CN114450143B - 用于打印多孔结构的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于打印三维多孔结构(1)的方法和系统。互连的丝状物(2)以预定排列沉积在多个堆叠层(11)中。连续层(11)的丝状物(2)彼此连接以获得具有互连的孔(15)的多孔结构(1)。丝状物以如下的方式沉积：在丝状物(2)的排列中形成一个或多个预先选择的易脆区域(7)。一个或多个易脆区域(7)连接到多孔结构(1)的不太易脆区域(9)。互连的丝状物(2)的预定排列构造成使得一个或多个易脆区域(7)形成多孔结构(1)的结构薄弱区，使得多孔结构(1)在负载和/或应力的影响下沿着所述一个或多个易脆区域(7)断裂。能够在负载和/或应力的影响下释放多个三维部件(10a)。

Description

用于打印多孔结构的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种制造三维多孔结构的方法。本发明还涉及一种通过材料挤出获得的三维多孔结构。此外，本发明还涉及增材制造系统和计算机实现的方法。

背景技术

增材制造目前广泛使用，且存在各种技术。增材制造可帮助逐层构建结构，且所制造的结构可用于各种应用。

基于挤出的增材制造方法已用于制造多孔结构。材料(例如糊状物、聚合物、水凝胶等)通过喷嘴以丝状物的形式挤出。在沉积期间通过使喷嘴相对于打印床相对运动，可获得丝状物的某种排列。在材料挤出期间，丝状物从喷嘴挤出并根据预定图案相对于彼此定位，从而提供所制造的多孔结构的期望性质。铺设图案由打印路径决定且对打印结构的性质具有重大影响。通过这种方式，可获得具有完全互连的孔网络的复杂几何形状和多孔结构，这可能是某些应用所需要的。

使用传统的挤出制造技术来以快速的方式无启停地生产尤其是在外表面处具有高精度和再现性的多孔结构，可能具有挑战性。通常，由于挤出丝状物拐弯，导致侧表面部分地致密或孔隙率较小。因此，可能难以预测通过基于挤出的增材制造获得的多孔结构的机械和多孔特性。

需要改进基于挤出的整个打印过程以获得在侧表面具有开孔的结构，特别是对于需要大容积且需要在3D打印过程中连续挤出的某些应用。此外，希望提高打印用于更广泛应用的多孔结构的适用性和打印质量。此类应用的示例是使用多孔结构作为催化剂或催化载体、吸附剂、热交换器和色谱材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除上述缺点中的至少一个的方法和系统。

此外或替代地，本发明的目的是改进用于制造多孔结构的、基于挤出的3D打印过程。

此外或替代地，本发明的目的是提高多孔结构的可打印性和/或打印质量。

此外或替代地，本发明的目的是提高用于制造多孔结构的、基于挤出的增材制造过程的效率和/或速度。

为此，本发明提供一种用于通过制造多个多孔三维部件的三维结构来同时制造多个多孔三维部件的方法，多个多孔三维部件彼此连接，该方法包括将构建材料的互连的丝状物以预定排列沉积在多个连续堆叠的层中，

其中构建材料包括含有无机颗粒状材料的粘性材料组合物，其中连续层的丝状物至少在连续层的丝状物之间的接触点处彼此连接，以获得在丝状物之间具有互连的孔的多孔结构，连续层的丝状物彼此成一角度，其中在丝状物的排列中形成多个不太易脆区域，以形成多个三维部件，其中在丝状物的排列中，在多个三维部件之间形成一个或多个预先选择的易脆区域，并且其中，丝状物沉积成使得多孔结构的一个或多个易脆区域连接到多个不太易脆区域，其中易脆区域将相邻地定位的三维部件连接在一起，其中互连的丝状物的预定排列构造成使得一个或多个易脆区域形成多孔结构的结构薄弱区，使得多孔结构在不会使不太易脆区域断裂的负载和/或应力的影响下沿着所述一个或多个易脆区域断裂，以能够在负载和/或应力的影响下释放多个三维部件。

在预定负载/应力条件下，不太易脆区域可以是基本上不易脆的。例如负载可以是外部负载(例如力、压力、振动等)。例如应力可以是外部应力和/或内部材料应力(例如由温度变化触发、化学地触发等)。通过本发明的方法获得的多孔结构具有至少一个易脆区域和至少一个不太易脆区域(或基本上不易脆区域)，至少一个易脆区域和至少一个不太易脆区域以所沉积的丝状物的特定排列彼此连接。互连的丝状物的特定排列(例如定位、堆积、层间和层内排列等)引起多孔结构的局部机械性质发生变化，使得可形成多孔结构的易脆区域和不太易脆区域(参见例如在预定或正常的负载/应力条件下不易脆的区域)。为此目的，调整多孔结构的排列以在正形成的多孔结构内包括薄弱的易脆区。

多孔结构的不太易脆区域具有使得该不太易脆区域能够在更易脆区域断裂期间承受力的机械性质。之后，所形成的多孔结构具有适合于应用或经受后处理(例如热处理、固化等)的机械性质，以获得多孔结构的最终材料性质。相比之下，易脆区域适于比所述不太易脆区域更容易断裂。易脆区域可构造成故意不能承受通常在将多孔结构转化成单独的部件时和/或在使用期间施加在多孔结构上的力。因此，可更容易地从多孔结构的一个或多个不太易脆区域去除易脆区域，同时降低损坏多孔结构的不太易脆区域的风险。此外，由于断裂线可预测，因此多孔结构可以以如下方式制造：可更好地预先定义纤维沿着部件(即多孔物体)的外周的构成或排列，且可制造其外周具有更高的打印质量的部件。

如此获得的不太易脆区域提供单独部件，这些部件是多孔部件，具有在纤维之间延伸的互连的孔或通道。本发明提供的重要优势是可从部件外部接近这些孔，且纤维之间的孔或通道的至少一部分朝向单独部件的外表面延伸且延伸到单独部件的外表面。去除易脆区域所具有的效果是：可从不太易脆区域的外部，即沿着不太易脆区域的外表面中存在的孔或通道接近不太易脆区域中存在的孔系统，不太易脆区域的外表面中存在的这些孔或通道方便接近纤维之间的孔或通道。这是本发明的重要优势。

通常，设计成用于反应器的催化剂采用单独部件的形式，其在现有技术的工艺中例如通过模制、压片或挤出来单独地生产。这种类型的生产经常出现的一个问题是单独部件的外壁的孔隙率有限，即外表面中存在的孔隙或孔的直径通常小于部件内部所包含的孔的直径，且孔的数量有限。本发明的方法在另一方面能够在一个工艺步骤中生产大量的不太易脆区域，作为更大多孔结构的一部分，并以对孔的可接近性产生不利影响的风险最小的方式使这种大结构断裂成更小的部件。

丝状物可以以如下排列来沉积：在丝状物网络中形成一个或多个预先选择的或预定的易脆区域，易脆区域的机械性质降低，例如机械强度降低。这些薄弱区可延伸贯穿多个层(层间)。通过这种方式，例如通过调节打印路径，可容易地实现沿着一个或多个易脆区域的可预测的断裂路径。有利地，易脆区域的断裂可以在不存在损坏多孔结构的不太易脆区域的风险的情况下或者在损坏多孔结构的不太易脆区域的风险降低的情况下发生。

根据丝状物排列，多孔结构可具有各向异性。可采用特定的丝状物定向或设计，以获得多孔结构的期望的各向异性。

构建材料(例如糊状物、悬浮液等)可通过喷嘴挤出，以进行三维丝状物沉积。合适的构建材料包括包含颗粒状材料、至少一种结合剂和至少一种溶剂的粘性糊状物或粘性悬浮液。优选的颗粒状材料是无机颗粒状材料。

所沉积的丝状物可形成分层网络。例如这些层可以在彼此的顶部上连续地打印，得到由连续层的堆叠形成的结构。丝状物相对于彼此间隔开，以在丝状物之间限定通道。因此通过这种方式可获得具有孔的多孔结构。

丝状物的逐层沉积可包括通过沉积喷嘴挤出材料以形成丝状物，同时使沉积喷嘴相对于打印床移动。喷嘴可相对于打印床移动，和/或打印床可相对于喷嘴移动。因此，还设想运动学反转。

可获得不同类型的多孔结构。这种结构可表示网格、格子结构、丝状物网络、支架、丝状物框架等。可能存在许多类型的排列和结构。可基于应用来选择限定多孔结构的结构的丝状物的具体排列。

通过采用根据本发明的方法制造的多孔结构能够以更可预测的方式或方法来(例如通过折断)分离或去除多孔结构的一个或多个部段。这样做的目的例如可以是降低损坏多孔结构的不太易脆区域的总体风险，或者能够同时构建大量不太易脆单元，然后可通过断裂易脆区域来将这些不太易脆区域分离。可以预测：在大于特定(断裂)阈值(取决于多孔结构的特定特性)的负载的影响下，可沿着一个或多个易脆区域发生破裂或断裂。易脆区域是多孔结构的、相比多孔结构的不太易脆区域明显更容易断裂的部段。通过多孔结构传播的裂缝可沿着易脆区域延伸，从而实现更可预测和更干净的断裂。因此，本发明的方法通过制造大单元使得可同时制造大量不太易脆单元，在大单元中，不太易脆单元通过可以以受控方式断裂的易脆区域连接。通过这种方式，可提高多孔结构的可打印性和打印质量。这样还将使得3D打印速度大幅增加，原因是拐弯和启停点的数量减少。不太易脆单元的外表面的孔隙率，特别是纤维排列和单元内部的可接近性可得到控制，原因是要制造的多孔物体的某些部分可被要折断的易脆区域包围。例如，一个或多个易脆区域可围绕不太易脆区域的外周布置，使得当去除易脆区域时，剩余的不太易脆区域的外周更加对应于要制造的多孔物体的期望外周。

