CN114030175A - 用于构件的增材制造的设备和方法 - Google Patents

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迈克尔·托马斯
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Abstract

本发明涉及用于构件的增材制造的设备。该设备包括具有挤出喷嘴的增材制造头和围绕挤出喷嘴设置的或集成到挤出喷嘴中的用于产生等离子体的等离子体源。本发明还涉及用于构件的增材制造的方法。在该方法中，借助围绕增材制造头的挤出喷嘴设置的或集成到挤出喷嘴中的等离子体源产生等离子体。此外，将材料熔融、挤压通过挤出喷嘴并使其层状沉积。此外，用等离子体进行处理，其中在沉积之前用等离子体处理材料层状沉积在其上的表面，并且/或者在沉积之前、期间和/或之后用等离子体处理材料。

Description

用于构件的增材制造的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于构件的增材制造的设备。该设备包括具有挤出喷嘴的增材制造头以及围绕所述挤出喷嘴设置或集成到所述挤出喷嘴中的用于产生等离子体的等离子体源。此外，本发明还涉及用于构件的增材制造的方法。在该方法中，借助围绕增材制造头的挤出喷嘴设置的或集成到挤出喷嘴中的等离子体源来产生等离子体。此外将材料熔融、按压通过挤出喷嘴且将其层状沉积。此外，用等离子体进行处理，其中在沉积之前用等离子体处理材料层状沉积在其上的表面，并且/或者在沉积之前、期间和/或之后用等离子体处理材料。
背景技术
各种增材制造方法(熔融沉积成型、激光烧结、立体光刻、粘结剂喷射等) 是目前的现有技术。利用它们可以由不同的材料(例如聚合物、陶瓷、金属) 生产复杂的三维物体。在这种情况下，这些构件在计算机控制下由各个层构建。这些技术的主要优点一方面是设计自由度高，另一方面是在小件数的情况下成本低。然而通常不利的是，制造时间长以及打印构件的表面品质通常低(例如高粗糙度)。通常获得的构件表面还不具有期望的性质。
目前最广泛使用的增材制造方法是所谓的熔融沉积成型(FDM)。在这种情况下，将热塑性聚合物(例如PLA、ABS、PC、PET、PP、PEEK、PA等)热熔融、按压通过挤出喷嘴并且然后在计算机控制下空间分辨地沉积。
发明内容
从此出发，本发明的目的是：提供用于构件的增材制造的设备或方法，利用该设备或方法可以以快速的方式生产具有提高的表面品质/或改善的特性的构件。
所述目的在用于构件的增材制造的设备方面通过权利要求1的特征得以实现而在用于构件的增材制造的方法方面通过权利要求6的特征得以实现。从属权利要求代表有利的改进方案。
因此根据本发明提供了用于构件的增材制造的设备，该设备包括具有挤出喷嘴的增材制造头以及围绕挤出喷嘴设置或集成到挤出喷嘴中的用于产生等离子体的等离子体源。
通过产生的等离子体可以触发各种过程，这些过程要么有利于3D打印过程 (即增材制造)本身(例如借助挤出喷嘴对材料沉积在其上的表面进行清洁)，要么也为制造的构件添加新功能或改善制造的构件的、特别是制造的构件的表面特性。由此也可以提高构件的表面的表面品质。
可以利用通过等离子体源产生的等离子体对增材制造过程中要沉积或已沉积的材料进行各种改性，通过这些改性可以改善所制造的构件或其表面的特性。例如可以清洁表面上的(例如有机)杂质。此外可以利用产生的等离子体氧化、还原和/或粗糙化表面。还可以在聚合物表面的情况下通过等离子体产生交联。还可以通过等离子体在表面上产生官能团，这些官能团对表面能和粘附行为(改善颜料、漆和粘合剂的粘附性)具有很大影响。通过额外使用的层成形前体，还可以在所谓的等离子体增强化学气相沉积过程(PECVD)中在具有不同功能 (例如疏水、亲水、抗粘附、扩散阻挡层等)的表面上产生(薄)膜。
由于等离子体源围绕挤出喷嘴设置或集成到挤出喷嘴中，因此材料或表面通过等离子体的改性可以在构件的增材制造上直接进行，从而可以实现增材制造的构件的原位(表面)改性。在这种情况下可以在沉积之前、期间和/或之后用等离子体处理材料。由于等离子体处理直接在增材制造上进行，因此可以省去在分开的过程中用另外的设备对生产的构件进行的耗时的后处理。以这种方式尽管进行了等离子体处理，也实现了增材制造的构件的相对快速的生产。
