CN112292252A - 一种制造三维物体的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种由可变形材料(4)制造三维物体(2)的设备(1)，具有以下特征：一壳体(3)，其具有用于容纳所述可变形材料(4)的腔室(21)；一进料装置(5)，用于将所述可变形材料(4)供给至所述壳体(3)的所述腔室(21)中；一第一排出口(7)，用于将所述可变形材料(4)从所述壳体(3)的所述腔室(21)中排出；一第一关闭装置(8)，用于选择性地关闭和打开所述第一排出口(7)，所述装置(8)具有一空腔(22)，所述空腔通过至少一个连接孔(23)与所述壳体(3)的所述腔室(21)连接；一第二排出口(11)，第二排出口的横截面比所述第一排出口(7)的横截面小，用于将所述可变形材料(4)从所述第一关闭装置(8)的所述空腔(22)中排出，以及一第二关闭装置(24)，用于选择性地关闭和打开所述连接孔(23)。

Description

一种制造三维物体的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种由可变形材料制造三维物体的设备和方法。

背景技术

US 9,821,905B2中已知一种由可变形材料制造三维物体的设备。

WO 2014/153535 A2公开了一种用于三维物体的打印机，其中将例如线状的硬化材料与实际的打印材料一起排出。

US 5,936,816描述了一种用于由可变形材料制造三维物体的设备和方法，其中将增强纤维与可变形材料一起排出。

US 6,899,777 B2描述了一种连续挤出方法，其中将陶瓷、金属或塑料纤维与热塑性弹性体一起挤出。

EP 2676784 A1描述了一种通过挤出制造物体的方法。在该方法中，将长丝送入挤出头中并将长丝与基质材料一起从挤出头中排出。

US 2014/0232035 A1描述了一种通过挤出制造物体的设备，该设备具有用于将热塑性材料与几股纤维一起挤出的挤出针。

US 9,511,543 B2公开了一种用于增材制造三维物体的方法和设备。几种材料同时作为一种复合材料被挤出。在这种情况下，至少一种材料以液体形式存在并且至少一种材料以固体形式存在。

DE 10 2011 050 780 A1描述了一种用于将连续纤维施加到物体上的方法和设备。这是通过喷嘴实现的，其中连续的长丝和浸渍材料送入该喷嘴中。

但是，已知的解决方案相对不灵活，因此使用范围通常非常有限。

因此，本发明的目的是提供一种由可变形材料制造三维物体的设备和方法，使得应用更为灵活。

发明内容

根据本发明，该目的通过权利要求1中提到的特征来实现。

利用根据本发明的设备，由于具有不同横截面的两个排出口，可以排出不同量的可变形材料。每个排出口可以彼此独立地关闭或打开，从而可以将少量的可变形材料排放到具有较小横截面的第二排出口，或者将较大量的可变形材料排放到具有较大横截面的第一排出口。此外，可以完全关闭根据本发明的设备，使得没有材料可以从中逸出。如果该设备要在两点之间移动而不排放可变形材料，则这是特别有利的。

由于这种设计，根据本发明的设备可以非常灵活地使用，因为与已知的解决方案相比，总是可以排出所需量的可变形材料。当使用具有较小横截面的第二排出口时，可以产生非常精细的表面，而当使用具有较大横截面的第一排出口时，可以施加非常大量的可变形材料，从而可以在非常端的时间内制造处非常大的结构。

在本发明的非常有利的另一实施方式中，可以设想第二关闭装置布置在第一关闭装置的腔内。这使得根据本发明的设备的结构非常紧凑。

在本发明的另一有利的实施方式中，如果用于选择性地关闭和打开所述第一排出口的第一关闭装置在纵向方向上借助于调节装置是可调节的，则一方面可以在非常快递地关闭或打开所述第一排出口。另一方面，由此原则上可以连续地调节第一排出口的横截面，因为可以将所述第一关闭装置定位在所述第一排出口的完全打开和完全关闭之间的任何位置处。此外，这种解决方案允许相对简单地设计用于调节关闭装置的调节装置的驱动器，该驱动器可以设置成需要很小的安装空间。

本发明的另一个有利的实施方式可在于，用于选择性地关闭和打开连接孔的第二关闭装置可以借助于调节装置在其纵向方向上调节。如果第二关闭装置在其纵向方向上也是可调节的，则获得的有利结果与第一关闭装置在其纵向方向上调节所获得的结果是类似的。此外，可以按照这种方式轻松打开和关闭延伸通过所述第一关闭装置的连接孔，该连接孔将通向第二排出口的空腔与壳体的腔室连接。用于调节第二关闭装置的调节装置可以与用于调节第一关闭装置的调节装置相同。

