CN116034008A - 使用fdm的连续中空管打印 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种方法，该方法包括借助于使用熔融沉积成型3D打印机(500)进行熔融沉积成型来生产3D物品(1)，该方法包括3D打印阶段，该3D打印阶段包括经由打印机喷嘴(502)在接收器物品(550)上逐层沉积核‑壳‑壳材料(1201)，其中核‑壳‑壳材料(1201)包括中空管(1210)和可3D打印材料(201)，该中空管(1210)包括中空核(1220)和包围中空核(1220)的第一壳(1230)，该可3D打印材料(201)至少部分地包围第一壳(1230)，以提供包括核‑壳‑壳层(1322)的3D物品(1)，其中核‑壳‑壳层(1322)包括中空管(1210)和3D打印材料(202)，该中空管(1210)包括中空核(1220)和包围中空核(1220)的第一壳(1230)，该可3D打印材料(201)至少部分地包围第一壳(1230)。

Description

使用FDM的连续中空管打印
技术领域
本发明涉及一种用于制造3D(打印)物品的方法。此外，本发明可以涉及在这种方法中使用的丝。本发明还涉及用这种方法可获得的3D(打印)物品。此外，本发明涉及包括这种3D(打印)物品的照明设备。此外，本发明还可以涉及一种3D打印机，诸如用于这种方法中。
背景技术
使用核-壳结构以用于制备3D制品的是本领域已知的。例如，WO2020048889描述了一种借助于熔融沉积成型(FDM)生产3D物品的方法，该方法包括：3D打印阶段，包括逐层沉积挤出物，该挤出物包括可3D打印材料，其中在3D打印阶段的至少一部分期间，挤出物包括核-壳挤出物，该核-壳挤出物包括：包括核材料的核和包括壳材料的壳，以提供包括3D打印材料的3D物品，其中3D物品包括多个3D打印材料的层，其中一个或多个层包括一个或多个核-壳层部分，其中核-壳层部分中的每一层包括：包括核材料的层核和包括壳材料的层壳，其中3D物品具有由3D打印材料的至少一部分限定的物品表面；暴露阶段，包括将物品表面的至少一部分暴露于液体，其中核材料对于液体具有核材料溶解度SC1，并且其中壳材料对于液体具有壳材料溶解度SS1，其中SC1<SS2。
发明内容
在接下来的10-20年中，数字制造将日益转变全球制造的性质。数字制造的一个方面是3D打印。当前，已经开发了许多不同的技术，以便使用诸如陶瓷、金属和聚合物的各种材料来生产各种3D打印物体。3D打印也可以用于生产模具，该模具然后可以用于复制物体。
出于制造模具的目的，已经建议使用聚合物喷射成型(PolyJet)技术。该技术利用可光聚合材料的逐层沉积，该光聚合材料在每次沉积之后被固化以形成固体结构。虽然该技术产生光滑的表面，但可光固化的材料不是非常稳定，并且它们还具有相对低的热导率以用于注射成型应用。
最广泛使用的增材制造技术是被称为熔融沉积成型(FDM)的工艺。熔融沉积成型(FDM)是通常用于成型、原型制作和生产应用的增材制造技术。FDM通过分层铺设材料而根据“添加”原理工作；塑料丝或金属线从线圈展开并且供应材料以生产部件。可能地，(例如对于热塑性塑料)丝在被铺设之前被熔化和挤出。FDM是一种快速成型技术。FDM的其它术语是“熔融丝制造”(FFF)或“丝3D打印”(FDP)，它们被认为等同于FDM。通常，FDM打印机使用热塑性丝，将该热塑性丝加热到其熔点，并且然后将其逐层(或实际上丝接丝地)挤出以产生三维物体。FDM打印机相对快速，成本低，并且可以用于打印复杂的3D物体。这种打印机用于使用各种聚合物打印各种形状。该技术还在LED灯具的生产和照明解决方案中被进一步发展。
似乎期望减少打印3D物品(诸如灯具(部件))的重量，以及减少在打印3D物品中使用的材料的量。
因此，本发明的一个方面是提供一种备选的3D打印方法和/或3D(打印)物品，备选的3D打印方法和/或3D(打印)物品优选地进一步至少部分地消除上述缺点中的一个或多个缺点。本发明的目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供有用的备选。