因此，通过根据本发明的设备提供了用于构件的增材制造的设备，利用该设备可以以相对快速的方式生产具有提高的表面品质和/或改善的特性的构件。
通过提出的等离子体源可以进行清洁的功能化和涂层操作。为了沉积功能涂层，可以将各种层成形前体(例如六甲基二矽氧、四甲基二硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八氟环丁烷、氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、恶唑啉、马来酸酐及其混合物)直接输送到过程气体或者经由单独的管线输送至涂层区。也可以以不同脉冲的供电电源(kHZ 至MHz范围、不同的工作循环)来操作等离子体源，以便通过保持结构的方式沉积所述前体。
根据本发明的设备的优选实施方式的特征在于，等离子体源包括过程气体供应管路和高压电极。因此可以以简单的方式在设备内以以下方式产生等离子体：通过过程气体供应管路供应的过程气体被高压电极产生的电场电离。等离子体源可以优选适用于通过气体放电产生等离子体，该气体放电优选选自包括介电阻挡式放电、电晕放电、电弧放电、由微波激发的放电、由射频激发的放电及其组合的组。
根据进一步优选的实施方式，等离子体源围绕挤出喷嘴设置并且包括设置在等离子体源的(外)表面上且与过程气体供应管路连接的作为等离子体产生区域的槽，其中，所述槽和高压电极围绕所述挤出喷嘴并且彼此同心地设置。过程气体可以首先经由过程气体供应管路引导到这种设置的槽中，并且然后借助高压电极在槽中产生等离子体。随后，在槽中产生的等离子体可以与材料层状沉积在其上的表面接触，或者与材料本身接触。通过将槽围绕挤出喷嘴并与高压电极同心地设置在等离子体源的表面上，可以以简单的方式实现：等离子体在通过挤出喷嘴沉积的材料附近或在材料沉积在其上的表面附近产生，并且然后可以毫无问题地与通过挤出喷嘴沉积的材料或材料应该沉积在其上的表面接触。此外，通过这种设置可以实现：等离子体均匀分布在围绕挤出喷嘴的区域中，使得新沉积的材料(与挤出喷嘴的运动方向无关)非常快速地与等离子体接触。
对于这种设置特别有利的是：槽可以与材料通过挤出喷嘴沉积或已经沉积的区域接界。因此可以以简单的方式实现向通过挤出喷嘴新沉积的材料和/或材料应该沉积在其上的表面供应等离子体，从而通过等离子体能够实现沉积的材料或其表面的毫无问题的改性和/或能够实现材料应该沉积在其上的表面的毫无问题的改性。
与过程气体供应管路连接的槽可以是等离子体源的外表面内的凹深部。等离子体源的槽设置在其上的(外)表面可以设置为指向与挤出喷嘴的开口相同的方向，待沉积的材料通过该开口离开挤出喷嘴。与过程气体供应管路连接的槽围绕挤出喷嘴优选圆形设置。与过程气体供应管路连接的槽围绕挤出喷嘴优选圆形设置，使得挤出喷嘴位于中心。
等离子体源可以接触挤出喷嘴。等离子体源可以围绕挤出喷嘴柱形设置、可以围绕挤出喷嘴优选柱形贴靠。
本发明意义中的等离子体产生区域可以理解为如下的区域，在该区域中(例如借助过程气体和高压电极)产生或可以产生等离子体。
另一优选实施方式的特征在于，所述等离子体源集成到所述挤出喷嘴中，其中，所述过程气体供应管路与所述挤出喷嘴的用于使熔融材料挤压通过的通道连接，其中所述高压电极围绕所述挤出喷嘴的通道的等离子体产生区域设置，并且其中所述过程气体供应管路与所述挤出喷嘴的通道之间的连接位于所述等离子体产生区域中和/或在所述材料的挤压方向上位于所述等离子体产生区域之前。在这种设置中，可以首先经由过程气体供应管路将过程气体供应至位于挤出喷嘴中的材料，并且随后借助高压电极在该挤出喷嘴内产生等离子体。因此，等离子体可以在挤出喷嘴中与尚未沉积的材料接触。此外，等离子体可以与材料一起从挤出喷嘴逸出，并且然后也可以与已经沉积的材料接触。因此能够以简单的方式实现材料通过等离子体的改性。因此通过这种特别的实施方式可以以简单的方式实现在紧邻材料的附近地方产生等离子体并且因此毫无问题地与通过挤出喷嘴待沉积的或已沉积的材料接触或者与材料应该沉积在其上的表面接触。此外通过这种设置也可以实现的是：等离子体均匀分布在围绕挤出喷嘴的区域中，使得新沉积的材料(与挤出喷嘴的运动方向无关)非常快速地与等离子体接触。
