CN111372496A

CN111372496A - 可变形物体及其制造方法

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Publication number: CN111372496A
Application number: CN201880076201.6A
Authority: CN
Inventors: D.阿克滕; T.比斯根; N.德乔治奥; J.金泽尔; 刘婷; M.沃尔夫
Original assignee: Covestro Deutschland AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2038-11-23
Also published as: US20200325951A1; CN111372496B; US11835103B2; WO2019101955A1; EP3716816B1; EP3716816A1; EP3716816C0

Abstract

可变形物体，其中所述物体由多个聚合物构建材料层构建并且其中规定垂直于这些层的构建方向。所述物体优选包含具有由构建材料形成并以彼此同向延伸的多个曲线对(10)的层，所述曲线对各自包含两个彼此反向延伸的周期性曲线(20、30)，并且所述曲线对包含彼此最大间距的区段(40、41、60、61)和彼此最小间距的区段(50、51、70、71)。在这些层的一部分中，在相邻曲线对(10)中，一个曲线的至少一个最大间距区段(41)与相邻曲线的最大间距区段(60)相连，在这些层的另一部分中，在相邻曲线对(10)中，一个曲线的至少一个最大间距区段(41)与相邻曲线的最大间距区段(60)不相连，在这些层的另一部分中，在相邻曲线对(10)中，至少一部分最小间距区段(50、51)彼此相连，且在这些层的另一部分中，在相邻曲线对(10)中，至少一部分最小间距区段(50、51)彼此不相连。

Description

可变形物体及其制造方法

本发明涉及可变形物体，其中所述物体由多个聚合物构建材料层构建并且其中规定垂直于这些层的构建方向。所述物体包含具有由构建材料形成并以周期性接触的形式延伸的多个曲线对的层。本发明进一步涉及所述物体的制造方法，和含有本发明的物体的用于支撑和/或承载人员的装置。所述物体尤其可用作床垫或车辆座椅。

支撑元件或承载元件可例如设计为床垫形式。这种床垫通常由泡沫材料组成，其中床垫特别可由多个互相叠加的泡沫层组成。为了提高这种床垫的躺卧舒适度，通常在床垫中进行所谓的分区。在这种分区中，形成分布在床垫面积上的具有不同弹性性质，即不同柔软度的区。在此考虑到如下情形，即床垫例如在腿部区域中的柔软度应当不同于背部区域中。为了在多层床垫中形成这种分区，通常使用振动叶片（Messer）在床垫中间层中局部引入空腔。然后将各自完全封闭的床垫上层和下层施加到该床垫中间层的上侧和下侧。

DE 10 2015 100 816 B3公开了制造由床垫、枕垫、座椅或座椅的一部分形成的身体支撑元件的方法，其包括预定形成专门针对人员的三维支撑结构的打印数据和使用3D打印机基于打印数据制造身体支撑元件的步骤。通过3D打印机，可以使用打印数据通过形成不同尺寸和/或不同数量的空腔来产生不同弹性的区域。

DE 10 2011 010 047 A1涉及被设计为材料一致且一件式的塑料模制品，其中所述塑料模制品具有大量可弹性变形且互相结合的弹簧元件，该弹簧元件是特定成型的，其中所述塑料模制品的可弹性变形性可由弹簧元件的设计决定。

身体支撑元件，例如床垫或枕垫的舒适度感知的一个重要标准是该元件的材料在何种程度上允许被其周围的空气穿过该元件的空气交换。如果没有这种空气交换，来自人体的热无法消散，这导致出汗增加；也无法输出来自人体汗液或来自洗涤程序的潮湿空气。

本发明的目的是至少部分地克服现有技术的至少一个缺点。本发明的目的此外是提供适用于承载出汗的身体并允许空气交换（从而为出汗的身体提供尽可能高的舒适感）的可变形物体。本发明的另一目的是提供具有取决于变形方向而不同的变形行为的可变形物体。本发明的目的此外是可以尽可能有效和/或个性化和/或节约资源地制造这样的物体。

根据本发明，通过如权利要求1中所述的物体、如权利要求8中所述的方法和如权利要求13中所述的装置实现所述目的。有利的扩展方案在从属权利要求中给出。除非从上下文中清楚地显而易见，它们可以任意组合。

根据本发明，因此提出可变形物体，其中所述物体由多个聚合物构建材料层构建并且其中规定垂直于这些层的构建方向。所述物体包含具有由构建材料形成并以周期性接触的形式延伸的多个曲线对的层。

由于构建曲线对所致，本发明的可变形物体在曲线对的传播方向上的压缩硬度可不同于垂直于该传播方向。还可通过曲线的个性化设计来调节压缩动力学。这同样适用于将压缩方向朝着预定方向进行偏移。

术语“可变形”特别是指在该物体的至少一个空间方向上的压缩强度（40%压缩，DIN EN ISO 3386-1:2010-09）为≥ 10至≤ 1000 kPa，优选≥ 20至≤ 700 kPa，更优选≥30至≤ 500 kPa。

在本发明的物体中可以界定通道，借此可通风。该物体的形状还导致可良好地洗涤该物体，这不同于多孔材料如泡沫。同样可以容易地集成电子元件，例如传感器或致动器。

在该物体的一层中，曲线对的数量可以例如为每米≥ 10至≤ 100个曲线对（垂直于曲线对的传播方向）。曲线对中的曲线的相应区段的最大间距可以例如为≥ 5 mm至≤100 mm，优选≥ 10 mm至≤ 50 mm，更优选≥ 15 mm至≤ 30 mm。

在本发明的物体中，曲线对的接触应被视为材料匹配（stoffschlüssig）的连接。

在本发明的物体中，其层的一部分或所有层可以包含以周期性接触的形式延伸的曲线对。

本发明的物体可根据其作为支撑元件和/或承载元件的使用目的而被压缩。该物体在至少一个空间方向上的压缩强度（40%压缩，DIN EN ISO 3386-1:2010-09）为≥ 10至≤ 1000 kPa，优选≥ 20至≤ 700 kPa，更优选≥ 30至≤ 500 kPa。

