CN113260841B - 一种成型体及制造成型体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种成型体，特别是用于压力传感器，具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片至少部分由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是由3D丝网印刷制成，并且具有带有至少一个角的外周形状。
Description
技术领域
本发明涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有该成型体的压力传感器，以及制造成型体的方法。
背景技术
所谓的陶瓷或金属压力传感器可用于测量气体或液体介质的压力。具有包含膜片的陶瓷传感器主体的陶瓷压力传感器特别适用于测量腐蚀性介质的压力。
然而，陶瓷压力传感器的制造需要相对较高的工作量。例如，通过压制生产的陶瓷传感器主体通常需要复杂的后处理步骤。这是因为所使用的压制工艺只能生产相对较厚且不均匀的层。因此，传感器主体的相应膜片必须在压制后进行机械再加工，例如通过研磨或抛光，以便一方面产生足够薄的膜片厚度，且另一方面确保膜片所需的精度。最后，通过压制工艺制造会导致陶瓷压力传感器的几何形状和尺寸受到限制。
发明内容
相对于上述背景，本发明的目的是提供一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，其可以分别以更少的工作量和更高的灵活性制造。同样地，目的是公开一种制造成型体的方法。
关于所述成型体，根据本发明，该目的已通过权利要求1的主题解决。一种制造成型体的方法是权利要求15的主题。有利的实施例是从属权利要求的主题并在下文详细说明。
根据本发明的成型体特别适用于压力传感器。该具有根据本发明的成型体的压力传感器可以特别用于测量流体的压力。根据本发明的成型体因此可以是传感器主体，特别是用于压力传感器的传感器主体。
根据本发明的成型体具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片至少部分由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷。根据本发明，所述膜片具有带有至少一个角的外周形状。
在本发明的含义内，所述膜片外周上的角可以没有曲率半径或者具有小于0.1mm、特别是小于0.05mm、小于0.025mm或小于0.02毫米的曲率半径。类似地，角可以具有0.25mm的最大曲率半径或最大曲率半径小于0.5mm。
具有角形的外周的膜片形状可以确保改进操作性能，特别是能够在测量操作期间改进流体的压力测量。可以以特别有利的方式检测以这种方式设计的所述膜片的变形行为。
使用增材制造，特别是3D丝网印刷，另外使以特别有利的方式以极小的工作量生产具有所需周向形状、特别是具有至少一个角的膜片成为可能。用于实现相应期望的周向形状的任何后处理步骤可以减少到低水平或者甚至完全避免。因此可以减少总的制造工作量。同时，通过使用增材制造，尤其是3D丝网印刷，可以使部件质量或制造精度的损失避免或控制在可忽略的水平。
在本上下文中，膜片可以被理解为在操作中、特别是在测量操作中包括弹性，以及特别确保可以在操作中测量的弹性的材料的一部分。这里重要的是所述膜片作为一个整体的变形行为。在这种情况下，所述膜片自身的各个部分可能比其他部分具有更低的变形能力。同样，所述膜片的各个部分也可能完全变硬。出于本发明的目的，可以通过立体刚性结构或材料部分限制膜片向外，特别是通过支撑部分支撑所述膜片。因此，膜片的外边界可由在操作期间、特别是在测量操作期间不表现出足够或适于可测量的弹性行为的结构或材料部分限定。所述支撑膜片的支撑部分因此可以是足够刚性的。
根据本发明的一个优选实施例，所述膜片至少部分具有小于0.5mm、优选小于0.4mm、优选小于0.35mm、优选小于0.3mm、更优选小于0.25mm、再更优选小于0.225mm、特别是小于0.2mm的厚度。通过以这种方式确定所述膜片厚度的尺寸，使用相应的压力传感器可以实现特别高的测量精度或测量灵敏度。
在进一步有利的方式中，所述膜片可以至少部分具有大于0.1mm、优选地大于0.15mm、更优选地大于0.175mm或大于0.2mm的厚度。这种最小厚度可以确保所述膜片足够的稳定性和/或气密性，从而保证相对高程度的操作可靠性。
使用增材制造，特别是3D丝网印刷，使以特别有利的方式以极小的工作量生产具有所需厚度的膜片成为可能。用于实现相应所需膜片厚度的任何后处理步骤可以减少到低水平或者甚至完全避免。
除了所述膜片之外，支撑所述膜片的所述支撑部分也可以优选地至少部分由陶瓷材料构成。特别地，支撑所述膜片的所述支撑部分也可以通过增材制造制成，优选通过3D丝网印刷。通过这种方式，可以进一步降低制造工作量并且可以提高以这种方式制造的成型体的耐介质性。
在进一步优选的方式中，所述膜片和/或支撑部分可以各自完全由陶瓷材料制成。这可以进一步提高耐介质性。
所述膜片和/或支撑膜片的所述支撑部分可以有利地由氧化铝制成或包含氧化铝。所述膜片和/或支撑部分可以至少部分由氧化铝或包含氧化铝的材料成分制成。同样，所述膜片和/或支撑部分可以完全由氧化铝或包含氧化铝的材料成分制成。氧化铝特别适用于腐蚀性介质，从而确保在操作中具有特别高的耐受性。
如上所述，用于膜片和/或支撑部分的陶瓷材料可以是氧化铝或包含氧化铝的材料成分。然而，其他陶瓷材料也可以用于制造膜片和/或支撑部分。