因此，在第一方面，本发明提供了一种用于借助于使用熔融沉积成型3D打印机进行熔融沉积成型来生产3D物品的方法。特别地，该方法可以包括3D打印阶段，该3D打印阶段包括经由打印机喷嘴在接收物品上逐层沉积核-壳-壳材料。在实施例中，核-壳-壳材料可以包括中空管和可3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该可3D打印材料至少部分地包围第一壳，以提供3D物品。3D物品(从而)包括核-壳-壳层，其中该核-壳-壳层可以包括中空管和3D打印材料，该中空管包括中空核以及包围中空核的第一壳，该3D打印材料至少部分地包围第一壳从而形成第二壳。因此，在具体实施例中，本发明提供了一种用于借助于使用熔融沉积成型3D打印机进行熔融沉积成型来生产3D物品的方法，该方法包括3D打印阶段，该3D打印阶段包括经由打印机喷嘴将核-壳-壳材料逐层沉积在接收器物品上，其中核-壳-壳材料包括中空管和可3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该可3D打印材料至少部分地包围第一壳，以提供包括核-壳-壳层的3D物品，其中核-壳-壳层包括中空管和3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该3D打印材料至少部分地包围第一壳。
以此方式，可以借助于FDM制备3D打印物品，同时减少所使用的材料的量，因而减少打印物体的重量，同时保持打印物品的结构完整性和平滑表面结构。这通过打印空心管作为核和无孔壳来实现。
为了将中空管引入到打印材料中，多种方法是可能的。下面描述非限制性数目的实施例。
使用(具有核-壳喷嘴的)标准FDM打印机可能是有用的。在实施例中，打印机喷嘴可以包括核-壳打印机喷嘴，该核-壳打印机喷嘴包括核喷嘴部分和壳喷嘴部分。特别地，方法可以包括经由核喷嘴部分馈送(feed)中空管和经由壳喷嘴部分馈送可3D打印材料。
在实施例中，熔融沉积成型3D打印机可以包括打印机头，其中打印机头可以包括打印机喷嘴。特别地，打印机头可以包括针对可3D打印材料的第一材料入口和针对(中空)管的第二材料入口，其中第一材料入口、第二材料入口与打印机喷嘴流体接触。这样的第二材料入口也可以是侧入口；第一材料入口可以是顶部入口。
在实施例中，该方法可以包括将助流剂施加到中空管的第一壳，以用于将中空管引导到层的中心。该助流剂是可选的。助流剂可以例如包括脂肪物质，该脂肪物质在打印期间在喷嘴的温度下可以在实施例中熔化或者可以在其它实施例中不熔化。
在实施例中，方法可以包括使用包括核-壳-壳材料的丝，并且其中方法包括经由打印机喷嘴逐层沉积丝以提供核-壳-壳层。
在实施例中，熔融沉积成型3D打印机还可以包括被配置为切割中空管的切割元件，其中方法包括3D打印阶段，3D打印阶段包括逐层沉积包括中空管的核-壳-壳材料和在不存在中空管的情况下打印可3D打印材料的3D打印阶段，以提供包括含有中空管的核-壳-壳层并且包括没有中空管的层的3D物品。切割设备可以包括切割元件，如刀元件、或锯元件、或可以用于切割(中空)管的任何其它物理丝。切割元件还可以包括加热丝，利用该加热丝可以切割(中空)管。在又一可选实施例中，也参见下文，当第一壳的材料(即，第一壳材料)具有熔化温度时，第一壳的材料可以在喷嘴中被加热到熔化温度以上，由此切割元件可以有效地切割(中空)管。因此，在具体实施例中，切割元件可以包括加热元件。备选地，打印机头本身可以具有这种功能。因此，在打印期间，温度可以暂时升高到第一壳材料的材料的熔化温度以上，导致(中空)管的切割。
在实施例中，第一壳包括第一壳材料，其中第一壳材料是交联的。交联的材料可能具有较高的熔化温度Tm1，并且在打印过程期间不易被损坏。