根据其作为支撑元件和/或承载元件的使用目的，本发明的物体的空间密度可为30-800 g/l，优选50-500 g/l，特别优选80-400 g/l。

该物体在所选空间方向上的压缩强度（40%压缩，DIN EN ISO 3386-1:2010-09）相比于该物体在垂直于所选空间方向的空间方向上的压缩强度（40%压缩，DIN EN ISO 3386-1:2010-09）而言可以相差≥ 10%，优选≥ 15%至≤ 400%，更优选≥ 20%至≤ 200%。

该物体优选至少部分地由具有一种或多种下列性质的材料形成：

- ≥ 0.01至≤ 1，优选≥ 0.05至≤ 0.8，更优选≥ 0.1至≤ 0.5的tan δ值（20℃，DMA，DIN EN ISO 6721）

- 最大tan δ值（DMA，DIN EN ISO 6721）在≥ -40℃至≤ 150℃，优选≥ -20℃至≤80℃，更优选≥ -10℃至≤ 60℃时

- ≥ 10 MPa至≤ 2000 MPa，优选≥ 20 MPa至≤ 1000 MPa，更优选≥ 30 MPa至≤800 MPa，非常特别优选≥ 40 MPa至≤ 400 MPa的弹性模量（DIN EN ISO 604:2003-12）

- ≥ 40 A至≤ 85 D，优选≥ 70 肖氏A至≤ 65 肖氏D，更优选≥ 80 肖氏A至≤ 98肖氏A的肖氏硬度（根据DIN ISO 7619-1:2012-02）

- ≤ 280℃，优选≥ 30℃至≤ 250℃，更优选≥ 40℃至≤ 200℃的熔点（DIN EN ISO11357-3:2013-04）

- ≤ 200℃，优选≥ -50℃至≤ 160℃，更优选≥ -20℃至≤ 80℃的玻璃化转变温度T_g（DMA，DIN EN ISO 6721）。

在一个优选实施方案中，该物体包含具有由构建材料形成并互相同向延伸的多个曲线对的层，

所述曲线对分别包含两个彼此反向延伸的周期性曲线，

所述曲线对包含彼此最大间距的区段和彼此最小间距的区段，

在这些层的一部分中，在相邻曲线对中，一个曲线的至少一个最大间距区段与相邻曲线的最大间距区段相连，

在这些层的另一部分中，在相邻曲线对中，一个曲线的至少一个最大间距区段与相邻曲线的最大间距区段不相连，

在这些层的另一部分中，在相邻曲线对中，至少一部分最小间距区段彼此相连，且

在这些层的另一部分中，在相邻曲线对中，至少一部分最小间距区段彼此不相连。

同向曲线对在一个平面内具有共同的传播方向。传播方向优选完全相同，但曲线对的传播矢量也可形成彼此< 10°的角度。

对本发明而言，反向曲线是在共用平面中延伸并在这一平面中同时地彼此靠近或彼此远离移动的曲线。曲线对可完美地反向延伸，即没有相对于彼此位移，或者构成曲线对的两个曲线可在传播方向上相对于彼此位移。这种相位移可以例如为> 0至< π/2，优选≥π/32至≤ π/4。

在另一优选实施方案中，在构建方向上来看，在构建方向上至少部分地彼此相连的下列层组重复至少一次：

一个或多个层，其中在曲线对中，曲线的至少一部分最小间距区段彼此相连；

一个或多个层，其中在曲线对中，曲线没有彼此相连并且没有与相邻曲线对的曲线相连；和

一个或多个层，其中在相邻曲线对中，一个曲线的至少一个最大间距区段与相邻曲线的最大间距区段相连。

在另一优选实施方案中，在构建方向上来看，在各层中曲线对中的曲线与彼此的间距是至少部分地周期性变化的。优选的是，具有周期性变化的彼此间距的曲线对的比例为曲线对总数的≥ 50%，更优选≥ 75%，特别优选≥ 95%。

在另一优选实施方案中，至少在一部分曲线对中，存在具有相同最大振幅绝对值的曲线。优选的是，具有相同最大振幅绝对值的曲线对的比例为曲线对总数的≥ 50%，更优选≥ 75%，特别优选≥ 95%。

在另一优选实施方案中，至少在一部分曲线对中，存在不具有相同最大振幅绝对值的曲线。此时优选的是，不具有相同最大振幅绝对值的曲线对的比例为曲线对总数的≥50%，更优选≥ 75%，特别优选≥ 95%。

在另一优选实施方案中，在至少一个层中，曲线在彼此之间和/或与彼此之间的连接点形成周期性重复图案。如果连接点在体积内以周期性重复的形式分布，可以使用晶体学术语描述这种情形。连接点可根据14种布拉菲点阵排列：简单立方(sc，简单立方)、体心立方(bcc，体心立)、面心立方(fcc，面心立方)、简单四方、体心四方、简单正交、底心正交、体心正交、面心正交、简单六方、菱方、简单单斜、底心单斜和三斜。优选的是立方点阵sc、fcc和bcc。

在另一优选实施方案中，在至少一个层中，在至少一个曲线对中的曲线通过正弦函数描述。在此包括根据f(x) = a sin (ωx + φ)的函数，其中比例因子是a，频率是ω且相位移是φ。

在另一优选实施方案中，聚合物构建材料包含热塑性塑料，优选热塑性弹性体，更优选选自：热固性聚氨酯弹性体（PUR）、热塑性共聚酰胺（TPA）、热塑性共聚酯（TPC）、基于烯烃的热塑性弹性体（TPO）、苯乙烯嵌段共聚物（TPS）、基于氨基甲酸酯的热塑性弹性体（TPU）、基于烯烃的交联热塑性弹性体（TPV）、基于聚氯乙烯的热塑性弹性体（PVC）、基于硅酮的热塑性弹性体和至少两种这些弹性体的组合。≥ 3、≥ 4或≥ 5种这些热塑性弹性体的组合也有可能；在还另一优选实施方案中，聚合物构建材料包含热塑性硫化产品，在还另一优选实施方案中，聚合物构建材料包含可硫化橡胶。