根据有利的实施例，所述膜片和支撑部分可以由相同的材料或具有相同成分的材料制成，这使得能够特别有效地生产。
所述膜片和支撑部分的材料和/或材料成分也可能彼此不同，至少部分不同。在优选的方式中，所述膜片和支撑部分的材料可以具有相同的基材和/或不同的辅助材料。因此，可以以有利的方式影响所述膜片和支撑部分的各自期望的操作特性。
所述膜片完全由单一材料或单一材料成分制成并且所述支撑部分由多种不同材料或材料成分制成也是可能的。尤其是，在周向上与所述膜片相邻的区域中的支撑部分可以由与所述膜片的材料相同的材料制成。在周向上施加到所述膜片周围区域的支撑部分的其他层可以由不同的材料或材料成分制成。通过这种方式，可以进一步提高制造灵活性，并且可以特别灵活地将成型体的操作特性与相应的应用相匹配。
在进一步优选的方式中，所述膜片和支撑部分可以一体地制造和/或形成一个整体。通过这种方式，可以省去将所述膜片随后连接到所述支撑部分。因此，所述膜片和支撑部分之间的任何过渡都不易损坏。
如果所述膜片和/或支撑部分完全通过3D丝网印刷制造，则也是有利的。特别的，3D丝网印刷可用于生产所述膜片，并在同一过程中生产支撑部分，从而实现整体高效生产。也可能仅部分膜片和/或支撑部分是通过3D丝网印刷形成的。因此，材料部分可以首先通过其他工艺制造，然后通过3D丝网印刷工艺补充其他材料层，以获得所述膜片或支撑部分各自所需的最终形状。以这种方式可以进一步提高制造灵活性。
根据本发明的另一实施例，所述膜片可以在没有机械后处理的情况下制造，特别是在没有机加工后处理的情况下制造。这里应理解为机械后处理，即对已经存在的轮廓或表面进行机械加工工艺，以改变几何形状或表面精度。通常用于3D丝网印刷技术的干燥和烧结工艺在这里不被理解为机械后处理。
通过避免机械后处理，可以以特别有利的方式减少制造工作量。也可以在任何烧结工艺之前进行机械后处理，特别是在干燥工艺之后。换句话说，对尚未烧结的生坯进行机械后处理，这可以用相对较少的工作量来完成。
有利地，所述膜片可以仅通过3D丝网印刷来制造。因此，可以通过3D丝网印刷，特别是通过在3D丝网印刷工艺中形成多个层来形成膜片，并且在完成3D丝网印刷步骤后可能已经获得最终的膜片。在这种情况下，借助3D丝网印刷的形成可以有利地以这样的方式进行，即以可以避免机械后处理，特别是机加工后处理的方式。同样，所述支撑部分也可以仅通过3D丝网印刷制造。
有利地，所述膜片可以由多个层制成。在特别优选的方式中，所述膜片由多个至少三层和/或至多十五层制成。同样，所述膜片可由多于四层且少于十二层制成。特别地，所述膜片可以由五至十五层、或十至十五层、或三至十二层、三至十层、或五至十层、或六至八层制成。
根据本发明成型体的另一有利实施例，所述支撑部分可以由多个印刷层制成。特别地，所述膜片和支撑部分都可以分别由多个印刷层形成。在这种情况下，所述膜片的至少一个印刷层可以具有比所述支撑部分的印刷层更小的厚度。
通过由相对较小厚度的多个层形成所述膜片，可以获得具有相对高精度的总膜片厚度。相比之下，可以通过由相对较大厚度的多个层形成所述支撑部分来实现快速生产。通过使用相对较厚的层，只需几个工艺步骤即可实现所需的支撑部分总高度。这样可以提高生产效率。
如果在周向上与所述膜片相邻的区域中的支撑部分具有与所述膜片的层厚对应的层厚，则可以是进一步有利的。同样，在周向上与所述膜片相邻的区域中的支撑部分可以由不间断地合并到所述膜片的层的层制成。因此，所述膜片和支撑部分的在周向上与所述膜片相邻的区域可以各自由连续印刷的层制成。这种连续层的印刷可以通过3D丝网印刷轻松实现。
所述支撑部分可以作为一个整体由不同厚度的层形成。特别地，通过3D丝网印刷与所述膜片的层连续制造的印刷层可以在它们的厚度方面与随后印刷的层不同地形成，以实现所述支撑部分的相应期望的总高度。
进一步优选地，所述膜片是流体密封的，特别是气密和/或液体密封的。特别地，所述膜片的厚度和/或材料和/或所述膜片的层数和/或层厚被选择为以实现流体密封特性，特别是气密和/或液体密封。这样，可以可靠地阻断气体或液体介质通过成型体的膜片的通路，从而确保高度的操作安全性。
根据另一优选实施例，所述膜片可以至少部分具有圆弧的、特别是圆形的外周形状。在所述膜片的这种实施例中，所述支撑部分可以具有圆弧的或圆形的内周形状。例如，所述支撑部分在形状上可以是大致环形的并且可以在其圆形内周形状处邻接所述膜片或合并到所述膜片中。所述膜片或支撑部分的这种设计确保了所述膜片和支撑部分之间的过渡区域中的均匀材料应力，这意味着尤其可以避免负载峰值。
同样地，所述膜片可以具有多个角的外周形状。在优选的方式中，所述膜片可以具有四边形或矩形、特别是正方形的外周形状。类似地，所述膜片可以具有三角形、五边形或六边形的外周形状。
如上所述，具有角形的外周的膜片形状可以在操作期间改进流体的压力测量。特别是，矩形的变形可以有利于流体的压力测量或能够使测量精度提高。
在进一步优选的方式中，所述支撑部分具有对应于所述膜片的外周形状的内周形状。例如，在圆形膜片的情况下，所述支撑部分的内周形状也可以是圆形的，从而确保如上所述从膜片到支撑部分的均匀的力传递。相反，在膜片外周形状是矩形、特别是正方形的情况下，所述支撑部分的内周形状可以是矩形或正方形。
如果所述支撑部分，特别是所述支撑部分的横截面，至少部分地具有圆弧的、特别是圆形的和/或圆柱形的外周形状，则可以是进一步有利的。同样地，所述支撑部分，特别是所述支撑部分的横截面，具有至少一个角的外周形状是可能的。
所述支撑部分有利地围绕所述膜片延伸，特别是完全围绕所述膜片。所述支撑部分可以完全地和/或不间断地包围和/或支撑所述膜片。所述支撑部分可以是环形的。