根据本发明的设备的另一优选实施方式的特征在于，等离子体源包括前体气体供应管路，其中该前体气体供应管路优选与一槽连接，该槽设置在等离子体源的(外)表面上并且围绕挤出喷嘴设置。等离子体源的所述槽设置在其上的(外)表面可以指向与挤出喷嘴的开口相同的方向，待沉积的材料通过该开口离开挤出喷嘴。与前体气体供应管路连接的槽围绕挤出喷嘴优选圆形设置。与前体气体供应管路连接的槽围绕挤出喷嘴优选圆形设置，使得挤出喷嘴位于中心。
与前体气体供应管路连接的槽优选不是与过程气体供应管路连接的槽。然而可选地，所述与前体气体供应管路连接的槽可以是所述与过程气体供应管路连接的槽。所述与前体气体供应管路连接的槽优选设置在等离子体源的与所述与过程气体供应管路连接的槽相同的(外)表面上。所述与前体气体供应管路连接的槽距离挤出喷嘴优选具有比所述与过程气体供应管路连接的槽更小的距离。所述与前体气体供应管路连接的槽和/或所述与过程气体供应管路连接的槽围绕挤出喷嘴优选圆形设置。所述与前体气体供应管路连接的槽和/或所述与过程气体供应管路连接的槽围绕挤出喷嘴优选圆形设置，使得挤出喷嘴位于中心。
根据本发明的设备的特别优选的实施方式的特征在于，等离子体源围绕挤出喷嘴设置并且包括设置在等离子体源的(外)表面上并且与过程气体供应管路连接的作为等离子体产生区域的第一槽，该第一槽和高压电极围绕挤出喷嘴并且彼此同心地设置，其中，等离子体源包括前体气体供应管路，并且该前体气体供应管路与第二槽连接，该第二槽设置在等离子体源的(外)表面上并且围绕挤出喷嘴设置。等离子体源的第一槽和第二槽设置在其上的(外)表面可以设置为指向与挤出喷嘴的开口相同的方向，待沉积的材料通过该开口离开挤出喷嘴。优选地，第二槽距离挤出喷嘴具有比第一槽更小的距离。第一槽和/或第二槽围绕挤出喷嘴优选圆形设置。第一槽和/或第二槽围绕挤出喷嘴优选圆形设置，使得挤出喷嘴位于中心。
优选地，所述设备包括用于熔融材料的加热块，所述构件应该由该材料制造。
根据本发明的设备还可以包括接地电极和/或高压发生器。接地电极优选围绕挤出喷嘴设置和/或与高压电极同心设置。
优选地，高压电极和/或接地电极是电绝缘的。
优选地，高压电极和接地电极适于，能够产生具有电位差>1kV(或>1kHz) 的(交变)电场。
优选地，高压电极和/或接地电极是一个圆形的电极或多个圆形的电极。
根据本发明的设备可以是3D打印机、优选是FDM型3D打印机。
等离子体源和/或挤出喷嘴优选包括基体，该基体由温度稳定且不导电的材料、特别优选陶瓷材料或玻璃构成。
根据本发明还说明了用于构件的增材制造的方法，其中，
a)借助围绕增材制造头的挤出喷嘴设置或集成到挤出喷嘴中的等离子体源产生等离子体，
b)将材料熔融、挤压通过挤出喷嘴并使其层状沉积，并且
c)用等离子体进行处理，其中，
-在步骤b)中的沉积之前用等离子体处理在步骤b)中材料层状沉积在其上的表面，并且/或者
-在步骤b)中的沉积之前、期间和/或之后用等离子体处理所述材料。
在步骤a)中借助等离子体源产生等离子体。等离子体源围绕增材制造头的挤出喷嘴设置或集成到挤出喷嘴中。
在步骤b)中，首先将期望构件应该由其制造的材料熔融，并且然后将其挤压通过挤出喷嘴，并且最后使其层状沉积。可以在步骤a)之前、期间和/或之后执行步骤b)。例如可以借助加热块进行材料的熔融。
在步骤c)中进行用等离子体的处理。在用等离子体处理的第一变型中，在步骤b)中的沉积之前用等离子体处理在步骤b)中材料层状沉积在其上的表面。在此例如可以在沉积之前清洁表面。由此可以减少或避免所生产的构件的表面上的杂质，从而改善构件的表面品质和/或(表面)特性。在用等离子体处理的第二变型中，在步骤b)中的沉积之前、期间和/或之后用等离子体处理材料。由此可以对材料或其表面进行改性(例如通过氧化、还原、清洁、粗糙化和/或交联)，从而可以改善构件的表面品质和/或(表面)特性。在用等离子体处理的第三变型中，在步骤b)中的沉积之前用等离子体处理在步骤b)中材料层状沉积在其上的表面，并且在步骤b)中的沉积之前、期间和/或之后用等离子体处理材料。