对本发明而言，如果其在根据DIN 53504的拉伸试验中的断裂伸长率≥ 50%，该聚合物是弹性的。此时，所制造的物体在40%压缩后的压缩永久变形（DIN ISO 815-1）可为例如≤ 50%，优选< 30%，特别优选< 10%。

该弹性聚合物还可包含其它添加剂，如填料、稳定剂等，以及其它聚合物。弹性聚合物中的添加剂的总含量可以例如为≥ 0.1重量%至≤ 70重量%，优选≥ 1重量%至≤ 40重量%。

在另一优选实施方案中，所述至少一种热塑性塑料是热塑性弹性体并具有≥ 40至≤ 98（优选≥ 50至≤ 95，更优选≥ 60至≤ 92）的根据DIN ISO 7619-1的肖氏A硬度。弹性体的熔程（DSC，差示扫描量热法；具有5 K/min的加热速率的第二道加热）还可为≥ 20℃至≤ 250℃（优选≥ 40℃至≤ 200℃，更优选≥ 50℃至≤ 180℃），和/或其根据ISO1133（190℃，10 kg）的熔体体积速率（熔体体积速率，MVR）可为≥ 25至≤ 90（优选≥ 30至≤ 80，更优选≥ 35至≤ 65）cm³/10 min。

在这种DSC测量中，对该材料施以下列温度循环：在-60℃下1分钟，然后以5 K/分钟加热到250℃，然后以5 K/分钟冷却到-60℃，然后在-60℃下1分钟，然后以5 K/分钟加热到250℃。

在另一优选实施方案中，弹性体是热塑性弹性体并具有≥ 20℃至≤ 200℃（优选≥ 40℃至≤ 190℃，更优选≥ 70℃至≤ 180℃）的熔程（DSC，差示扫描量热法；具有5 K/min的加热速率的第二道加热）、≥ 40至≤ 98（优选≥ 50至≤ 95，更优选≥ 60至≤ 90）的根据DIN ISO 7619-1的肖氏A硬度；5至15（优选≥ 6至≤ 12，更优选≥ 7至≤ 10）cm³/10 min的根据ISO 1133（10 kg）在温度T下的熔体体积速率（熔体体积速率，MVR）和当所述温度T提高20℃时≤ 90（优选≤ 70，更优选≤ 50）cm³/10 min的熔体体积速率（10 kg）变化。

在这种DSC测量中，也对该材料施以下列温度循环：在-60℃下1分钟，然后以5 K/分钟加热到200℃，然后以5 K/分钟冷却到-60℃，然后在-60℃下1分钟，然后以5 K/分钟加热到200℃。

这种热塑性弹性体，优选热塑性聚氨酯弹性体，具有平坦（flach）的熔融行为。通过根据ISO 1133在5分钟预热时间和10 kg下取决于温度的MVR（熔体体积速率）变化来确定该熔融行为。当在起始温度T_x下的MVR具有5至15 cm³/10 min的起始值并由于温度提高20℃到T_x+20而提高不大于90 cm³/10 min时，熔融行为被视为“平坦”。

在另一优选实施方案中，该弹性体是可由下列组分的反应获得的热塑性聚氨酯弹性体：

a) 至少一种有机二异氰酸酯

b) 至少一种化合物，其具有异氰酸酯反应性基团并具有≥ 500 g/mol至≤ 6000 g/mol的数均分子量(M_n)和≥ 1.8至≤ 2.5的所有在b)下的组分的数均官能度

c) 至少一种扩链剂，其具有60 - 450 g/mol的分子量(Mn)和1.8至2.5的所有在c)下的扩链剂的数均官能度。

为了合成这种热塑性聚氨酯弹性体（TPU），在a)下的异氰酸酯组分的具体实例是：脂族二异氰酸酯，如乙二异氰酸酯、1,4-四亚甲基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、十二烷1,12-二异氰酸酯，脂环族二异氰酸酯，如异佛尔酮二异氰酸酯、环己烷1,4-二异氰酸酯、1-甲基环己烷2,4-二异氰酸酯和1-甲基环己烷2,6-二异氰酸酯以及相应的异构体混合物、二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯、二环己基甲烷2,4'-二异氰酸酯和二环己基甲烷2,2'-二异氰酸酯以及相应的异构体混合物，以及芳族二异氰酸酯，如甲苯2,4-二异氰酸酯、甲苯2,4-二异氰酸酯和甲苯2,6-二异氰酸酯的混合物、二苯甲烷4,4'-二异氰酸酯、二苯甲烷2,4'-二异氰酸酯和二苯甲烷2,2'-二异氰酸酯、二苯甲烷2,4'-二异氰酸酯和二苯甲烷4,4'-二异氰酸酯的混合物、氨基甲酸酯改性的液体二苯甲烷4,4'-二异氰酸酯或二苯甲烷2,4'-二异氰酸酯、4,4'-二异氰酸根合-1,2-二苯乙烷和1,5-萘二异氰酸酯。优选使用1,6-六亚甲基二异氰酸酯、环己烷1,4-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、具有大于96重量%的二苯甲烷4,4'-二异氰酸酯含量的二苯甲烷二异氰酸酯异构体混合物，特别是二苯甲烷4,4'-二异氰酸酯和1,5-萘二异氰酸酯。这些二异氰酸酯可单独或以与彼此的混合物的形式使用。它们也可以与最多15摩尔%（基于总二异氰酸酯计算）的多异氰酸酯一起使用，但添加的多异氰酸酯的量允许最多如下，以使得产生仍可热塑性加工的产物。多异氰酸酯的实例是三苯甲烷4,4',4"-三异氰酸酯和多苯基多亚甲基多异氰酸酯。