根据另一实施例，所述支撑部分的外周形状可以对应于所述支撑部分的内周形状，导致所述支撑部分在围绕膜片的周向上的壁厚基本恒定。类似地，所述支撑部分的外周形状可以与所述支撑部分的内周形状不同。例如，所述支撑部分的内周形状的横截面可以是正方形，而外周形状的横截面可以是圆形，这可能是有利的，例如，相对于安装空间的约束。因此可以独立于外周形状来选择内周形状，从而实现更高程度的设计灵活性。
最后，所述支撑部分可沿纵向延伸具有不同内周形状的部分。
因此，所述支撑部分可以有利地沿着纵向延伸而具有不同内周形状和/或内周尺寸的部分。所述膜片的外周可以由所述支撑部分的第一部分复制。具有与第一部分不同并且在纵向延伸上恒定的内周形状和/或尺寸的第二部分可以优选地形成所述支撑部分的纵向范围的至少25％。
纵向延伸在此被理解为所述成型体的高度方向。所述成型体的纵向延伸或高度方向可以横向于所述膜片的延伸。
因此，可以以有利的方式在所述成型体的高度方向或纵向延伸上在所述支撑部分的内周上形成走向变化。第一部分可以复制所述膜片的外周和/或至少部分地围绕它。在这种情况下，第一部分也可以在纵向方向或高度方向上超出所述膜片。紧接着第一部分或与该第一部分相距一段距离，第二部分可以设置有与第一部分不同并且纵向延伸恒定的内周形状和/或尺寸。该第二部分可以形成所述支撑部分纵向延伸的至少25％，即构建地相对较高。
通过改变所述支撑部分的内周形状和/或内周尺寸或者通过改变所述支撑部分的内周的走向，所述成型体的功能可以特别有利地适应相应的使用条件。例如，围绕所述膜片的支撑部分的一部分可以限定所述膜片的外部几何形状或复制它。所述支撑部分的另一部分可以设计成考虑到快速制造，特别是基于沿着所述支撑部分的高度方向的25％的最小延伸。以这种方式提高制造灵活性。
例如，内周可以由角形部分和邻接的圆形部分形成。特别地，所述角形部分可以与所述成型体的膜片相邻。
用于密封元件的可能的容纳部不应被视为内周形状和/或尺寸的变化，因为它们仅在所述支撑部分的小的高度上延伸。特别地，限定密封容纳部的部分形成了小于所述支撑部分纵向延伸的25％。
根据优选实施例，所述支撑部分的第二部分可以形成所述支撑部分的纵向延伸的至少30％，优选地35％，更优选地40％，更优选地45％，更优选地50％，还更优选地55％，还更优选地60％。以这种方式可以提高制造效率。
根据特别优选的实施例，位于所述膜片外周上的两点之间的最大可能距离可以小于20mm，优选小于18mm，优选小于16mm，特别是约15mm。同样，相应的距离可以小于15mm，例如小于10mm，优选地小于8mm，优选地小于6mm，优选地小于5mm，优选地小于4.5mm或小于4mm。
此外，位于所述膜片外周上的两点之间的最大可能距离大于2mm，优选大于3mm，更优选大于4mm，还更优选大于5mm或8mm或大于10mm是可能的。
一方面，这样的膜片尺寸确保了相对较小的设计。同时，可以高质量可重复地制造具有这种尺寸的膜片。
位于所述膜片的外周上的两点之间的最大可能距离可能尤其关系到所述膜片的直径或对角线，尤其是在所述膜片的平面图中的膜片的直径或对角线。位于所述膜片的外周上的两点之间的最大可能距离尤其涉及位于所述膜片平面上的点，尤其是在膜片表面上或平行于膜片表面的平面。
根据进一步有利的实施例，在所述支撑部分的横截面中，位于所述支撑部分外周上的两点之间的最大可能距离可以小于25mm，优选地小于22mm，优选地小于20mmmm，更优选小于15mm，更优选小于12mm，更优选小于10mm，再更优选小于9.5mm，再更优选约9mm或小于9mm。
此外，以有利的方式，在所述支撑部分的横截面中，位于支撑部分外周上的两点之间的最大可能距离可以大于5mm，优选大于7mm，优选大于8mm或大于10mm。
以这种方式确定尺寸的支撑部分一方面可以确保足够的稳定性，同时也可以确保紧凑的尺寸。所述支撑部分外周上两点之间的最大可能距离可以是直径或对角线。位于支撑部分的外周上的两点之间的最大可能距离尤其涉及位于所述支撑部分的平面上的点，尤其是与支撑部分的纵向延伸垂直的平面。此外，这样的平面可以在膜片表面上和/或平行于膜片表面。
根据另一优选实施例，所述膜片可以具有高度和/或厚度结构。这可以理解为所述膜片在所述成型体的高度方向上的厚度或延伸的变化。于是，所述膜片可以具有不同厚度和/或在所述成型体的高度方向上不同厚度和/或延伸的部分。因此可以以合适的方式影响所述膜片的变形行为。
根据进一步优选的实施例，可以设置多个所述膜片。特别地，所述膜片可以彼此分开和/或间隔开。不同的膜片可以通过所述支撑部分的材料部分彼此分开。不同的膜片可以沿着共同平面延伸和/或横向于成型体的高度方向彼此间隔开。所述膜片可以在操作中用于不同的测量目的，特别是用于不同的测量范围。
在另一优选方式中，所述膜片和/或支撑部分可以印刷有至少一个电路。通过3D丝网印刷产生的电路可以布置在所述膜片和/或支撑部分上。以这种方式可以进一步降低制造工作量，因为不仅所述膜片或支撑部分以3D丝网印刷方式生产，还有在每种情况下传感器操作所需的电路。
本发明的另一个独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片和支撑部分至少部分由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷制成，并且在所述支撑部分的横截面中，位于支撑部分外周上的两点之间的最大可能距离小于25mm，特别是小于20mm。