根据本发明的方法的优选变型的特征在于，在步骤a)中通过气体放电产生等离子体，该气体放电优选选自包括介电阻挡放电、电晕放电、电弧放电、由微波激发的放电、由射频激发的放电及其组合的组。
根据进一步优选的变型，等离子体源具有过程气体供应管路和高压电极，其中为了在步骤a)中产生等离子体，由高压电极产生的电场对通过过程气体供应管路供应的过程气体进行电离。以这种方式可以在所述设备内特别简单地产生等离子体。
根据本发明的方法的另一优选变型的特征在于：
-所述等离子体源围绕所述挤出喷嘴设置，其中，首先经由过程气体供应管路将过程气体引导到所述等离子体源的等离子体产生区域中，在所述等离子体产生区域内产生等离子体，并且随后使等离子体与在步骤b)中材料层状沉积在其上的表面接触和/或与所述材料接触，其中，所述等离子体产生区域优选是槽，该槽设置在所述等离子体源的(外)表面上并且围绕所述挤出喷嘴设置，或者
-所述等离子体源集成到所述挤出喷嘴中，其中，首先经由过程气体供应管路将过程气体供应至位于所述挤出喷嘴中的材料，并且随后在所述挤出喷嘴内产生等离子体，其中，等离子体优选
·与位于挤出喷嘴中的材料接触，和/或
·通过挤出喷嘴的出口逸出并且与已经沉积的材料接触。
根据进一步优选的变型，过程气体选自如下的组，该组包括：
-氩气、氦气、氧气、氮气、氢气、二氧化碳、空气、水蒸气及其混合物，
-氩气和一种或多种选自如下组的物质的混合物，该组包括六甲基二硅氧烷、四甲基二硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八氟环丁烷及其混合物，
-氩气、氢气和金属盐气溶胶的混合物，其中所述金属盐优选选自包括氯化金、氯化银、氯化铜及其混合物的组，以及
-其混合物。
通过使用不同的过程气体可以实现不同的效果、特别是可以实现材料或生产的构件或其表面的不同改性。例如可以通过使用含氧过程气体(例如氩气与氧气)通过以下方式实现对材料应该沉积在其上的表面上的有机杂质(例如粘合剂残留物、增附剂、聚合物残留物)的清洁，即，在等离子体中存在的活性氧通过氧化过程去除这些有机杂质。还可以通过使用活性过程气体在表面上产生官能团，这些官能团对表面能和粘附行为具有很大影响(改善染料、漆和粘合剂的粘附性)。此外例如可以通过使用氩气和氧气或氮气/空气来改善各个沉积层(例如聚合物层)彼此之间的附着，从而改善整个生产的构件(在z方向上) 的机械稳定性。通过使用氩气和一种或多种选自包括六甲基二硅氧烷、四甲基二硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八氟环丁烷及其混合物的组的物质的混合物可以实现疏水层的沉淀(在打印过程期间和/或之后)。此外，氩气、氢气和金属盐气溶胶(例如氯化金、氯化银、氯化铜)的混合物可以用于产生金属层(在打印过程期间和/或之后)。
根据本发明的方法的另一优选变型的特征在于，(在步骤b)中熔融的)材料选自包括聚合物、陶瓷材料、金属及其混合物和组合的组。所述聚合物例如可以是热塑性聚合物，其优选选自包括聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)以其混合物的组。
根据本发明的方法的另一优选变型，通过所述等离子体处理来对材料或沉积材料的至少一个表面进行改性，其中所述改性优选选自如下的组，该组包括在所述沉积材料的至少一个表面上产生官能团、所述材料的至少部分交联、所述材料的至少部分氧化、所述材料的至少部分还原、所述沉积材料的表面的至少部分粗糙化、所述沉积材料的表面的至少部分清洁、及其组合。例如可以通过使用合适的过程气体来实现不同的改性。例如通过来自气体放电的短波紫外线辐射可以实现在使用聚合物材料的情况下的交联。
根据本发明的方法的另一优选变型的特征在于，将至少一种前体气体供应至所述过程气体和/或产生的等离子体，利用所述前体气体使至少一个层沉积在熔融材料在步骤b)中层状沉积在其上的表面上和/或在所述沉积材料的至少一个表面上，其中所述沉积优选借助等离子体增强化学气相沉积来实现。通过使用前体气体，特定的层、例如增附剂层可以沉淀在所生产的构件的表面上。
