CN112638620B

CN112638620B - 用于fdm打印物品的光滑表面的打印方法

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Publication number: CN112638620B
Application number: CN201980057421.9A
Authority: CN
Inventors: R·A·M·希克梅特; P·A·范哈尔
Original assignee: Signify Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: EP3847002A1; JP7036987B2; US11718017B2; JP2021528294A; WO2020048889A1; CN112638620A; US20210339463A1; EP3847002B1

Abstract

本发明提供了一种用于通过熔融沉积成型生产3D物品(1)的方法，方法包括：‑3D打印阶段，包括逐层沉积包括可3D打印材料(201)的挤出物(321)，其中在3D打印阶段的至少部分期间，挤出物(321)包括芯‑壳挤出物(1321)，芯‑壳挤出物(1321)包括：包括芯材料(2011)的芯(2321)和包括壳材料(2012)的壳(2322)，用于提供包括3D打印材料(202)的3D物品(1)，其中3D物品(1)包括3D打印材料(202)的多个层(322)，其中层(322)中的一个或多个层包括一个或多个芯‑壳层部分(3322)，其中芯‑壳层部分(3322)中的每个芯‑壳层部分包括：包括芯材料(2011)的层芯(3321)和包括壳材料(2012)的层壳(3322)，其中3D物品(1)具有由3D打印材料(202)的至少部分限定的物品表面(252)；‑暴露阶段，包括将所述物品表面(252)的至少部分暴露于液体(402)，其中芯材料(2011)对液体(402)具有芯材料溶解度SC1，以及其中壳材料(2012)对液体(402)具有壳材料溶解度SS1，其中SC1＜SS2。

Description

用于FDM打印物品的光滑表面的打印方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造3D(打印)物品的方法和用于执行这种方法的软件产品。本发明还涉及可用这种方法获得的3D(打印)物品。进一步地，本发明涉及一种包括这种3D(打印)物品的照明设备。

背景技术

包含层的挤压3D打印机输入的使用在本领域中是众所周知的。WO2015/077262例如描述了包括丝的3D打印机输入，该丝包括分开的层或部段。特别是包括丝的这些输入可以通过共挤压、微层共挤压或多组分/分形共挤压来制备。在所谓的3D打印工艺中，这些输入(特别是丝)使得能够通过一个或多个喷嘴同时使不同的材料分层或组合。这些技术促进较小的层大小(毫米、微米和纳米)、不同的层配置和将在标准的3D打印机方法中不可用的材料合并的潜力。

WO2018/106705公开了一种3D打印芯-壳丝，具有被中间有阻挡层的外壳径向包围的细长芯。细长芯包括延展聚合物，并且外壳包括刚性聚合物，具有高于延展聚合物的杨氏模量的杨氏模量。

发明内容

在未来10到20年内，数字化制造将逐渐改变全球制造业的本质。数字化制造的方面中的一个方面是3D打印。目前，已经开发了许多不同的技术，以便使用各种材料(诸如陶瓷、金属和聚合物)来生产各种3D打印物体。3D打印还可以用于生产模具，然后，这些模具可以用于复制物体。

为了制作模具，已经建议使用聚合物喷射技术。这种技术利用可光聚合材料的逐层沉积，该可光聚合材料在每次沉积之后都被固化以形成固体结构。虽然这种技术产生光滑的平面，但是可光固化材料不是非常稳定，而且它们也具有较低的对注塑成型应用有用的导热性。

应用最广泛的增材制造技术是被称为熔融沉积成型(FDM)的工艺。熔融沉积成型(FDM)是一种通常用于成型、原型设计和生产应用的增材制造技术。FDM通过分层铺设材料按照“增材”原理工作；塑料丝或金属线被从线圈上松开，并且提供材料以生产零件。可能的情况是，(例如针对热塑性塑料)丝在铺设前被熔化和挤出。FDM是快速原型设计技术。FDM的其他术语是“熔丝制造”(FFF)或“丝3D打印”(FDP)，它们被认为等同于FDM。通常，FDM打印机使用热塑性丝，该热塑性丝被加热到其熔点，并且然后被逐层(或事实上是丝接丝)挤出以创建三维物体。FDM打印机较快并且可以用于打印复杂的物体。

FDM打印机较快、成本低并且可以用于打印复杂的3D物体。这种打印机用于使用各种聚合物打印各种形状。还开发了技术来生产LED灯具和照明方案。

熔融沉积成型(FDM)是用于基于增材制造(3D打印)生产物体的最常用的技术之一。FDM通过分层铺设塑料材料按照“增材”原理工作。由于工艺的性质，这通常会导致粗糙的肋形面光洁度。这可能并不总是需要的，例如出于装饰的原因，但是也有功能的原因，诸如表面的反射率、表面的可处理性等。因此，在一些应用中，需要光滑的表面。为此，可以使用各种后表面处理方法，诸如机械抛光和溶剂处理。

整个3D打印产品的热处理都可能会导致产品的弱化，从而失去形状和/或功能性。溶剂或溶剂蒸汽处理还可以用于获得光滑的表面。在这些处理中，物体例如可能被浸在溶剂中或被置于溶剂蒸汽中。然而，当使用大量物体时，这些技术的使用基本上主要是成功的。在处理过程中，溶剂分子穿透聚合物(“3D打印材料”)并且部分溶解它。当使用薄层时，它会导致物体的裂纹形成和/或分层和变形。

因此，本发明的一方面提供了一种备选3D打印方法和/或3D(打印)物品，这还优选地至少部分地消除了上述缺点中的一个或多个缺点。因此，本发明的目的可以是克服或改善现有技术的缺点中的至少一个缺点或提供有用的备选。

除其他，在本文中还建议使用具有基本上同心的层的丝或使用打印机喷嘴和送丝器，使得两种材料从喷嘴中出来，并且形成相互挨着或相互上下堆叠的芯-壳层。材料可以被选择，使得外表面由可溶于溶剂的聚合物制成，该溶剂将被用于溶剂处理，然而在这种聚合物中芯材料不会膨胀或溶解。以这种方式打印的物体可以具有层，该层具有可以至少部分地被溶剂溶解的外表面，同时内部材料不受溶剂影响。将物体放置在溶剂中或将其置于溶剂蒸汽中，使外部聚合物流动，导致光滑的表面结构，而内部聚合物可以在本质上保持机械完整性，并且避免结构开裂和塌陷。

因此，在第一方面中，本发明提供了一种用于通过熔融沉积成型生产3D物品的方法，该方法包括3D打印阶段和暴露阶段(尤其是在3D打印阶段获得的3D打印物品)。3D打印阶段包括逐层沉积包括可3D打印材料的挤出物，其中在3D打印阶段的至少部分期间，挤出物包括芯-壳挤出物，该芯-壳挤出物包括：(i)包括芯材料的芯、和(ii)包括壳材料的壳(或“夹套(jacket)”)。因此，可以提供3D物品，包括3D打印材料，其中3D物品特别包括多层3D打印材料，其中层中的一个或多个层包括一个或多个芯-壳层部分，其中芯-壳层部分中的每个芯-壳层部分都包括：包括芯材料的层芯和包括壳材料的层壳，其中3D物品具有由3D打印材料的至少部分限定的物品表面。进一步地，暴露阶段可以特别包括使物品表面的至少部分暴露于液体，其中壳材料可以溶解。因此，特别是芯材料对液体具有芯材料溶解度SC1，并且壳材料对液体具有壳材料溶解度SS1，其中SC1＜SS1。在具体实施例中，芯材料包括以下中的一者或多者：聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN)、聚砜(PSU)、聚苯硫醚(PPS)和(半晶状的)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在另外的具体实施例中，壳材料包括以下中的一者或多者：丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和苯乙烯丙烯酸共聚物(SMMA)。

因此，本发明特别提供了一种借助于熔融沉积成型生产3D物品的方法，该方法包括：

-3D打印阶段，包括逐层沉积包括可3D打印材料的挤出物，其中在3D打印阶段的至少部分期间，挤出物包括芯-壳挤出物，芯-壳挤出物包括：包括芯材料的芯和包括壳材料的壳，用于提供包括3D打印材料的3D物品，其中3D物品包括多层3D打印材料，其中层中的一个或多个层包括一个或多个芯-壳层部分，其中芯-壳层部分中的每个芯-壳层部分都包括：包括芯材料的层芯和包括壳材料的层壳，其中3D物品具有由3D打印材料的至少部分限定的物品表面；