本发明的又一独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，其具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片至少部分地由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷制成，并且位于所述膜片外周上的两点之间的最大可能距离小于20mm，尤其是小于18mm。
本发明的又一独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片和支撑部分至少部分地由陶瓷材料制成通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷制成，并且位于所述膜片外周上的两点之间的最大可能距离小于20毫米，特别是小于18毫米。
本发明的又一独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片至少部分由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷制成，并且至少部分具有小于0.5mm的厚度。
本发明的又一独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片和支撑部分至少部分由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷制成，以及所述膜片至少部分具有小于0.5mm的厚度。
本发明的又一独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片至少部分地由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷制成，并具有高度和/或厚度结构。
本发明的又一独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分制成，所述膜片和支撑部分至少部分地由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷，以及所述膜片具有高度和/或厚度结构。
本发明的又一独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有多个膜片并且具有支撑所述膜片的支撑部分，所述多个膜片和所述支撑部分至少部分地由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷制成，并且所述膜片被设计为彼此分离和/或间隔开。
本发明的又一独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述支撑部分至少部分地由陶瓷材料通过增材制造制成，尤其是3D丝网印刷制成，并且所述支撑部分沿纵向延伸具有不同的内周形状和/或尺寸的多个部分，所述支撑部分的第一部分形成所述膜片的外周，并且第二部分形成所述支撑部分的纵向延伸的至少25％，所述第二部分具有不同于第一部分并且沿纵向延伸恒定的内周形状和/或尺寸。
本发明的又一独立方面涉及一种成型体，特别是用于压力传感器的成型体，具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片和支撑部分至少部分地由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是3D丝网印刷制成，并且所述支撑部分沿纵向延伸具有不同内周形状和/或尺寸的多个部分，所述支撑部分的第一部分形成所述膜片的外周，并且第二部分形成所述支撑部分的纵向延伸的至少25％，所述第二部分具有不同于第一部分并且沿纵向延伸恒定的内周形状和/或尺寸。
本发明还涉及一种压力传感器，特别是用于测量流体压力的传感器，具有如上所述的成型体和电气装置，通过该电气装置可以检测所述膜片的变形。例如，该电气装置可以布置在所述膜片或支撑部分上。
最后，本发明还涉及一种压力传感器，特别是用于测量流体压力的传感器，其具有包括膜片和支撑所述膜片的支撑部分的成型体，所述膜片和支撑部分至少部分由陶瓷材料通过增材制造制成，特别是由3D丝网印刷制成。
最后，本发明的又一个独立方面涉及一种传感器主体，特别是用于压力传感器的传感器主体，其具有膜片和支撑所述膜片的支撑部分，所述膜片和支撑部分至少部分由陶瓷材料通过3D丝网印刷制成。
最后，本发明还涉及一种用于制造成型体、特别是上文所述的成型体和/或传感器主体的方法，其中具有带至少一个角的外周的膜片和支撑膜片的支撑部分至少部分通过3D丝网印刷制成。
最后，本发明还涉及一种用于制造成型体、特别是上文所述的成型体和/或传感器主体的方法，其中厚度小于0.5mm的膜片和支撑膜片的支撑部分至少部分通过3D丝网印刷制成。
以有利的方式，可以在烧结过程之前对所述膜片和/或所述支撑部分进行后处理，特别是机械后处理。于是，所述成型体可以首先印刷接着干燥，然后在任何烧结之前进行机械精加工。因此，尚未烧结的生坯可以进行机械再加工，由于硬度仍然很低，这可以仅需少量工作完成。
上述关于成型体的细节也同样适用于根据本发明的方法，适用于上述压力传感器，以及也适用于上述提到的根据本发明的另外的独立方面的成型体和/或传感器主体。
附图说明
下面参考附图基于有利的实施例以示例的方式对本发明作说明。每种情况参见图示：
图1是成型体从上方的透视图；
图2是成型体从下方的透视图；
图3是根据图1和2的成型体的仰视图；
图4是根据图1-3的成型体的俯视图；
图5是根据图14的成型体的纵向剖视图；
图6是图5的详细视图A；
图7是根据本发明的成型体的另一实施例从下方的透视图；
图8是根据图7的成型体的仰视图；