可选地，在不会引起构建材料相变的条件下，将互连的丝状物以预定排列沉积，从而具有多个连续堆叠的层。

根据本发明，挤出构建材料以实现丝状物沉积，是在不会引起构建材料相变的条件下，特别是在不会引起构建材料相变的温度下进行。

可选地，一个或多个易脆区域构造成在沿着易脆区域的丝状物的横截面的方向上断裂，该方向相对于形成所述易脆区域的所述丝状物的纵轴以一角度延伸。

可选地，使多孔结构经受负载以使多孔结构沿着连接多个三维部件的一个或多个易脆区域断裂，该断裂使得由不太易脆区域形成的多个三维部件被释放，其中，收集分离的多个三维部件。

可选地，构建材料进一步包含溶剂，特别是水和/或有机溶剂，和/或一些有机材料。

可选地，构建材料包含至少一种溶剂，优选是水。

可选地，构建材料是无机颗粒状材料的粘性糊状物或粘性悬浮液。

可选地，无机材料是催化活性材料，例如金属、沸石、氧化铝、活性炭、二氧化硅、高阶氧化物、二氧化钛、碳酸钙、硫酸钡、石墨碳、纳米颗粒、纳米点等。

可选地，无机材料是吸附剂材料，例如二氧化硅、水滑石、沸石、粘土、珍珠岩、蛭石、碳基材料等。

可选地，一个或多个易脆区域包括连续层中的丝状物区域，与不太易脆区域中的丝状物的交织相比，该丝状物区域中的丝状物的交织减少。

可选地，一个或多个易脆区域构造成在预定负载的作用下断裂，其中不太易脆区域构造成在相同的预定负载的作用下保持完整无损或基本上完整无损。例如，与多孔结构的不太易脆区域相比，易脆区域可具有降低的弯折强度、弯曲强度、剪切强度、抗疲劳性，和/或弯折、剪切和/或压缩的可靠性降低。

可选地，丝状物的排列构造成使得多孔结构在一个或多个易脆区域处具有第一弯曲强度，以及在一个或多个不太易脆区域处具有第二机械强度，其中第一机械强度比第二机械强度小至少10％，优选地至少25％，更优选地至少50％，最优选地至少75％。还设想其它机械性质(例如剪切强度)可具有类似的关系。

两个相邻的层可以以对齐的方式定位在彼此的顶部上。然而，上层中的丝状物沿着与下层中的纤维不同的方向延伸，也是可能的。

根据本发明的方法与更快的生产方法结合可提供对孔隙率的改进控制。此外，可防止由挤出方法导致的不希望的孔隙率降低。例如，通过易脆部分，可实现受控折断，从而在多孔结构的不太易脆区域的各个面处孔隙率得到提高(通过这种方式，例如要制造的多孔结构的外表面可具有增加的孔隙率)。

此外，可显著提高制造过程的效率。可以在单个制造过程期间制造多个不太易脆的“部件”。结果，丝状物可以更大，从而在打印路径中需要更少的拐弯和弯折来挤出丝状物。因此，可增加丝状物沉积的平均速度。此外，因为在多孔结构中包括的“部件”处可能需要更少的拐弯和弯折，因此可提高质量。

可选地，该方法进一步包括使多孔结构沿着一个或多个易脆区域断裂并获取不会在负载的影响下断裂的不太易脆区域。易脆区域可有效地从多孔结构去除，从而将多孔结构形成为具有期望形状和/或尺寸的一个或多个部件(参见不太易脆区域)。

多孔结构包含多个三维部件，至少两个，优选地至少四个，更优选地至少八个，或者甚至更多个，例如多于十个、二十个、五十个、一百个等。可采用不同的排列。在一些示例中，三维部件可相邻地布置，例如沿着长度方向相邻地定位。可选地，三维部件按照规则的几何排列来布置。在一些示例中，三维部件以不规则的几何排列布置。规则的几何排列和不规则的几何排列的组合也是可能的。三维部件可具有相同或不同的尺寸和形状。

通过生产大的结构，可将打印速度保持在较高水平。在机器人浇铸(robocasting)过程中，在频繁启动和停止丝状物沉积过程时以及在连续打印或机器人浇铸中在尖锐拐角或弯折处减速和加速时，平均丝状物沉积速度通常较低。当生产更大的结构时，对于相同的打印体积(挤出的糊状物体积)，通常存在更少的拐角和/或弯折，这产生更高的平均打印速度。此外，在没有尖锐拐角或弯折的情况下打印更长的距离，使得能够在加速和减速步骤之间达到更高的最大打印速度。特别是取决于糊状物组合物的性质、所使用的机器人浇铸设备、所打印的结构的尺寸和形状，打印过程可加快1％、3％、5％、10％、20％、50％，或者甚至200％或300％。

由于丝状物排列的强度局部降低，因此促进一个或多个易脆区域的断裂。去除一个或多个易脆区域，可实现获取一个或多个部件或物体。通过这种方式，可容易地将形成多个三维部件的不太易脆区域彼此分离。当要生产大量的三维部件时，这提供显著的优势。此外，通过首先采用具有一个或多个易脆区域和一个或多个不太易脆区域的多孔结构并连续去除一个或多个易脆区域，以获得由剩余的一个或多个不太易脆区域形成的多孔物体，可提高所制造的部件的打印质量。

可通过不同的方式实现去除。还设想通过采用自动化过程来实现去除，在自动化过程中，在所形成的多孔结构上施加高于易脆区域的阈值断裂负载、但保持小于不太易脆区域的断裂负载的某些负载。例如，一个或多个所形成的多孔结构可放在如下单元中，该单元布置成提供足够的振动以促进易脆区域的折断。在示例中，通过将一个或多个多孔结构引入旋转鼓状物中并使旋转鼓状物旋转持续一段时间，以在多个多孔结构之间实现冲击和/或摩擦力，来达到用于使一个或多个易脆区域断裂的振动或负载。鼓状物可具有一个或多个开口，使得折断的易脆区域可穿过一个或多个开口，以被分离并最终收集。开口足够小以保留剩余的不太易脆区域。

可选地，一个或多个易脆区域形成易脆连接，易脆连接构造成使得多孔结构的至少第一不太易脆部分能够沿着一个或多个易脆区域从多孔结构的第二不太易脆部分折断。

可选地，多孔结构内的易脆区域的机械强度可发生变化，以在施加增加的负载和/或增加的应力时使得多孔结构的各个部分能够逐步折断。多孔结构的各个部分的逐步折断可使多个三维多孔结构更受控地分离。形成多个三维部件的不太易脆区域可相对于彼此被释放和分离。在一些示例中，每个不太易脆区域可包含若干个更加不太易脆的区域。

在一些示例中，一个或多个易脆区域可构造成在沿着易脆区域的丝状物的横截面的方向上断裂，该方向相对于形成所述易脆区域的所述丝状物的纵轴以一角度延伸。

不太易脆区域可以是在制造过程期间和/或在特定应用中使用时，在正常负载和/或应力的作用下保持完整无损的区域。

在一个或多个易脆区域处，丝状物以结构上薄弱化的方式连接，促进沿着一个或多个易脆区域折断、撕裂和/或破裂。可调整丝状物排列，以在多孔结构内包括一个或多个易脆区域，使得多孔结构的第一部分能够从多孔结构的第二部分折断。当去除易脆区域时，第一部分和第二部分可形成不同的单独部件。第一部分和第二部分可对应于要制造的多孔结构。

多孔结构的结构几何形状可由各丝状物的位置和定向确定。在交替层上，丝状物通常以0°和90°定向。这种排列还称为“0/90定向”。然而，可存在许多其它排列，例如0/60/120定向，其中在每个后续层上，丝状物的定向改变60°。对于具有0/90丝状物定向的多孔结构，孔隙率可被认为是一系列长的交叉的柱状孔。替代地，对于0/60/120丝状物定向，孔可能更接近于螺旋楼梯的几何形状。可存在许多其它丝状物定向，以使多孔结构具有不同孔。

还可使丝状物定位的其它方面发生变化。例如，丝状物可对齐或交错。在丝状物的对齐排列中，丝状物直接在下层上类似定向的丝状物上方对齐。在丝状物的交错排列中，丝状物通过偏移丝状物的水平位置来以交替方式交错。这些丝状物形成偏移层和/或斜孔。此外，还可以在改变丝状物定向之前打印数个相同的层。

可选地，局部调节丝状物定向，以例如在多孔结构中包括一个或多个易脆区域。丝状物定向可包括各种参数。例如，铺设图案、扫描图案、光栅角、打印路径、层构造等可影响丝状物的定向或排列。

可采用各种不同的沉积技术作为多孔结构的制造工艺。例如，可将3D模型导入到增材制造计算机程序产品中。该计算机程序产品可执行被配置成生成打印路径的计算机实现方法，其中将整个模型转换成层，且对于每个单层，确定沉积纤维所沿着的打印路径。在确定打印路径时，可以在多孔结构中限定一个或多个易脆路径，使得通过包括一个或多个特意布置的薄弱区域(相对于不太易脆区域而言)而能够容易断裂。