-暴露阶段，包括将物品表面的至少部分暴露于液体，其中芯材料对液体具有芯材料溶解度SC1，以及其中壳材料对液体具有壳材料溶解度SS1，其中SC1＜SS1，其中：

-芯材料包括以下中的一者或多者：聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN)、聚砜(PSU)、聚苯硫醚(PPS)和(半晶状的)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；以及

-壳材料包括以下中的一者或多者：丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和苯乙烯丙烯酸共聚物(SMMA)。

利用这种方法，可以提供3D打印物品，其中物品表面的至少部分可以比没有暴露于液体的表面光滑得多。进一步地，可以改进裂纹形成和/或分层。在没有暴露于液体的情况下，物品表面可以具有特征肋形结构，诸如在FDM打印3D物品的情况下。然而，由于暴露，物品表面暴露于液体的部分获得更光滑的表面，具有较少的粗糙度。特别是壳材料的部分可以溶解，通过该溶解，可以产生物品表面的至少部分的光滑效果。进一步地，利用本发明，可以特别地由芯材料提供的机械性能可以受到较少的影响或根本不受影响。溶解方面也可以具有时间分量。因此，壳材料和芯材料可以被选择，以便在预定时间段内，物品表面暴露于液体的部分变得更光滑，并且可以达到所需的光滑性，而在该时间段内，芯材料基本上不溶解。因此，利用这种方法，在加热后，表面粗糙度可以从例如丝的μm尺寸减小到nm尺寸。进一步地，利用这种方法，可以相对容易地执行光滑化。如果需要，则整个物品都可以暴露于液体，而基本上不会失去形状和/或功能性。进一步地，利用这种方法，当使表面光滑时，可以基本上由每个丝中的芯材料组成的主干材料可以基本上保持不变。因此，可以提供具有相对光滑的表面的强大设备。

如上所述，方法特别用于通过熔融沉积成型(FDM)生产3D物品。方法包括两个阶段，即3D打印阶段和暴露阶段，其中后者通常比前者晚，尽管在其他实施例中可能在时间上有一些重叠(也参见下面)。方法还可以包括一个或多个另外的阶段，如也用于使表面光滑的加热阶段。因此，可以存在精加工阶段，包括对液体的暴露阶段和可选地加热阶段。除了术语“精加工阶段”，还可以应用术语“后处理”或类似的术语。其他阶段也可以是可用的。

进一步地，术语“阶段”还可以指一系列的阶段，诸如例如一系列的打印阶段，其中在这些阶段之间，一个或多个功能组件或其他组件集成或设置在由此获得的3D打印材料上。

3D打印阶段包括逐层沉积包括可3D打印材料的挤出物，其中在3D打印阶段的至少部分期间，挤出物包括芯-壳挤出物，该芯-壳挤出物包括：包括芯材料的芯和包括壳材料的壳，以提供包括3D打印材料的3D物品。因此，3D打印过程特别提供3D物品，该3D物品包括特别由于逐层沉积而形成的多层3D打印材料。

如上所述，在3D打印阶段的至少部分期间，挤出物包括芯-壳挤出物。该短语表明，在打印阶段期间，还可以执行3D打印，其中没有提供芯-壳挤出物，而是提供单一材料的挤出物，在挤出物的整个截面上都基本上没有组成差异(即利用单个喷嘴的“普通”3D打印)。实现此目的的方式可以是停止向打印机头的芯部分或壳部分馈送材料，通过这种方式，只有单一的材料可以作为挤出物从喷嘴漏出并且沉积(另见下文)。

在一些实施例中，芯-壳挤出物可以通过使用芯-壳丝来获得，该芯-壳丝被馈送到打印机头并且离开(至少部分地被熔化)打印机头的喷嘴。在其他实施例中，芯-壳挤出物是通过使用芯-壳喷嘴(即包括两个开口的喷嘴)来获得的，当可3D打印材料被迫通过喷嘴时，该开口提供芯-壳挤出物。

要注意，在具体实施例中，术语“芯-壳”还可以表示具有多个不同的壳的芯-壳。然而，为了更多地说明本发明，下面基本上只讨论由芯和(单个)壳组成的芯-壳挤出物或芯-壳层部分。在实施例中，芯可以由芯和一个或多个壳组成，它们一起形成芯。这种芯至少部分被壳包围。因此，在这里，术语“壳”特别指外层或一组外层(例如在实施例中，当壳可以包括多个壳时)。

为了提供芯-壳材料，可以应用芯-壳喷嘴(具有芯-壳喷嘴的打印机头)，如本领域中众所周知的(也参见上文)。

因此，在3D打印阶段的至少部分期间，挤出物包括芯-壳挤出物。芯-壳挤出物包括：包括芯材料的芯和包括壳材料的壳。

层中的一个或多个层包括一个或多个芯-壳层部分，其中芯-壳层部分中的每个芯-壳层部分都包括：包括芯材料的层芯和包括壳材料的层壳。当整个层都被打印为芯-壳层时，整个层都可以被表示为芯-壳层部分或芯-壳层。然而，当在层的打印期间(暂时)终止将芯材料或壳材料供应给喷嘴时，层的部分将不会是芯-壳类型，从而导致包括芯-壳层部分(或多个部分)(以及一个或多个非芯-壳部分)的层。

在这里，使用了术语“芯-壳层部分”。这反映了这样一个事实，即在实施例中，所有层都可以是芯-壳层，在实施例中，层的全部的部分可以是芯-壳层，并且在实施例中，层的一部分(或多层的多个部分)可以是芯-壳类型。因此，在实施例中，并非所有层都可以是芯-壳类型，并且在其他实施例层，所有层都可以是芯-壳类型。

芯-壳层部分可以具有小于1mm到几毫米或更长的长度。由于(在实施例中)可以使用相同的喷嘴来提供芯-壳层(部分)和非芯-壳层部分，厚度和高度可能基本上与可能相邻的非芯-壳层(部分)相同。

由此获得的3D物品具有由3D打印材料的至少部分限定的物品表面。特别地，这个物品表面(因此)是由壳材料限定的。

如上所述，方法包括：在打印阶段使可3D打印材料沉积。在这里，术语“可3D打印材料”指要被沉积或打印的材料，并且术语“3D打印材料”指沉积之后获得的材料。这些材料可能基本上是相同的，因为可3D打印材料可以特别指高温下打印机头或挤出机中的材料，并且3D打印材料指相同的材料，但是在后期会被沉积。可3D打印材料作为丝被打印并且被同样沉积。可3D打印材料可以作为丝提供或可以形成为丝。因此，无论应用何种起始材料，包括可3D打印材料的丝都由打印机头提供并且被3D打印。术语“挤出物”可以用于定义打印机头下游，但是尚未沉积的可3D打印材料。后者被表示为“3D打印材料”。事实上，挤出物包括可3D打印材料，因为材料还没有沉积。当沉积可3D打印材料或挤出物时，材料因此被表示为3D打印材料。本质上，材料是相同的材料，因为热塑性材料在打印机头上游、在打印机头下游和沉积时本质上是相同的材料。

在这里，术语“可3D打印材料”也可以被表示为“可打印材料”。术语“聚合物材料”在实施例中可以指不同聚合物的混合物，但是在实施例中也基本上可以指具有不同聚合物链长的单一聚合物类型。因此，术语“聚合物材料”或“聚合物”可以指单一类型的聚合物，但是也可以指多种不同的聚合物。术语“可打印材料”可以指单一类型的可打印材料，但是也可以指多种不同的可打印材料。术语“打印材料”可以指单一类型的打印材料，但是也可以指多种不同的打印材料。

因此，术语“可3D打印材料”也可以指两种或两种以上的材料的组合。通常，这些(聚合物)材料具有玻璃转变温度T_g和/或熔化温度T_m。可3D打印材料在离开喷嘴之前将被3D打印机加热到至少玻璃转变温度的温度，并且通常至少是熔化温度。因此，在具体实施例中，可3D打印材料包括具有玻璃转变温度(T_g)和/或熔点(T_m)的热塑性聚合物，并且打印机头动作包括：将可3D打印材料加热到玻璃转变以上，并且如果它是半晶状聚合物，则加热到熔化温度以上。在又一个实施例中，可3D打印材料包括具有熔点(T_m)的(热塑性)聚合物，并且打印机喷头动作包括：将要沉积在接收器物品上的可3D打印材料加热到至少熔点的温度。玻璃转变温度通常与熔化温度不同。熔化是发生在晶状聚合物中的一种转变。当聚合物链从它们的晶体结构中脱落，变成无序的液体时，熔化就发生了。玻璃转变是对非晶态聚合物(即，链不是以有序的晶体设置，而是只以任何方式散布的聚合物，即使它们是固态的)发生的一种转变。聚合物可以是无定形的，本质上具有玻璃转变温度而没有熔化温度或可以是(半)晶状的，通常有玻璃转变温度和熔化温度两者，其中后者通常比前者大。玻璃温度可以例如用示差扫描量热法来确定。熔点或熔化温度也可以用示差扫描量热法来确定。