图9是根据本发明的成型体的又一实施例的从下方的透视图；
图10是根据图9的成型体的仰视图；
图11是根据本发明的成型体的又一实施例的从下方的透视图；
图12是根据图11的成型体的仰视图；
图13是根据图11和12的成型体的纵向剖视图；
图14是根据本发明的成型体的又一实施例的从下方的透视图；
图15是根据图14的成型体的仰视图；
图16是根据图14和15的成型体的纵向剖视图；
图17是根据本发明的成型体的又一实施例的从下方的透视图；
图18是根据图17的成型体的仰视图；
图19是根据图17和18的成型体的纵向剖视图；
图20是根据本发明的成型体的又一实施例的从下方的透视图；
图21是根据图20的成型体的仰视图；
图22是根据图20和21的成型体的纵向剖视图；
图23是根据又一实施例的成型体的从下方的透视图；
图24是根据图23的成型体的仰视图；
图25是根据图23和24的成型体的纵向剖视图；
图26是根据本发明的成型体的又一实施例的从下方的透视图；
图27是根据图26的成型体的仰视图；
图28是根据图26和27的成型体的纵向剖视图；
图29是根据又一实施例的成型体的从下方的透视图；
图30是根据图29的成型体的仰视图；
图31是根据图29和30的成型体的纵向剖视图；
图32是根据本发明的成型体的又一实施例的从下方的透视图；
图33是根据图32的成型体的仰视图；
图34是根据图32和33的成型体的纵向剖视图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但本发明不限于下面的实施例。
图1和图2是根据实施例的成型体10的透视图。图3至6是根据图1和图2的实施例的所述成型体10的进一步图示。所述成型体10的其他实施例示于图7至13以及图14至34。
图1至34所示的成型体10特别适合用于测量流体压力的压力传感器。所述成型体10有利地是传感器主体，尤其是用于压力传感器的传感器主体。
从图1至34中可以看出，所述成型体10具有膜片12和支撑所述膜片的支撑部分14。在根据图1至6的示例性实施例中，所述膜片12是圆形的。图7至34的实施例与图1至图6的实施例的不同基本上在于所述膜片12的形状和/或所述膜片的数量上，这将在下面更详细地解释。例如，根据图7至16，提供了具有角形外周形状的膜片12。根据图17至34，提供了另外的膜片形状或膜片设计。
所述膜片12可以至少部分通过增材制造制成，特别是通过3D丝网印刷制成。同样，所述支撑部分14可以通过增材制造，特别是3D丝网印刷来制造。所述膜片12和支撑部分14优选地一体制造和/或形成一个整体。
在优选的方式中，所述膜片12和/或支撑部分14完全通过3D丝网印刷制造。此外，所述膜片12和/或支撑部分14可以仅通过3D丝网印刷制造，特别是无需机械后处理。
所述膜片12至少部分具有小于0.5mm、更优选小于0.4、小于0.35、小于0.3、小于0.25、优选小于0.225且更优选小于0.2mm的厚度。类似地，所述膜片可以至少部分具有大于0.1mm、优选大于0.15mm、更优选大于0.175mm或大于0.2mm的厚度。根据图23至31中的实施例，还可以部分设置更大的厚度，这将在下面进一步说明。
在所述成型体10的上侧16上，所述支撑部分14与所述膜片12齐平。相反，在所述成型体10的下侧18上，所述支撑部分14相对于所述膜片12突出，使得空腔20形成在所述支撑部分14的内部。所述空腔20朝向所述成型体10的上侧16被所述膜片12限制。在所述成型体10的下侧18处，空腔20是开放的。
所述上侧16可以是背离介质的一侧。另一方面，所述下侧18可以是所述成型体10的面向介质侧或介质侧。
用于密封环或O形环的容纳部21可形成在面向介质的下侧18上，参见图5的纵向剖视图。所述容纳部21优选地形成在所述支撑部分14的内周上。特别地，所述容纳部21可以形成为四周延伸的斜面或倒角。
有利地，所述膜片12可以包括通过3D丝网印刷方法印刷的至少三层。优选地，所述膜片12最多可包括十五层。根据图23至31中的实施例，部分可以有超过十五层，这将在下面进一步说明。
图6示意性地示出了所述膜片12和支撑部分14的不同层23的图示。所述膜片12的各个层23a的厚度可以小于所述支撑部分14的至少一层23b的厚度。这尤其适用于所述支撑部分14的区域22，其沿着所述成型体10的高度方向24或沿着纵向延伸相对于所述膜片12突出。
在图6中，可以进一步看出，所述支撑部分14的在圆周方向上围绕所述膜片12的区域26可以具有与所述膜片12的相应层厚度相同的层厚度。特别地，所述膜片12的相应层23a可以与层23c连续，层23c形成所述支撑部分14的在圆周方向上围绕所述膜片12的区域26。尽管未详细示出，但是可以在所有实施例中提供层的这种形成。
如上所述，所述支撑部分14可以围绕所述膜片12，特别是完全环绕它。所述支撑部分14可以是圆形的，特别是具有圆形的外周形状，例如，参见图1至4以及9至34。圆形的外周形状可被外周上的凹痕中断。类似地，所述支撑部分14可具有角形外周形状，例如参见图7和图8。虽然没有更详细地示出，但是根据图1至图4以及图9至图34的实施例可以提供有角形外周形状的支撑部分14。
所述支撑部分14的内周形状可以至少部分地对应于所述膜片12的外周形状。当所述膜片12的外周形状为圆形时，所述支撑部分14的内周形状可以至少部分也为圆形，例如参见图1至4所示。当所述膜片12的外周形状是有角的时，所述支撑部分14的内周形状至少部分地也可以是有角的，例如，参见图7至12所示。