替代第二关闭装置在其纵向上的调节，第二关闭装置也可以借助于用于选择性地关闭和打开连接孔的调节装置绕其纵向轴线旋转。所述连接孔也可以以此方式关闭或打开。

如果在本发明的另一有利的实施方式中，所述调节装置包括具有至少一个凹槽的控制套筒，则至少一个连接至一个关闭装置的销钉与所述控制套筒接合，所述控制套筒和至少一个关闭装置可相对于彼此旋转，使得可能可以致动至少一个关闭装置。在所述第一关闭装置和所述第二关闭装置都可以通过所述调节装置在其纵向方向上进行调节的情况下，所述控制套筒可以具有用于两个关闭装置的单独的凹槽，单独的凹槽可以具有类似的设计。但是，所述控制套筒也可以用于使所述第二关闭装置绕其纵向轴线旋转。

如果所述控制套筒和/或所述至少一个关闭装置可以借助于传动装置可操作地连接至控制套筒和/或所述至少一个关闭装置的驱动装置旋转，则可以在所述控制套筒和所述至少一个关闭装置之间进行简单可靠的相对运动。

在本发明的另一有利的实施方式中，所述传动装置可以是齿轮传动或皮带传动。所述控制套筒或所述至少一个关闭装置可以通过所述驱动装置得以轻松驱动，例如通过电机，通过皮带传动和齿轮传动驱动，由此可以看到皮带传动或齿轮传动对高温不敏感的这点特别有利之处。

本发明的另一有利的实施方式可以在于，至少一个关闭装置以不可旋转的方式固定在位。这防止至少一个关闭装置出现不期望的旋转运动，从而确保设备可靠操作。

根据权利要求10的特征，基于方法的技术方案是显而易见的。

根据本发明的方法，其中将可变形材料从具有较小横截面的第二排出口排出的步骤之后再将可变形材料从具有较大横截面的第一排出口排出，这可以使由先前从所述第二排出口排出的材料形成的结构膨胀或变硬，从而使得通过本发明的方法由从所述第二排出口排出的相对较细的几股可变形材料形成的物体的外围的表面质量高，第一排出口的较大的横截面允许在很短的时间内排出大量的可变形材料，由此也可以在较短的时间内制造出较大的部件。

具体而言，通过从较大的第一排出口排出可变形材料，可以形成待生产物体的内部的硬化区域，也称为填充物。原则上，从所述第二排出口排出的可变形材料形成框架，该框架通过从所述第一排出口排出的可变形材料而变硬。

从所述第一排出口排出的可变形材料可以以格子结构的方式引入到先前形成的框架中，这导致通过根据本发明的方法制得的物体更好地硬化。因此，与已知方法相比，这节省了大量时间。根据本发明的方法特别地但非唯一地适用于具有内部体积的薄壁部件，该内部体积由从第一排出口排出的可变形材料形成。

这还利用了这样的效果，即，具有较大横截面的可变形材料的股线不会不利地影响由具有较小横截面的可变形材料的股线形成的边界的精细表面，而是抵靠在首先形成的结构内部上。

附图说明

下面参照附图示意性地表示本发明的实施例。

在附图中：

图1示出了由可变形材料制造三维物体的设备。

图2示出了第一构造的图1的设备。

图3示出了第二构造的图1的设备。

图4示出了第三构造的图1的设备。

图5示出了由可变形材料制造三维物体的设备的另一实施例。

图6示出了另一构造的图5的设备。

图7示出了由可变形材料制造三维物体的方法的示例性流程图。

图8示出了用于执行由可变形材料制造三维物体的方法的三种模式。

图9示出了处于第一位置的根据本发明的设备的示意图。

图10示出了处于第二位置的图9的设备。

图11示出了处于第三位置的图9的设备。

图12示出了处于图9所示位置的根据本发明的设备的更详细的视图。

图13示出了如图9至图12所示的本发明的设备的局部立体图，以及

图14示出了图9至图12所示的根据本发明的设备的一部分的替代实施例的俯视图。

具体实施方式

图1示出了用于制造三维物体2的设备1。在图8中以用于制造三维物体2的方法的不同模式示出了示例性三维物体2。

设备1包括壳体3，该壳体3用于容纳可变形材料4，三维物体2可由例如可变形材料4制成。为了将可变形材料4供给到壳体3，用到了进料装置5，进料装置5可以包括例如未示出的挤出机。进料装置5还包括进料管线6，该进料管线6直接通向壳体3并将可变形材料4供给至壳体3。例如，进料装置5中的可变形材料4可以是固体颗粒形式。以一种未显示的方法，挤出机可以通过可移动的或柔性的连接软管连接到打印头或壳体3上，该可移动的或柔性的连接软管可以特别设计为加热软管，以补偿这两个元件之间的运动。这导致较小的质量在打印头处移动。