在b)下的较长链的异氰酸酯反应性化合物的可提到的实例是具有平均至少1.8至3.0个泽列维季诺夫活性氢原子和500至10000 g/mol的数均分子量的那些。除具有氨基、硫醇基团或羧基的化合物外，还尤其包括具有2至3个，优选2个羟基的化合物，尤其是具有500至6000 g/mol的数均分子量Mn的那些，特别优选具有600至4000 g/mol的数均分子量Mn的那些，例如具有羟基的聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚酯聚酰胺。可以通过使一种或多种在亚烷基中具有2至4个碳原子的环氧烷与含有键合的两个活性氢原子的起始剂分子反应来制备合适的聚酯二醇。环氧烷的可提到的实例是：环氧乙烷、1,2-环氧丙烷、表氯醇和1,2-环氧丁烷和2,3-环氧丁烷。优选使用环氧乙烷、环氧丙烷以及1,2-环氧丙烷和环氧乙烷的混合物。这些环氧烷可以单独、相继交替或作为混合物使用。可考虑的起始剂分子是例如水，氨基醇，如N-烷基二乙醇胺，例如N-甲基二乙醇胺，和二醇，如乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇和1,6-己二醇。任选地，也可以使用起始剂分子的混合物。此外，合适的聚醚二醇是四氢呋喃的含羟基的聚合产物。也可以使用基于双官能聚醚二醇计0重量%至30重量%比例的三官能聚醚，但用量最多如下，以使得产生仍可热塑性加工的产物。该基本线性聚醚二醇的数均分子量n优选为500至6000 g/mol。它们既可以单独，也可以与彼此的混合物的形式使用。

可以例如由具有2至12个碳原子，优选4至6个碳原子的二羧酸和多元醇来制备合适的聚酯二醇。可考虑的二羧酸的实例是：脂族二羧酸，如琥珀酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸和癸二酸，和芳族二羧酸，如邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸。二羧酸可以单独或作为混合物使用，例如以琥珀酸、戊二酸和己二酸混合物的形式。为了制备聚酯二醇，可任选有利地使用相应的二羧酸衍生物，例如在醇基团中具有1至4个碳原子的羧酸二酯、羧酸酐或羰基氯来代替二羧酸。多元醇的实例是具有2至10，优选2至6个碳原子的二醇，例如乙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,10-癸二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,3-丙二醇或二丙二醇。根据所需性质，这些多元醇可单独或以与彼此的混合物的形式使用。碳酸与所提到的二醇，特别是具有4至6个碳原子的二醇，例如1,4-丁二醇或1,6-己二醇的酯，ω-羟基羧酸例如ω-羟基己酸的缩合产物，或内酯例如任选取代的ω-己内酯的聚合产物也合适。优选用作聚酯二醇的是：乙二醇聚己二酸酯、1,4-丁二醇聚己二酸酯、乙二醇1,4-丁二醇聚己二酸酯、1,6-己二醇新戊二醇聚己二酸酯、1,6-己二醇1,4-丁二醇聚己二酸酯和聚己内酯。聚酯二醇的数均分子量Mn优选为450至6000 g/mol，并且可单独或以与彼此的混合物的形式使用。

在c)下的扩链剂具有平均1.8至3.0个泽列维季诺夫活性氢原子并具有60至450g/mol的分子量。除具有氨基、硫醇基团或羧基的化合物外，其被理解为还是指具有2至3个，优选2个羟基的化合物。

优选使用的扩链剂是具有2至14个碳原子的脂族二醇，例如乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、二乙二醇和二丙二醇。但是，对苯二甲酸与具有2至4个碳原子的二醇的二酯，例如对苯二甲酸双(乙二醇)酯或对苯二甲酸双(1,4-丁二醇)酯，氢醌的羟基亚烷基醚，例如1,4-二(b-羟乙基)氢醌，乙氧基化双酚，例如1,4-二(b-羟乙基)双酚A，(环)脂族二胺，例如异佛尔酮二胺、乙二胺、丙-1,2-二胺、丙-1,3-二胺、N-甲基丙-1,3-二胺、N,N'-二甲基乙二胺，和芳族二胺，如甲苯-2,4-二胺、甲苯-2,6-二胺、3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺或3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺或伯单烷基、二烷基、三烷基或四烷基取代的4,4'-二氨基二苯甲烷也合适。特别优选使用的扩链剂是乙二醇、丁-1,4-二醇、己-1,6-二醇、1,4-二(β-羟乙基)氢醌和1,4-二(β-羟乙基)双酚A。也可使用上述扩链剂的混合物。

此外还可以添加相对少量的三醇。

对异氰酸酯呈单官能的化合物可以基于TPU计最多2重量%的比例用作所谓的链终止剂。合适的实例是单胺，如丁胺和二丁胺、辛胺、硬脂胺、N-甲基硬脂胺、吡咯烷、哌啶和环己胺，单醇，如丁醇、2-乙基己醇、辛醇、十二烷醇、硬脂醇、各种戊醇、环己醇和乙二醇单甲基醚。

如果应制备可热塑性加工的聚氨酯弹性体，异氰酸酯反应性物质的选择应该优选使得它们的数均官能度不明显超过2。如果使用更高官能度的化合物，应该通过具有< 2的官能度的化合物来相应地降低总官能度。

异氰酸酯基团和异氰酸酯反应性基团的相对量的选择优选使得该比率为0.9:1至1.2:1，优选0.95:1至1.1:1。

可用于本发明的热塑性聚氨酯弹性体可包含基于TPU总量计最多20重量%的常规辅助和添加物质作为辅助和/或添加物质。典型辅助和添加物质是催化剂、防粘连剂、抑制剂、颜料、染料、阻燃剂、对老化和风化影响、对水解、光、热和变色的稳定剂、增塑剂、润滑剂和脱模剂、起抑真菌和抑细菌作用的物质、增强剂以及无机和/或有机填料和它们的混合物。

添加物质的实例是润滑剂，例如脂肪酸酯、它们的金属皂、脂肪酸酰胺、脂肪酸酯酰胺和硅酮化合物，和增强剂，例如纤维状增强剂，例如根据现有技术制成并且还可用施胶剂处理的无机纤维。关于提到的辅助和添加物质的进一步说明可见于专题文献，例如J.H.Saunders和K.C. Frisch的专著"High Polymers", 第XVI卷, Polyurethane, 第1和2部分, Interscience Publishers 1962和1964，R. Gächter和H. Müller著的"Taschenbuchder Kunststoff-Additive"（Hanser Verlag München 1990）或DE-A 29 01 774。

