CN114535620B - 通过陶瓷或金属材料制造生坯的机器 - Google Patents

Abstract

一种机器包括：由缸体(B)的底部构成的水平接收表面(10)，所述缸体(B)具有宽度和长度；以及悬浮液的供应和铺开装置，其包括悬浮液涂布器(1)和外部储罐(R)，涂布器(1)包括通过外部储罐(R)供应的悬浮液贮存部(6)、贮存部(6)中的至少一个真空形成装置以及与贮存部(6)连接并面对表面(10)形成的至少一个孔(T)，控制一个或多个真空形成装置以调节从一个或多个孔(T)释放的悬浮液量，涂布器(1)沿着缸体(B)的宽度设置并至少具有打印宽度并且被构造为沿着缸体(B)的长度平移，从而能够通过一个或多个孔(T)将悬浮液施加到表面(10)上。

Description

通过陶瓷或金属材料制造生坯的机器

技术领域

本发明涉及一种用于通过立体光刻造型来制造陶瓷或金属材料的生坯的机器，这样的生坯用于经受清洁、脱脂和烧结操作来获得成品陶瓷或金属部件。

背景技术

立体光刻造型通常涉及用于获得这些生坯的以下步骤：

-通过计算机辅助设计来构建要制造的部件的计算机模型，该模型的尺寸稍大于要制造的部件的尺寸，以允许陶瓷或金属材料在部件的制造期间产生收缩；以及

-如下所述那样制造部件：

在刚性支架上形成可固化组合物的第一层，其包括分别由至少一种陶瓷或金属粉末形成的所述陶瓷或金属材料以及包含有至少一种单体和/或一种低聚物和所述(多种)单体和/或(多种)低聚物的至少一种聚合引发剂的有机部分，并且在合适时包含增塑剂、溶剂、分散剂和聚合抑制剂中的至少一种；

通过辐照(例如，通过激光对所述层的自由表面进行扫描或通过二极管投射系统)将光固化组合物的第一层固化为针对该层的模型所限定的图案，从而形成第一级；

在第一层上形成可固化组合物的第二层；

通过辐照使可固化组合物的第二层固化为针对该层所限定的图案，从而形成第二级，该辐照按照第一层那样进行；

可选地，重复上述步骤以获得生坯状态的部件。

然后，如上所述，为了获得成品部件，清洁生坯以去除未固化的组合物、对清洁后的生坯进行脱脂并且对清洁和脱脂后的生坯进行烧结以获得成品部件。

可固化组合物可以是悬浮液的形式。刚性支架是对进行构建的部件的各层以及悬浮液进行支撑的工作板，并且通常通过降低工作板并铺开预定厚度的悬浮液来形成每一层。悬浮液的供料储存在自动地在每一层处排空预定量的悬浮液的储罐(缸体或筒体或压力罐)中。这形成了要被铺开在进行制造的、已预先通过工作板降低的部件的顶层上的悬浮液滴。通常借助于例如通过在平直的水平方向上移动而扫掠工作板的工作表面的刮刀将每层铺开。

每次形成层时，股线从其储罐中涌出从而跨过板与刮刀之间的板宽度延伸以达到预计的高度，使得板可以随着刮刀的前进而被形成层的悬浮液覆盖。

这种系统不适用于大型机器，因为：

-刮刀沿着板的长度推动的悬浮液滴会撞击易碎的聚合部件，从而对部件产生过大的应力；

-很难确保液滴在其宽度上具有一致的高度，因此存在无法适当地覆盖板的问题，导致使用的悬浮液远多于避免这种问题所需的悬浮液。这会产生额外的工作。

申请人已提出应通过刮刀前部的喷嘴在其整个宽度上供应悬浮液。虽然这种方案解决了宽度分布的问题，但对于大型板，长度分布的问题仍有待解决，因为在刮刀移动期间连续供应悬浮液变得更加复杂。如果刮刀在某些时间停下来施加新的悬浮液股线，则会在部件上产生表面缺陷，即停止位置处的痕迹；如果在刮刀前部施加连续的悬浮液股线，则在刮刀的整个前进过程中难以在整个宽度上控制这种操作，从而导致施加的悬浮液比必需的更多，从而产生额外的工作。

为了克服这些缺点，申请人已提出应通过具有由外部储罐供应的悬浮液贮存部的涂布系统来进行第一层悬浮液在水平接收表面上的供应和铺开以及每个其他的层在具有先前固化的图案的每个层上的供应和铺开，在每个层形成时在充满悬浮液的缸体中进行层的堆叠。