可变形材料4通过第一排出口7从壳体3排出，该第一排出口7在这种情况下位于壳体3的底部。此外，设备1包括关闭装置8，关闭装置8用于选择性地关闭和打开第一排出口，且在这种情况下，关闭装置8设计成使得第一排出口7的横截面可通过关闭装置8至少在若干步骤中变化，尤其是可连续的变化。第一排出口7的可变横截面允许在打印期间改变可变形材料4的各个层的幅材宽度和高度。例如，从第一排出口7排出的可变形材料4的挤出体积可以高达每秒2cm³，这比已知解决方案中的高得多，从而可以在更少的时间内制造出三维物体2。上述挤出体积仅是示例。设备1可用于非常小的应用中，例如在细胞层面的应用，以及可用于超大型应用中，例如船舶或房屋建造应用，以及介于两者之间的任何应用。因此，相应地确定设备的尺寸和大小以及可能的挤出体积。第一排出口7可以具有圆形、椭圆形、矩形、多边形或类似的形状。具体而言，没有任何对称性的自由形式的表面或形状也是可能的。

第一排出口7所在的区域可以是规则的正棱锥形，例如具有三个或更多个拐角，圆锥体或截头圆锥体，半球或球形尖端。该区域为不规则形成也是可能的。

在当前情况下，关闭装置8是针8a，针不仅形成关闭装置8，而且还具有孔9，该孔在纵向方向上延伸穿过，可变形材料4或另外的材料10可以穿过该孔9。优选地，孔9的内径基本上对应于另外的材料10的外径或可以稍大。因此，孔9允许在打印过程中嵌入另外的材料10。如果针8a形成关闭装置8，则这使得能够形成非常紧凑的设备1，因为在这种情况下，针8a不仅用于排出另外的材料10，而且还用于关闭第一排出口7，可变形材料2从该第一排出口7中排出，这样一来，就省去了更多数量的部件。

针8a内部的孔9可以在针8a内部是同心的或非同心的，即偏心的。也可以有两个或更多个孔9，它们可以相对于彼此规则或不规则地布置。如果设有多个孔9，则还可以通过第二排出口11排出几种另外的材料10，该材料可能可选为不同的材料。此外，孔9可以在纵向x上分开，或者可以汇合两个或多个孔。

在针8a的下部有第二排出口11，其用于从针8a排出另外的材料10。借助于第二进料装置12将另外的材料10供给到针8a的孔9中，在这种情况下，第二进料装置12位于针8a的上方。

用于另外的材料10的第二进料装置12可以包括合适的驱动装置，例如一个或多个压电元件、步进马达等。例如，第二进料装置12可以具有两个反向旋转的辊，其中另外的材料10位于辊之间。取决于进料装置12的布置，这些辊可以将另外的材料10推入或拉入针8a的孔9中。第二进料装置12可以位于针8a的正前方，针8a的正后方，针8a的内部或其他位置。当然，第一进料装置5也可以相对于壳体3进行不同地布置。例如，另外的材料10可以缠绕在与第二进料装置12相关的线圈等上。

在当前情况下，针8a可相对于壳体3在其纵向方向x上连续移动，由此可变形材料4通过第一排出口7的流量或排出体积是连续可变的，并且可以非常精确地控制通过第一排出口7排出的可变形材料4的量。在图中未示出用于在纵向方向x上移动针8a的相应的驱动或移位装置。

当然，除了针8a外，可以使用其他部件来改变第一排出口7的横截面。例如，可以通过替换第一排出口7所在的区域来改变第一排出口7的横截面。如果有必要，可以在该区域中放置具有不同孔径的模板，或者可以采用具有多个第一排出口7的转塔设计，其中每个排出口7具有不同的横截面。形成第一排出口7的这些具有不同横截面的洞或孔可以径向地或线性地布置。此外，第一排出开口7的连续可调的横截面可呈由耐高温材料制成的虹膜、环形或螺旋形，耐高温材料例如为Kapton，Kevlar商标的金属带或线或耐高温硅树脂。另一种可能性是通过沿径向布置的指状物产生收缩，所述指状物之间的距离是可变的。此外，可以在第一排出口7的区域中压缩柔性材料，该第一排出口7的设计类似于自行车泵的连接机构，并且例如由硅树脂或具有纳米级孔的金属组成。也可以组合所有上述设计。

此外，设备1具有非常示意性示出的压力产生装置13，其用于产生和控制位于壳体3中的可变形材料4上的压力。压力产生装置13可以以类似于弹簧的方式设计，然而，其作用在可变形材料4上的力是可调节的。用于在位于壳体3中的可变形材料4上产生和控制压力的压力产生装置13导致可变形材料均匀排出。

也可以用作压力存储器的压力产生装置13也可以以不同的方式来涉及。例如，它可以是机械压力产生装置13，其可以具有一个或多个碟形弹簧、螺旋弹簧、波形弹簧、螺旋弹簧、涡旋弹簧、钢板弹簧、橡胶减震器、橡胶带以及上述元件的任意组合。此外，它也可以是例如在正压或负压下工作的气动和/或液压产生装置。压力产生装置13的机电设计也是可以想到的。压力产生装置13也可以例如被包括在例如机械旋转的螺杆形式的进料装置5中，机械旋转的螺杆通过改变转速来控制壳体3内的体积。