合适的催化剂是现有技术中已知的常规叔胺，例如三乙胺、二甲基环己基胺、N-甲基吗啉、N,N'-二甲基哌嗪、2-(二甲基氨基乙氧基)乙醇、二氮杂双环[2.2.2]辛烷等，以及特别是有机金属化合物，如钛酸酯、铁化合物或锡化合物，如二乙酸锡、二辛酸锡、二月桂酸锡，或脂族羧酸的二烷基锡盐，例如二乙酸二丁基锡或二月桂酸二丁基锡等。优选催化剂是有机金属化合物，特别是钛酸酯、铁化合物和锡化合物。所用TPU中的催化剂总量通常为基于TPU总量计的大约0至5重量%，优选0至2重量%。

在另一优选实施方案中，该物体包含至少两种不同的构建材料，和/或曲线具有不同的半径。

在该部件的另一优选实施方案中，周期性曲线单元的曲线半径与曲线层厚度或曲线线宽不相关。在一个优选实施方案中，在不同曲线半径下的曲线层厚度和曲线线宽相同，并且本发明的可变形物体的性质由周期性曲线的曲线半径和/或由所用材料的模量决定。在一个优选实施方案中，对于> 1.5 cm的曲线半径，使用模量> 300 MPa，优选> 500 MPa，特别优选> 700 MPa的材料，对于< 1 cm的曲线半径，使用模量< 800 MPa，优选< 600 MPa，特别优选< 500 MPa的材料，其分别通过根据DIN 53504的拉伸试验在23℃下作为弹性模量来测定。

在另一优选实施方案中，在部件中使用至少两种不同的本发明的几何结构和/或两种不同的曲线半径。

在另一优选实施方案中，外壳至少部分地包围该物体。

本发明的主题还是制造本发明的可变形物体的方法，其中由聚合物构建材料在增材制造法中制造所述物体。

在该方法中，特别是可以由聚合物构建材料在熔体成层法中制造该物体，并且可以在至少一个时刻从多个打印头同时排出构建材料。

在该方法的一个优选实施方案中，在构建方向上来看，至少部分地彼此相连的下列层组至少一次重复产生：

本发明的方法中的曲线的产生提供了在增材制造法中以高打印速度制造本发明的物体的可能性。特别在FDM法中，打印头可在长距离上高效地使用，而不重新定位或不必由于具有小曲线半径的移动而减速。

在该方法的另一优选实施方案中，聚合物构建材料包含如上所述的热塑性弹性体。为了避免不必要重复，在此不重新叙述关于热塑性弹性体的细节。

通过增材制造法，可以个性化调整例如被设置用作床垫或椅垫的物体的阻尼性质。个性化在此不仅是指可以产生单件，而且是指可以按需要和一起调节支撑元件或承载元件在不同点的阻尼性质。因此例如可以根据解剖学要求或需要为顾客个性化定制床垫。为了例如实现躺在床垫上的最佳压力分布，可以首先在传感器面上记录身体的压力状况，并使用由此获得的数据用于床垫个性化。然后将数据以本身已知的方式引入增材制造法。

该方法可以例如选自熔体成层（熔丝制造FFF，或熔融沉积成型FDM）、喷墨印刷、光聚合物喷射、立体平版印刷、选择性激光烧结、基于数字光处理的增材制造系统、连续液体界面制造、选择性激光熔化、基于粘合剂喷射的增材制造、基于多射流熔融的增材制造、高速烧结法和叠层实体建模。增材制造法优选是烧结法或熔体成层法。

烧结法在本发明的上下文中是特别使用热塑性粉末以逐层构建物件的方法。在此使用所谓的涂覆机施加薄粉末层，随后借助能量源选择性熔融。周围粉末在此支撑部件几何结构。因此可比FDM法更经济地制造复杂几何结构。还可以在所谓的粉末床中以紧密包装的形式来布置或制造各种物件。由于这些优点，基于粉末的增材制造法属于市场上最经济的增材制造法。其因此是工业用户主要使用的。基于粉末的增材制造法的实例是所谓的激光烧结（SLS，选择性激光烧结）或高速烧结（HSS）。它们与彼此的区别在于用于将能量引入塑料以实现选择性熔融的方法。在激光烧结法的情况下，借助偏转的激光束引入能量。在所谓的高速烧结（HSS）法的情况下，与选择性印刷到粉末床中的红外吸收剂组合地借助红外（IR）辐射源引入能量。所谓的选择性热烧结（SHS）利用常规热印刷机的印刷单元，以选择性熔融热塑性粉末。优选的是选择性激光烧结法（SLS）。

术语“熔体成层法”表示来自增材制造领域的制造方法，其用于例如由可熔性塑料逐层构建工件。塑料可以与或不与其它添加物如纤维一起使用。用于FFF的机器属于3D打印机。这种方法基于用热使丝状的塑料或蜡材料液化。在最后冷却时，该材料凝固。使用可相对于制造平面自由移动的加热喷嘴通过挤出施加该材料。在此，制造平面可以是固定的且喷嘴可自由移动，或喷嘴是固定的且基底台（与制造平面一起）可移动，或这两个元件，即喷嘴和制造平面都可移动。基底和喷嘴可相对于彼此移动的速度优选为1至200 mm/s。层厚度根据应用情况为0.025至3 mm；来自喷嘴的材料束的排出直径（喷嘴出口直径）通常为至少0.05 mm，优选> 0.1 mm且< 2 mm，优选> 0.4 mm且< 1.5mm，优选>0.6 mm且< 1.2 mm。

在逐层模型制造中，各层因此彼此相连以产生复杂部件。通常通过如下方式来实现物体的构建：使操作平面重复地分别逐行行驶（形成层）并然后以“堆叠”方式向上移动操作平面（在第一层上形成至少一个进一步的层）以逐层产生形状。来自喷嘴的物质混合物的排出温度可以例如为80℃至420℃。还可加热基底台，例如加热到20℃至250℃，并在特定实施方案中可冷却到< 20℃。由此可防止施加的层的过快冷却，由此使进一步施加到其上的层与第一层的充分结合，和防止施加的层过慢结晶，由此使下一层在细丝（filigran）结构的构建过程中获得足够牢固的基底。