在实施例中，第一壳可以包括具有第一玻璃化转变温度Tg1或第一熔化温度Tm1的第一壳材料。此外，可3D打印材料可以具有第二玻璃化转变温度Tg2或第二熔化温度Tm2。特别是在实施例中，可以应用以下中的至少一者：Tg2<Tg1，Tm2<Tm1，和Tm2<Tg1。特别地，该方法可以包括利用低于第一玻璃化转变温度Tg1且高于第二玻璃化转变温度Tg2的打印机喷嘴温度来3D打印可3D打印材料。在实施例中，打印机喷嘴温度可以低于第一玻璃化转变温度Tg1，并且高于第二熔化温度Tm2。备选地(附加地)，在实施例中，该方法可以包括用低于第一熔化温度Tm1且高于第二熔化温度Tm2的打印机喷嘴温度来3D打印可3D打印材料。因此，在(该方法的)具体实施例中，第一壳可以包含具有第一玻璃化转变温度Tg1的第一壳材料，可3D打印材料具有第二玻璃化转变温度Tg2，其中Tg2<Tg1，并且其中方法(还)包括利用具有低于第一玻璃化转变温度Tg1并且高于第二玻璃化转变温度Tg2的打印机喷嘴温度来3D打印可3D打印材料。
如上所述，在具体实施例中，该方法还可以包括切割阶段，该切割阶段包括将打印机喷嘴暂时加热到第一熔化温度Tm1以上的温度。将中空管加热到第一熔化温度Tm1以上可能导致打印中空管的不连续，而打印第二壳可能不中断。在具体实施例中，打印机喷嘴的加热可以是局部的，使得基本上只有(中空)管经受高于第一熔化温度Tm1的温度。然而，在又一实施例中，方法可以还包括切割阶段，该切割阶段包括：利用切割元件暂时向(中空)管施加热量以将温度提高到第一熔化温度Tm1以上，从而切割(中空)管。特别地，切割元件可以被配置在打印机头的上游。因此，在继续可3D打印材料的3D打印的同时，至少暂时不提供给(中空)管。以此方式，可以利用包括中空管的一个或多个层和不包括中空管的一个或多个其它层来打印3D打印物品
切割后，3D打印可以在(多个)层内没有管的情况下开始。当然，如果需要，也可以继续利用管进行3D打印，再进行下一次切割。以此方式，可以在所期望的位置提供管状3D打印层(或层的部分)。
在实施例中，该方法可以还包括同步阶段，该同步阶段包括：以与打印机喷嘴相对于接收器物品的运动同步的方式旋转中空管，以便避免打印期间管的扭曲。
在实施例中，方法还可以包括同步阶段，该同步阶段包括旋转接收器物品以避免在打印期间管的扭曲。
在实施例中，中空管可以具有0.2mm≤d≤20mm，特别是0.5mm≤d≤15mm，更特别是１ｍｍ≤ｄ≤１０ｍｍ的直径d。
在实施例中，中空管可以具有０．０２ｍｍ≤ｔ≤１ｍｍ，特别是0.5mm≤t≤0.5mm，更特别是0.1mm≤t≤0.3mm的壁厚t。使用这种尺寸，材料的重量仍然可以减小，同时还允许相对坚固或结实的管状元件。此外，这种尺寸可以允许3D打印，而不必调整3D打印机。
可以获得的密度降低可以取决于若干参数的选择，这些参数可以例如包括：第一壳材料、中空管直径d、中空管壁厚t、第二壳宽度W2和3D打印条件。在实施例中，与当没有中空管被并入在可3D打印材料中时获得的理论最大密度相比，可以获得大于10％，特别是大于20％，更特别是大于30％的核-壳-壳层的密度降低。
当壳宽度在丝或层的截面上变化时，尤其可以选择最大壳宽度。
在实施例中，第一壳材料可以是柔性的。在具体实施例中，第一壳材料可以是弹性体的。
在实施例中，第一壳材料可以是热固性或热塑性的。
在实施例中，第一壳材料可以是半透明的或透明的。在实施例中，第一壳材料可以是反射性的。
在实施例中，第二壳材料可以是半透明的或透明的。在实施例中，第二壳材料可以是反射性的。
如上面所指示，方法包括在打印阶段期间沉积可3D打印材料。在本文中，术语“可3D打印材料”指要被沉积或打印的材料，并且术语“3D打印材料”指在沉积之后获得的材料。这些材料可以基本上是相同的，因为可3D打印材料可以特别是指在高温下在打印机头或挤出机中的材料，并且3D打印材料是指相同的，但是当被沉积时在稍后的阶段中的材料。可3D打印材料被打印成丝并且被原样沉积。可3D打印材料可以作为丝提供或可以形成为丝。因此，无论应用何种起始材料，由打印机头提供包括可3D打印材料的丝并且对丝进行3D打印。术语“挤出物”可以用于限定打印机头下游但尚未被沉积的可3D打印材料。后者被指示为“3D打印材料”。事实上，挤出物包括可3D打印材料，因为材料尚未被沉积。在沉积可3D打印材料或挤出物时，材料因此被指示为3D打印材料。实质上，这些材料与打印机头上游、打印机头下游的热塑性材料是相同的材料，并且当被沉积时，这些材料实质上是相同的材料。