例如，壳体3内的体积可以通过根据光学测量原理和/或利用超声波或利用液压或气压传感器工作的测距仪来测量。还可以产生一种控制系统，其可以适合于压力产生装置13和/或进料装置5的相应原理。因此，它可以在弹簧行程和外部施加的压力，压力室内的气压或液压，以及外部压力和/或形成蓄压器一部分的伺服电动机和外部压力的情况下运转。

此外，图1非常示意性地示出了用于分离另外的材料10的分离装置14。分离装置14可以具有一个或多个切割边缘，所述切割边缘可以是平坦的，成角度的，剪刀状或雪茄刀形状般的圆形。分离装置14可以设置在针8a之前，针8a之后或针8a中。可能有一个或多个固定的切削刃，一个或多个切削刃相对于彼此移动。此外，可以设置两个或更多个彼此相对移动的切削刃，也可以在相对两个轴线上进行这种移动。这些的组合也是可能的。当从下面描述的用于操作设备1的一种模式切换到另一种模式时或者当改变设备1的位置时，借助于分离装置14分离另外的材料10是特别有用或适当的。以实现以下目的方式来控制分离装置，即，在后续的模式变化期间继续供给另外的材料10或不再供给另外的材料10。用于分离另外的材料10的分离装置14确保在使用另外的材料10期间灵活的运行。

通常，另外的材料10可以承担技术任务和纯光学任务。另外的材料10优选地是加强材料，例如一根强力或高强度材料的线，诸如芳族聚酰胺、碳、Kevlar等。另外的材料10还可以由多种材料制成，例如天然纤维，例如木材、石粉、麻纤维、棉花等；合成纤维，塑料细丝，玻璃纤维，电导体材料，软管，套管，有机或人造织物，化学或有机液体(例如粘合剂)和任何形式的气体。然而，也可以使用树脂作为另外的材料10。

优选地为纤维形式的另外的材料10可以是扭曲的，松散的，断裂的或编织的。它可以是短，长和连续纤维的形式。纤维可以具有预压花的形状，并且可以例如是螺旋形的或折叠的。这种纤维也可以进行预处理，例如通过将其浸泡在由于某些环境影响而变硬的液体中。液体也可能在针8a内或离开针时变硬。纤维可以用基质材料熔合或包覆。还可以对形成另外的材料10的纤维进行涂漆、抛光、静电荷或压缩。

在一个实施方式中，另外的材料10可以具有由柔性材料制成的护套，即使护套的材料被损坏，位于护套内部的线芯也提供了增加的拉伸强度。此外，纤维或线可限制护套的柔性材料的伸长。在这种情况下，也可以想到用于形成另外的材料10的纤维的单独的护套系统。可以在将另外的材料供给到针8a的位置的之前立即布置该系统，或者也可以将系统布置在其它位置。

还可以选择另外的材料10，从而导致与可变形材料4发生化学反应以改变可变形材料4和/或另外的材料10的状态。

可变形材料4可以是由于与周围温度的温度差而在离开第一排出口7之后固化的任何类型的液体。而且，可变形材料4的光化学固化或固化，例如通过某些光源的照射，或者必要时通过环境光的固化是可能的。通过位于可变形材料4中或形成可变形材料4的两种组分的反应，也可以实现化学固化或凝固。可变形材料4也可以是在某些条件下固化的两组分材料。还可以想到，可变形材料可以通过特定波长的辐射，例如，紫外线辐射来固化。

此外，温度控制单元15布置在壳体3周围，从而允许可变形材料4被加热和/或冷却。在当前情况下，温度控制单元15连接至温度传感器16，该温度传感器16用于测量可变形材料4的温度。在第一排出口7的区域中，壳体3可以设置有另外的温度控制装置，特别是加热装置。

另外，反馈阀17用于使不需要的可变形材料4返回，压力传感器18是压力产生装置13的一部分，并且有助于控制或调节位于壳体3内或壳体3上的可变形材料4上的压力。

形成用于可变形材料4的再循环系统的一部分的反馈阀17可以被设计为减压阀，以防止损坏整个设备1，尤其防止损坏包括第一排出口7和第二排出口11的打印头。例如，反馈阀可以是带有再循环通道的控制阀，其中多余的可变形材料一直在工艺过程中以液态或固态形式返回。然而，在图中未示出从反馈阀17延伸到第一进料装置5的反馈管线。

图2、3和4示出了设备1可以采用的不同构造或位置以及设备1可以执行的方法，这也可以描述为设备1的不同模式。

在根据图2的构造中，关闭装置8处于这样的位置，即，第一排出口7是打开的，并且可变形材料4被排出到该位置。在这种构造中，没有另外的材料10通过第二排出口11被供给。这可以通过第二进料装置12不输送或者通过未示出的关闭装置关闭第二排出口11来实现。