在另一优选实施方案中，以如下形式设计本发明的几何结构的构建速度，以在部件的任意部分处的成层（Lagenschichte）之间存在< 20秒或> 30秒，优选< 15秒和>50秒，非常特别优选< 10秒或>80秒的时间。在另一特定实施方案中，以如下形式设计本发明的几何结构的构建方法的平均成层速度，以使该部件的成层所需的平均时间为> 30秒，优选>50秒，特别优选>80秒，特别优选> 120秒，非常特别优选> 300秒。

在另一优选实施方案中，以如下形式设计该几何结构的构建速度，以使构建材料的平均沉积速度为>10 mm/s且< 500 mm/s，优选> 30 mm/s且< 400 mm/s，优选> 50 mm/s，优选> 60 mm/s且< 300 mm/s，优选> 70 mm/s且< 150 mm/s。

在另一优选实施方案中，该方法中所用的构建空间不特定调温；而是该构建方法在室温下进行。典型的室温在此被理解为是15-30℃的温度。

在另一优选实施方案中，本发明的几何结构的3D打印在例如传送带形式的可移动“连续”打印平台上进行，以使得可以连续打印。

在另一优选实施方案中，该增材制造法是熔体成层法。

在另一优选实施方案中，在熔体成层法中从多个打印头排出构建材料。这优选是指5个或更多个打印头，特别是10个或更多个打印头。由曲线对构建本发明的物体特别有利于并行制造该物体。在另一优选实施方案中，在至少50%的时间内，至少50%的打印头在一个部件上同时操作。由于优选重复的几何结构，在本发明的方法的过程中打印头在一个部件上的同时操作容易通过各打印头的构建空间的至少线性重叠来控制。

在另一优选实施方案中，在至少一个时刻，从多个打印头同时排出构建材料。优选在打印头定位杆上设置打印头。优选的是至少3或至少5个打印头置于移动的杆上并互相独立地移动地安装，其中通过最小间距来设计移动性，以通过软件或硬件优选避免打印头之间的接触。

在另一优选实施方案中，多于1个打印头，优选多于3个，特别优选多于5个打印头置于移动的杆上并固定地安装。

在另一优选实施方案中，在至少一个空间方向上使多于一个杆并行地与多于一个打印头进行操作。

在另一优选实施方案中，本发明的几何结构的无中断（其中这在FFF法中被理解为是指至少0.05秒之久的材料输送中断）的平均打印时间为> 3秒，优选> 5秒，非常优选> 10秒或无中断的平均打印长度为> 5cm，优选> 10cm，非常特别优选> 15cm。

本发明还涉及用于支撑和/或承载人体的装置，其包含本发明的可变形物体。本发明的装置可以例如是床、软垫家具或车辆座椅。除充当床垫或软垫区的本发明的可变形物体外，该装置还包含有源和无源元件。无源元件是如框架、链结、滚轴等之类的部件。有源元件可以是伺服电机，例如用于调节座椅几何结构的电机、传感器或提供所需功能的其它元件。

本发明的装置优选是用于医院和护理机构的床。另一优选的应用领域是车辆中，特别是长途车辆中的座椅。在这样的应用中，在常规泡沫中无法实现通风能力的情况下特别好地利用本发明的可变形物体的优点。

在一个优选实施方案中，在本发明的物体中，设置用于通风单元和/或传感器的缺口。可以随后将通风单元和/或传感器安装到为其设置的缺口中。

在另一优选实施方案中，本发明的装置还包含用于使空气通过可变形物体的至少一个部分的通风机。在最简单的情况下，从该装置的环境经过可变形物体的至少一个部分传导空气，由此可以容易输出由于使用该装置和坐或躺在该多孔物体上的人出汗而释放的湿气。由此已提高坐或躺卧舒适度。

如果通过一个或多个加热元件将空气相对于室温进行加热（温度> 20℃）或通过一个或多个冷却元件进行冷却（温度≤ 25℃），可进一步提高舒适度感知。

借助下列附图进一步阐释本发明，但不限于此。其中：

图1显示了本发明的第一种物体的截面视图

图2显示了本发明的第一种物体的另一截面视图

图3显示了本发明的第一种物体的另一截面视图

图4显示了本发明的第二种物体的截面视图

图5显示了本发明的第二种物体的另一截面视图

图6显示了本发明的第二种物体的另一截面视图

图7显示了本发明的第三种物体的视图

图8显示了本发明的第三种物体的俯视图和两个侧视图

图9显示了本发明的第四种物体的截面视图

图10显示了本发明的第五种物体的截面视图

图11显示了本发明的第六种物体的截面视图

图12显示了被外壳包围的本发明的第六种物体的截面视图。

图1示意性显示了本发明的第一种可变形物体的截面视图。图1中描绘的x轴和y轴的取向也适用于图2至6。描绘的是垂直于构建方向（笛卡尔坐标系中的z轴）的层。在该层中存在曲线对10，它们在本情况中互相平行延伸。各曲线对包含由构建材料，例如热塑性聚氨酯形成的曲线20和曲线30。

曲线20和30在y方向上延伸，并彼此反向延伸：在曲线20具有在-x方向上的偏转之处，曲线30具有在+x方向上的偏转，且反之亦然。

由于曲线20和30彼此反向延伸，产生曲线20和30具有它们与彼此的最大间距的区段。这些用附图标记40和41以及60和61标示。同样地，产生曲线20和30具有它们与彼此的最小间距的区段。这些相应地用附图标记50和51以及70和71标示。

在图1中描绘的层中，曲线30的最大间距区段41没有与相邻曲线对10的曲线20的最大间距区段60相连。但是，在曲线对10中，曲线20、30的具有与彼此的最小间距的区段50、51和70、71分别彼此相连。