所述膜片12，当如图1至6所示为圆形时，直径可小于18mm、优选小于16mm、更优选约15mm、更优选小于15mm、更优选小于12mm、更优选小于10mm、更优选小于8mm，更优选小于6mm，更优选小于4.5mm，甚至更优选小于4mm。
在矩形或方形膜片外周形状的情况下，根据图7至13，前述值可以指所述膜片12的可能对角线，特别是所述膜片12的平面图中的对角线。这也可以相应地适用于图14至34中所示的其他膜片形状。
在从下侧18到支撑部分上的横截面或仰视图中，例如参见图3、10、12、15、18、21、24、27、30和33所示，和/或在上侧16的俯视图中，例如参见图4所示，所述支撑部分的外径可小于25mm，优选小于22mm，更优选小于20mm，更优选小于15mm，更优选小于12mm，更优选小于10mm，甚至更优选小于9.5mm，甚至更优选约为9mm或小于9mm。
在所述支撑部分14的外周形状为矩形或正方形的情况下，参见图7和8，前述值可以指对角线，特别是在成型体10的俯视图中和/或成型体10的仰视图中。
在图7和8所示的实施例中，所述膜片12具有正方形外周形状。所述支撑部分14具有正方形的外周形状和正方形的内周形状。正方形内周形状沿着所述支撑部分14的纵向延伸是恒定的。
在图9和10所示的实施例中，所述膜片12也具有正方形外周形状。所述支撑部分14具有正方形的内周形状但具有圆形的外周形状。正方形内周形状沿着所述支撑部分14的纵向延伸是恒定的。
在根据图11至13所示的实施例中，所述膜片12也具有正方形外周形状。所述支撑部分14沿其纵向延伸具有圆形外周形状和不同的内周形状。例如，所述支撑部分14的内周形状在围绕所述膜片12的部分28中是正方形的。具有正方形内周形状的部分28在高度方向24上从所述膜片12上突出。具有圆形内周形状的部分30邻接具有正方形内周形状的部分28。这导致在所述支撑部分14的内周处形成台阶32。
图14至16的实施例关于所述膜片12的外周形状或相对于所述支撑部分14的部分28的内周形状与图11至13中的实施例不同。根据图14至16的实施例，所述膜片12也具有角形外周形状或具有带有角34的外周形状。然而，在角34之间延伸的所述膜片12的边界是弯曲的或具有弯曲的形状，特别参见图15。根据图14至16，在角34之间延伸的所述膜片12的边界向内弯曲。因此，所述支撑部分14的部分28具有向内弯曲的壁部分36。在根据图15的仰视图中，这因此导致所述膜片12具有角形状以及横向收缩。针对应用的有利特性可以通过所述膜片12的这种形状来实现。
图17至19的实施例关于所述膜片12的外周形状或相对于所述支撑部分14的部分28的内周形状与图14至16中的实施例不同。根据图17至19的实施例，所述膜片12也具有角形外周形状或具有带有角34或圆角34的外周形状。在角34或圆角34之间延伸的所述膜片12的边界也是弯曲的或具有弯曲形状，特别是在图18中可以看出。
然而，根据图17至19，在角34之间延伸的所述膜片12的边界向外弯曲，这与根据图14至16的实施例不同。因此，所述支撑部分14的部分28具有向外弯曲的壁部分36。在根据图18的仰视图中，这因此导致所述膜片12具有圆角形状以及横向凸起。针对应用的有利特性可以通过所述膜片12的这种形状来实现。
图20至22的实施例关于所述膜片12的外周形状或相对于所述支撑部分14的部分28的内周形状与图14至16中的实施例不同。根据图20至22的实施例，所述膜片12也具有角形外周形状或带有角34的外周形状。
然而，根据图20至22，在角34之间延伸的所述膜片12的边界是波纹状的或具有波纹状的形状，特别是从图21中可以看出。因此，所述支撑部分14的部分28具有波纹状和/或波浪状壁部分36。在根据图21的仰视图中，这因此导致所述膜片12具有整体角形状以及横向波纹边界或横向波纹形状。
也可以设置齿形的或锯齿状的所述膜片12的边界，而不是横向波纹边界或横向波纹形状。在这种情况下，在角34之间通过锯齿状限制来限定所述膜片12。这种成形可以确保针对应用的有利特性。
图23至25的实施例关于所述膜片12的设计与图1至6中的实施例不同。根据图23至25的实施例，所述膜片12也具有圆形外周形状，但具有高度或厚度结构。这可以被理解为所述膜片12在高度方向24上的厚度或延伸的变化。因此，根据图23至25的膜片12具有不同厚度或在所述成型体10的高度方向24上不同厚度的多个部分。
与具有更小厚度或在高度方向24上更小厚度或延伸的膜片部分相比，具有更大厚度或在高度方向24上更大厚度或延伸的膜部分相应地可以通过更多的层数和/或通过更大的层厚制成。
从图23至25可以看出，所述膜片12具有相对较小厚度的内部部分38。内部部分38被多个更大厚度的外部部分40和42围绕。如图24所示，内部部分38在仰视图中可具有三叶草状形状或三叶草状外部轮廓。较大厚度的外部部分40和42可延伸到内部部分38中以形成支撑结构。所述膜片12的回弹性能可以以这种方式受到影响。
所述外部部分40和42的尺寸可以以这样的方式确定，即它们本身在操作期间表现出弹性或确保可以在操作期间测量的柔性。所述外部部分40可以具有恒定的厚度。外部部分42又可以是阶梯式设计并且因此具有两个不同的厚度范围。具有更大厚度的外部部分42的区域可以分别由高度方向24上的延伸部44形成。参照图23至25，所述膜片12的厚度可以从所述膜片的外周到中心逐渐减小。所述外部部分40和42可以以板簧的方式为内部部分38提供支撑功能。
图26至28的实施例关于所述膜片12的设计与图11至13中的实施例不同。根据图26至28中的实施例，所述膜片12也具有角形外周形状，但同样具有高度或厚度结构。如上所述，这可以被理解为所述膜片12在高度方向24上厚度或延伸的变化。因此，根据图26至28的所述膜片12具有不同的厚度或在所述成型体10的高度方向24上不同厚度的多个部分。