可选地，调节至少一个打印参数，以在所形成的多孔结构中形成一个或多个易脆区域。打印参数可包括打印密度(例如通过改变每个打印体积中纤维的数量)、打印速度、体积率、温度等中的至少一个。可选地，可改变构建材料的组成以局部改变材料性质。通过这种方式，可局部增加材料的脆性和/或易脆性。

诸如丝状物间隙、丝状物直径和铺设角度的设计参数在控制多孔特性和机械特性方面起着重要作用。例如，增加铺设角度还会增加孔隙率，这样会影响多孔结构的机械性质。通过局部提供定制的或调整的打印布置，可以在要制造的多孔结构中包括预先选择的一个或多个易脆区域。

可选地，在一个或多个易脆区域处，丝状物以使多孔结构的密度减小的预定排列来沉积。这可例如通过每体积中更少数量的丝状物来实现。

当使用例如不同的材料、不同的多孔丝状物，改变丝状物到丝状物的距离或者它们的组合时，可减小密度。在一些示例中，丝状物可具有使密度发生变化的不同材料性质。此外，孔隙率(参见由于丝状物沉积排列而形成的孔的尺寸和形状)可影响多孔结构的密度。

可选地，使密度减小通过以下至少一种来实现：每单位长度上更少的丝状物、更小的丝状物尺寸或更小的材料密度。

可选地，正形成的多孔结构具有不均匀的孔隙率，例如每单位体积中不均匀数量的丝状物，或具有不同材料密度或孔隙率的丝状物。丝状物的位置和定向影响多孔结构的机械性质。孔隙率可被视为影响正形成的多孔结构的机械性质的最重要因素之一。可选地，通过控制丝状物的铺设策略来采用不均匀的孔隙率。多孔结构中的丝状物网络可布置成包括一个或多个易脆区域和一个或多个不太易脆区域，使得在高于易脆区域的断裂阈值负载、但小于不太易脆区域的断裂阈值负载的预定负载的作用下，一个或多个易脆区域折断，而一个或多个不太易脆区域可保持基本上未损坏，剩余的一个或多个不太易脆区域对应于要制造的一个或多个多孔物体。

可选地，易脆区域包括多个易脆连接，使得多孔结构的至少一部分可与多孔结构的剩余部分分离，其中易脆区域构造成在大于阈值力的负载的影响下断裂。多个易脆连接可分布在易脆区域上。易脆区域的相对位置可确保多孔结构上的断裂可预测。

可选地，在一个或多个易脆区域处的丝状物之间，丝状物以使多孔结构的孔隙率增加的预定排列来沉积。

孔的几何形状可用作在多孔结构的制造过程中引入薄弱的易脆区域的设计因素。可局部调整孔的几何形状以包括一个或多个易脆区域。孔隙率可定义为影响多孔结构的机械强度和渗透性的空的空间。机械性质可取决于孔隙率。局部机械完整性可随着多孔结构内的孔隙率局部增加而降低。应理解，孔隙率还可与互连性、孔尺寸和/或沉积排列相关。

孔隙率可例如以分数或百分比的形式测量，例如是孔与多孔结构的总体积的比值。然而，多孔结构的孔隙率可发生变化以例如局部影响多孔结构的机械强度和渗透性。因此可采用丝状物的设计、几何形状和/或排列，来影响在多孔结构的预定位置处多孔结构的孔隙率和机械性质。通过局部调节多孔结构的孔隙率，可以在所形成的多孔结构内限定一个或多个易脆区域和一个或多个不太易脆区域。

丝状物的排列以及丝状物的位置和定向可产生一定范围的孔形状，从而影响多孔结构的孔隙率。通过实施丝状物的排列的局部改变，可调整孔隙率以在多孔结构中包括一个或多个易脆(更薄弱)区域和一个或多个不太易脆(更结实)区域。

可选地，更高的孔隙率通过以下至少一种来实现：增加溶剂、更少的粘合材料、不同的粘合材料、更少的颗粒状材料。

可选地，一个或多个易脆区域引入局部薄弱区，局部薄弱区布置成沿着局部薄弱区引导断裂线。在示例中，一个或多个易脆区域可被认为是不能承受高于阈值水平的负载的、机械性质降低的局部缺陷区，其中多孔结构的一个或多个不太易脆区域可承受高于所述阈值水平的负载。

可选地，在多孔结构中形成预先选择的易脆性能够发生变化的不同易脆区域，其中不同易脆区域构造成在不同负载下断裂。

可选地，在多孔结构中形成易脆性能够发生变化的不同易脆区域。易脆区域可包括结构强度的渐变，从而能够顺序地折断。该顺序可以是首先使结构上更薄弱的易脆区域断裂。例如，易脆区域的第一子集可构造成可在第一负载和/或应力下断裂，且易脆区域的第二子集可构造成可在第二负载和/或应力下断裂，其中第一负载和/或应力小于第二负载和/或应力。易脆区域的子集可包括一个或多个易脆区域。通过在多个步骤(例如不同的负载步骤)中选择性地断裂易脆区域，可更好地按顺序获取不太易脆区域。

可选地，在一个或多个易脆区域处，丝状物以使丝状物到丝状物的距离增加的预定排列来沉积。

丝状物到丝状物的距离在多孔结构内产生空隙。可调整丝状物排列中相邻丝状物之间的这种间隔，以在一个或多个易脆区域处获得局部增加的孔隙率(或多个孔隙率)，从而能够比多孔结构的不太易脆区域更容易折断。

多孔结构具有明确定义的孔。相邻丝状物之间的丝状物到丝状物的距离基于所选择的填充密度而不同。随着填充密度增加，丝状物到丝状物的距离(例如相邻丝状物的中心到中心的间距)减小。打印填充密度发生变化，因此孔隙率(局部地)发生变化，以在多孔结构中(局部地)形成一个或多个易脆区域。填充密度限定填充到物体中的材料量，并随后与3D打印结构的孔隙率相关。填充密度的范围可以从0％到100％，其中0％产生完全中空的物体，且100％填充产生完全实心的物体。每个丝状物可具有材料孔隙率。因此，所打印的结构可具有宏观孔隙率或丝状物内孔隙率，以及丝状物材料中的介孔隙率和微孔隙率。通过使易脆区域断裂并暴露不太易脆区域的边缘或侧面，可增加丝状物中微孔隙率和介孔隙率的可实现性。

可采用不同的填充图案(三角形、正方形、六边形等)。多孔结构可包括逐层沉积的丝状物网络中的结构薄弱区和非薄弱区，分别对应于易脆区域和不太易脆区域。易脆区域和不太易脆区域可通过在多孔结构内丝状物的特定结构排列来获得。在施加断裂力(大于一个或多个易脆区域的阈值)时，多孔结构可以以可预测的方式沿着一个或多个易脆区域断裂或撕裂。易脆区域可以在被切断时分离，且所获得的3D打印的多孔结构的质量可得到提高。例如，可保持不太易脆区域的表面的孔隙率。

应理解，术语丝状物到丝状物的距离可理解为同一层内两个相邻丝状物之间的间距。该间距可以是两个相邻丝状物之间的中心到中心的距离或边缘到边缘的距离。其它术语也可用于该特征，例如丝状物间距、间隔、丝状物间隙等。

可选地，在一个或多个易脆区域处的一层内，丝状物到丝状物的距离比相邻的不太易脆区域中的丝状物到丝状物的距离大至少25％，更优选地，比相邻的不太易脆区域中的丝状物到丝状物的距离大至少50％，甚至更优选地，比相邻的不太易脆区域中的丝状物到丝状物的距离大至少100％，最更优选地，比相邻的不太易脆区域中的丝状物到丝状物的距离大至少200％。

可使用各种丝状物直径。在一些示例中，丝状物直径可类似于与多孔结构的一个或多个易脆区域相邻或者在多孔结构的一个或多个易脆区域内的丝状物的直径。可选地，丝状物直径在2微米至5厘米的范围内。在一些示例中，丝状物直径可以在8微米至3厘米的范围内。例如，丝状物直径可以在50微米至3毫米的范围内。

在本发明的优选实施例中，一个或多个不太易脆区域在不同位置处的横截面可具有不同的尺寸。这可允许以例如棱锥、四面体、圆柱以及截断棱锥、斜圆柱等形状构建不太易脆区域。根据进一步优选的实施例，一个或多个不太易脆区域在不同位置处的横截面可具有不同的形状。例如一个或多个不太易脆区域的横截面可以是基本上圆形，例如圆形或椭圆形等，或者可对应于规则或不规则的几何形状，例如正方形、矩形、八面、梯形等。

可选地，在一个或多个易脆区域处的一层内，丝状物到丝状物的距离大于0.1毫米，优选地大于0.5毫米，更优选地大于1毫米，甚至更优选地大于2毫米。一个或多个易脆区域中的这种丝状物到丝状物的距离可取决于材料性质以及不太易脆区域中的丝状物到丝状物的距离。此外，所形成的多孔结构的可选后处理还可与确定合适的丝状物到丝状物的距离相关。

在丝状物到丝状物的距离恒定的情况下，丝状物直径的增加会降低孔隙率，从而增加多孔结构的机械性质。然而，在丝状物直径恒定的情况下，丝状物间隙的增加会增加孔隙率，从而降低多孔结构的机械性质。丝状物放置成彼此相距较远，且多孔结构包含更少沉积的固体材料，这在多孔结构中产生更大的空的空间，从而产生更高的孔隙率。另一方面，当丝状物紧密放置时，这会导致固体材料的沉积增加，因此孔体积相应地减小。