图2显示了本发明的第一种可变形物体的另一截面视图。相比于图1中所示的视图，根据图2的截面的区别在于在构建方向（z轴）上的不同位置。不仅曲线30的最大间距区段41没有与相邻曲线对10的曲线20的最大间距区段60相连，而且在曲线对10中，曲线20、30的具有与彼此的最小间距的区段50、51和70、71也没有彼此相连。图2中所示的截面视图可如下衍生自来自图1的视图，即在曲线对10内，形成曲线对的曲线20和30的x间距增加，但没有造成与相邻曲线对的曲线的接触。

图3显示了本发明的第一种可变形物体的另一截面视图。相比于图1和2中所示的视图，根据图3的截面的区别在于在构建方向（z轴）上的不同位置。在此，曲线30的最大间距区段41与相邻曲线对10的曲线20的最大间距区段60相连；但是，在曲线对10中，曲线20、30的具有与彼此的最小间距的区段50、51和70、71没有彼此相连。图3中所示的截面视图可如下衍生自来自图3的视图，即在曲线对10内，形成曲线对的曲线20和30的x间距增加，以致于造成与相邻曲线对的曲线接触。

本发明的可变形物体因此可通过如下方法示意性构建，其中首先生成具有根据图1的曲线中的构建材料布置的层。在构建方向上的下一层中，各曲线对10的曲线20、30彼此移开预定距离，在构建方向上的接下去的层中，再次彼此移开预定距离，等等。这重复如此之久，直至产生根据图3的接触。这一程序然后在构建方向上继续，但曲线20、30相对于彼此以相反方向移动，直至再获得根据图1的接触。这重复如此之久，直至形成所需物件。

在由图1至3的截面视图说明的本发明的可变形物体中，曲线对10延伸，以使得曲线与彼此接触的位置形成在这种情况中为矩形的网格的交叉点。该网格同样可以是斜角网格，以使得四个交叉点形成平行四边形。截面平面内的网格的交叉点之间的距离也有可能相同或具有不同的值。

在由图1至3的截面视图说明的本发明的第一种可变形物体中，曲线对10包含在x方向上具有相等绝对振幅的曲线。但是，形成曲线对10的曲线也可以具有在x方向上不同的振幅。这显示在图4至6中，它们涉及本发明的第二种可变形物体。

曲线30的在x方向上的振幅绝对值小于曲线20。由此可以在对本发明的物体施加荷载时进一步取决于荷载方向而调节变形行为。本发明的第二种可变形物体因此可以通过如下方法示意性构建，其中首先生成具有根据图4的曲线中的构建材料布置的层。在构建方向上的下一层中，各曲线对10的曲线20、30彼此移开预定距离；在构建方向上的接下去的层中，再次彼此移开预定距离，等等。这重复如此之久，直至经过根据图5中的中间阶段产生根据图6的接触。这一程序然后在构建方向上继续，但曲线20、30相对于彼此以相反方向移动，直至再获得根据图5的接触。这重复如此之久，直至形成所需物件。

图7显示了本发明的第三种可变形物体的三维视图。可看见构建材料的在构建方向上互相叠加并彼此相连的层，它们包含曲线对10。独立的曲线20、30形成这些层的曲线对。对于曲线对10的曲线20、30，在此仍界定具有与彼此的最大间距的区段40、41和具有与彼此的最小间距的区段50、51。

在该物体的构建方向上，曲线对10中的曲线20、30的间距随构建方向而周期性改变。在图7中的顶部可见的物体侧面，曲线对10中的曲线20、30具有它们与彼此的最小间距，以使得在具有与彼此的最小间距的区段50、51处可以接触。

进一步朝物体的下端方向，曲线对内的曲线之间的间距在各自的平面中增加到直至最大值80。由于该平面的相邻曲线对中的间距同样增加，造成与相邻曲线对的曲线的接触。

还进一步朝物体的下端方向，各自平面的曲线对内的曲线的间距减小，直至在曲线对内的曲线之间再次产生接触。这在由附图标记90标示的平面中发生。如由相应的附图标记81、91、82和92所示，进一步朝物体的下端方向，该图案 - 曲线间距的增加和减小 -重复。

图7中还可见，曲线(20、30)在彼此之间和/或与彼此之间的连接点如何形成立方网格形式的周期性重复图案。

图8最后显示了来自图7的物体的俯视图和两个侧视图。

图9是本发明的第四种可变形物体的截面视图。修改根据图1的物体，以使曲线对10具有两个不同的传播方向。该图像中显示的是在y方向上的一个传播方向和在x方向上的第二个传播方向。

图10显示了本发明的第五种可变形物体的截面视图。修改根据图1的物体，以使曲线对在该物体的边界处彼此相连。这具有优点在于，可以在熔体成层法中在一道中制造该物体的层，而不中断来自打印头的材料流。这提高该方法的效率。

图11显示了本发明的第六种可变形物体的截面视图。修改根据图10的物体，以附加具有不同的最大间距的曲线对。由此可以空间分辨的方式改变该物体的压缩强度。

当然，壁或外壳可以至少部分地包围本发明的物体。为了说明，图12显示了具有外壳100的来自图11的本发明的第六种物体的截面视图。

本发明的材料：

实施例1：

由1摩尔基于己二酸、己二醇和新戊二醇的具有大约2000 g/mol的数均分子量的聚酯二醇（Covestro）以及4.85摩尔2,2'-(1,4-亚苯二氧基)二乙醇、5.85摩尔含有＞ 98重量%4,4'-MDI的技术级二苯甲烷4,4'-二异氰酸酯（MDI）、0.03重量% Irganox® 1010（来自BASF SE的季戊四醇四(3-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯)）和100 ppm二辛酸锡和0.5重量% Loxamid 3324制造TPU-1（热塑性聚氨酯）。在此将聚酯多元醇和二乙醇预热到200℃，然后在220℃下与80重量% MDI反应。该反应在双螺杆挤出机中在280转/分钟下进行，其中剩余异氰酸酯（MDI）和Loxamid 3324在经过挤出机的过程中反应。这一被称为“预聚物法”的程序也描述在“Methoden der organischen Chemie (Houben-Weyl), 第E 20卷, G.Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1987, 第1613-1617页中。

