一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述溶剂为酮和醚的至少一种。
5.根据上述一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述溶剂为环酮和环醚的至少一种。
6.根据上述一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述溶剂为环己酮和四氢呋喃的至少一种。
7.根据上述一项或多项权利要求书所述的方法，其特征在于，所述混合物包括相对于所述PVC的重量百分比的所述溶剂，以至于所述混合物的粘性等于固定值。
8.根据上述一项或多项权利要求书所述的方法，其特征在于，包括至少一个分散组件(5)的至少一个提供步骤，所述分散组件(5)包括：
-至少一个所述混合物到所述沉积表面(1)的分散头；和
-至少一个所述蒸发溶剂的清除和回收系统。
9.根据上述一个或多个权利要求所述的方法，其特征在于，所述分散组件(5)包括至少一个所述PVC和所述溶剂的混合件(6)。
10.根据上述一个或多个权利要求所述的方法，其特征在于，包括至少一个所述制成品(3)的表面形状的界定步骤，其包括
-至少一个提供至少一个电子形式的图像9的步骤，再现至少一个设有多个颗粒(10)的木质表面部分，其包括多个像素；
-至少一个借助至少一个软件识别每个像素的至少一个颜色范围数据的识别步骤；和
-至少一个将所述颜色范围数据转化为至少一个深度空间数据的转化步骤以产生至少一个具有材料效果的所述制成品(3)的三维数据模型，所述制成品设置有至少一个外表面(11)，通过具有可变深度的多个凹槽(13)再现所述颗粒(10)；
所述分散步骤以此方式发生以产生所述模型的三维打印，以通过所述分散组件(5)获得具有材料效果的制成品(3)。
11.根据上述一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，其包括至少一个通过至少一种涂料(14)对所述外表面(11)的涂布步骤，所述的涂料(14)在所述凹槽(13)内部富集和再现所述颗粒(10)的颜色范围。
12.根据上述一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述凹槽(13)的深度基本上与所述颗粒(10)的颜色范围成比例。
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