CN115803201A - 用于自动化的系列生产的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印机(1)，包括用于待制造的对象(3)的可调温的、热隔绝的构造空间(2)和沿着至少两个轴线(x，y)可运动的至少一个打印头(4a，4b)，该打印头能够将粉末状材料、糊状材料或液态材料局部地添材制造成所述待制造的对象(3)，其中，所述构造空间(2)的热隔绝部包括至少两部分的、能够随着所述打印头(4a，4b)运动的覆盖件(6，6a‑6c)，其中，该覆盖件(6)的至少一个第一部分(6a)与所述打印头沿着两个轴线(x，y)的运动固定地耦合，并且其中，该覆盖件(6)的至少一个第二部分(6b)能够借助至少一个可松开的耦合器件(7a，7b)耦合到所述第一部分(6a)上。

Description

用于自动化的系列生产的3D打印机

技术领域

本发明涉及一种专门针对对象的简化的系列生产的3D打印机。

背景技术

在借助3D打印增材制造对象时，材料被逐渐地添加到待制造的对象上并且在该对象上固化。为此，液态材料或糊状材料例如可以在提高的温度下从相对于待制造的对象可运动的打印头施加到待制造的对象上并且在那里通过冷却而凝固。例如用于金属初始材料的相应的打印头由DE 10 2015218 375A1已知。

在这些3D打印机和其他3D打印机中通常设置，在制造期间将待制造的对象在一个可调温的构造空间中保持在基本温度。

发明内容

在本发明的范畴内研发一种3D打印机。该3D打印机包括用于待制造的对象的可调温的、热隔绝的构造空间和沿着至少两个轴线可运动的至少一个打印头。该打印头能够将粉末状材料、糊状材料或液态材料局部地添材制造成待制造的对象。

材料尤其可以通过温度作用与待制造的对象连接。因此，在热的液体状态下从打印头流出的材料例如可以在冷却时与待制造的对象连接。然而，粉末状或糊状材料例如也可以通过在构造空间内的局部热作用，例如借助激光束与待制造的对象连接。

然而，糊状或液态材料例如也可以通过在构造空间内借助紫外线激活或固化而辅助地通过构造空间中的温度固化在待制造的对象上。

构造空间的隔热装置包括至少两部分的、能够随着打印头运动的覆盖件。该覆盖件的至少一个第一部分与打印头沿着两个轴线的运动固定地耦合。该覆盖件的至少一个第二部分能够借助至少一个可松开的耦合器件耦合到第一部分上。

已经认识到，以这种方式借助3D打印机可以明显地简化对象的系列生产。自动化的系列生产通常要求以自动化的方式从3D打印机中取出制成的对象，以便然后能够开始下一个对象的制造。被隔热装置从所有侧包围的结构空间对此是妨碍的。

现在，通过覆盖件的第二部分能够与打印头的运动脱耦，该第二部分例如可以放置在为此设置的停放位置上，并且然后，第一部分可以通过打印头的运动而从第二部分运动离开。以这种方式可以在构造空间中实现一个开口，通过该开口可以取出制造的对象。随后，覆盖件的第一部分可以又朝向覆盖件的第二部分运动并且因此结构空间又可以闭合。

为此，可以使用打印头的本来就存在驱动源。这与将结构空间的侧壁构型为可翻转或可滑动的门相比，能够在结构设计和硬件技术方面以更少的费事实现。

利用3D打印进行系列化生产的可能性又允许借助3D打印制造系列构件，这些系列构件的造型不能利用减除材料加工(如车削、铣削或钻孔)、通过铸造或甚至通过这些方法的组合实现。因此，实际能够系列生产的对象的范围被扩大到这种由于其造型而仅能借助3D打印实际制造的对象。这些对象尤其例如可以是它们的形状根据优化算法或根据分析计算来选择，使得该形状能够最好地满足某些功能的对象。相比之下，在选择性地可以利用3D打印或利用传统材料加工制造的对象中，传统材料加工对于系列生产而言大多数更快。然而，在这种情况下，用于研发和测试的初始的小批量也可以合理地利用3D打印制造。对于在测试之后仍然需要改变最终造型的情况，则不会损失用于传统材料加工的装备成本。

在覆盖件的第一部分耦合到覆盖件的第二部分上的状态下，覆盖件的两个部分尤其例如可以相互接合、彼此邻接或以滑动防护装置的方式重叠。这些部分中的一个部分例如也可以以滑动防护装置的方式与另一部分重叠。