在丝状物直径恒定的情况下，丝状物到丝状物的距离更小的多孔结构比丝状物到丝状物的距离更大的多孔结构更硬。由丝状物到丝状物的距离变化引起的机械性质的这种变化可归因于如下事实：当压缩多孔结构时，丝状物连接处主要抵抗变形。在压缩的作用下，连接处可表现得像柱子，且丝状物到丝状物的距离更小的多孔结构具有更多数量的柱子或连接处，从而更能抵抗变形，使得多孔结构变得更硬。另一方面，丝状物到丝状物的距离更大的多孔结构具有更少数量的柱子或连接处，从而在较小程度上抵抗变形，使得多孔结构更弱。因此，动态的刚度和平衡模量随着丝状物到丝状物的距离减小而增加，丝状物到丝状物的距离与多孔结构的孔隙率直接相关。

可选地，在一个或多个易脆区域处，一层的丝状物到丝状物的距离大于丝状物直径的两倍，更优选地大于丝状物直径的三倍，甚至更优选地大于丝状物直径的四倍。

可选地，在一个或多个易脆区域处的一层内，丝状物到丝状物的距离比多孔结构的相邻的不太易脆区域处的一层中丝状物到丝状物的距离大至少50％，更优选地大至少100％，甚至更优选地大至少200％。

相邻丝状物之间的间距增加，则会产生机械性质降低的区域，使得容易断裂。这些薄弱区在所形成的多孔结构内形成一个或多个易脆区域。易脆区域可以在多个层上延伸。

可选地，在一个或多个易脆区域处，丝状物具有减小的直径。在一些示例中，与相邻的不太易脆区域的丝状物直径相比，小至少5％，优选地小至少10％，甚至更优选地小至少20％。

控制丝状物尺寸的打印参数会强烈影响孔隙率。一个或多个易脆区域可通过沉积其直径相对于(相邻的)不太易脆区域处的丝状物直径减小的丝状物来形成。

可选地，在一个或多个易脆区域的沉积期间改变挤出速度和/或材料挤出速率。此外或替代地，当与用于产生不太易脆区域的喷嘴相比时，使用直径减小的喷嘴来进行挤出。

丝状物的尺寸并因此孔隙率可受到喷嘴行进速度或挤出速度，或喷嘴行进速度和挤出速度的组合的强烈影响。在挤出期间通过调节挤出压力和/或挤出螺杆或活塞速度来调节被挤出的材料的质量流量。

可选地，通过在一个或多个易脆连接处沉积具有不同材料性质的丝状物，来形成一个或多个易脆连接。可以在多孔结构的一个或多个易脆区域处沉积具有更脆弱的材料性质的材料。

可选地，该方法进一步包括干燥所沉积的多孔结构，其中选择干燥参数，使得促进沿着一个或多个易脆区域的自发破裂。这种破裂可以在干燥期间或干燥之后发生，以及在干燥过程的各个阶段发生。

可选地，干燥通过微波干燥来进行，在微波干燥过程中将微波导向多孔结构，但是还可使用技术人员认为合适的任何其它干燥技术。

微波干燥可提供有利干燥过程，在有利干燥过程中可获得多孔结构的更均匀加热和断裂。

可选地，在多孔结构的不太易脆区域中形成多个部件，其中在多孔结构的制造期间，易脆区域布置在部件之间以将部件保持在一起，其中该方法进一步包括使易脆区域断裂以使各个部件彼此分离。

通过这种方式，可同时打印大量部件，同时当稍后去除易脆部件时具有提高的且更恒定的打印质量。因此，可显著提高多孔结构的制造效率。

可选地，沉积连续进行。丝状物的沉积可以是连续的过程，其中一根细长线以预定排列来沉积。应理解，还设想不连续的沉积。

可选地，使用振动单元来向一个或多个多孔结构提供振动，以促进一个或多个多孔结构的一个或多个易脆区域在振动的影响下断裂，其中一个或多个不太易脆区域在所施加的振动的影响下保持完整无损。

振动可提供足以使多孔结构的一个或多个易脆区域折断的负载。当采用振动时，还可逐渐进行折断。通过这种方式，可自动地且更容易地获取多孔结构的不太易脆区域。可采用不同类型的振动。

可选地，多孔结构包括至少两个三维部件，优选地至少四个三维部件，更优选地至少八个三维部件，甚至更优选地至少十个三维部件。

在多孔结构中可存在三维部件的各种排列。三维部件可形成连续的部件、一种或多种几何形状等。

可选地，将一个或多个多孔结构引导到构造成提供振动的传送带，其中传送带构造成提供振动以实现多孔结构的一个或多个易脆区域的折断。

可选地，通过振动台或振动筛来提供振动。

可选地，将一个或多个多孔结构引导到鼓状物或旋转筛，该鼓状物或旋转筛构造成提供振动以实现多孔结构的一个或多个易脆区域的折断。

根据一个方面，本发明还提供一种通过挤出构建材料而获得的三维多孔结构，该多孔结构具有在多个连续堆叠的层中处于预定排列的构建材料的互连的丝状物，其中构建材料包括含有无机颗粒状材料的粘性材料组合物，该构建材料在沉积时形成丝状物，其中连续层的丝状物至少在连续层的丝状物之间的接触点处彼此连接，以获得在丝状物之间具有互连的孔的多孔结构，连续层的丝状物彼此成一角度，其中在丝状物的排列中形成多个不太易脆区域，以形成多个三维部件，其中多孔结构包括在丝状物的排列中、位于多个三维部件之间的一个或多个预先形成的易脆区域，其中易脆区域将相邻地定位的三维部件连接在一起，其中互连的丝状物的预定排列构造成使得一个或多个易脆区域形成多孔结构的结构薄弱区，使得多孔结构在不会使不太易脆区域断裂的负载和/或应力的影响下沿着所述一个或多个易脆区域断裂，以在负载和/或应力的影响下能够释放多个三维部件。

一个或多个易脆区域可布置成形成薄弱部分，该薄弱部分构造成当在多孔结构上施加断裂力时可靠地断裂或撕裂。不太易脆区域可布置成承受断裂力并保持完整无损。

所打印的多孔结构可具有一个或多个非薄弱区(参见不太易脆区域)和一个或多个薄弱区(参见易脆区域)，使得当在所打印的多孔结构件上施加断裂负载时，薄弱区将更可能断裂。

随着多孔结构内的孔隙率局部增加，多孔结构在这些位置处的强度会降低。通过这种方式，多孔结构的至少第一部分和第二部分之间的孔隙率局部增加，可通过使易脆连接断裂来实现第一部分与第二部分的容易分离。此外，可提高打印质量，原因是可更好地保持孔隙率。

因此，孔隙率会影响刚度或弹性模量(参见杨氏模量)，弹性模量是应力随应变的变化率的量度，其限定了材料响应于给定力的变形程度。强度指的是在结构失效之前所能承受的最大力。一个或多个易脆区域处的强度显著小于一个或多个不太易脆区域处的强度。

丝状物是否对齐或交错，也会影响多孔结构的机械性质。例如，丝状物交错的多孔结构可能比丝状物对齐的多孔结构具有更小的弹性模量。例如，对于对齐的丝状物排列，从多孔结构的顶部到底部可存在实心柱状物，这是因为丝状物在相似位置相交而存在。这种实心柱状物可强烈抵抗压缩。相比之下，对于交错的丝状物排列，丝状物可稍微弯折，且应力可集中在铰接点。

此外，丝状物定向也会影响多孔结构的机械性质。例如，具有0/90、0/60/120和0/45/90/135丝状物定向的多孔结构可具有不同的弹性模量。应理解，还设想其它铺设图案，例如三角形、矩形、六边形、弯曲形、锯齿形图案。这些铺设模式也会影响孔尺寸。可引入一个或多个排列参数的局部变化，以在多孔结构内限定一个或多个易脆区域。

可选地，一个或多个易脆部分设置成完全包围要制造的多孔物体(由多孔结构的不太易脆区域形成)。替代地，一个或多个易脆部分可仅在要制造的多孔物体的一部分圆周上延伸。多个易脆区域可围绕多孔结构的一个或多个不太易脆区域布置。

可选地，至少一个易脆区域形成薄弱桥接部，在多孔结构上施加阈值负载时薄弱桥接部可断裂。通过易脆区域，可以在多孔结构内获得相对于不太易脆区域不同的断裂强度。易脆区域可首先断裂或撕裂，原因是易脆区域形成多孔结构中最弱的连接或联接。这可有效地提供多孔结构的预测断裂线。

可选地，多孔结构中的易脆性和/或不太易脆性逐渐地发生。可通过一个或多个易脆区域和一个或多个不太易脆区域获得易脆性和/或不太易脆性。在一些示例中，通过改变所沉积的互连的丝状物的排列，一个或多个易脆区域可具有不同的强度，从而产生不同的易脆性。易脆性的变化可用于使所形成的多孔结构的部分选择性地和/或顺序地折断。

根据一个方面，本发明还涉及一种通过连续地沉积丝状物而获得的三维多孔结构，其中所形成的多孔结构具有不太易脆连接和易脆连接，不太易脆连接和易脆连接在丝状物之间具有不同的间隔，其中易脆连接构造成能够使多孔结构的至少第一部分沿着所述一个或多个易脆连接从多孔结构的至少第二部分折断。本发明还涉及一种制造这种多孔结构的方法。