如上所述，本发明因此提供了一种方法，包括：提供可3D打印材料的丝，并且在打印阶段将所述可3D打印材料打印在基板上，以提供所述3D物品。

可能特别适合作为可3D打印材料的材料可以选自由金属、玻璃、热塑性聚合物、硅等组成的组。特别地，可3D打印材料包括(热塑性)聚合物，该(热塑性)聚合物选自由ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、尼龙(或聚酰胺)、醋酸酯(或纤维素)、PLA(聚乳酸)、对苯二甲酸酯(诸如PET聚对苯二甲酸乙二醇酯)、丙烯酸(聚甲基丙烯酸酯、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)、聚丙烯纤维(或聚丙烯)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、PE(诸如发泡高冲击聚乙烯(或者聚乙烯(polyethene))、低密度(LDPE)高密度(HDPE))、PVC(聚氯乙烯(polyvinylchloride))或者聚氯乙烯(polychloroethene)(诸如基于共聚酯弹性体、聚氨酯弹性体、聚酰胺弹性体、基于聚烯烃的弹性体、基于苯乙烯的弹性体的热塑性弹性体)等组成的组。可选地，可3D打印材料包括选自由尿素甲醛、聚酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛、热塑性弹性体等组成的组的可3D打印材料。可选地，可3D打印材料包括选自由聚砜组成的组的可3D打印材料。弹性体，特别是热塑性弹性体，特别有趣，因为它们是有弹性的，并且可能有助于获得相对更有弹性的丝，包括导热材料。热塑性弹性体可以包括以下中的一者或多者：苯乙烯嵌段共聚物(TPS(TPE-s))、热塑性聚烯烃弹性体(TPO(TPE-o))、热塑性硫化胶(TPV(TPE-v或TPV))、热塑性聚氨酯(TPU(TPU))、热塑性共聚酯(TPC(TPE-E))和热塑性聚酰胺(TPA(TPE-A))。

合适的热塑性材料(诸如WO2017/040893中也提到的)可以包括以下项中的一者或多者：聚缩醛(例如聚氧乙烯和聚甲醛)、聚丙烯酸酯(C_1-6烷基)、聚丙烯酰胺、聚酰胺(例如脂肪族聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺和聚芳酰胺)、聚酰胺酰亚胺、聚酸酐、聚芳酯、聚芳醚(例如聚苯醚)、聚芳硫醚(例如聚苯硫醚)、聚芳砜(例如聚苯砜)、聚苯并噻唑、聚苯并恶唑、聚碳酸酯(包括聚碳酸酯共聚物，诸如聚碳酸酯-硅氧烷、聚碳酸酯-酯和聚碳酸酯-酯-硅氧烷)、聚酯(例如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯萘甲酸盐、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯和聚酯共聚物(诸如聚酯-酯)、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺(包括共聚物，诸如聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物)、聚醚酮酮、聚芳醚酮、聚醚砜、聚酰亚胺(包括共聚物，诸如聚酰亚胺-硅氧烷共聚物)、聚丙烯酸甲酯(C_1-6烷基)、聚甲基丙烯酰胺、聚降冰片烯(包括含有降冰片稀单元的共聚物)、聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯和它们的聚合物，例如乙烯-α-烯烃共聚物)、聚恶二唑、聚甲醛、聚邻苯二甲酰胺、聚硅氮烷、聚硅氧烷、聚苯乙烯(包括共聚物，诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和甲基丙烯酸甲酯(MBS))、聚硫化物、聚磺酰胺、多磺酸盐、聚砜、聚硫酯、聚三嗪、聚脲、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇酯、聚醚、聚乙烯醇卤化物、聚乙烯酮、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯等或包括上述热塑性聚合物中的至少一种热塑性聚合物的组合。聚酰胺的实施例可以包括但不限于合成线性聚酰胺，例如尼龙-6，6、例如尼龙-6，9、尼龙-6，10、尼龙-6，12、尼龙-11、尼龙-12和尼龙-4，6，优选地是尼龙6和尼龙6，6或包括上述项中的至少一项的组合。可以使用的聚氨酯包括脂肪族的、脂环族的、芳香的和多环的聚氨酯，包括上述聚氨酯。同样有用的是聚丙烯酸酯(C_1-6烷基)和聚丙烯酸甲酯(C_1-6烷基)，包括例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸乙酯的聚合物等。在实施例中，聚烯烃可以包括以下中的一者或多者：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯(以及其共聚物)、聚降冰片烯(以及其共聚物)、聚丁烯-1、聚(3-甲基丁烯)、聚(4-甲基戊烯)以及乙烯与丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、4-甲基-1-戊烯和1-十八烯的共聚物。

术语“可3D打印材料”也在下面进行阐明，但是特别指热塑性材料，可选地包括添加剂，最大体积百分比为约60％，特别是最大为约30vol.％，诸如最大为20vol.％(相对于热塑性材料和添加剂的总体积的添加剂)。

因此，在实施例中，可打印材料可以包括两个相。可打印材料可以包括可打印聚合物材料的相，特别是热塑性材料(也见下文)，该相特别是本质上连续的相。在热塑性材料聚合物的这种连续相中，可能存在添加剂，诸如以下中的一者或多者：抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收添加剂、近红外光吸收添加剂、红外光吸收添加剂、塑化剂、润滑剂、脱模剂、抗静电剂、防雾剂、抗菌剂、着色剂、激光打标添加剂、表面效应添加剂、辐射稳定剂、助燃剂、抗滴剂。添加剂可以具有选自光学性能、机械性能、电气性能、热性能和力学性能的有用的性能(也见上文)。

在实施例中，可打印材料可以包括颗粒材料，即嵌入可打印聚合物材料中的颗粒，该颗粒形成基本上不连续的相。相对于可打印材料(包括(各向异性导电的)颗粒)的总体积，特别是在用于降低热膨胀系数的应用中，总混合物中的颗粒的量特别不大于60vol.％。对于光学和表面相关效应，相对于可打印材料(包括颗粒)的总体积，总混合物中的颗粒的量等于或小于20vol.％，诸如达到10vol.％。因此，可3D打印材料特别指本质为热塑性材料的连续相，其中诸如颗粒等其他材料可以嵌入。同样，3D打印材料特别指本质为热塑性材料的连续相，其中诸如颗粒等其他材料可以嵌入。颗粒可以包括上述一种或多种添加剂。因此，在实施例中，可3D打印材料可以包括微粒添加剂。

如上所述，壳的可3D打印材料可能与芯的可3D打印材料不同。因此，在实施例中，芯材料具有与壳材料不同的组成。特别地，芯材料和壳材料分别包括热塑性聚合物。特别地，热塑性聚合物的组成不同。这对于形成良好的芯-壳挤出物(或丝)可能有用，并且这可能允许壳溶解相对较快，而芯本质上是不溶解的。

在具体实施例中，聚合物是不相容的。不相容的聚合物无法在分子水平上混合。当混合在一起时，它们就变得相分离。因此，芯材料可以包括第一聚合物，并且壳材料可以包括第二聚合物，其中第一聚合物和第二聚合物不相容。因此，在具体实施例中，芯材料和壳材料包括不同的热塑性材料。在实施例中，芯材料可以包括第一热塑性材料，并且壳材料可以包括与第一热塑性材料不同的第二热塑性材料。

如上所述，在液体暴露阶段期间用于使表面的至少部分光滑的液体中(芯材料和壳材料的)溶解度之间可能存在差异。特别地，芯材料对液体具有芯材料溶解度SC1，以及其中壳材料对液体具有壳材料溶解度SS1，其中SC1＜SS1，特别是SC1/SS1≤0.5(诸如室温下(一般被视为20℃))，如在实施例中，在0.1到0.8的范围内。

在具体实施例中，芯材料包括以下中的一者或多者：聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN)、聚砜(PSU)、聚苯硫醚(PPS)和(半晶状的)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。因此，芯材料可以包括一种或多种不同的热塑性材料。如上所述，另外，其他材料也可能是可用的，如嵌入芯材料中的颗粒材料。