从图26至28可以看出，所述膜片12具有相对较小厚度的外部部分46。外部部分46进一步围绕更大厚度的内部部分48。所述内部部分48可具有不同的厚度。特别地，所述内部部分48可以包括进一步加厚的中央部分50。所述中央部分50可以由高度方向24上的块状突起形成。所述内部部分48和/或中央部分50可以形成分别用于整个膜片12和所述膜片12的外部部分46的支撑结构。所述膜片12的回弹性能可以以这种方式受到影响。
所述内部部分48和/或中央部分50的尺寸可以以这样的方式确定，即它们本身在操作中表现出弹性或确保可以在操作中测量的柔性。还可能的是，中央部分50形成所述膜片12的局部硬化并且仅内部部分48的剩余部分的尺寸和/或设计用于操作中的弹性。所述膜片12、特别是内部部分48的剩余部分以及外部部分46的回弹性能，可以以这种方式受到影响。
因此，根据图26至28的膜片12的厚度，可以从膜片的外周到中心逐渐增加。特别地，所述内部部分46和/或中央部分50可以以板簧的方式为所述外部部分46提供支撑功能。
图29至31的实施例关于所述膜片12的设计与图1至6中的实施例不同。根据图29至31的实施例，所述膜片12也具有圆形外周形状，但同样具有高度或厚度结构。如上所述，这可以被理解为所述膜片12在高度方向24上的厚度或延伸的变化。因此，根据图29至31的所述膜片12在成型体10的高度方向24上具有不同厚度或不同延伸的多个部分。
从图29至31可以看出，所述膜片12沿其大部分表面积具有相对低的厚度。然而，在总共四个限定点处，所述膜片12具有局部受限的支撑结构52。所述支撑结构52在所述成型体10的高度方向24上形成延伸，使得所述膜片12在支撑结构52的区域中在高度方向24上具有更大的延伸。在所述膜片12偏转的情况下，例如在操作期间的压力测量过程中，所述支撑结构52可以与支撑部分14的内周表面侧向接触，从而确保偏转限制。以此方式，可以适当地影响所述膜片12的偏转行为并且提高操作安全性。
图32至34的实施例关于所述膜片的设计与图11至13中的实施例不同。因此，根据图32至34的实施例，提供了彼此分开设计的两个膜片12a和12b。根据图32至34的支撑部分14沿其纵向延伸具有不同内周形状的多个部分，即围绕膜片12a和12b的部分28，以及在高度方向24上邻接部分28的部分30。这又导致台阶32在所述支撑部分14的内周处。
所述支撑部分14的部分30具有圆形内周形状。相反，所述支撑部分的部分28具有限定膜片12a和12b的外周形状的凹槽。所述膜片12a和12b由此可以具有不同的尺寸，特别是在平面延伸方面，和/或不同的厚度，这可以特别从图33和34中得出。在根据图32至34的实施例中，所述膜片12a和12b可各自具有正方形或矩形外周形状。然而，对于所述膜片12a和12b，其他外周形状也是可行的，例如，参见图14至22描述的膜片外周形状。此外，还可以提供更多数量的膜片。总之，具有多个膜片的实施例可以扩展操作中的测量功能，例如覆盖不同的测量范围。
根据所有实施例，所述成型体10或支撑部分14的总高度，特别在高度方向24上或沿着所述成型体10的纵向延伸，可以小于15mm、优选小于12mm、更优选小于10mm、更优选小于8mm、更优选小于6mm、甚至更优选小于4mm或约为4mm。此外，所述成型体10或所述支撑部分14，特别是在高度方向24上或沿成型体10的纵向延伸上，可具有大于2mm、更优选大于3mm的总高度。
根据所有实施例，所述成型体10可以优选地由陶瓷材料制成，特别是由氧化铝或由包含氧化铝的材料制成。特别地，所述膜片12和/或支撑部分14可以由该陶瓷材料制成。因此，所述膜片12以及支撑部分14的材料可以彼此相同或不同。所述膜片12以及支撑部分14可能具有相同的基本材料但不同的添加剂并且因此具有彼此不同的材料成分。
此外，根据所有实施例，所述支撑部分14在不同区域可以由不同材料或材料成分组成。所述支撑部分14的在圆周方向上围绕所述膜片12的区域22，可以由与膜片12相同的材料或相同的材料成分制成。相反，所述支撑部分14可以在区域26中由不同的材料制成或者不同的材料成分制成，其在高度方向24上或沿着成型体10的纵向延伸相对于膜片12突出。
所述成型体10可以通过增材以最小的工作量制造，特别是通过3D丝网印刷制造。膜片12的任何后处理，特别是机械后处理可以被避免或减少到最低限度。以此方式，增材制造可用于直接实现膜片12的所需厚度或特性，而无需借助研磨或抛光的机械后处理。
所述膜片12和支撑部分14的一体式设计还可以避免膜片12和支撑部分14之间的后续连接步骤。总体而言，可以以这种方式仅以最少的制造工作制造模制部件10同时满足高品质要求。
在用于制造模制部件10的方法中，厚度小于0.5mm的膜片12和支撑所述膜片12的支撑部分14可以至少部分通过3D丝网印刷制造。
有利地，所述膜片12和支撑部分14的在圆周方向上围绕膜片12的区域22，可以首先印刷几层。随后，所述支撑部分14的在高度方向24上或沿着成型体10纵向延伸相对于膜片12突出的另外的层，可以通过施加另外的层来制造。这产生了所述支撑部分14的区域26。
所述区域26中的层厚度可以大于所述支撑部分14的区域22中的层厚度。以此方式，可以高精度地制造膜片12或支撑部分14的围绕膜片12的区域22。另一方面，由于区域26中的层厚较高，因此可以在高制造速度下实现所述支撑部分14所需的总高度。
Claims (26)