在一个特别有利的构型中，覆盖件的第一部分和覆盖件的第二部分在这些部分彼此耦合的状态下限定一个到构造空间中的贯通部。打印头能够通过该贯通部引导到构造空间中。尤其，打印头的加热装置例如可以位于构造空间内。由打印头产生的热量则可以大部分地保留在构造空间中。

在另一特别有利的构型中，3D打印机进一步包括布置在结构空间内的底板，用于接收待制造的对象。该底板能够至少沿着一个轴线运动，该轴线线性地独立于打印头沿着其可运动的轴线。尤其，底板例如可以垂直于打印头沿着其可运动的轴线而能够运动。

在另一特别有利的构型中，3D打印机进一步包括输送装置，该输送装置能够在覆盖件的第一部分与覆盖件的第二部分间隔开的状态下从构造空间中取出待制造的对象和/或底板。然后，3D打印机可以一个接一个地制造对象，而不需要人工干预。输送装置例如可以构造为抓取装置或机械臂。

在此，特别有利的是，不抓取对象本身，而是抓取底板。与详细地制造哪个对象无关地，总是能够以同样的方式抓取底板。这简化了在系列化生产内从一个待制造的对象切换到一个变化的或不同的对象。

此外，在构造空间外能够更简单地实现，将粘附在底板上的制造的对象机械地从底板分离。尤其，不存在3D打印机或其机械装置通过用于将对象从底板剥离所需的力作用而受损坏的危险。此外，底板可以在构造空间外清洁材料残余，使得可以从干净的底板开始又可重复地制造另外的对象。

在一个特别有利的构型中，至少有一个可松开的耦合器件是卡锁装置，该卡锁装置在覆盖件的第一部分接近第二部分时卡锁，而在第一部分从预给定的最低速度起快速用力地运动时解锁。卡锁装置尤其可以如此设计尺寸，使得其在打印头以在3D打印期间设置的速度运动时保持锁定。以这种方式尤其便于将覆盖件的第二部分放置在预给定的停放位置处，并且然后使第一部分从第二部分离开运动。

以这种方式打开构造空间可以通过阻挡装置进一步辅助，该阻挡装置在覆盖件的第二部分处于预给定的停放位置处时能够将该第二部分至少固定保持。该阻挡装置也可以与其它可松开的耦合器件共同作用。与可松开的耦合器件如何详细地构型无关地，可以通过覆盖件的第一部分施加足以松开的力到耦合器件上。

在另一特别有利的构型中，至少一个可松开的耦合器件是卡锁连接装置，该卡锁连接装置在覆盖件的第一部分接近时卡锁到第二部分中。设置一个附加的促动器，该促动器能够解锁卡锁连接装置。以这种方式，与借助控制装置相比，解锁的过程仅通过施加到耦合器件上的力是更加可重复的。对于耦合器件的“脱离”所需的力例如可以通过倾斜或粘合变化。此外，可以利用打印头的驱动源的全部动力，用于尽可能快速地移动打印头，并且能够相应地快速制成对象。

特别有利地，促动器不是覆盖件的一部分，并且当覆盖件的第二部分处于预给定的停放位置处时，卡锁连接装置就正好能够解锁。然后，在打印头运动时，促动器不会改变其位置，使得结构设计上更简单地向该促动器供给能量并且对其进行操控。

例如，耦合器件可以包括在覆盖件的一部分上的弹簧加载的杠杆以及安装在覆盖件的另一部分上的槽。该槽可以尤其具有例如垂直的侧面，并且一个倾斜的斜面可以从槽外部朝向至少一个这样的侧面引导。当覆盖件的两个部分朝向彼此运动时，杠杆可以在倾斜的斜面上朝向槽的方向滑动。如果覆盖件的两个部分相对彼此正好如此地布置，使得覆盖件在名义上(nominell)关闭，则杠杆运动到槽上方并且被弹簧力压入到槽中。覆盖件的一个部分的进一步运动然后导致，使杠杆与槽的垂直侧面携动，或者反之亦可，使得覆盖件的其它部分也一起运动。然后，杠杆可以被促动器提升，以便又允许覆盖件的两个部分之间的自由的相对运动。