进一步地，在具体实施例中，壳材料包括以下中的一者或多者：丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和苯乙烯丙烯酸共聚物(SMMA)。因此，壳材料可以包括一种或多种不同的热塑性材料。如上所述，另外，其他材料也可能是可用的，如嵌入芯材料中的颗粒材料。

进一步地，材料在一些(其他)方面有所不同可能是可取的。在具体实施例中，芯材料具有芯材料粘度，并且壳材料具有壳材料粘度，其中在高于芯玻璃温度(Tg1)或芯熔化温度Tm的温度下，芯材料粘度特别高。在打印阶段，这可能允许良好的处理。优选地，将较短链长的分子用于壳。这使材料更快地流动，以获得光滑的表面。熔体流动速率，特别是在条件(300℃；1.2kg)下由ISO-113规定的，特别高于20cm³/10分钟，更特别高于50cm³/10分钟并且最特别高于100cm³/10分钟。在具体实施例中，芯和壳的聚合物材料可能是不相容的。这可能特别暗示在(芯和壳的)两层的接口处基本上没有混合。丝之间的粘合可以特别由壳提供。

当壳材料具有较低粘度时，它也可能有用。这可能促进抹掉物品的表面处的壳层。因此，在实施例中，在芯材料和壳材料均为流体的温度下，芯材料具有比壳材料高的粘度。例如，在具体实施例中，芯材料具有芯动态粘度μl，以及其中壳材料具有壳动态粘度μ2，其中μ2/μ1＜0.8，如在0.1到0.8的范围内。

可打印材料被打印在接收器物品上。特别地，接收器物品可以是构建平台或可以由构建平台组成。在3D打印期间，接收器物品也可以被加热。然而，在3D打印期间，接收器物品也可以被冷却。

除此之外，短语“在接收器物品上打印”和类似的短语还包括直接在接收器物品上打印或在接收器物品上的涂层上打印或在早期被打印在接收器物品上的3D打印材料上打印。术语“接收器物品”可以指打印平台、打印床、基板、支架、构建板或构建平台等。除了术语“接收器物品”，也可以使用术语“基板”。除此之外，短语“在接收器物品上打印”和类似的短语还包括打印在单独的基板上，该基板在打印平台、打印床、支架、构建板或构建平台上或由它们组成，等等。因此，除此之外，短语“在基板上打印”和类似的短语还包括直接打印在基板上或打印在基板上的涂层上或打印在早期被打印在基板上的3D打印材料上。在下面，还使用术语“基板”，它可以指打印平台、打印床、基板、支架、构建板或构建平台等或在其上或由它们组成的单独的基板。

逐层沉积可打印材料，通过这种沉积，生成3D打印物品(在打印阶段)。3D打印物品可以显示特征肋形结构(源自沉积的丝)。然而，在打印阶段之后，还可能执行另外的阶段，诸如终结阶段。这个阶段可以包括从接收器物品中移除打印物品和/或一个或多个后处理动作。一个或多个后处理动作可以在从接收器物品移除打印物品之前执行和/或一个或多个后处理动作可以在从接收器物品移除打印物品之后执行。例如，后处理可以包括抛光、涂覆、添加功能组件等中的一个或多个。后处理可以包括使肋形结构光滑，这可以导致基本上光滑的表面。

液体暴露可以通过不同的方式进行。在实施例中，暴露阶段可以包括以下动作中的一个或多个动作：为3D打印材料提供包括液体的热气体、为3D打印材料提供包括液体的液滴喷雾、用液体清洗3D打印材料以及将3D打印材料浸入液体中。可选地，当表面的部分暴露于液体时，该部分也可能暴露于一些压力和/或断裂。

因此，在实施例中，液体可以通过以下动作中的一个或多个动作而被应用：使液体在物品表面的至少部分上流动、将液体喷涂到物品表面的至少部分、将物品表面的至少部分暴露于包括液体的蒸汽以及使物品表面的至少部分浸入液体中。在实施例中，术语“喷涂”可以包括雾化。

暴露于液体可以在提供了3D物品之后或在已经对其部分进行3D打印之后执行。因此，暴露阶段可以发生在打印期间或在打印之后或在两种情况下。液体暴露可以局部进行，例如刚刚打印的部分的局部暴露，或液体暴露可能针对整个3D打印物品。当整个3D物品都进入暴露阶段时，暴露阶段当然是在3D打印阶段之后。也可以应用液体暴露方法的组合。因此，打印阶段和暴露阶段可以及时组合或可以相继执行。

因此，在实施例中，在暴露阶段，物品表面或液体中的一者或多者具有最大为80℃的温度，诸如最大为50℃，如最大为40℃。特别地，液体可以具有不大于所指示的最大温度中的一个最大温度的温度。

合适的液体是对壳材料的溶解度大于对芯材料的溶解度的液体，诸如SC1＜SS1，特别是SC1/SS1≤0.5。在实施例中，液体包括丙酮和甲基乙基酮中的一者或多者。作为ABS、PMMA、PS或SMMA中的一者或多者的溶剂，这些液体特别有用。术语“液体”可以指多种不同的液体。术语“液体”可以指多种不同的溶剂。这些溶剂中的一种或多种溶剂可以是针对壳材料(本质上不是针对芯材料)的溶剂。

特别地，暴露阶段可能导致在物品表面的至少部分处移除壳材料的部分。然而，通常，并不是所有的壳材料在物品表面的至少部分处都被移除，但是层厚度发生了减少(即特别是层壳在相应层的宽度)。

如上所述，液体暴露可能导致相对光滑的表面。在具体实施例中，可能获得低于10μm或甚至低于5μm或甚至低于1μm的表面粗糙度。因此，加热可能会影响粗糙度的降低。例如，这可以用激光散射来测量。因此，在实施例中，方法还可以包括：加热3D打印材料，直到获得3D物品的表面的预定的平均表面粗糙度(Ra)，其中特别是对于至少25mm²(诸如至少100mm²)的面积，预定的平均表面粗糙度(Ra)等于或低于5μm。在实施例中，3D打印物品的整个外表面都可能具有这种平均表面粗糙度。

在具体实施例中，芯-壳挤出物具有选自100μm到3000μm的范围的芯直径(d1)，以及其中壳厚度(d2)选自100μm到2000μm的范围，特别是达到约1000μm，诸如在100μm到500μm的范围内。芯-壳挤出物可以被同样提供和打印或可以在打印机头中生成，诸如利用共挤压打印机头。当挤出物的芯具有基本上圆形的截面而不是芯直径时，可以选择最大宽度。这种最大宽度也可以在约100μm到约3000μm的范围内。壳厚度然后可以被定义为最大壳厚度，该最大壳厚度可以在约100μm到约3000μm的范围内，诸如约100μm到约2000μm。

由于壳的可用性，丝之间的粘接性可能会受到影响。因此，可能需要使3D打印材料中的丝之间的(多个)壳的厚度较薄，并且特别是要比可3D打印材料(即尚未打印的材料)薄。

因此，在具体实施例中，压力被施加在可打印材料上，同时沉积在支撑或接收器物品上(即包括在接收器物品上的3D打印材料上)。这种压力可能特别适用于打印机头。以这种方式，可以打印(芯-壳)挤出物，该挤出物没有基本上圆形的截面形状，但是具有压缩管状形状，如沿轴线延伸。因此，在具体实施例中，在打印期间，压力被施加到(芯-壳)挤出物，以提供沉积的(芯-壳)层部分，在芯-壳层的情况下，该层部分在实施例中可以具有变形芯，该变形芯具有相互垂直并且与芯-壳挤出物的纵向轴线(A)垂直的第一尺寸(h1)和第二尺寸(w1)，该芯-壳挤出物可能特别具有小于1的比例(h1/w1)，诸如小于0.9，如小于0.8，诸如在0.2到0.6的范围内。如上所述，在沉积可3D打印材料期间，可以用打印机头来施加压力。