发明内容

因此，根据本发明，悬浮液的沉积可以有利地在多个层的整个宽度和长度上以受控的方式进行，不会产生先前描述的现有技术的情况中的过量悬浮液。

此外，与在每层形成时将支撑堆垛的板逐级降低到最初充满悬浮液的缸体中从而用待辐照的新层覆盖带有固化图案的层的工作情况相比，逐步填充缸体提供了一些优点。这些优点是避免了由于与环境温度进行交换而导致悬浮液的反应性下降，避免了悬浮液的陶瓷或金属部分沉淀在缸体底部，并且避免了在降低悬浮液的过高的粘度水平以使其覆盖待辐照的层的情况下所必需的高剪切应力。

因此，本发明的目的是一种通过立体光刻造型技术来制造部件的机器，借助于该机器辐射固化悬浮液的层根据针对每个层限定的图案通过辐照而被依次一个叠一个地进行固化，所述机器包括：

-水平接收表面，其被构造为接收第一层以及从第一层开始一个叠一个地形成的后续的层；

-供应和铺开装置，其被构造为在每个层形成时供应一定量的悬浮液，并且针对第一层将悬浮液铺开在水平接收表面上并且针对每个后续的层将悬浮液铺开在先前固化形成图案的每个层上，供应和铺开装置和水平接收表面可在层堆叠方向上相对于彼此移动；以及

-辐照装置，其用于在每个层铺开后对其进行辐照以使其被固化为预先限定的图案，其特征在于，水平接收表面由缸体的底部构成，缸体具有长度和宽度，并且供应和铺开装置包括悬浮液涂布器和外部储罐，悬浮液涂布器包括通过外部储罐供应的悬浮液贮存部、位于悬浮液贮存部中的至少一个真空形成装置以及与悬浮液贮存部连接并面对水平接收表面形成的至少一个孔，对至少一个真空形成装置进行控制来调节从至少一个孔释放的悬浮液量，悬浮液涂布器沿着缸体的宽度设置并且至少具有打印宽度并被构造为沿着缸体的长度进行平移，从而能够通过至少一个孔将悬浮液施加到接收表面上。

基于根据本发明的机器的一个特定实施方式，至少一个真空形成装置与真空导出孔连接以控制从至少一个孔释放的悬浮液量。

涂布器可以是长方体，面对水平接收表面的有效面部是涂布器的形成有至少一个孔的释放面部。

形成在有效面部中的至少一个孔可以由被形成在涂布器的有效面部的整个宽度上的单个狭缝构成，或者由均匀地分布在涂布器的有效面部的整个宽度上的多个孔构成。

悬浮液可以通过均匀地分布在涂布器的宽度上的多个供应装置从外部储罐被供应到悬浮液贮存部，其中内部悬浮液分配管能够安装成插入到悬浮液贮存部中。

悬浮液贮存部可有利地被分成多个隔间，这些隔间各自通过至少一个真空导出孔与真空形成装置关联，并且与来自外部储罐的悬浮液的至少一个供应装置关联。因此，每个隔间都具有其自身的供应系统和其自身的真空系统。优点是，如果一个隔间由于任何原因而清空了悬浮液，则不会干扰其他隔间。还发现了这种布置允许更好地控制悬浮液涂布器中的悬浮液液位。

机器可包括用于在涂布器特别是在层的横向边缘处静止时或在其平移运动期间控制悬浮液向悬浮液贮存部的供应的装置。在涂布器移动时供应悬浮液的优点是将涂布器前部的悬浮液量降至最低，否则这可能在固化过程中在部件上产生机械应力或形成液滴的问题从而在之后对涂布器产生干扰。

根据本发明的机器可包括用于缸体中未固化的悬浮液量的传感器以及控制器，该控制器根据悬浮液量传感器在缸体中检测到的未固化的悬浮液的液位针对每一层来调节涂布器的悬浮液供应。