不太易脆区域的横截面，例如在不太易脆区域的高度方向上或在任何其它方向上的横截面可具有相同或相似的尺寸，或者尺寸可发生变化。不太易脆区域的横截面，例如在不太易脆区域的高度方向上或在任何其它方向上的横截面可具有相同或相似的形状，或者可具有不同的形状。这样例如，三维结构可包含处于圆柱或斜圆柱、棱锥或截断棱锥、立方体或斜方体形状或任何其它形状的不太易脆区域。应当清楚，三维多孔结构可包含具有不同形状和/或尺寸的不太易脆区域的组合。

可选地，不太易脆的第一部分和不太易脆的第二部分通过不太易脆连接的网络保持在一起。

根据一个方面，本发明提供一种部件，该部件能够通过根据本发明的方法或本发明的结构获得，该部件包括在后续/相邻的丝状物之间的位置处沿着部件的外表面的开孔，其中外表面的孔隙率相对于具有一个或多个易脆区域的更大未断裂结构的外表面的孔隙率增加。

部件的横截面，例如在部件的高度方向或在任何其它方向上的横截面可具有相同或相似的尺寸，或者尺寸可发生变化。部件的横截面，例如在部件的高度方向上或在任何其它方向上的横截面可具有相同或相似的形状，或者可具有不同的形状。这样例如，可获得处于圆柱或斜圆柱、棱锥或截断棱锥、立方体或斜方体等形状的部件，但是也可生产处于其它形状的部件。

有利地，部件在其外表面可具有开放孔隙率。此外或替代地，在外表面处，孔隙率可基本上相同，且可以不再由于打印路径中的弯折和拐弯而减小。在一些示例中，部件的外表面或平面可具有与结构内部的孔隙率相同的孔隙率(参见横截面)。然而，孔隙率可发生变化。

在一些示例中，可至少在堆叠层的侧面提高部件的孔隙率。还可增加多孔结构的总孔隙率。

根据一个方面，本发明还提供一种增材制造系统，该系统适于执行根据本发明的方法。

可采用不同类型的挤出增材制造布置方式，例如丝状物进料挤出、螺杆挤出或注射器挤出。还可存在这些技术的组合。

本发明的增材制造方法还可称为3D打印、3DFD、纤维沉积、丝状物沉积、机器人铸造、微挤出等，或这些项中的两项或更多项的组合。

在注射器挤出机中，材料可放入注射器中，且打印机可以以受控的速率按压柱塞，以通过喷嘴挤出丝状物。例如注射器可填充有粘性材料。在一些示例中，另外可使用加热的护套来加热注射器，以在打印之前原位熔化材料(例如聚合物丝状物或颗粒状物)。可存在不同类型的注射器挤出系统。可对柱塞施加气动压力。替代地，可通过机械位移(例如通过电动机来实现)来按压柱塞。机械位移可允许更直接地控制体积挤出速率，而在气动打印机中，挤出速率还可取决于针状物的几何形状、材料粘度、气动压力和先前挤出的丝状物造成的阻碍之间的相互影响。还可存在其它替代设计。

在螺杆挤出机中，材料可送入由紧密配合的套筒(称为管筒)包围的螺杆中。随着螺杆旋转，可迫使材料穿过管筒末端的喷嘴。从喷嘴挤出材料的速率可取决于螺杆转速。螺杆挤出机可容纳糊状物形式的材料，然而，例如还可使用聚合物颗粒状物。

丝状物进料挤出机可使用成卷的丝状物，丝状物送入附接到喷嘴的加热的熔化室中。从喷嘴挤出材料的速率可取决于丝状物从卷上送入熔化室的速率。增材制造软件可根据挤出丝状物的期望直径和喷嘴移动的速度来控制挤出速率。

可使用各种系统来执行根据本发明的基于挤出的增材制造方法。

根据一个方面，本发明涉及一种用于打印多孔结构的计算机实现方法。计算机实现方法可配置成操作增材制造系统以执行根据本发明的打印方法的步骤。可选地，计算机实现方法包括如下步骤：

-接收要制造的多孔物体的模型，和

-根据多孔物体的期望特性来限定打印路径，其中在打印路径中，相对于一个或多个不太易脆区域引入一个或多个额外的易脆区域，一个或多个不太易脆区域具有与要制造的物体的接收模型的形状和尺寸对应的形状和尺寸。

例如接收模型可以是要打印的物体的3D表示。可额外引入一个或多个易脆区域以提高印刷质量。

可选地，沿着接收模型的外周引入一个或多个易脆区域。外周可沿着多个堆叠层的外边缘延伸。

可选地，通过挤出单个多孔结构来同时打印多个多孔物体，其中在打印之后，通过从多孔结构的不太易脆区域去除一个或多个易脆区域来使多个物体彼此分离。多个多孔物体可以不同。然而，还可以在多孔结构中形成多个相同的多孔物体，在多个相同的多孔物体之间具有易脆区域。多孔结构的不太易脆区域可形成正制造的多孔物体。

该方法可进一步包括在沉积丝状物的层之前确定丝状物的预定排列，其中调节要形成的易脆连接处丝状物到丝状物的距离、丝状物直径、材料、丝状物间性质和丝状物内性质中的至少一个，以除了形成多孔结构的一个或多个不太易脆区域之外形成一个或多个易脆区域。在示例中，一个或多个易脆区域布置成使得多孔结构的至少第一部分能够沿着一个或多个易脆区域的一个或多个易脆连接从多孔结构的至少第二部分折断。

根据一个方面，本发明提供一种用于多孔结构的增材制造的挤出系统中的丝状物放置策略，其中该丝状物放置策略配置成在多孔结构中包括一个或多个易脆区域和一个或多个不太易脆区域，其中多孔结构构造成使得在预定阈值负载的作用下，多孔结构沿着一个或多个易脆区域断裂，而一个或多个不太易脆区域保持完整无损。通过精心设计丝状物的排列，可获得一个或多个易脆连接。这些易脆区域可以是多孔结构中特意薄弱化的区域。

可选地，采用材料挤出增材制造工艺，其中材料以所选择的排列连续沉积。

易脆区域可形成多孔结构的分裂段，当易脆区域被切断时，这些分裂段可分离。易脆区域可以是多种类型，例如桥接元件、易脆联接、易脆桥接部、厚度减小的易脆区域、薄弱材料、薄弱联接(例如连接多孔结构的两个不太易脆区域)、多孔结构中形成薄弱部分的中断部、可断裂的桥接元件、可切断的肋、材料网等。易脆区域可通过丝状物的薄弱结构排列来获得。此外或替代地，易脆区域可具有更小的尺寸，以比多孔结构的不太易脆区域更容易断裂或撕裂(以可预测的方式)。还可设想在多孔结构内提供不同材料的部段，在负载或应力的作用下这些部段比多孔结构的、由不同构建材料制成的不太易脆区域更容易撕裂或断裂。

应理解，挤出的丝状物在本领域中还可称为支柱、纤维(fibre/fiber)、杆、光栅、挤出物和其它术语。

应理解，术语丝状物直径可理解为被沉积的丝状物的横截面的特征长度。其它术语也可用于该特征，例如丝状物宽度、纤维直径、丝状物尺寸、支柱宽度等。丝状物可具有各种横截面形状。

应理解，层厚度可被视为层高度或切片厚度。它表示在3D打印多孔结构时的z增量。

设置成以丝状物形式挤出的构建材料可包含范围广泛的材料，以具有范围广泛的不同性质。构建材料可包含至少一种颗粒状材料。合适的颗粒状材料的示例是金属、复合材料、陶瓷、天然材料等。还设想各种其它示例。

不同的材料可产生不同的机械性质。因此，打印路径可取决于在沉积期间使用的具体材料。

可用于基于挤出的增材制造过程的颗粒状材料的示例包括陶瓷材料(例如氧化铝、氧化锆、二氧化硅、碳化硅、氮化硅等)、复合材料(例如聚合物陶瓷复合材料)、金属(RVS、钛、铜、铝、银等)沸石、金属有机骨架、碳、石墨烯等。

构建材料还可包含至少一种粘合剂和/或一种或多种溶剂，以确保期望粘度。

合适的溶剂包括水或有机溶剂、离子液体，或它们中的两项或更多项的混合物。在优选实施例中，溶剂可包括从由水、烷醇、酮、醚，或它们中的两项或更多项的混合物组成的组中选择的一种或多种溶剂，更优选地从由去离子水、乙醇、异丙醇、丙酮，或它们中的两项或更多项的混合物组成的组中选择的一种或多种溶剂。

在构建材料包含至少一种粘合剂的情况下，所述至少一种粘合剂组分可以是无机或有机化合物，或一种或多种无机化合物与一种或多种有机化合物的混合物。粘合剂可具有更亲水或更疏水的性质。优选地，所述至少一种粘合剂是有机化合物，更优选地在压力的影响下能够改变糊状物组合物的流变学或流动性质的有机化合物。