因此，方法特别提供了具有层高度(H)和层宽度(W)的层，其中层高度(H)小于层宽度(w)。这可能基本上适用于所有3D打印层(无论是否是芯-壳类型)。特别是当打印芯-壳挤出物时，方法包括：在打印阶段提供层中的一个或多个层，其中层壳具有随层芯的圆周变化的厚度，其中层壳在一个或多个层中的相应层的高度中的厚度(d4)小于层壳在相应层的宽度中的厚度(d22)。在相邻层之间的一些位置，层壳在相应层的高度中的厚度(d4)甚至可以为零μm。因此，在具体实施例中，相邻的层可能相互物理接触(并且芯到芯的距离基本上为零μm)。在暴露阶段，层厚度d22可能会降低。层厚度d22可以被视为壳在相应层的宽度中的最大层厚度。厚度d4可以被视为壳在层的高度中的最大层厚度。通常，d22＞d4或甚至d22＞＞d4。

因此，在实施例(层具有层高度(H)和层宽度(W))中，其中在打印阶段，压力被施加到基板上的芯-壳挤出物，以在基板上提供3D打印材料的层，该层具有小于层宽度(W)的层高度(H)。因此，当沉积挤出物时，丝或挤出物的壳厚度(d2)可以(大体上)减少。由于压力，与施加较少压力或不施加压力的情况相比，d4降低。进一步地，相对于施加较少压力或不施加压力的情况，压力d22可能会增加，尽管不一定是这样。

备选地或附加地，为了施加压力，可以选择特定的喷嘴几何形状，以使层之间的壳厚度小，并且在层与相邻层不接触的部分(即层的(多个)侧面)处较大(大得多)。

因此，在又一个实施例中，方法还可以包括使用打印机喷嘴，其中打印机喷嘴包括配置用于提供芯-壳挤出物的芯馈送喷嘴和壳馈送喷嘴，其中特别是芯馈送喷嘴具有最大芯喷嘴宽度(w11)和最小芯喷嘴宽度(w12)，其中壳馈送喷嘴具有最大壳喷嘴宽度(w21)和最小芯喷嘴宽度(w22)，其中w21＞w22、w21＞w11、w21＞w12和w12≥w11。特别地，喷嘴彼此配置成直线，即壳馈送喷嘴的中心和芯馈送喷嘴的中心重合或配置在彼此上方；在后一个实施例中，连接中心的虚拟线可以垂直于喷嘴。因此，w21＞w22的条件可以附加地或备选地促进在层之间形成压缩层和较薄的壳。因此，w21还可以与w22基本上相同，但是在具体实施例中，w21＞w22。当w21＝w22时，壳喷嘴是圆形或方形。当w11＝w12时，芯喷嘴是圆形或方形。特别地，芯喷嘴可以是弧形(“圆形”)，并且壳喷嘴是椭圆形或长方形。要注意，在这种实施例中，喷嘴下游的挤出物的壳厚度d2随着芯而变化。

除了术语“喷嘴”，还可以应用术语“开口”或“喷嘴开口”。

在实施例中，最大芯喷嘴宽度(w11)选自100μm到3000μm的范围。进一步地，在实施例中，最大壳喷嘴宽度(w21)选自100μm到3000μm的范围，诸如在100μm到2000μm的范围内。在另外的实施例中，最大芯喷嘴宽度(w11)大于最大壳喷嘴宽度(w21)(诸如椭圆形或长方形)。

当利用非圆形壳喷嘴打印时，仍然可能需要将压力施加到基板上的芯-壳挤出物。

当利用非圆形壳喷嘴打印时，可能需要使喷嘴相对于基板旋转，否则，当在与前一个方向垂直的方向上印刷时，会导致一些或基本上全部的芯-壳结构。旋转可以通过旋转打印机头或通过旋转基板或通过旋转两者来完成。所有选项在这里都被包括在短语“相对可旋转的配置”和类似的短语中。

因此，在具体实施例中，方法还可以包括应用熔融沉积成型3D打印机，包括(a)打印机喷嘴和(b)基板，其中熔融沉积成型3D打印机被配置为为基板提供可3D打印材料，其中喷嘴和基板被配置为可相对于彼此旋转，以及其中方法还包括保持喷嘴和基板的配置，使得最大芯喷嘴宽度(w11)在打印阶段的至少部分期间垂直于3D打印方向配置。为此，3D打印机软件可以被调整以允许控制打印方向和喷嘴-基板配置。

软件产品在计算机上运行时或许能够实现本文中所描述的方法。计算机可以功能地耦合到熔融沉积成型3D打印机或可以由这种熔融沉积成型3D打印机组成。特别地，这种软件产品可以用于保持喷嘴和基板的配置，使得最大芯喷嘴宽度(w11)在打印阶段的至少部分期间垂直于3D打印方向配置。

本文中所描述的方法提供了3D打印物品。因此，本发明在另外的方面中还提供了一种可用本文中所描述的方法获得的3D打印物品。特别地，本发明提供了一种3D物品，包括3D打印材料，其中3D物品包括多层3D打印材料，其中层中的一个或多个层包括一个或多个芯-壳层部分，其中芯-壳层部分中的每个芯-壳层部分都包括：包括芯材料的层芯和包括壳材料的层壳，其中3D物品具有由3D打印材料的至少部分限定的物品表面。特别地，层壳在物品表面处具有层厚度(d22)，其中层壳在相邻层之间具有中间层厚度(d4)，其中层厚度(d22)大于中间层厚度(d4)。如上所述，在一些实施例中，中间厚度可以基本上为零μm，导致相邻层的物理接触或可选地甚至混合。

芯材料包括以下中的一者或多者：聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN)、聚砜(PSU)、聚苯硫醚(PPS)和(半晶状的)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。壳材料包括以下中的一者或多者：丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和苯乙烯丙烯酸共聚物(SMMA)。

与上述3D打印方法相关的一些具体实施例不仅涉及方法，还涉及3D打印物品。下面，更详细地讨论与3D打印物品相关的一些具体实施例。

对于至少25mm²的面积(诸如至少10mm²的面积)，3D物品的表面的至少部分具有等于或低于5μm的平均表面粗糙度(Ra)。进一步地，在实施例中，芯材料对液体具有芯材料溶解度SC1，并且壳材料对液体具有壳材料溶解度SS1，其中SC1＜SS1，诸如SC1/SS1≤0.5。

如上所述，在实施例中，基板上的3D打印材料的层可以具有小于层宽度(W)的层高度(H)。特别地，在实施例中，层壳具有随层芯的圆周变化的厚度，其中层壳在一个或多个层的相应层的高度中的厚度(d4)小于层壳在相应层的宽度中的厚度(d22)。在另外的实施例中，在芯材料和壳材料均为流体的温度下，芯材料可以具有比壳材料高的粘度。例如，在实施例中，芯材料具有芯动态粘度μl，以及其中壳材料具有壳动态粘度μ2，其中μ2/μl＜0.8。

如上所述，(3D打印材料的)芯-壳层部分中的一个或多个芯-壳层部分具有变形芯，该变形芯具有相互垂直和与(3D打印材料的)芯-壳层的纵向轴线(A)垂直的第一尺寸(h1)和第二尺寸(w1)，该芯-壳层具有小于1的比例(h1/W1)。特别地，这可以适用于所有层的至少50％，诸如至少70％。因此，超过层的总长度的至少50％具有变形芯。进一步地，相邻的芯可以具有芯到芯的距离(d23)，选自最大为200μm的范围，诸如最大为100μm，如最大为50μm，或甚至更小，诸如最大为20μm。在一些实施例中，芯到芯的距离可以为零。芯到芯的距离被特别定义为相邻层的芯之间的最短距离。

本文中所描述的并且可用本文中所描述的方法获得的3D物品大体上可以是任何种类的物品。这里的3D物品特别是物体，该物体可能是部分中空的或可以是庞大的。3D物品可以是板、成形制品等。可以用本发明创建并且可以是本文中所描述的方法的结果的物品的具体示例是例如光学(半透明)过滤器、反射器、光混合室、准直器、复合抛物面聚光器等。

由此获得的3D打印物品本身可以是功能的。例如，3D打印物品可以是透镜、准直器、反射器等。由此获得的3D物品可以(备选地)用于装饰或艺术目的。3D打印物品可以包括或设置有功能组件。功能组件可以特别选自由光学组件、电气组件和磁性组件组成的组。术语“光学组件”特别指具有光学功能性的组件，诸如透镜、反射镜、光源(如LED)等。术语“电气组件”可以例如指集成电路、PCB、电池、驱动器，但也指光源(因为光源可以被视为光学组件和电气组件)等。术语“磁性组件”可以例如指磁性连接器、线圈等。备选地或附加地，功能组件可以包括热组件(例如被配置为冷却或加热电气组件)。因此，功能组件可以被配置为产生热量或清除热量等。