优选地，至少一种前体气体包括选自如下组的前体，该组包括氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、恶唑啉、马来酸酐及其混合物。这些前体非常适于增附剂层的沉积。
优选地，至少一个层选自包括增附剂层、分散层、扩散阻挡层、疏水层、亲水层及其混合物和组合的组。例如可以沉积分散层(嵌入聚合物基中的不同颗粒)以实现不同功能：自愈合层、可逆附着、摩擦学活性微粒(hBN(六方氮化硼)、PTFE(聚四氟乙烯))、红外辐射吸收颗粒，以用于对聚合物表面进行事后热处理(thermal post-treatment)。
根据根据本发明的方法的另一优选变型，所述方法用根据本发明的设备来执行。
例如通过不同的过程控制和过程气体可能产生以下处理效果：
1.在打印过程之前通过含氧等离子体(例如氩气与氧气作为过程气体)清洁打印台上以去除有机杂质(粘合剂残留物、增附剂、聚合物残留物)；
2.在打印过程之前在打印台上产生增附剂层(例如，氩气与混合的增附前体如氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、恶唑啉、马来酸酐)；
3.在打印多组分构件时，在彼此低强度粘附的不同聚合物之间产生增附剂层 (例如，氩气与混合的增附前体如氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、恶唑啉、马来酸酐)；
4.在PECVD过程中，在已完全打印的构件上产生增附剂层，以用于随后的粘合、涂漆或彩色打印过程(例如，氩气与混合的增附前体如氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、恶唑啉、马来酸酐)；
5.在金属或陶瓷表面上产生增附剂层，以改善随后打印的聚合物的粘合力；
6.通过在3D打印聚合物期间通过等离子体处理改善聚合物层的附着，改善 3D打印构件在z方向上的机械稳定性(过程气体：氩气与氧气或氮气/空气)；
7.在3D打印过程期间和之后沉积疏水层(过程气体：例如氩气与六甲基二硅氧烷、四甲基二硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八氟环丁烷)；
8.在3D打印过程期间和之后沉积金属层(过程气体：氩气与氢气和金属盐气溶胶(例如氯化金、氯化银或氯化铜))；
9.沉积分散层(嵌入聚合物基中的不同颗粒)以实现不同功能：自愈合层、可逆附着、摩擦学活性微粒(hBN(六方氮化硼)、PTFE(聚四氟乙烯))、红外辐射吸收颗粒，以用于对聚合物表面进行事后热处理。
附图说明
本发明将根据以下附图和示例被更详细地解释，而不将本发明限制于具体示出的参数。
图1示出了根据本发明的用于构件的增材制造的设备的示例性实施方式的横截面视图；
图2示出了根据本发明的用于构件的增材制造的设备的另一示例性实施方式的横截面视图
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于构件的增材制造的设备的示例性实施方式的横截面视图。该设备包括具有挤出喷嘴3的增材制造头以及围绕挤出喷嘴3设置的用于产生等离子体9的等离子体源10。该设备还包括用于将材料1熔融的加热块2、过程气体供应管路11、高压电极6、接地电极4和高压发生器5。高压电极6和接地电极4为圆形的电极，在它们之间产生高交变电场(电位差>1kV、>1kHz)。等离子体源10包括作为等离子体产生区域的第一槽，该第一槽设置在等离子体源10的外表面上并且与过程气体供应管路11连接，其中第一槽和高压电极6围绕挤出喷嘴3并且彼此同心地设置。等离子体源10的第一槽设置在其上的外表面指向与挤出喷嘴3的开口相同的方向，待沉积的材料1 通过该开口离开挤出喷嘴。等离子体源10还包括前体气体供应管路12，该前体气体供应管路12与围绕挤出喷嘴3设置的第二槽连接。第二槽与第一槽设置在等离子体源10的相同的外表面上。第一槽和第二槽彼此同心地设置。此外，第二槽距挤出喷嘴具有比第一槽更小的距离。第一槽和第二槽围绕挤出喷嘴圆形设置，使得挤出喷嘴位于中心。