应理解，孔隙率可表示孔(体积)分数。多孔结构中的孔宽度或孔尺寸可限定多孔结构的一位置或区域处的孔隙率。孔隙率的局部变化可用于形成一个或多个易脆区域或连接。

应理解，鉴于该方法而描述的任何方面、特征和选项同样适用于增材制造系统和所描述的三维多孔结构。还将明显的是，可将上述方面、特征和选项中的任何一个或多个进行组合。

附图说明

将基于在附图中表示的示例性实施例来进一步阐明本发明。示例性实施例以非限制性说明的方式给出。应注意，附图只是通过非限制性示例的方式给出的本发明实施例的示意性表示。

在附图中：

图1A至图1C示出了挤出过程的示意图；

图2A至图2B示出了多孔结构的实施例的示意图；

图3A至图3B示出了多孔结构的实施例的示意图；

图4A至图4B示出了多孔结构的实施例的示意图；

图5示出了多孔结构的实施例的示意图；

图6示出了多孔结构的实施例的示意图；

图7A至图7B示出了多孔结构的实施例的示意图；

图8A至图8B示出了多孔结构的实施例的示意图；

图9A至图9B示出了多孔结构的实施例的示意图；

图10示出了打印样品的示例；

图11示出了各种示例的压碎力随质量变化的图；和

图12示出了打印三维多孔结构的方法的示意图。

具体实施方式

图1A至图1C示出了用于制造三维多孔结构1的挤出过程中的打印路径的示意图。打印路径说明了多孔结构的丝状物如何沉积在多个层上。方法包括将互连的丝状物以预定排列沉积在多个堆叠层中。连续层的丝状物彼此连接以获得具有互连的孔的多孔结构。此外，连续层的丝状物相对于彼此成一角度。丝状物以如下方式挤出：在丝状物的排列中形成一个或多个预先选择的易脆区域。丝状物沉积成使得多孔结构的一个或多个易脆区域连接到多孔结构的一个或多个不太易脆区域。互连的丝状物的预定排列构造成使得一个或多个易脆区域形成多孔结构的结构薄弱区，使得多孔结构在负载的影响下沿着所述一个或多个易脆区域断裂。

在该示例中，一个或多个易脆区域通过遵循特定的打印路径来获得。互连的丝状物的预定排列构造成使得一个或多个易脆区域形成多孔结构的结构薄弱区，使得多孔结构在负载的影响下沿着所述一个或多个易脆区域断裂。

在该示例中，结构薄弱区通过减小易脆区域处的材料密度来获得。在这些易脆区域，通过增加相邻丝状物之间的丝状物到丝状物的距离来增加孔隙率。

在挤出过程中，使喷嘴1沿着沉积丝状物的打印床3，遵循所示的打印路径5进行扫描。应理解，还设想使打印床3移动，而不是使喷嘴1移动(运动学反转)。还可存在组合。在替代示例中，在沉积过程的至少一部分期间，可使喷嘴1和印刷床3移动。在该示例中，打印路径5限定在多个层11上延伸的易脆区域7和不太易脆区域9。

在图1A中，示出了印刷床3上第一层的打印路径5。在图1B中，示出了两层的打印路径5。在图3B中，示出了其第四层还没有完成的打印路径5。应理解，为了在要制造的多孔结构中限定一个或多个易脆区域，可存在多种打印路径布置方式。

通过改变沉积模式，使多孔结构的局部机械性质局部改变，使得可形成预测的断裂线，当施加断裂负载时，多孔结构可沿着该断裂线断裂。在该示例中，被打印的多孔结构具有不均匀的丝状物到丝状物的距离(间隔)。如上所述，在一个或多个易脆区域处的局部机械强度还可以以不同的方式来实现。

图2A至图2B示出了多孔结构10的实施例的示意图的横截面侧视图，多孔结构10具有堆叠在彼此之上的所沉积的丝状物2构成的多个层11。丝状物2具有丝状物直径D和丝状物到丝状物的距离A。在该示例中，丝状物到丝状物的距离A在丝状物排列中发生变化以形成易脆区域7。在该易脆区域中，丝状物具有有限的结构支撑，且当在多孔结构上施加负载时更容易断裂。例如，通过弯曲力或弯折力，易脆区域7可折断成一个或多个更小的片段。然后可从多孔结构去除折断的片段，以仅保留多孔结构的不太易脆部分9。不太易脆区域9的丝状物以如下排列来沉积，该排列提供足够的机械性质以承受为了去除易脆区域7而施加在多孔结构上的负载。通过这种方式，多孔结构具有沿着易脆区域延伸的预测的断裂部分。示例性的初始断裂线13在图2A中示出。

层可具有高度H。该高度可基本上对应于丝状物直径D。然而，还可发生变化。例如，可减小高度H以与前一层的丝状物产生更结实的互连。

构建材料可以以第一层的形式挤出，第一层包括多个丝状物2。例如丝状物2可以是所沉积的构建材料的细长线的一部分。在示例中，使细长线连续地沉积。此外，可挤出一个或多个附加层，每个附加层竖直地堆叠在先前挤出的层上，且还包括相对于前一层的多个丝状物2成角度的多个丝状物2。提供预定图案以限定正制造的三维物体。

易脆区域7具有降低的弯曲强度和/或弯折可靠性，导致当在多孔结构10上施加断裂负载时沿着易脆区域7发生断裂。

在去除多孔结构10的一个或多个易脆区域7之后，仅多孔结构10的不太易脆区域9保持完整无损。在去除易脆区域的情况下所得到的多孔结构10’在图2B中示出。易脆区域7可容易地折断并去除，而不会损坏多孔结构10的不太易脆区域9。在多孔结构中保持完整无损的不太易脆区域9可形成要制造的多孔结构的期望形状。边缘包括多个折断的丝状物2。因此，有利地，可更好地保证外周12处的孔隙率。

多孔结构10和10’具有互连的孔15，从而可确保广泛应用的质量传递。丝状物2的几何形状和排列影响多孔结构的孔隙率和机械性质。调整通过沿着打印路径沉积而获得的丝状物排列(即铺设图案)中丝状物2的位置和定向，以在多孔结构10中形成一个或多个易脆区域7。调整丝状物到丝状物的距离A(间隔)以在多孔结构10中实现薄弱区域。机械性质会受到多个层11上丝状物2的相对定向的影响。

在一些实施例中，多孔结构构造成在易脆区域中具有的丝状物到丝状物的距离(间隔)位于在不太易脆区域中具有的丝状物到丝状物的距离的1.5倍至4倍的范围内。

在一些实施例中，多孔结构构造成在不太易脆区域中具有的丝状物到丝状物的距离(间隔)位于丝状物直径的0.1倍至6倍的范围内，更优选地位于丝状物直径的0.2倍至5倍的范围内。

在丝状物的连续挤出过程中，丝状物打印路径中的拐弯可导致更低的孔隙率(例如在多孔结构的外端部或外表面处)。在某些情况下，在拐弯位置处，孔隙率会显著降低。有利地，如果在这些拐弯处沉积的丝状物被折断，从而提供额外的孔隙率，则可解决这种不利的孔隙率降低。

图3A至图3B示出了多孔结构10的实施例的示意图的俯视图。作为示例，示出了堆叠在彼此之上的两层。在多孔结构10中限定构造成可断裂的薄弱部分(参见易脆区域7)，其中在断裂力的影响下，断裂表面沿着一个或多个易脆区域延伸。不太易脆区域9具有的机械性质使得不太易脆区域在同一断裂力的作用下可保持完整无损。例如，可增加孔隙率(和/或减小材料密度)，以在一个或多个易脆区域7处，相对于多孔结构10的不太易脆区域9特意局部薄弱化多孔结构10。

在图3A中，丝状物2在第一层中以0°打印，并在连续的第二层中以90°打印。丝状物2以直线沉积，但是还可存在其它构造或路径。丝状物的特定沉积在多孔结构中引入薄弱点，这些薄弱点对应于易脆区域7。在该示例中，这些薄弱点连接到不太易脆区域9。因此，多孔结构10的不太易脆区域9可借助于易脆区域7而保持在一起。当多孔结构沿着一个或多个易脆区域断裂以从多孔结构去除易脆区域时，可获得许多单独的多孔结构，这些单独的多孔结构表示初始多孔结构10中剩余的不太易脆区域。可打印包括在初始打印的多孔结构10中的更多数量的多孔物体。可通过去除多孔结构10中的易脆区域7来使这些多孔物体分离。

多孔结构10的易脆区域7的强度由于不同的丝状物到丝状物的距离而具有不同的机械强度。由于多孔结构10的易脆区域7中丝状物到丝状物的距离发生变化，使得易脆区域7能够逐步断裂。例如，可施加第一负载和/或应力以折断第一易脆区域，然后施加增大的第二负载和/或应力以折断剩余的第二易脆区域。

在图3B中，丝状物2以替代排列来沉积。示出了通过材料挤出而堆叠在彼此之上的两层的俯视图。多孔结构具有处于预定排列的互连的丝状物2。多孔结构可具有更多数量的层。连续层的丝状物2彼此连接，以获得具有互连的孔的多孔结构，其中多孔结构包括在丝状物的排列中、一个或多个预先形成的易脆区域7。一个或多个易脆区域7连接到多孔结构10的不太易脆区域9。互连的丝状物的预定排列构造成使得一个或多个易脆区域7形成多孔结构的结构薄弱区，使得多孔结构10在负载的影响下沿着所述一个或多个易脆区域7断裂。

图4A至图4B示出了多孔结构的实施例的示意图。在图4A中，多孔结构10包括多个易脆区域7和多个不太易脆区域9。易脆区域7可容易地从多孔结构10去除，而基本上不损坏不太易脆区域9。由于易脆区域在多孔结构10中提供减弱的机械性能，因此当在多孔结构10上施加足够大的力时，所形成的多孔结构10将沿着所述易脆区域7断裂。不太易脆区域9明显比易脆区域更结实，使得易脆区域7可折断并去除，而不会损坏不太易脆区域9。因此，可事先预测断裂线。