悬浮液量传感器可以是液位传感器和体积传感器中的一个。

涂布器的有效面部可以带有被构造为允许对通过至少一个孔沉积的悬浮液进行刮擦的至少一个刀片，该刀片在涂布器的移动方向上设置在至少一个孔的后部。

涂布器在移动方向上的前面部可具有推动挡板的形式。

缸体可配备有用于排出过量的未固化的悬浮液的溢流部。可以根据用于缸体中的未固化的悬浮液量的传感器检测到的悬浮液液位来控制溢流部。

附图说明

为了更好地说明本发明的目的，下面参照附图通过说明性而非限制性的方式描述特定的实施方式。

在附图中：

图1是根据本发明的机器的悬浮液涂布器的正视图；

图2是图1的装置的俯视图；

图3是根据图1的线III-III的剖视图；

图4是根据图2的线IV-IV的纵向剖视图；

图5是图1的涂布器在根据本发明的机器中准备就位的前视图；

图6是示出根据本发明的机器的操作的示意图；

图7a示出了随着涂布器的前进的层的形成；

图7b示出了在机器的缸体中看到的层的形成；

图7c示出了具有附加材料的层的形成；

图7d示出了抽吸过量材料的情况下的层的形成；

图8是根据本发明的机器的悬浮液涂布器的分解立体图，所述涂布器基于图1至图4所示的涂布器的变型。

具体实施方式

参照图1至图5，可以看出，所示的悬浮液涂布器1具有通过在使用位置中呈水平的细长的顶板2形成的长方体的总体形状，该板在其每个端部处向下弯曲以形成厚度更大的横向板3。在这些壁2和3的每一侧上，通过螺钉5固定有侧板4。

由此形成了通过板2、3和4界定的悬浮液贮存部6(图4)，下面部或释放面部(FL)通过板3和4的边缘形成并具有狭缝形孔T(见图3)。

横向板3具有用于使涂布器支架8上的固定螺钉通过的孔7。涂布器支架8及其涂布器1被可滑动地安装在框住水平接收表面10的导轨9上(见图5)。

在顶板2中设置有凹部11，它们各自适于接收软管13的端部配件12。软管13与引出软管15的中间连接件14连接，两条软管15接合至引出用于与外部悬浮液储罐(图6中的R)连接的软管的中间连接件(未被示出)。

凹部11各自与插入到贮存部6中的内部悬浮液分配管16连接。

通过被编程为例如在涂布器1特别是在接收表面的横向边缘处静止时打开一个或多个分配阀来供应悬浮液的装置(未被示出)对贮存部6的悬浮液供应进行控制。

板2还具有真空导出孔(tapping)17，其通过软管18成对地与形成针对真空形成装置(未被示出)的连接部的中间连接件19连接。

在所示的例子中，每个板4都沿着其下边缘具有刮擦刀片L，其在这里具有推动挡板的形式(图3)。这种形式的细节可以在2019年7月8日以本申请人的名义提交的名称为“用于通过立体光刻造型制造陶瓷件的机器的坯泥层施加装置”的法国专利申请中找到。可以使用其他形状的刮擦刀片，例如诸如具有较高的进入角(例如45°)或者在要促进层流的情况下具有较小的进入角的斜切刀片。

在所示的例子中，悬浮液涂布器具有两个刀片L，其各自在两个移动方向中的一个上起作用。

根据本发明的机器如下所述那样工作：

(a)通过使贮存部6预先通过储罐R填充的涂布器1移动而在缸体(B)(图6)的底部形成悬浮液的第一层C；在该操作中需要真空以避免悬浮液的任何不希望的沉积并对这种沉积进行调节；

(b)根据所需的图案使第一层硬化；

(c)将涂布器1提升一层高度；

(d)通过在相反的方向上移动涂布器1来形成第二层C；

(e)使第二层C硬化；

重复步骤(c)和(e)以构造生坯。

图6示出了根据本发明的机器，其中涂布器1每次从缸体B的底部上升一层。

替代地，可以降低工作表面，如图7b、图7c或图7d所示。换言之，在每层形成时下降的是缸体的底部。

现在参照图7a，可以看出，随着涂布器1将悬浮液从悬浮液贮存部6沉积到前一层上，形成在涂布器的前部的波形部分V被前部刀片刮掉。

参照图7b，其示出了位于初始位置(填充贮存部6)、中间位置(在实际沉积期间)和最终位置(在沉积之后)的涂布器1，可以看出，在与起始位置相对的储罐的边缘上设置有溢流部TP。落入溢流部TP中的悬浮液可以有利地返回到外部储罐R。

参照图7c，可以看出表示了前一层的未固化位置处的高度与该层的其余部分相比过低的情况。在这种情况下，进行缺失的悬浮液材料的供应。

参照图7d，可以看出表示了前一层的未固化位置处的高度与该层的其余部分相比过高的情况。在这种情况下，进行多余浆料的抽吸。

参照图8，可以看出所示的涂布器1’与涂布器1的不同之处在于悬浮液贮存部6被与顶板2垂直并向下延伸到悬浮液出口狭缝T附近的三个隔板20分成多个隔间(在所示的例子中为四个)。

涂布器1’的与涂布器1相同的组件用相同的附图标记表示。

通过隔板20形成的隔间具有大致相同的容积，并且各自通过类似于图5所示的软管13的软管供应悬浮液，并且通过真空导出孔17与真空形成装置连接。

在所示的例子中，隔板20在底部处斜切，以帮助悬浮液从每个隔间离开。

图8中没有示出安装在接收软管13的端部配件12的凹部11内部的内部分配管16。

因此，每个隔间都具有自身的供应系统和真空系统，从而允许一个隔间接一个地对供应和真空进行控制。

图8中还示出了控制窗21，其在需要的情况下可以形成在前壁4中，以用于观察悬浮液在其沉积过程中的特性。

Claims (13)