在另一特别有利的构型中，至少一个可松开的耦合器件包括在覆盖件的一个部分上的至少一个永磁铁或电磁铁以及在覆盖件的另一部分上的至少一个铁磁性元件。永磁耦合器件也可以通过覆盖件的第一部分的用力和/或快速用力的运动松开，并且在此，与卡锁连接装置相比是完全无磨损的。通过关闭电磁铁还能够更容易地松开电磁耦合器件。

在另一特别有利的构型中，至少一个可松开的耦合器件包括在覆盖件的一个部分上的至少一个凸起部以及在覆盖件的另一部分上与该凸起部对应的至少一个凹陷部。通过提升或降低覆盖件的至少一部分，凸起部能够从与凹陷部的接合中脱开。这样的耦合器件也将一方面可靠的耦合与另一方面无磨损的松开过程合并。

附图说明

下面与本发明的优选实施例的描述一起根据附图详细地阐述改进本发明的另外的措施。

附图示出了：

图1：在构造空间2关闭的情况下的3D打印机1的实施例；

图2：在构造空间2打开的情况下，在图1中所示的3D打印机1的状态；

图3：具有杠杆12和用于松开的促动器11的可松开的耦合器件7a、7b的实施例；

图4：在图3中所示的耦合器件7a、7b的松开的状态。

具体实施方式

图1示出3D打印机1的一个实施例。对象3应在热隔绝的构造空间2内的底板9上制造。底板9能够通过驱动器9a沿z轴的方向移动。借助两个能够通过驱动系统5垂直于z轴沿着x轴和y轴运动的打印头4a和4b，可以给待制造的对象3局部地添加材料。

结构空间2向上被覆盖件6封闭。该覆盖件6由三个部分6a、6b和6c组成。第一部分6a和第二部分6b彼此贴靠并且形成两个缺口。在图1所示的状态下，正在使用的打印头4a通过其中一个缺口被引导到构造空间2中。因为打印头4b目前不在使用，所以另一缺口被隔绝翻盖8b封闭。当打印头4a、4b和覆盖件6的第一部分6a朝向第三部分6c运动时，覆盖件6的第二部分6b以滑动防护装置的方式移动到第三部分6c上方。当打印头4a、4b和覆盖件6的第一部分6a从第三部分6c离开运动时，第二部分6b被弹簧元件6d、6e辅助地朝相反方向在第三部分6c上方移动，以便跟随第一部分6a。

覆盖件6的第一部分6a和第二部分6b在图1所示的状态下通过可松开的耦合器件7a、7b相互耦合。

图2示出3D打印机1的如下状态，在该状态中，构造空间2打开。为此目的，覆盖件6的第二部分6b在第三部分6c上方最大地移动到一个停放位置10，在该停放位置上，第二部分6b被在图2中未示出的阻挡装置固定保持。随后，可松开的耦合器件7a、7b被松开，并且覆盖件6的第一部分6a被移动到其沿正的y方向的止挡处，以便与第二部分6b产生尽可能大的间隙。

在该状态下，两个打印头4a和4b也从构造空间2中移出。因此，在图1中打印头4a穿过其被引导到构造空间2中的缺口现在也被隔绝翻盖8a封闭。

此外，底板9的驱动器9a已经沿Z方向最大地向上移动。在该位置中，底板9连同在其上制造的对象3可以被取出并且通过一个新的底板9'代替。此后，在该新的底板9'上可以直接开始下一个对象3的制造，而之前制造的对象3则从底板9移除，并且底板9被清洁。

图3示出可松开的耦合器件7a、7b在耦合状态下的实施例。耦合器件7a、7b包括在覆盖件6的第二部分6b上的弹簧加载的杠杆12和在覆盖件6的第一部分6a上的带有槽13的叉形件13a。在图3所示的状态下，杠杆12接合到槽13中。因此，当覆盖件6的第一部分6a运动时，该第一部分通过叉形件13a和杠杆12作用地携带第二部分6a。为了松开耦合器件7a、7b设置一个单独的促动器11，该促动器既不参与覆盖件6的第一部分6a的运动，也不参与覆盖件6的第二部分6b的运动。