如上所述，3D打印物品可以用于不同的目的。除其他外，3D打印物品还可以用于照明。因此，在另外的方面中，本发明还提供了一种照明设备，包括本文中所定义的3D物品。特别地，3D物品可以被配置为以下中的一者或多者：照明设备壳体的至少部分、照明室的壁和光学元件。由于可以提供相对光滑的表面，3D打印物品可以用作反射镜或透镜等。

返回3D打印过程，特定的3D打印机可以用于提供本文中所描述的3D打印物品，诸如熔融沉积成型3D打印机，包括：(a)包括打印机喷嘴的打印机头、以及(b)可3D打印材料提供设备，可3D打印材料提供设备被配置为为打印机头提供可3D打印材料，其中熔融沉积成型3D打印机被配置为为基板提供所述可3D打印材料，其中打印机喷嘴包括配置用于提供芯-壳挤出物的芯馈送喷嘴和壳馈送喷嘴，其中芯馈送喷嘴具有最大芯喷嘴宽度(w11)和最小芯喷嘴宽度(w12)，其中壳馈送喷嘴具有最大壳喷嘴宽度(w21)和最小芯喷嘴宽度(w22)，其中熔融沉积成型3D打印机还可以包括控制系统(C)，其中控制系统(C)被配置为执行上述方法。

控制系统(C)可以被配置为执行方法，以保持喷嘴和基板的配置，使得最大芯喷嘴宽度(w11)在打印阶段的至少部分期间垂直于3D打印方向配置。

可3D打印材料提供设备可以将包括可3D打印材料的丝提供给打印机头或可以同样地提供可3D打印材料，其中打印机头产生包括可3D打印材料的丝。因此，在实施例中，本发明提供了一种熔融沉积成型3D打印机，包括：(a)包括打印机喷嘴的打印机头、以及(b)丝提供设备，丝提供设备被配置为为打印机头提供包括可3D打印材料的丝，其中熔融沉积成型3D打印机被配置为为基板提供所述可3D打印材料，其中打印机喷嘴包括配置用于提供芯-壳挤出物的芯馈送喷嘴和壳馈送喷嘴，其中芯馈送喷嘴具有最大芯喷嘴宽度(w11)和最小芯喷嘴宽度(w12)，其中壳馈送喷嘴具有最大壳喷嘴宽度(w21)和最小芯喷嘴宽度(w22)，其中在实施例中，熔融沉积成型3D打印机还包括控制系统(C)，其中控制系统(C)被配置为执行上述方法。

除了术语“熔融沉积成型(FDM)3D打印机”之外，也可以使用简称术语“3D打印机”、“FDM打印机”或“打印机”。打印机喷嘴也可以被表示为“喷嘴”，或有时被表示为“挤出机喷嘴”。

附图说明

现在参照所附的示意图仅以举例的方式描述本发明的实施例，在所附的示意图中，相应的参考符号表示相应的部件，并且在所附的示意图中：

图1a至图1c示意性地描绘了3D打印机和3D打印材料的一些一般方面；

图2a至图2f示意性地描绘了本发明的一些方面；

图3a至图3c示意性地描绘了与沉积的挤出物相关的一些方面；

图4示出了使用DEKTAK对使用芯-壳喷嘴制造的未经处理的物体(U1和U2)和经过丙酮处理的物体(A)的两个截面进行的粗糙度测量，该芯-壳喷嘴在壳中具有ABS并且在芯中具有PP，其层厚度为800μm。

图5示意性地描绘了本发明的方面。

示意图不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1a示意性地描绘了3D打印机的一些方面。参考标记500表示3D打印机。参考标记530表示被配置为进行3D打印(特别是FDM 3D打印)的功能单元；该参考标记也可以表示3D打印阶段单元。在这里，仅仅示意性地描绘了用于提供3D打印材料的打印机头，诸如FDM3D打印机头。参考标记501表示打印机头。本发明的3D打印机可以特别包括多个打印机头，尽管其他实施例也是可能的。参考标记502表示打印机喷嘴。本发明的3D打印机可以特别包括多个打印机喷嘴，尽管其他实施例也是可能的。参考标记321表示可打印的可3D打印材料的丝(如上所述)。为了清楚起见，并不是3D打印机的所有特征都已经被描述，只有那些与本发明特别相关的特征被描述(也另见下文)。

3D打印机500被配置为通过在接收器物品550上逐层沉积多个丝321来生成3D物品1，该接收器物品550在实施例中可以被至少暂时地冷却，其中每个丝321都包括可3D打印材料201，诸如具有熔点Tm。(在打印阶段期间，)可3D打印材料201可以沉积在基板1550上。

3D打印机500被配置为加热打印机喷嘴502上游的丝材料。这可以例如利用包括挤出和/或加热功能中的一个或多个功能的设备来完成。这种设备用参考标记573表示，并且设置在打印机喷嘴502的上游(即在丝材料离开打印机喷嘴502之前的时间)。打印机头501(因此)可以包括液化器或加热器。参考标记201表示可打印材料。当被沉积时，该材料被表示为用参考标记202表示的(3D)打印材料。

参考标记572表示带有材料(特别是线的形式)的卷轴或滚轴，该材料可以被表示为丝320。3D打印机500在打印机喷嘴下游的丝321中对其进行转换，该丝在接收器物品或在已经沉积的打印材料上变成层322。通常，相对于打印机头上游的丝322的直径，喷嘴下游的丝321的直径减小。因此，打印机喷嘴有时(也)被表示为挤出机喷嘴。层322接层322地布置和/或将层322t布置在层322上，可以形成3D物品1。参考标记575表示丝提供设备，除其他之外，该丝提供设备还包括用参考标记576表示的卷轴或滚轴和驱动轮。

参考标记A表示纵向轴线或丝轴。

参考标记C示意性地描绘了控制系统，诸如特别是被配置为控制接收器物品550的温度的温度控制系统。控制系统C可以包括加热器，该加热器能够将接收器物品550加热到至少50℃的温度，但是特别是达到约350℃的范围，诸如至少200℃。

备选地或附加地，在实施例中，接收器板还可以在x-y平面(水平平面)中在一个或两个方向上移动。进一步地，备选地或附加地，在实施例中，接收器板还可以绕z轴(竖直)旋转。因此，控制系统可以使接收器板在x方向、y方向和z方向中的一个或多个方向上移动。

备选地，打印机可以具有头部，该头部还可以在打印期间旋转。这种打印机具有这样一种优点，即打印期间打印材料无法旋转。

层用参考标记322表示，并且具有层高度H和层宽度W。

要注意，可3D打印材料不一定作为丝320被提供给打印机头。进一步地，丝320还可以在3D打印机500中由可3D打印材料的碎浅产生。

参考标记D表示喷嘴的直径(可3D打印材料201被迫通过该喷嘴)。

图1b在3D中更详细地示意性地描绘了构造下的3D物品1的打印。在这里，在该示意图中，丝321在单个平面中的端部不是相互连接的，尽管事实上在实施例中也可能是这种情况。参考标记H表示层的高度。层用参考标记203表示。在这里，层具有基本上圆形的截面。然而，通常，它们可能是扁平的，诸如具有类似扁平椭圆形管或扁平椭圆形导管的外部形状(即直径被压缩为高度小于宽度的圆形棒，其中(定义宽度的)侧面(仍然)是圆形的)。

因此，图1a至图1b示意性地描绘了熔融沉积成型3D打印机500的一些方面，包括：(a)第一打印机头501，包括打印机喷嘴502；(b)丝提供设备575，被配置为将包括可3D打印材料201的丝321提供给第一打印机头501；以及可选地(c)接收器物品550。在图1a至图1b中，第一可打印材料或第二可打印材料或第一打印材料或第二打印材料用一般指示可打印材料201和打印材料202表示。直接在喷嘴502的下游，具有可3D打印材料的丝321在被沉积时变成具有3D打印材料202的层322。