图1还示出了根据本发明的方法的示例性变型。在此借助加热块2将材料1、例如聚合物长丝熔融，将其挤压通过挤出喷嘴3并且使其层状沉积在打印台8 上。经由过程气体供应管路11将过程气体引导到等离子体产生区域或第一槽中。在那里，过程气体被由高压电极6产生的电场或气体放电电离，由此产生等离子体9。等离子体9从所述槽中逸出并与已经沉积的材料7接触，使得沉积材料 7或其表面可以通过等离子体改性。经由前体气体供应管路12可以额外地供应前体气体，该前体气体被引导到第二槽中并且可以从那里逸出并与等离子体以及已经沉积的材料7接触。以此方式可以根据所使用的前体气体在沉积材料7 或其表面上获得特定的涂层。
图2示出了根据本发明的用于构件的增材制造的设备的另一示例性实施方式的横截面视图。该设备同样包括具有挤出喷嘴3的增材制造头。然而与图1 所示的实施方式不同，用于产生等离子体的等离子体源在此集成到挤出喷嘴3 中。该设备还包括用于将材料1熔融的加热块2、过程气体供应管路11、高压电极6、接地电极4和高压发生器5。高压电极6和接地电极4是圆形的电极，在它们之间产生高交变电场(电位差>1kV、>1kHz)。过程气体供应管路11与挤出喷嘴3的用于使待沉积的熔融材料1挤压通过的通道连接。该通道具有等离子体产生区域，高压电极6围绕该等离子体产生区域设置。过程气体供应管路11与挤出喷嘴3的通道之间的连接在此(在材料的挤压方向上)恰好位于等离子体产生区域之前。
图2也示出了根据本发明的方法的示例性变型。类似于图1中描述的变型，材料1、例如聚合物长丝借助加热块2熔融，被挤压通过挤出喷嘴3并层状沉积在打印台8上。然而与图1中的变型不同，经由过程气体供应管路11供应的过程气体在此被引导到挤出喷嘴3的通道中，在那里它进入位于那里的等离子体产生区域中。在那里，过程气体被高压电极6产生的电场或气体放电电离，由此产生等离子体9。其然后与尚未沉积的材料1直接接触。此外，等离子体9可以从挤出喷嘴的出口逸出并且在那里也与已经沉积的材料7接触。以此方式，沉积材料7或其表面可以通过等离子体改性。

Claims (16)

1.用于构件的增材制造的设备，所述设备包括具有挤出喷嘴(3)的增材制造头以及用于产生等离子体(9)的等离子体源(10)，该等离子体源围绕所述挤出喷嘴(3)设置或集成到所述挤出喷嘴(3)中。
2.根据前一个权利要求所述的设备，其特征在于，所述等离子体源(10)包括过程气体供应管路(11)和高压电极(6)。
3.根据前一个权利要求所述的设备，其特征在于，所述等离子体源(10)围绕所述挤出喷嘴(3)设置并且包括作为等离子体产生区域的槽，该槽设置在所述等离子体源(10)的表面上并且与所述过程气体供应管路(11)连接，其中，所述槽和所述高压电极(6)围绕所述挤出喷嘴(3)并且彼此同心地设置。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述等离子体源集成到所述挤出喷嘴(10)中，其中，所述过程气体供应管路(11)与所述挤出喷嘴(3)的用于使熔融材料被挤压通过的通道连接，其中，所述高压电极(6)围绕所述挤出喷嘴(3)的通道的等离子体产生区域设置，并且所述过程气体供应管路(11)与所述挤出喷嘴(3)的通道之间的连接位于所述等离子体产生区域中和/或沿所述材料的挤压方向位于所述等离子体产生区域之前。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述等离子体源(10)包括前体气体供应管路(12)，其中所述前体气体供应管路(12)优选与设置在所述等离子体源(10)的表面上并且围绕所述挤出喷嘴(3)设置的槽连接。
6.用于构件的增材制造的方法，其中，
a)借助等离子体源(10)产生等离子体(9)，所述等离子体源围绕增材制造头的挤出喷嘴(3)设置或集成到所述挤出喷嘴(3)中，
b)将材料熔融、挤压通过所述挤出喷嘴(3)并使其层状沉积，并且
c)用所述等离子体(9)进行处理，其中
-在步骤b)中的沉积之前用所述等离子体(9)对所述材料在步骤b)中层状沉积在其上的表面进行处理，并且/或者