1.一种通过立体光刻造型技术来制造部件的机器，借助于所述机器辐射固化悬浮液的层根据针对每个层限定的图案通过辐照而被依次一个叠一个地进行固化，所述机器包括：

- 水平接收表面（10），其被构造为接收第一层以及从所述第一层开始一个叠一个地形成的后续的层；

- 供应和铺开装置，其被构造为在每个层形成时供应一定量的悬浮液，并且针对所述第一层将所述悬浮液铺开在所述水平接收表面（10）上并且针对每个后续的层将所述悬浮液铺开在先前固化形成图案的每个层上，所述供应和铺开装置和所述水平接收表面（10）可在层堆叠方向上相对于彼此移动；以及

- 辐照装置，其用于在每个层铺开后对其进行辐照以使其被固化为预先限定的图案，

其特征在于，所述水平接收表面（10）由缸体（B）的底部构成，所述缸体（B）具有长度和宽度，并且所述供应和铺开装置包括悬浮液涂布器（1）和外部储罐（R），所述涂布器（1）包括通过所述外部储罐（R）供应的悬浮液贮存部（6）、位于所述悬浮液贮存部（6）中的至少一个真空形成装置以及与所述悬浮液贮存部（6）连接并面对所述水平接收表面（10）形成的至少一个孔（T），对所述至少一个真空形成装置进行控制来调节从所述至少一个孔（T）释放的悬浮液量和/或抽吸所述接收表面上的过量浆料，所述涂布器（1）沿着所述缸体（B）的所述宽度设置并且至少具有打印宽度并被构造为沿着所述缸体（B）的所述长度进行平移，从而能够通过所述至少一个孔（T）将悬浮液施加到所述水平接收表面（10）上。

2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述至少一个真空形成装置与真空导出孔（17）连接以控制从所述至少一个孔（T）释放的悬浮液量。

3.根据权利要求1或2所述的机器，其特征在于，所述涂布器（1）是长方体，面对所述水平接收表面（10）的有效面部是所述涂布器（1）的形成有所述至少一个孔（T）的释放面部（FL）。

4.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，形成在所述有效面部中的所述至少一个孔（T）由被形成在所述涂布器（1）的所述有效面部的整个宽度上的单个狭缝构成，或者由均匀地分布在所述涂布器（1）的所述有效面部的整个宽度上的多个孔构成。

5.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，悬浮液通过均匀地分布在所述涂布器（1）的宽度上的多个供应装置从所述外部储罐（R）被供应到所述悬浮液贮存部（6），内部悬浮液分配管（16）能够安装成插入到所述悬浮液贮存部中。

6.根据权利要求1或2所述的机器，其特征在于，所述悬浮液贮存部（6）被分成多个隔间，所述隔间各自通过至少一个真空导出孔（17）与真空形成装置关联，并且与来自所述外部储罐（R）的悬浮液的至少一个供应装置关联。

7.根据权利要求1或2所述的机器，其特征在于，其包括用于在所述涂布器（1）静止时或在其平移运动期间控制悬浮液向所述悬浮液贮存部（6）的供应的装置。

8.根据权利要求1或2所述的机器，其特征在于，其还包括用于所述缸体（B）中未固化的悬浮液量的传感器以及控制器，所述控制器根据用于悬浮液量的所述传感器在所述缸体（B）中检测到的未固化的悬浮液的液位针对每一层来调节所述涂布器的悬浮液供应。

9.根据权利要求8所述的机器，其特征在于，用于悬浮液量的所述传感器是液位传感器和体积传感器中的一个。

10.根据权利要求4所述的机器，其特征在于，所述涂布器（1）的所述有效面部带有被构造为允许对通过所述至少一个孔（T）沉积的悬浮液进行刮擦的至少一个刀片（L），所述刀片（L）在所述涂布器（1）的移动方向上设置在所述至少一个孔（T）的后部。

11.根据权利要求4所述的机器，其特征在于，所述涂布器（1）在移动方向上的前面部（4）具有推动挡板的形式。

12.根据权利要求8所述的机器，其特征在于，所述缸体（B）配备有用于排出过量的未固化的悬浮液的溢流部。

13.根据权利要求12所述的机器，其特征在于，根据用于所述缸体（B）中的未固化的悬浮液量的所述传感器检测到的悬浮液液位来控制所述溢流部。