1.一种制造成型体（10）的方法，其中，具有带有多个角的外周形状的膜片（12）和支撑所述膜片（12）的支撑部分（14）至少部分是通过3D丝网印刷制成，其中所述膜片（12）和所述支撑部分（14）由相同的材料制成，其中所述膜片（12）和所述支撑部分（14）各自完全由陶瓷材料制成，其中所述膜片（12）和所述支撑部分（14）一体地制造和/或形成一个整体，其中所述膜片（12）和所述支撑部分（14）各自由多个印刷层形成，其中所述膜片（12）的至少一个层印刷有比所述支撑部分（14）的印刷层更小的厚度，并且其中用于密封环的容纳部(21)形成在所述支撑部分(14)的内周上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）至少部分具有小于0.5mm的厚度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）至少部分具有大于0.1mm的厚度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）和/或所述支撑部分（14）完全通过3D丝网印刷制造。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）无需机械精加工操作。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）无需机器精加工操作。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）由至少3层和/或至多15层制成。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在周向上与所述膜片（12）相邻的区域（22）中的所述支撑部分（14）制成为具有与所述膜片（12）的层厚对应的层厚。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在周向上与所述膜片（12）相邻的区域中的所述支撑部分（14）制成为由不间断合并到所述膜片（12）的层的层制成。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）被设计为流体密封的。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）被设计为气密的。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）的厚度和/或材料和/或所述膜片（12）的层数和/或层厚被选择为以实现流体密封特性。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）的厚度和/或材料和/或所述膜片（12）的层数和/或层厚被选择为以实现气密特性。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）制成为具有四边形、矩形、三角形、五边形或六边形的外周形状。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑部分（14）制成为具有对应于所述膜片（12）的外周形状的内周形状。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑部分（14）制成为具有对应于所述支撑部分（14）的外周形状的内周形状。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑部分（14）制成为使得所述支撑部分（14）的内周形状与所述支撑部分（14）的外周形状不同。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑部分（14）制成为具有沿着纵向延伸具有内周形状不同的部分。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）制成为使得位于所述膜片（12）的外周上的两点之间的最大距离小于18mm。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，位于所述膜片（12）的外周上的两点之间的最大距离由所述膜片（12）的直径或对角线限定。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑部分（14）制成为使得在所述支撑部分（14）的横截面中，位于所述支撑部分（14）的外周上的两点之间的最大距离小于25mm。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，位于所述支撑部分（14）的外周上的两点之间的最大距离由直径或对角线限定。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）制成为具有高度和/或厚度结构。
24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）制成为在高度方向（24）上的延伸和/或厚度方面具有变化。
25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片（12）制成为具有厚度和/或在高度方向上的延伸不同的多个部分。
26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置有若干个彼此分开的膜片。
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