然而，在根据图3的设备1的构造中，第一排出口7借助于关闭装置8或针8a被关闭，使得没有可变形材料4被排出。然而，借助于未在图2至图6中示出的第二进料装置12，另外的材料10通过针8a的孔9供给并且通过第二排出口11被排出。

当根据图4构造设备1时，可变形材料4通过至少部分打开的第一排出口7排出，并且另外的材料10通过第二排出口11排出。由于布置在壳体3内的针8a的设置，可变现材料4围绕另外的材料10。

图5和图6示出了处于两个不同构造或位置的设备1的替代实施方式。如下面更详细描述的，在根据图5的设备1的构造中，排出了三种材料，而在根据图6的设备1的构造中，仅排出了一种材料。

在这些实施方式中，也可以通过布置多个针，即针8a以及另一个针8b，并且如果需要的话，设置图5和6中未示出的另外的针来逐渐改变通过第一排出口7分配的材料的直径。这意味着或者可以以不同的厚度排出可变形材料4，或者可以排出不同的材料，即除了可变形材料4之外，原则上可以具有任意数量的护套的另一种可变形材料19，在这种情况下，第二针8b形成磨损装置8。针8a、8b以及其它针(如果有必要设置的话)可以相对于彼此独立地移动，因此，关于可变形材料4、另外的材料10和另一可变形材料19的排出，任何组合都是可能的。

类似于上述实施方式，在这里也可以通过将针8a和/或8b沿着其纵向方向x放置在不同位置，从而通过针8a和8b的位置来控制排出的可变形材料4和/或19的量，即其流量。

如果仅一种材料以不同的厚度排出，则内针头8a的壁可以是敞开的，或者如图6所示，具有孔或开口20，从而使可变形材料4流入针8a和/或8b，如图6所示。

上面描述的设备1可以非常灵活地与两个排出口7和11一起使用，通过排出口可以排出可变形材料4或另外的材料10。这使得可以仅排出可变形材料4，仅另外的材料10，或者同时排出可变形材料4和另外的材料10。以这种方式，设备1可以用于各种各样的任务，包括那些已知设备不能执行的任务。这允许非常灵活地使用设备1，从而可以非常有利地使用设备1。

设备1的一个特别的优点是，用于排出可变形材料4的排出口7的横截面可以通过关闭装置8来改变，从而可以改变在特定时间内排出的材料的数量和挤出体积。例如，这使得可以排出大量的可变形材料4，以便在短时间内制造相对较大的物体2。在可能的上游步骤中，可以产生更精细的表面结构。当必须识别表面上的细节时，这特别有用。此外，设备1的这种灵活使用使得可以生产需要更高表面质量的物体2。

图7示出了用于制造三维物体2的方法的示例性流程图，下文对其进行了详细说明。基本上，在由可变形材料4制造三维物体2的方法中，可变形材料4从壳体3的第一排出口7排出，而另外的材料10从针8a的第二排出口11排出。如下所述，可以按照不同的顺序执行这两个步骤。因此，下面描述的过程提供了可变形材料4和另外的材料10的排出，从而可以非常灵活地处理与制造三维物体2有关的各种任务。

例如，在第一步骤中，可变形材料4并且在第二步骤中，可以排出另外的材料10以使由可变形材料4形成的结构光滑和/或硬化。在这种过程中，可由可变现材料4在相对短的时间里形成相对较大的主体或物品，其中可变形材料通过较小的表面结构通过另外的材料10膨胀和/或光滑和/或变硬。

此外，或者替代地，可以设想，在第一步骤中排出另外的材料10，并且在第二步骤中排出可变形材料4，以使由另外的材料10形成的结构膨胀，例如填充它。以这种方式，例如可以使用另外的材料10形成刚性结构，例如框架，然后在后续的步骤中用可变形材料4使另外的材料膨胀，例如填充满。

为了能够在很短的时间内生产出具有高表面质量的物体，可变形的材料4可以在另一种方法中分几步排出。因此，在随后的步骤中，第一排出口7以比先前的步骤小得多的横截面打开。通过关闭装置8可以做到这一点，该关闭装置至少可以分几步进行调节，尤其是以无级变速的方式进行调节。

图8示出了用于执行上述方法的三种不同模式。可以看出，所有模式均可独立于先前的打印模式进行选择，当然，右侧的三维物体2仅是示例。结果之一是，与粗糙结构相比，通过条纹状的小结构使三维物体2的表面分辨率变得平滑。同样明显的是，具有或不具有芯的粗糙结构也可以存在于表面上。