-在步骤b)中的沉积之前、期间和/或之后用所述等离子体(9)对所述材料进行处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤a)中通过气体放电产生所述等离子体(9)，所述气体放电优选选如下的组，该组包括：介电阻挡放电、电晕放电、电弧放电、由微波激发的放电、由射频激发的放电及其组合。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述等离子体源(10)具有过程气体供应管路(11)和高压电极(6)，其中为了在步骤a)中产生所述等离子体(9)，由所述高压电极(6)产生的电场对通过所述过程气体供应管路(11)供应的过程气体进行电离。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
-所述等离子体源(10)围绕所述挤出喷嘴(3)设置，其中首先经由所述过程气体供应管路(11)将所述过程气体引导到所述等离子体源(10)的等离子体产生区域中，在所述等离子体产生区域内产生所述等离子体(9)，并且随后使所述等离子体(9)与在步骤b)中所述材料层状沉积在其上的表面接触和/或与所述材料接触，其中所述等离子体产生区域优选是槽，该槽设置在所述等离子体源(9)的(外)表面上并且围绕所述挤出喷嘴(3)设置，或者
-所述等离子体源(9)集成到所述挤出喷嘴(3)中，其中，首先经由所述过程气体供应管路(11)将所述过程气体供应至位于所述挤出喷嘴(3)中的材料，并且随后在所述挤出喷嘴(3)内产生所述等离子体(9)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述过程气体选自如下的组，该组包括：
-氩气、氦气、氧气、氮气、氢气、二氧化碳、空气、水蒸气及其混合物，
-氩气和一种或多种选自如下组的物质的混合物，所述组包括：六甲基二硅氧烷、四甲基二硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八氟环丁烷及其混合物，
-氩气、氢气和金属盐气溶胶的混合物，其中所述金属盐优选选自包括氯化金、氯化银、氯化铜及其混合物的组，以及
-其混合物。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述材料选自包括聚合物、陶瓷材料、金属及其混合物和组合的组。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述等离子体(9)的处理来对所述材料或沉积材料的至少一个表面进行改性，其中，所述改性优选选自如下的组，该组包括：在所述沉积材料的至少一个表面上产生官能团、所述材料的至少部分交联、所述材料的至少部分氧化、所述材料的至少部分还原、所述沉积材料的表面的至少部分粗糙化、所述沉积材料的表面的至少部分清洁、及其组合。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的方法，其特征在于，将至少一种前体气体供应至所述过程气体和/或所产生的等离子体，利用所述前体气体在所述熔融材料在步骤b)中层状沉积在其上的表面上、和/或在所述沉积材料的至少一个表面上沉积至少一个层，其中，所述沉积优选借助等离子体增强化学气相沉积实现。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一种前体气体包括选自如下组的前体，所述组包括：氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、恶唑啉、马来酸酐及其混合物。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述至少一个层选自包括增附剂层、分散层、扩散阻挡层、疏水层、亲水层及其混合物和组合的组。
16.根据权利要求6至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法用根据权利要求1至5中任一项所述的设备来执行。
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