获得聚氨酯，其具有在室温下450 MPa的拉伸储能模量（ISO 6721-1:2018-03或ISO 6721-4:2018-03）、60至64的注射成型试样的肖氏D硬度（DIN ISO 7619-1:2012-02）和35-40%的可逆伸长率（DIN 53504:2017-03）。

实施例2：

由1摩尔基于大约56.7重量%己二酸和大约43.3重量% 1,4-丁二醇的具有大约900 g/mol的数均分子量的聚酯二醇（Covestro）以及1.77摩尔1,4-丁二醇、2.77摩尔含有＞ 98重量% 4,4'-MDI的技术级二苯甲烷4,4'-二异氰酸酯（MDI）、0.05重量% Irganox® 1010（来自BASF SE的季戊四醇四(3-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯)）、0.2重量%辛醇和200ppm二辛酸锡通过如在DE 199 24 089 C1中被描述为“一步计量法”的已知静态混合机-挤出机法制造TPU-2。在“一步计量法”中，在第一静态混合机（或相应的混合组装件）中在最多1秒内将MDI和聚酯二醇与丁二醇均化，并加热到> 240℃的温度，以由此在第二静态混合机（或相应的可加热混合组装件）中完全反应以产生所需TPU。

获得聚氨酯，其具有在室温下95 MPa的拉伸储能模量（ISO 6721-1:2018-03、ISO6721-4:2018-03）、90至93的注射成型试样的肖氏A硬度（DIN ISO 7619-1:2012-02）和30-35%的可逆伸长率（DIN 53504:2017-03）。

实施例3：

由1摩尔基于环氧丙烷的具有大约2000 g/mol的数均分子量的聚醚二醇以及2.81摩尔1,4-丁二醇、0.28摩尔1,6-己二醇、4.09摩尔含有＞ 98重量% 4,4'-MDI的技术级二苯甲烷4,4'-二异氰酸酯（MDI）、0.3重量% Irganox® 1010（来自BASF SE的季戊四醇四(3-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯)）、1.0重量% Loxamid 3324（Ν,Ν'-亚乙基双硬脂酰胺）和30 ppm钛(IV)催化剂通过预聚物法制造TPU-3（热塑性聚氨酯）。

获得聚氨酯，其具有在室温下30 MPa的拉伸储能模量（ISO 6721-1:2018-03、ISO6721-4:2018-03）、80的注射成型试样的肖氏A硬度（DIN ISO 7619-1:2012-02）和80%的可逆伸长率（DIN 53504:2017-03）。

可变形物体的制造：

借助来自Prusa Research公司的Prusa i3 MK2S使用TPU-1、TPU-2和TPU-3材料打印如图7中所示的结构，其中打印材料的壁厚度为0.4 mm。所得物体可在所有三个空间方向上多次压缩到其尺寸的一半，其中该材料在结束压力作用之后再次完全移回到原始形状。

Claims

1.可变形物体，其中所述物体由多个聚合物构建材料层构建并且其中规定垂直于这些层的构建方向，

其特征在于

所述物体包含具有由构建材料形成并以周期性接触的形式延伸的多个曲线对(10)的层。

2.如权利要求1中所述的物体，其特征在于

所述物体包含具有由构建材料形成并互相同向延伸的多个曲线对(10)的层，

所述曲线对分别包含两个彼此反向延伸的周期性曲线 (20、30)，

所述曲线对包含彼此最大间距的区段(40、41、60、61)和彼此最小间距的区段(50、51、70、71)，

在这些层的一部分中，在相邻曲线对(10)中，一个曲线的至少一个最大间距区段(41)与相邻曲线的最大间距区段(60)相连，

在这些层的另一部分中，在相邻曲线对(10)中，一个曲线的至少一个最大间距区段(41)与相邻曲线的最大间距区段(60)不相连，

在这些层的另一部分中，在相邻曲线对(10)中，至少一部分最小间距区段(50、51)彼此相连，且

在这些层的另一部分中，在相邻曲线对(10)中，至少一部分最小间距区段(50、51)彼此不相连。

3.如权利要求2中所述的物体，其特征在于在构建方向上来看，在构建方向上至少部分地彼此相连的下列层组重复至少一次：

一个或多个层，其中在曲线对(10)中，曲线(20、30)的至少一部分最小间距区段(50、51)彼此相连；

一个或多个层，其中在曲线对(10)中，曲线(20、30)没有彼此相连并且没有与相邻曲线对(10)的曲线(20、30)相连；和

一个或多个层，其中在相邻曲线对(10)中，一个曲线的至少一个最大间距区段(41)与相邻曲线的最大间距区段(60)相连。

4.如权利要求2或3中所述的物体，其特征在于在构建方向上来看，在各层中曲线对(10)中的曲线(20、30)与彼此的间距是至少部分地周期性变化的。

5.如权利要求1至4任一项中所述的物体，其特征在于所述聚合物构建材料包含至少一种热塑性塑料。

6.如权利要求5中所述的物体，其特征在于所述至少一种热塑性塑料是热塑性弹性体并具有≥ 40至≤ 98的根据DIN ISO 7619-1的肖氏A硬度。

7.如权利要求1至6任一项中所述的物体，其特征在于外壳(100)至少部分地包围所述物体。

8.制造如权利要求1至7任一项中所述的可变形物体的方法，其特征在于在增材制造法中由聚合物构建材料制造所述物体。

9.如权利要求8中所述的制造可变形物体的方法，其特征在于在构建方向上来看，至少部分地彼此相连的下列层组至少一次重复产生：

10.如权利要求8或9中所述的方法，其特征在于所述聚合物构建材料包含至少一种热塑性弹性体。

11.如权利要求8至10任一项中所述的方法，其特征在于所述增材制造法是熔体成层法。

12.如权利要求11中所述的方法，其特征在于在至少一个时刻，从多个打印头同时排出构建材料。

13.用于支撑和/或承载人员的装置，其包含如权利要求1至7任一项中所述的可变形物体。

14.如权利要求13中所述的装置，其特征在于在如权利要求1至7任一项中所述的物体中设置用于通风单元和/或传感器的缺口。

15.如权利要求14中所述的装置，其还包含用于使空气通过所述可变形物体的至少一个部分的通风机。