在去除易脆区域7之后，多孔结构的、对应于初始多孔结构10的不太易脆区域9的不同部分将保持完整无损。多孔结构的部分10a在图4B中以俯视图(左)和侧视图(右)示出。通过这种方式，可提高打印质量。此外，可以在单个打印过程中制造更多数量的多孔部件或物体10a，从而可提高效率。

应理解，可采用不同的铺设图案。通过控制多孔结构10的铺设架构，可影响局部机械性质。通常，高度多孔的结构表现出有限的机械性质，因此存在将孔隙率与压缩刚度相关联的幂律。

图5示出了多孔结构10的实施例的示意图。多个部件10a(参见多孔物体)由多孔结构10的不太易脆区域9形成。在多孔结构10的制造期间，易脆区域7布置在部件10a之间以将部件10a保持在一起。连接到不太易脆区域的易脆区域7断裂并去除，以使各个部件10a彼此分离。断裂线沿着易脆区域7延伸且可容易地预测。此外，与单独地打印部件10a的情况相比，部件10a的外周可具有更好的孔隙率。可避免在打印或挤出期间由于拐弯或人为因素而导致部件10a的边缘处的孔隙率降低。

有利地，可以在侧面或内部面上获得开孔，以提高具有与易脆区域分离的不太易脆区域的剩余多孔结构的可打印性和/或打印质量。因此，基于挤出的3D打印过程可形成在侧面(例如，与逐层3D打印方向、XY打印方向不同地定向的面)具有受控孔隙率的多孔结构。

在一些示例中，多孔结构内的易脆区域的机械强度可发生变化，以在施加增加的负载时和/或在增加的应力的情况下使多孔结构的各个部分逐步折断。

图6示出了多孔结构10的实施例的示意图。多孔结构10的丝状物2布置成使得易脆区域7形成在中心部分。该薄弱区可容易地折断并去除，同时降低损坏不太易脆区域9的风险。通过这种方式，获得所得的多孔结构10’，在多孔结构10’中形成有空的空间17。

可操纵设计输入以在多孔结构10中包括额外的不太易脆区域9，其中一个或多个不太易脆区域9对应于要基于所接收的要打印的模型制造的多孔物体。通过在多孔结构10中包括一个或多个易脆区域7，可获得对断裂线或断裂表面的预测洞察。

图7A至图7B示出了包括易脆区域7和不太易脆区域9的多孔结构10的实施例的示意图。图7A示出了横截面侧视图，且图7B示出了横截面俯视图。

在一个或多个易脆连接7处，引入机械弱点，以例如能够预测多孔结构10沿着机械弱点断裂。当达到使一个或多个易脆区域7断裂的阈值负载时，多孔结构10可沿着一个或多个易脆区域7断裂或撕裂。

在多孔结构10上施加负载，以使多孔结构10沿着一个或多个易脆区域7断裂，之后可从多孔结构10去除折断的材料。获得的所得部件10a可没有易脆区域7。外周处的孔隙率可得到更好的保证，且形状也可更符合期望的最终产品形状。

为了打印多孔物体，可以在要制造的多孔物体的设计中额外添加一个或多个易脆区域7，以避免打印、打印不准确、打印异常或边缘效应。例如，当在多孔结构中的多孔物体周围添加一个或多个易脆区域7时，不再需要表面研磨来消除边缘效应。一个或多个易脆区域7可至少沿着要制造的多孔物体的期望形状的外周延伸。通过这种方式，可避免对所形成的多孔物体进行有害的切割操作。易脆区域7可简单地从多孔结构10的不太易脆区域9折断，以获得要制造的多孔物体。可沿着所打印的多孔物体的外周(参见堆叠层的侧面)获得更多的多孔表面。

可选地，至少一个易脆部分形成多孔结构的闭合圆周。易脆区域可有效地形成多孔结构的最薄弱联接。易脆区域可布置成在易脆区域的去除期间，通过机械负载例如弯曲或弯折断裂力而发生断裂。

图8A至图8B示出了包括多个易脆区域7和不太易脆区域9的多孔结构10的实施例的示意图。在该示例中，在多孔结构中限定多个棱锥形状的不太易脆区域，这些不太易脆区域通过多个易脆区域7而彼此连接。棱锥形状的不太易脆区域交替地颠倒地定位。这可产生显著的空间节省，且在多孔结构10内打印相同数量的单独部件，可能需要更少的材料。应理解，可形成多种其它形状。

在丝状物2的沉积期间，一个或多个易脆区域7可将多孔结构10的多个部件保持在一起。然而，易脆区域7可充当预定的机械薄弱区或缺陷，预定的机械薄弱区或缺陷布置成在负载的作用下断裂，以产生只有多孔结构10的不太易脆区域9保持完整无损的多孔结构10。通过这种方式，可更好地预测或预计断裂线。

当易脆区域7已从多孔结构去除时，获得多个棱锥形状的物体10a。易脆区域7可容易地从不太易脆区域9断裂，其中在该过程中降低了损坏不太易脆区域的风险。

图9A至图9B示出了具有易脆区域7和不太易脆区域9的多孔结构10的实施例的示意图。与图8A至图8B所示的实施例类似，在多孔结构10的不太易脆区域9中形成多个部件，其中在多孔结构10的制造期间，易脆区域7布置在部件之间以将部件保持在一起。方法进一步包括使易脆区域断裂，以使各个部件10a彼此分离。在该示例中，各个部件10a也是棱锥形状，然而还可形成其它形状。可存在三维形状的许多变体，例如球体。还可采用根据本发明的方法在球体内制造球体。

图10示出了打印样品的示例。在顶部行所示的样品示出了所获得的、没有易脆区域7的所得部件10a。易脆区域7已通过在所打印的多孔结构上施加力/负载而去除。可以看出，与通过连续打印而制备的样品(如图的底部行所示)相比，外周处的孔隙率可得到更好的保证，且形状也可更符合期望的最终产品形状。左列示出了使用根据本发明的易脆区域(顶部行)和使用常规方法(底部行)打印的样品的俯视图，且右列示出了使用根据本发明的易脆区域(顶部行)和使用常规方法(底部行)打印的样品的侧视图。

在该示例中，使用800μm喷嘴打印具有相似尺寸(8.0×8.0×8.5mm)的氧化铝制成的各个三维多孔部件，并在850℃下煅烧。通过这种方式，可以在使用根据本发明的方法获得的三维部件和使用连续打印的常规方法(现有技术)获得的三维部件之间进行比较。

图11示出了各种示例的压碎力随质量变化的图。压碎样品所需的力在2个方向上进行测量：沿着打印样品的z轴(顶部)和在打印样品的x轴或y轴上(侧面)。样品具有相同的平均重量(0.40g±0.05g)和尺寸，但是孔隙率不同。

使用易脆区域制成的样品具有均匀的孔隙率分布，每层有6根纤维，所有6根纤维彼此平行。

在每种形状中，10个结构沿着z轴被压碎，十个样品沿着X或Y方向被压碎。令人惊讶地发现，使用易脆范围制备的样品在两个方向上具有相似的强度。强度与标准立方体的下限值相似，而侧面的孔隙率要高得多。

一些实验甚至表明，由易脆区域(通过采用根据本发明的方法)制备的样品可使强度增加33％。这种令人惊讶的效果提供显著的优势。下表提供了通过对使用根据本发明的方法打印的样品和使用已知的连续打印方法打印的样品进行实验而获得的结果：

表1：打印结构的强度的实验结果

在一些替代实验中，对于连续打印，测量结果为293N(对于“侧面”)，而对于根据本发明的方法，结果是357N(对于“侧面”)。

下表提供额外的实验结果。特别有利的结果加下划线并以粗体字母表示。

表2：各种示例性打印部件的实验结果

图12示出了打印三维多孔结构100的方法的示意图。在第一步骤101中，接收要制造的多孔物体的模型。在第二步骤102中，基于所接收的模型并根据多孔物体的期望特性来限定打印路径。在第三步骤103中，调节打印路径以例如沿着所接收的模型的外周添加一个或多个易脆区域。外周可沿着多个堆叠层的外边缘延伸。通过这种方式，可提高打印质量。应理解，第二步骤102和第三步骤103可以在单个步骤中执行。

为了增材制造多孔结构，可生成三维模型。可将该模型导入增材制造软件中，该软件控制用于生产多孔结构的整个沉积策略。可以控制的示例性参数是打印路径、喷嘴行进速度、温度等。然后可通过根据预定排列在多个堆叠层中沉积丝状物来制造多孔结构。根据本发明，被挤出的多孔结构包括连接到一个或多个不太易脆区域的一个或多个易脆区域。易脆区域可具有比不太易脆区域的材料密度小的材料密度，产生局部降低的机械强度。通过这种方式，可引导多孔结构沿着一个或多个易脆区域断裂。

多孔结构可以以各种方式逐层生产。虽然图中的实施例示出了平坦的层，其中在喷嘴向上移动层厚度以开始打印下一层之前，挤出用于单个层的所有丝状物(喷嘴处于打印床上方的恒定高度处)，但是还设想在单个丝状物的沉积期间通过改变喷嘴和打印床之间的距离来打印弯曲层。在所述沉积期间通过使喷嘴移动远离和更靠近打印床，可获得弯曲形状。