图4示出在图3中所示的耦合器件7a、7b在松开状态下的实施例。在图4所示的状态下，覆盖件6的第二部分6b处于停放位置10处。与图3相比，促动器11向上移出并且提升杠杆12。由此，杠杆12从与槽13的接合中脱开。这又能够使覆盖件6的第一部分6a从第二部分6b离开运动，而第二部分6b则保留在停放位置10处。如在图4中所示地，促动器11在此也可以同时作为阻挡装置，该阻挡装置将覆盖件6的第二部分6b保持在停放位置10处。

Claims (11)

1.一种3D打印机(1)，包括用于待制造的对象(3)的可调温的、热隔绝的构造空间(2)和沿着至少两个轴线(x，y)可运动的至少一个打印头(4a，4b)，该打印头能够将粉末状材料、糊状材料或液态材料局部地添材制造成所述待制造的对象(3)，其中，所述构造空间(2)的热隔绝部包括至少两部分的、能够随着所述打印头(4a，4b)运动的覆盖件(6，6a-6c)，其中，该覆盖件(6)的至少一个第一部分(6a)与所述打印头沿着两个轴线(x，y)的运动固定地耦合，并且其中，该覆盖件(6)的至少一个第二部分(6b)能够借助至少一个可松开的耦合器件(7a，7b)耦合到所述第一部分(6a)上。

2.根据权利要求1所述的3D打印机(1)，其中，所述覆盖件(6)的第一部分(6a)和所述覆盖件(6)的第二部分(6b)在彼此耦合的状态下限定到所述构造空间(2)中的贯通部，所述打印头(4a，4b)能够通过所述贯通部引导到所述结构空间(2)中。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的3D打印机(1)，进一步包括布置在所述构造空间(2)内的底板(9)，用于接收所述待制造的对象(3)，所述底板至少能够沿着轴线(z)运动，其中，该轴线(z)线性地独立于所述打印头(4a、4b)能够沿着其运动的轴线(x，y)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的3D打印机(1)，进一步包括输送装置，在所述覆盖件(6)的第一部分(6a)与所述覆盖件(6)的第二部分(6b)间隔开的状态下，所述输送装置能够从所述构造空间(2)中取出制造的对象(3)和/或底板(9)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的3D打印机(1)，其中，至少一个可松开的耦合器件(7a，7b)是卡锁连接装置，在所述覆盖件(6)的第一部分(6a)接近所述第二部分(6b)时，该卡锁连接装置锁定，并且在所述第一部分(6a)从预给定的最低速度起快速用力地运动时，该卡锁连接装置解锁。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的3D打印机(1)，进一步包括阻挡装置，当所述覆盖件(6)的第二部分(6b)处于预给定的停放位置(10)处时，所述阻挡装置则能够将该第二部分(6b)至少固定保持。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的3D打印机(1)，其中，至少一个可松开的耦合器件(7a，7b)是卡锁连接装置，该卡锁连接装置在所述覆盖件(6)的第一部分(6a)接近所述第二部分(6b)时锁定，其中，设置一个附加的促动器(11)，该促动器能够使所述卡锁连接装置解锁。

8.根据权利要求7所述的3D打印机(1)，其中，所述促动器(11)不是所述覆盖件(6)的一部分，并且当所述覆盖件(6)的第二部分(6b)处于预给定的停放位置处时，所述卡锁连接装置则正好能够解锁。

9.根据权利要求8所述的3D打印机(1)，其中，所述耦合器件(7a，7b)包括在所述覆盖件(6)的一个部分(6a，6b)上的弹簧加载的杠杆(12)和安装在所述覆盖件(6)的另一部分(6a，6b)上的槽(13)，使得在所述部分(6a，6b)相对彼此的相对运动时，所述杠杆(12)能够运动到所述槽(13)上方并且能够通过弹簧力被压入到所述槽(13)中。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的3D打印机(1)，其中，至少一个可松开的耦合器件(7a，7b)包括在所述覆盖件(6)的一个部分(6a，6b)上的至少一个永磁铁或电磁铁以及在所述覆盖件(6)的另一部分(6a，6b)上的至少一个铁磁性元件。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的3D打印机(1)，其中，至少一个可松开的耦合器件(7a，7b)包括在所述覆盖件(6)的一个部分(6a，6b)上的至少一个凸起部和在所述覆盖件(6)的另一部分(6a，6b)上与该凸起部对应的至少一个凹陷部，并且其中，所述凸起部通过提升或降低所述覆盖件(6)的至少一个部分(6a，6b)能够从与所述凹陷部的接合中脱离。

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