图1c示意性地描绘了3D打印层322的堆叠，每个3D打印层都具有层高度H和层宽度W。要注意，在实施例中，对于两个或更多的层322，层宽度和/或层高度可以不同。

参照图1a至图1c，沉积的可3D打印材料的丝导致具有高度H(和宽度W)的层。在层322之后沉积层322，生成3D物品1。

图1a至图1c总体上示出了方法的实施例。图2a至图2f示意性地、更详细地描绘了一些方面，其中还示意性地阐明了芯-壳3D打印。

可以应用芯-壳喷嘴502，参见图2a、图2c和图2f，其中可以引入不同的可3D打印材料201，以提供包括3D打印材料202的3D物品1，参见图2d。

图2a示意性地描绘了实施例打印机喷嘴502，其中打印机喷嘴502包括配置用于提供芯-壳挤出物的芯馈送喷嘴5021和壳馈送喷嘴5022，其中芯馈送喷嘴5021具有最大芯喷嘴宽度w11和最小芯喷嘴宽度w12，其中壳馈送喷嘴5022具有最大壳喷嘴宽度w21和最小芯喷嘴宽度w22。在这里，w21＝w22，w21＞w11，w21＞w12，以及其中w12＝w11。

图2b示意性地描绘了芯-壳型丝201的实施例，但是这种示意图还可以用于示出芯-壳型挤出物321的实施例。在这里是芯-壳型的挤出物321也被表示为芯-壳挤出物1321。在丝和挤出物之间尺寸可能不同。

芯用参考标记321表示，并且包括芯材料1321。壳用参考标记322表示，并且包括壳材料1322。所示的丝320可以是可打印3D材料201，即在沉积之前，或可以指从喷嘴漏出的挤出物321。因此，参考标记201和321都被应用。在实施例中，芯-壳丝320或挤出物321可以具有选自100μm到3000μm的范围的芯直径d1。壳厚度(d2)可以选自100μm到2000μm的范围。通常，壳厚度小于芯直径。

如图2c中示意性地描绘的，在3D打印阶段的至少部分期间，挤出物321包括芯-壳挤出物1321，芯-壳挤出物1321包括：包括芯材料2011的芯2321和包括壳材料2012的壳2322，其中芯材料2011和壳材料2012包括不同的热塑性材料。

图2c至图2d非常示意性地描绘了，在实施例中，方法还可以包括：在3D打印阶段控制第一热塑性材料111和第二热塑性塑料112的相对量。在图2c中，喷嘴下游的芯材料2011包括第一热塑性材料111。从右到左，看起来3D打印只从第一热塑性材料开始。之后，只沉积第二热塑性材料。此后，芯-壳挤出物1321被提供，并且作为芯-壳3D打印材料202沉积。因此，方法还可以包括：在3D打印阶段的一个或多个时间内提供芯-壳挤出物1321；以及在3D打印阶段的一个或多个其他时间段内提供挤出物，该挤出物包括第一热塑性材料111和第二热塑性材料112中的一者。图2d示意性地描绘了第二热塑性材料112的一些层202、同时具有第一热塑性材料111和第二热塑性材料(其中一者由芯组成，并且另一者由壳组成)的一些芯-壳层3322、还有第二热塑性材料112的一些层202。图2e示意性地描绘了第二热塑性材料112的最低层202、同时具有第一热塑性材料111和第二热塑性材料的两个芯-壳层3322，其中一种由芯组成，并且另一种由壳组成。

在顶部芯-壳层3322中，第一热塑性材料111由芯2321组成，并且第二热塑性材料由壳2322组成。

因此，在3D打印阶段的一个或多个时间段内，芯材料2011包括具有最大为0℃的第一玻璃转变温度Tg1的第一热塑性材料111，并且其中壳材料2012包括具有最小为60℃的第二玻璃转变温度Tg2的第二热塑性材料，和/或在3D打印阶段的一个或多个时间段内，芯材料2011包括具有最小为60℃的第二玻璃转变温度Tg2的第二热塑性材料，并且其中壳材料2012包括具有最大为0℃的第一玻璃转变温度Tg1的第一热塑性材料111。

图2d和图2e还示意性地描绘了包括3D打印材料202的3D物品1的实施例，其中3D物品1包括3D打印材料202的多个层322，其中多个层322包括一个或多个芯-壳层部分3322，其中芯-壳层部分3322中的每个芯-壳层部分都包括：包括芯材料3021的芯3321和包括壳材料3022的壳3322，其中芯材料3021和壳材料3022包括不同的热塑性材料，热塑性材料选自由以下组成的组：作为弹性材料的第一热塑性材料111(具有最大为0℃的第一玻璃转变温度Tg1)、和第二热塑性材料112(具有最小为60℃的第二玻璃转变温度Tg2)。

如图2c所示，第一热塑性材料111和第二热塑性材料112的相对量随着一个或多个芯-壳层部分3322中的一个或多个芯-壳层部分的长度L3变化。这种长度L3可以是层的部分或可以是整个层。进一步地，如(图2c、)图2d和图2e所示，多个层322包括一个或多个层部分3320，包括第一热塑性材料111和第二热塑性材料112中的一者。

在暴露于作为针对壳材料的溶剂的液体期间，厚度d22可以减小，并且光滑效应可以发生(也参见图3a至图3c)。

图2f示意性地描绘了实施例，其中打印机喷嘴502包括配置用于提供芯-壳挤出物1321的芯馈送喷嘴5021和壳馈送喷嘴5022，其中芯馈送喷嘴5021具有最大芯喷嘴宽度w11和最小芯喷嘴宽度w12，其中壳馈送喷嘴5022具有最大壳喷嘴宽度w21和最小芯喷嘴宽度w22，其中w21＞w22、w21＞w11、w21＞w12，以及其中w12≥w11(在这里w12＝w11)。与图2b中示意性地描绘的挤出物不同，这会导致具有变形或挤压形状的挤出物。喷嘴之间的距离可以最小为w52和最大为w51。要注意，在这样的实施例中，喷嘴下游的挤出物的壳厚度d2随着芯变化，与图2b中的示例不同(假设要描绘图2b挤出物的实施例)。

在图3a中，示意性地示出了由芯-壳层组成的结构的截面。芯和夹套材料可以如本文中所述进行选择。表面用参考标记205表示。将3D打印材料或其表面205的至少部分暴露于包括液体的溶剂，从而导致图3b中示意性地示出的(更)光滑的表面结构。图3c示出了经过处理的表面的示例，并且图4也示出了该示例。

通常，产品是一次性打印的，这意味着芯材料是嵌入壳基质中的一根长纤维。

要注意，在相邻的层芯3321之间的一些部分，d23可以基本上为零μm。因此，在一些部分，相邻的层芯3321可以相互物理接触(或甚至可以形成单个相，因为芯材料可能是相同的)。距离d23可以由相邻的层芯3321中的一个层芯的壳层厚度d4和相邻的层芯3321中的另一个层芯的d4形成。

在图4中，示出了在用丙酮处理之前和之后使用DEKTAK 6M表面轮廓仪测量的具有800μm的层厚度(即图2e中的参考标记W)的物体的表面粗糙度。在该图中，未经处理的物体(U1和U2，涉及不同的表面部分)的表面粗糙度为约200μm。在处理之后，由线A表示的表面粗糙度(即在用丙酮进行处理之后)表明粗糙度被减小到约30μm。浸在丙酮液体中的物品显示较少或没有裂纹形成并且基本上没有分层，物品也没有变形。为了获得物体，使用聚丙烯作为芯材料，并且使用ABS夹套材料将圆柱体打印为物体。使用丙酮作为用于进行表面光滑的溶剂。丙酮是针对ABS的溶剂，然而它不溶解PP。如图4所示(并且如图3b和图3c中示意性地所示的)，在处理期间，使外表面(ABS)部分溶解和光滑。然而，内部部分PP不受影响，因为丙酮是针对PP的非溶剂。结果，在光滑过程中骨架(PP)没有受到影响，并且没有观察到分层或开裂。

图5示意性地描绘了灯或灯具(用参考标记2表示)的实施例，其包括用于生成光11的光源10。灯可以包括壳体或灯罩或其他元件，其可以包括或可以是3D打印物品1。

因此，本发明可以产生具有带状内部结构但具有相对光滑的表面的3D结构，该表面至少具有比带状内部结构小得多的粗糙度。

本文中的术语“大体上”(诸如“大体上由......组成”)应被本领域的技术人员所理解。术语“大体上”也可以包括具有“完全地”、“完整地”、“全部地”等的实施例。因此，在实施例中，形容词“大体上”也可以被移除。在适用的情况下，术语“大体上”也可以涉及90％或更高(诸如95％或更高)，特别是99％或更高，甚至更特别是99.5％或更高，包括100％。术语“包括”也包括这样的实施例，其中术语“包括”意味着“由......组成”。术语“和/或”特别指在“和/或”之前和之后提及的物品中的一个或多个。例如，短语“物品1和/或物品2”和类似的短语可以指物品1和物体2中的一个或多个。术语“包括”在一个实施例中可以指“由......组成”，但是在另一个实施例中还可以指“包含至少所定义的种类和可选地是一个或多个其他种类”。