整个设备1可以布置在运动系统上。这可以是多轴机械臂，门架系统，一个或多个旋转接头，一个或多个线性驱动器，例如机械主轴，液压或气压缸，齿形带，电缆，电磁直接驱动器等，辊系统，活动基座，具有相应线性轴和/或旋转轴的活动工作台，或几种系统的组合。如果需要，设备1也可以放置在飞行物体如无人机上。

图9至图14示出了用于由可变形材料4制造三维物体2的设备1的发明实施方式。图9至图14中描述的设备1与图1中所示的设备1的实施方式部分相似，但与图1至图6中示出的设备1的实施方式部分不同。因此，下面描述根据图9至图14的设备1的所有特征。也可以将图1至图6所示的设备1的某些特征和特性转移至图9至图14所示的设备1中，反之亦然。在下文中，相同的组件由已经用于根据图1至图6的设备1的附图标记标识。

设备1具有壳体3，该壳体3具有用于容纳在图9至图14中未示出的可变形材料4的腔室21。可变形材料4通过进料管线6通过进料装置5供给到壳体3的腔室21中，在这种情况下的进料装置设计为挤出机。在当前情况下，进料装置5被设计为使得其承担压力产生装置13的功能，从而不需要再用刀压力产生装置13。尽管在图1至图6中未标出腔室21，但是图中当然存在腔室21。也可以设置温度控制单元15，其可选地包括温度传感器16，但是在图9至图14中未示出。

可变形材料4可以通过此处也存在的第一排出口7从壳体3的腔室21中排出。为了选择性地关闭和打开第一排出口7，在此也使用关闭装置8，以下将关闭装置8称为第一关闭装置8。与图1至图6所示的关闭装置相似，第一关闭装置8以针的形式提供。第一关闭装置8在当前情况下具有沿纵向方向x延伸穿过其的腔室22，所述腔室22通过连接孔23连接到壳体3的腔室21，腔室21绕着第一关闭装置8环形布置且同向第二排出口11。在这种设计中，空腔22在位于连接孔23上方的台阶中沿第二排出口11的方向逐渐变窄。这种逐渐变窄不是绝对必要的。因此，第二排出口11是设置在第一关闭装置8中的排出口，用于将可变形材料4从第一关闭装置8的空腔22中排出。因此，可变形材料4可以替代地排放到第一排出口7或第二排出口11中。此外，可以将可变形材料4排放到第一排出口7和第二排出口11。下面将详细描述构成设备1的这些不同方式。第二排出口11的横截面小于第一排出口7的横截面。在这种情况下，连接孔23垂直于空腔22延伸，但这不是绝对必要的。

连接孔23类似于上面参照图6描述的内针8a的壁中的孔或开口20，或者相反，这里描述的连接孔23的功能可以通过内针8a的壁中的孔或开口20来实现。根据图1的实施例，连接孔23也可以被视为第二进料装置12。然而，连接孔23不排出另外的材料10，而是排出可变形材料4。

设备1还具有第二关闭装置24，该第二关闭装置24用于选择性地封闭和打开连接孔23，并且位于第一关闭装置8的空腔22内。通过这种方式，可变形材料4经由连接孔23供应至第一关闭装置8的空腔内的这一操作会被中段，使得第二排出口11原则上可通过第二关闭装置24关闭。类似于第一关闭装置8，第二关闭装置24为也为针的形式。

图9、10和11示出了设备1的三种不同的构造或位置。在图9的构造中，第一排出口7借助于第一关闭装置8关闭。第二关闭装置24关闭连接孔，以及关闭第二排出口11。因此，在该构造中，可变形材料4不能从设备1中出来。

在图10的构造中，如图9所示，通过第一关闭装置8关闭第一排出口7。相反，通过第二关闭装置24打开连接孔23，使得可变形材料4通过腔室21和连接孔23被排放到第二排放口11。由于第二排放口11的横截面比第一排放口7小得多，因此排放的可变形材料4的横截面非常小或非常薄。

当根据图11构造设备1时，第一排出口7和连接孔23都打开。这允许可变形材料4通过第一排放口7排放。可变形材料4也可以通过连接孔23排放到第二排放口11。然而，由于第一排放口7也被释放，因此该部分可变形材料4不那么相关或不相关。

优选地，借助于设备1执行由可变形材料4制造三维物体2的方法，所述方法包括以下步骤：从壳体3的腔室21的第一排出口7排放可变形材料4的步骤；从具有比第一排出口7小的横截面的空腔22的第二排出口11排出可变形材料4的步骤。在从第二排出口11排出可变形材料4的步骤之后，进行从壳体3的第一排出口7排出可变形材料4的步骤，以使由从第二排出口11排出的可变形材料形成的结构通过第一排出口7排出的可变形材料4膨胀和/或变硬。当然，设备1还允许按照计划以及分不同的方法步骤来制造三维物体2。