机械强度可包括多孔结构的不同类型的局部强度。例如，机械强度可以是弯曲强度。弯曲强度也可以是弯折强度或横向断裂强度。弯曲强度可定义为在弯曲试验中在多孔结构的区域就要屈服之前，多孔结构的区域中的应力。弯曲强度可表示在材料屈服时在材料内所经历的最高应力。在其它示例中，此外或替代地，一个或多个易脆区域处较弱的机械强度由剪切强度或压缩强度表示。

应理解，方法可包括计算机实现的步骤。上述所有步骤可以是计算机实现的步骤。实施例可包括计算机装置，其中在计算机装置中执行过程。本发明还扩展到适于将本发明付诸实践的计算机程序，特别是载体上或载体中的计算机程序。该程序可以是源代码或目标代码的形式，或适用于实施根据本发明的过程的任何其它形式。载体可以是能够携带程序的任何实体或设备。例如，载体可包括存储介质，例如ROM，例如半导体ROM或硬盘。此外，载体可以是可通过电缆或光缆或者通过无线方式或其它方式(例如通过互联网或云)传送的可传输载体，例如电或光信号。

例如一些实施例可使用机器或有形计算机可读介质或物品来实现，机器或有形计算机可读介质或物品可存储指令或指令集，如果指令或指令集由机器执行，则指令或指令集可使机器执行根据实施例的方法和/或操作。

可使用硬件元件、软件元件或两者的组合来实现各种实施例。硬件元件的示例可包括处理器、微处理器、电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑门、寄存器、半导体器件、微芯片、芯片组等。软件的示例可包括软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、移动应用、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、功能、计算机实现方法、程序、软件接口、应用程序接口(API)、方法、指令集、计算代码、计算机代码等。

在此，参考本发明实施例的具体示例对本发明进行描述。然而，显而易见，在不脱离本发明的本质的情况下，可以在其中进行各种修改、变化、替代和改变。为了清楚和简明描述的目的，在本文中将特征描述成相同或不同的实施例的一部分，然而，还设想具有这些不同实施例中描述的全部或一些特征的组合的替代实施例，且替代实施例应理解为落入由权利要求所概述的本发明的框架内。因此，说明书、附图和示例应被视为说明性的意思而非限制性的意思。本发明旨在包括落入所附权利要求的精神和范围内的所有替代、修改和变化。此外，所描述的许多元件是功能实体，它们可以以任何合适的组合和在任何合适的位置实现为离散或分布式组件或者与其它组件结合地实现。

在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语‘包括’不排除除了权利要求中列出的特征或步骤之外的其它特征或步骤的存在。此外，词语‘一’和‘一个’不应被解释为限于‘只有一个’，而是用于表示‘至少一个’，并不排除复数。某些措施记载在相互不同的权利要求中的单纯事实并不表示这些措施的组合不能用于优势。

Claims (33)

1.一种用于通过制造多个多孔三维部件的三维结构来同时制造所述多个多孔三维部件的方法，所述多个多孔三维部件彼此连接，所述方法包括将构建材料的互连的丝状物以预定排列沉积在多个连续堆叠的层中，其中所述构建材料包括含有无机颗粒状材料的粘性材料组合物，其中所述连续堆叠的层的丝状物至少在所述连续堆叠的层的丝状物之间的接触点处彼此连接，以获得在所述丝状物之间具有互连的孔的多孔结构，所述连续堆叠的层的丝状物彼此成一角度，其中在所述丝状物的排列中形成多个不太易脆区域，以形成所述多个多孔三维部件，其中在所述丝状物的排列中，在所述多个多孔三维部件之间形成一个或多个预先选择的易脆区域，并且其中，所述丝状物沉积成使得所述多孔结构的一个或多个易脆区域连接到所述多个不太易脆区域，其中所述易脆区域将相邻地定位的多孔三维部件连接在一起，其中所述互连的丝状物的预定排列构造成使得所述一个或多个易脆区域形成所述多孔结构的结构薄弱区，使得所述多孔结构在不会使所述不太易脆区域断裂的负载和/或应力的影响下沿着所述一个或多个易脆区域断裂，以能够在所述负载和/或应力的影响下释放所述多个多孔三维部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个易脆区域构造成在沿着所述易脆区域的丝状物的横截面的方向上断裂，所述方向相对于形成所述易脆区域的所述丝状物的纵轴以一角度延伸。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使所述多孔结构经受负载以使所述多孔结构沿着连接所述多个多孔三维部件的所述一个或多个易脆区域断裂，所述断裂使得由所述不太易脆区域形成的所述多个多孔三维部件被释放，其中，收集分离的多个多孔三维部件。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述构建材料进一步包含溶剂和/或一些有机材料。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述构建材料包含至少一种溶剂。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述构建材料是无机颗粒状材料的粘性糊状物或粘性悬浮液。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述无机颗粒状材料是催化活性材料。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述无机颗粒状材料是吸附剂材料。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述一个或多个易脆区域包括连续堆叠的层中的丝状物区域，与不太易脆区域中的丝状物的交织相比，所述丝状物区域中的丝状物的交织减少。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述一个或多个易脆区域处，所述丝状物以使所述多孔结构的密度减小的预定排列来沉积。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，使密度减小通过以下至少一种来实现：减少每单位长度上丝状物的数量；具有更小尺寸的丝状物；或者由材料密度更小的构建材料来生产丝状物。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述一个或多个易脆区域处的丝状物之间，所述丝状物以使所述多孔结构的孔隙率增加的预定排列来沉积。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，更高的孔隙率通过以下至少一种来实现：由溶剂浓度增加的构建材料制成的丝状物；由粘合材料更少的构建材料制成的丝状物；由具有不同粘合材料的构建材料制成的丝状物；由含有更少颗粒状材料的构建材料制成的丝状物。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述一个或多个易脆区域处，所述丝状物以使丝状物到丝状物的距离增加的预定排列来沉积。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述一个或多个易脆区域处同一层的丝状物到丝状物的距离比相邻的不太易脆区域中的丝状物到丝状物的距离大至少20％。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述多孔结构中形成预先选择的易脆性能够发生变化的不同易脆区域，其中所述不同易脆区域构造成在不同负载下断裂。

17.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当与所述不太易脆区域中的丝状物的直径相比时，在所述一个或多个易脆区域处，丝状物的直径减小。

18.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述一个或多个不太易脆区域在不同位置处的横截面具有不同的形状，或者不同的尺寸，或者不同的形状和不同的尺寸的组合。

19.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法进一步包括干燥和/或煅烧所沉积的多孔结构，其中选择干燥和/或煅烧参数，使得促进所述多孔结构沿着所述一个或多个易脆区域的自发破裂。

20.根据权利要求1或2所述的方法，其中，采用振动单元来向一个或多个多孔结构提供振动，以促进所述一个或多个多孔结构的一个或多个易脆区域在所述振动的影响下断裂，其中所述一个或多个不太易脆区域在所施加的振动的影响下保持完整无损。

21.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述多孔结构包括至少两个多孔三维部件。

22.根据权利要求4所述的方法，其中，所述溶剂是水和/或有机溶剂。

23.根据权利要求5所述的方法，其中，所述构建材料包含水。

24.根据权利要求11所述的方法，其中，使密度减小通过具有更小横截面的丝状物来实现。

25.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述一个或多个易脆区域处同一层的丝状物到丝状物的距离比相邻的不太易脆区域中的丝状物到丝状物的距离大至少200％。

26.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述一个或多个易脆区域处同一层的丝状物到丝状物的距离比相邻的不太易脆区域中的丝状物到丝状物的距离大至少400％。

27.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多孔结构包括至少四个多孔三维部件。

28.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多孔结构包括至少八个多孔三维部件。

29.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多孔结构包括至少十个多孔三维部件。

30.一种通过挤出构建材料而获得的三维多孔结构，所述多孔结构具有在多个连续堆叠的层中处于预定排列的构建材料的互连的丝状物，其中所述构建材料包括含有无机颗粒状材料的粘性材料组合物，该构建材料在沉积时形成丝状物，其中所述连续堆叠的层的丝状物至少在所述连续堆叠的层的丝状物之间的接触点处彼此连接，以获得在所述丝状物之间具有互连的孔的多孔结构，所述连续堆叠的层的丝状物彼此成一角度，其中在所述丝状物的排列中形成多个不太易脆区域，以形成多个多孔三维部件，其中所述多孔结构包括在所述丝状物的排列中、位于所述多个多孔三维部件之间的一个或多个预先形成的易脆区域，其中所述易脆区域将相邻地定位的多孔三维部件连接在一起，其中所述互连的丝状物的预定排列构造成使得所述一个或多个易脆区域形成所述多孔结构的结构薄弱区，使得所述多孔结构在不会使所述不太易脆区域断裂的负载和/或应力的影响下沿着所述一个或多个易脆区域断裂，以能够在所述负载和/或应力的影响下释放所述多个多孔三维部件。

31.一种多孔三维部件，能够通过根据权利要求1至29中任一项所述的方法获得，所述多孔三维部件包括在后续/相邻的丝状物之间的位置处沿着所述多孔三维部件的外表面的开孔，其中所述外表面的孔隙率相对于具有所述一个或多个易脆区域的更大未断裂的多孔结构的外表面的孔隙率增加。

32.根据权利要求31所述的多孔三维部件，其中，所述部件在不同位置处的横截面具有不同的形状和/或不同的尺寸。

33.一种增材制造系统，适于执行根据权利要求1至29中任一项所述的方法。