此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等是用于区别类似的元素，并不一定用于描述顺序次序或时间次序。要理解，这样使用的术语在合适的环境下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以不同于本文中所描述或说明的其他顺序工作。

除其他之外，在操作过程中还描述了本文中的设备。如本领域的技术人员所清楚的，本发明并不限于操作方法或操作中的设备。

应当注意，上述实施例是对本发明进行说明，而不是限制本发明，并且在不偏离所附权利要求的范围的情况下，本领域的技术人员能够设计出许多备选实施例。在权利要求中，任何置于括号中的参考标记都不应被解释为对权利要求的限制。动词“包括”及其变形的使用并不排除存在权利要求中所列元素或步骤之外的其他元素或步骤。置于元素之前的冠词“一”或“一个”并不排除存在多个这样的元素。本发明可以通过包括若干不同元素的硬件实施，也可以通过适当编程的计算机实施。在列举了几个部件的设备权利要求中，几个这样的部件可以体现为一个和相同的硬件项。在相互不同的从属权利要求中详述特定措施这个事实并不表明这些措施的组合不能够被用于有利。

本发明还提供了一种控制系统，该控制系统可以控制装置或设备或系统，或可以执行本文中所描述的方法或过程。另外，本发明还提供了一种计算机程序产品，在功能地耦合到装置或设备或系统或由装置或设备或系统组成的计算机上运行时控制这种装置或设备或系统的一个或多个可控元件。

本发明还适用于包括一个或多个在说明书中所描述和/或在附图中所示的特性化特征的设备。本发明还适用于包括在说明书中所描述和/或在附图中所示的特性化特征中的一个或多个特性化特征的方法或过程。

为了提供附加优点，本专利中所讨论的不同方面可以结合。进一步地，本领域的技术人员将理解，实施例可以结合，并且两个以上的实施例也可以结合。此外，一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。

毫无疑问，第一(可打印或打印)材料和第二(可打印或打印)材料中的一者或多者可以包含填料，诸如对(多种)材料的T_g或T_m没有(有)影响的玻璃和纤维。

Claims

1.一种用于借助于熔融沉积成型生产3D物品(1)的方法，所述方法包括：

-3D打印阶段，包括逐层沉积挤出物(321)，所述挤出物(321)包括可3D打印材料(201)，其中在所述3D打印阶段的至少部分期间，所述挤出物(321)包括芯-壳挤出物(1321)，所述芯-壳挤出物(1321)包括：包括芯材料(2011)的芯(2321)和包括壳材料(2012)的壳(2322)，所述芯-壳挤出物(1321)用于提供包括3D打印材料(202)的所述3D物品(1)，其中所述3D物品(1)包括3D打印材料(202)的多个层(322)，其中层(322)中的一个或多个层包括一个或多个芯-壳层部分，其中所述芯-壳层部分中的每个芯-壳层部分包括：包括所述芯材料(2011)的层芯(3321)和包括所述壳材料(2012)的层壳，其中所述3D物品(1)具有由所述3D打印材料(202)的至少部分限定的物品表面(252)；

-暴露阶段，包括将所述物品表面(252)的至少部分暴露于液体(402)，其中所述芯材料(2011)对所述液体(402)具有芯材料溶解度SC1，并且其中所述壳材料(2012)对所述液体(402)具有壳材料溶解度SS1，其中SC1＜SS1，其中：

-所述芯材料(2011)包括以下中的一者或多者：聚碳酸酯PC、聚乙烯PE、高密度聚乙烯HDPE、聚丙烯PP、聚甲醛POM、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、苯乙烯-丙烯腈树脂SAN、聚砜PSU、聚苯硫醚PPS、以及半晶状的聚对苯二甲酸乙二醇酯PET；以及

-所述壳材料(2012)包括以下中的一者或多者：丙烯腈丁二烯苯乙烯ABS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS、以及苯乙烯丙烯酸共聚物SMMA。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体(402)包括丙酮和甲基乙基酮中的一者或多者，并且其中所述液体(402)是通过以下操作中的一个或多个操作而被应用的：使所述液体(402)在所述物品表面(252)的至少部分上流动，将所述液体(402)喷涂到所述物品表面(252)的至少部分，将所述物品表面(252)的至少部分暴露于包括所述液体(402)的蒸汽，以及将所述物品表面(252)的至少部分浸在所述液体(402)中。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述物品表面(252)或所述液体(402)中的一者或多者在所述暴露阶段期间具有最大为40℃的温度，并且其中SC1/SS1≤0.5。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述层(322)具有层高度(H)和层宽度(W)，其中所述层高度(H)小于所述层宽度(W)，其中所述方法包括：在所述打印阶段期间提供层(322)中的所述一个或多个层，其中所述层壳具有随着所述层芯(3321)的圆周(3331)变化的厚度，其中所述层壳在所述一个或多个层(322)中的相应层(322)的高度中的厚度(d4)小于所述层壳在所述相应层(322)的宽度中的厚度(d22)。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述芯材料(2011)和所述壳材料(2012)均为流体的温度处，所述芯材料(2011)具有比所述壳材料(2012)高的粘度。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述层(322)具有层高度(H)和层宽度(W)，其中在所述打印阶段期间，压力被施加到基板(1550)上的所述芯-壳挤出物(1321)，以在所述基板(1550)上提供3D打印材料(202)的所述层(322)，所述层具有比所述层宽度(W)小的层高度(H)。

7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：使用打印机喷嘴(502)，其中所述打印机喷嘴(502)包括被配置用于提供所述芯-壳挤出物(1321)的芯馈送喷嘴(5021)和壳馈送喷嘴(5022)，其中所述芯馈送喷嘴(5021)具有最大芯喷嘴宽度w11和最小芯喷嘴宽度w12，其中所述壳馈送喷嘴(5022)具有最大壳喷嘴宽度w21和最小芯喷嘴宽度w22，其中w21＞w22、w21＞w11、w21＞w12，以及其中w12≥w11。

8.根据权利要求7所述的方法，所述方法包括应用熔融沉积成型3D打印机(500)，所述熔融沉积成型3D打印机(500)包括：(a)所述打印机喷嘴(502)和(b)基板(1550)，其中所述熔融沉积成型3D打印机(500)被配置为向所述基板(1550)提供所述可3D打印材料(201)，其中所述打印机喷嘴(502)和所述基板(1550)被配置为能够相对于彼此旋转，并且其中所述方法还包括：保持所述打印机喷嘴(502)和所述基板(1550)处于如下配置：使得所述最大芯喷嘴宽度(w11)被配置成在所述打印阶段的至少部分期间垂直于3D打印方向。

9.根据权利要求1、2和8中任一项所述的方法，还包括：将所述物品表面(252)的至少部分暴露于所述液体(402)，直到所述3D物品的表面(205)的预定的平均表面粗糙度Ra被获得，其中对于至少25mm²的面积，所述预定的平均表面粗糙度Ra等于或低于5μm。

10.一种3D物品(1)，包括3D打印材料(202)，其中所述3D物品(1)包括3D打印材料(202)的多个层(322)，其中层(322)中的一个或多个层包括一个或多个芯-壳层部分，其中所述芯-壳层部分中的每个芯-壳层部分包括：包括芯材料(2011)的层芯(3321)和包括壳材料(2012)的层壳，其中所述3D物品(1)具有由所述3D打印材料(202)的至少部分限定的物品表面(252)，其中所述层壳在所述物品表面(252)具有层厚度(d22)，其中所述层壳在相邻的层(322)之间具有中间层厚度(d4)，其中所述层厚度(d22)大于所述中间层厚度(d4)，其中：

-所述壳材料(2012)包括以下中的一者或多者：丙烯腈丁二烯苯乙烯ABS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS、以及苯乙烯丙烯酸共聚物SMMA，

其中所述芯材料(2011)对液体(402)具有芯材料溶解度SC1，并且其中所述壳材料(2012)对所述液体(402)具有壳材料溶解度SS1，其中SC1＜SS1，并且

其中所述物品表面(252)具有平均表面粗糙度Ra，对于至少25mm²的面积，所述平均表面粗糙度Ra等于或低于5μm。

11.一种照明设备，包括根据权利要求10所述的3D物品(1)，其中所述3D物品(1)被配置为以下中的一者或多者：照明设备壳体的至少部分、照明室的壁和光学元件。