在图9、10和11所示的设备1的实施例中，两个关闭装置8和24可通过调节装置25在称为“x”的纵向上调节。为此，在所示的实施例中的调节装置25具有控制套筒26，该控制套筒也如图9、10和11所示。控制套筒26也具有两个凹槽27和28，在当前情况下一个凹槽在另一个凹槽上，分别连接到关闭装置8或24之一的相应的销钉29和30在控制套筒中接合。在此，控制套筒26和关闭装置8和/或24中的至少一个，在当前情况下是关闭装置8和24，均相对于彼此旋转。在所示的实施例中，与第一关闭装置8连接的销钉29接合在控制套筒26的下部凹槽27中。与第二关闭装置24连接的销钉30接合在控制套筒26的上部凹槽28中。通过控制套筒26和接合在凹槽27和28中的销钉29和30，可以通过主动引导凹槽28和28中的销钉29和30来调节图9、10和11中所示的两个关闭装置8和24的三个位置。这意味着，将关闭装置8和24的一个轴向位置恰好分配给控制套筒26的每个旋转位置。因此在所示的实施例中，两个关闭装置8和24不仅通过控制套筒26明确地引导，而且通过控制套筒26彼此联接。

在根据图10的控制套筒26的位置中，可以最佳地看到两个凹槽27和28的走向。凹槽27和28的该走向确保了两个关闭装置8和24的所述运动。可以看出，对于从图9所示状态到图10所示状态的转变，容纳与第一关闭装置8连接的销钉29的凹槽27水平延伸，这意味着控制套筒26旋转时第一关闭装置未被抬起。而是仅使第二关闭装置24被抬起，因为容纳与第二关闭装置24连接的销钉30的凹槽28是倾斜的。在图10所示的控制套筒26的右侧区域中，两个凹槽27和28均是倾斜的，这意味着如果销钉29和30位于这些区域中，则第一关闭装置8和第二关闭装置均沿着其纵向轴线x被抬起。两个关闭装置8和24的闭合运动在这些旋转运动的相反方向上发生，即，从图11的构造经由图10的构造到图9的构造。

图12示出了用于调节设备1的两个关闭装置8和24的调节装置25的实施方式的详细视图。可以看出，控制套筒26可以通过驱动装置32旋转，该驱动装置32通过传动装置31可操作地连接至控制套筒26。在当前情况下，传动装置31设计为齿轮传动，但是也可以设置皮带传动或其他合适的传动装置。也可以考虑通过驱动装置32直接驱动。驱动装置32也可以是具有合适的传动比的气缸或线性驱动器。

驱动装置32例如可以构造为电动机。在当前情况下，驱动装置32驱动齿轮33，该齿轮33与另一个齿轮34啮合。齿轮34又驱动布置在其内部的壳体35，壳体35牢固地连接至控制套筒26。通过这种方式，控制套筒26可通过驱动装置32绕其纵轴旋转。壳体35用于保护凹槽27和28的控制套筒26和接合在控制套筒26的凹槽27和28中的销钉29和30。壳体35通过两个轴承装置37相对于调节装置25的另一个壳体36可旋转地安装。

为了确保第一关闭装置8在其纵向x上，即在图中所示的设备1的竖直方向上的运动，并且为了防止设备1旋转，第一关闭装置8以非旋转的方式固定在位。在当前情况下，第一关闭装置8被保持在设备1的壳体3上。第二关闭装置24通过导向轴承40可旋转地安装在壳体36上。在当前情况下，关闭装置8借助于套筒38以不可旋转的方式进行固定，该套筒的外部牢固地连接到壳体3和/或36，并且其内部具有非圆形的横截面，该非圆形的横截面与该区域中的第一关闭装置8的外部横截面相对应。例如，套筒38在其内部可以具有齿，多边形等，这确保了第一关闭装置8固定在适当位置或以不可旋转的方式固定。然而，也可以通过相应的套筒38将第二关闭装置24以非旋转的方式安装在壳体36上。此外，具有类似于导向轴承40的构造的第一关闭装置8也可以旋转地安装在壳体3和/或36上。这可能需要在两个排出口7和11的区域上作另外的改变。

与图9至图11所示的设备1的实施方式相反，根据图12的设备1的实施例在第二关闭装置24中具有通孔39，未示出的另外的材料10可以通过通过39穿过。因此，孔39原则上对应于如图1至6所示的设备1的实施例的孔9。可能已经通过孔39的另外的材料10出现在第二排出口11的区域中，且可被通过第二排出口11排出的可变形材料4包围。然而，也可以用通过第一排出口7排出的可变形材料4包裹另外的材料10。

图13示出了具有两个凹槽27和28以及接合在这些凹槽中的销钉29和30的控制套筒26的立体图。在当前情况下，提供了两个凹槽27和28以及两个销钉29和30，但是也可以想到其他数目，例如三个凹槽27和28以及三个销钉29和30。与图13所示的实施方式相反，凹槽27和28可以沿着控制套筒26的旋转方向连续地连接。例如，凹槽27可以是连续闭合的引导件，引导件使得可以沿着一个方向通过旋转控制套筒26来选择关闭装置8的任何位置。这将控制行为降到了最低并且减小了凹槽27和28的间距。

与上面的描述相反，也可以想到一个实施方式，其中控制套筒26被固定并且使关闭装置8和24旋转。然后，通过控制套筒26的凹槽27和28中接合的销29和30，以与上述类似的方式可靠地引导它们，从而使关闭装置8和24进行与上述相同或类似的运动。此外，通过控制套筒26的调节装置25使两个关闭装置8和24一起运动并不是绝对必要的。

图14示出了控制套筒26的替代实施方式。两个关闭装置8或24中的一个关闭装置可以以与根据图9至图13的运动相似或相同的方式被控制。相反，如图14，通过使关闭装置8或24中的另一个关闭装置旋转，将其从闭合位置移动到其打开位置，从而打开连接孔23。为此，两个待旋转的关闭装置8或24中的一个关闭装置可由调节装置25的驱动装置驱动，如果有必要的话，驱动过程不涉及到控制套筒26。至少在连接孔23的区域中，两个关闭装置8或24中的其中一个从动装置具有相应的轮廓，该轮廓允许连接孔23在一个角度位置关闭而在另一角度位置打开。

图9至图14所示并且如上所述的设备1原则上可以根据需要进行扩展。此外，例如可以在第二关闭装置24内设置另外的排出口及其相关的关闭装置。另外，然后应在关闭装置中设置对应于连接孔23的孔。

Claims (10)

1.一种由可变形材料(4)制造三维物体(2)的设备(1)，包括以下特征：

一壳体(3)，其具有用于容纳所述可变形材料(4)的腔室(21)；

一进料装置(5)，用于将所述可变形材料(4)供给至所述壳体(3)的所述腔室(21)中；

一第一排出口(7)，用于将所述可变形材料(4)从所述壳体(3)的所述腔室(21)中排出；

一第一关闭装置(8)，用于选择性地关闭和打开所述第一排出口(7)，所述关闭装置(8)具有一空腔(22)，所述空腔通过至少一个连接孔(23)与所述壳体(3)的所述腔室(21)连接；

一第二排出口(11)，第二排出口的横截面比所述第一排出口(7)的横截面小，用于将所述可变形材料(4)从所述第一关闭装置(8)的所述空腔(22)中排出，以及一第二关闭装置(24)，用于选择性地关闭和打开所述连接孔(23)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述第二关闭装置(24)位于所述第一关闭装置(8)的所述空腔(22)内。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一关闭装置(8)在其纵向(x)上可通过调节装置(25)调节，以选择性地关闭和打开所述第一排出口(7)。

4.根据权利要求1，2或3所述的设备，其特征在于，所述第二关闭装置(24)在其纵向(x)上可通过调节装置(25)调节，以选择性地关闭和打开所述连接孔(23)。

5.根据权利要求1，2或3所述的设备，其特征在于，所述第二关闭装置(24)可绕其纵轴旋转，以通过调节装置(25)选择性地关闭和打开所述连接孔(23)。

6.根据权利要求3，4或5所述的设备，其特征在于，所述调节装置(25)包括一控制套筒(26)，所述控制套筒(26)具有至少一个凹槽(27、28)，其中连接至其中一个关闭装置(8、24)的至少一个销钉(29、30)在其中接合，所述控制套筒(26)和所述至少一个关闭装置(8、24)可相对于彼此旋转。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述控制套筒(26)和/或所述至少一个关闭装置(8、24)可通过驱动装置(32)旋转，所述驱动装置经由传动装置(31)可操作地连接至所述控制套筒(26)和/或所述至少一个关闭装置(8、24)。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述传动装置(31)设为齿轮传动或皮带传动。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述关闭装置(8、24)中的至少一个以非旋转的方式固定在位。

10.一种由可变形材料(4)制造三维物体(2)的方法，所述方法包括以下步骤：

从壳体(3)的腔室(21)的第一排出口(7)排出所述可变形材料(4)的步骤；

从空腔(22)的第二排出口(11)排出所述可变形材料(4)的步骤，所述空腔位于关闭装置(8)中，所述关闭装置(8)通过连接孔(23)连接至所述壳体(3)的所述腔室(21)中，且用于选择性地打开和关闭所述第一排出口(7)，所述第二排出口(11)的横截面比所述第一排出口(7)的横截面小，其中在从所述壳体(3)的所述第一排出口(7)排出所述可变形材料(4)的步骤之前，进行从所述第二排出口(11)排出所述可变形材料(4)的步骤，以使由从所述第二排出口(11)排出的所述可变形材料(4)形成的结构通过所述第一排出口(7)排出的可变形材料(4)膨胀和/或变硬。

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