在本文中，术语“可3D打印材料”也可以被指示为“可打印材料”。术语“聚合物材料”在实施例中可以是指不同聚合物的混合物，但在实施例中也可以是指具有不同的聚合物链长度的基本上单一的聚合物类型。因此，术语“聚合物材料”或“聚合物”可以指单一类型的聚合物，但也可以指多种不同的聚合物。术语“可打印材料”可以指单一类型的可打印材料，但也可以指多种不同的可打印材料。术语“打印材料”可以指单一类型的打印材料，但也可以指多种不同的打印材料。
因此，术语“可3D打印材料”也可以指两种以上材料的组合。通常，这些(聚合物)材料具有玻璃化转变温度Tg和/或熔化温度Tm。在可3D打印材料离开喷嘴之前，可3D打印材料将被3D打印机加热到至少为玻璃化转变温度的温度，并且通常至少为熔化温度。因此，在具体实施例中，可3D打印材料包括具有玻璃化转变温度(Tg)和/或熔点(Tm)的热塑性聚合物，并且打印机头动作包括将可3D打印材料加热到玻璃化转变温度以上，并且如果可3D打印材料为半结晶聚合物，则加热到熔化温度以上。在又一个实施例中，可3D打印材料包括具有熔点(Tm)的(热塑性)聚合物，并且打印机头动作包括将待被沉积在接收器物品上的可3D打印材料加热到至少熔点的温度。玻璃化转变温度通常与熔化温度不同。熔化是在结晶聚合物中发生的转变。当聚合物链从它们的晶体结构中脱落并且变成无序液体时，熔化发生。玻璃化转变是发生于无定形聚合物(即，其链不是以有序晶体排列，而是以任何方式散布在周围，即使这些链处于固态的聚合物)的转变。聚合物可以是无定形的，基本上具有玻璃化转变温度而不是熔化温度，或者可以是(半)结晶的，通常既具有玻璃化转变温度又具有熔化温度，通常后者大于前者。玻璃化温度可以例如利用差示扫描量热法确定。熔点或熔化温度也可以利用差示扫描量热法确定。
如上面所指示，本发明因此提供了一种方法，该方法包括提供可3D打印材料的丝并且在打印阶段期间将所述可3D打印材料打印在衬底上，以提供所述3D物品。
因此，在另一方面，本发明提供了一种用于借助于熔融沉积成型来生产3D物品的丝。特别地，丝可以包括核-壳-壳材料，其中核-壳-壳材料包括中空管和可3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该可3D打印材料至少部分地包围第一壳从而形成第二壳。在实施例中，第一壳包括具有第一玻璃化转变温度Tg1或第一熔化温度Tm1的第一壳材料，并且可3D打印材料具有第二玻璃化转变温度Tg2或第二熔化温度Tm2。在实施例中，可以应用以下中的至少一者：Tg2<Tg1，Tm2<Tm1，且Tm2<Tg1。
在又一方面，本发明(还)提供了一种用于借助于熔融沉积成型来生产3D物品的丝。特别地，丝可以包括核-壳-壳材料，其中核-壳-壳材料包括中空管和可3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该可3D打印材至少部分地包围第一壳从而形成第二壳。在实施例中，第一壳包括不同于可3D打印材料的第一壳材料。因此，第一壳材料和可3D打印材料可以具有不同的组成。在本文中，短语“不同的组合物”还可以指基本上相同的聚合物材料，其中在壳中，聚合物材料是交联的，并且在(第二壳的)可3D打印材料中，聚合物材料不是交联的。
因此，在具体实施例中，本发明提供了一种用于借助于熔融沉积成型来生产3D物品的丝，丝包括核-壳-壳材料，其中核-壳-壳材料包括中空管和可3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该可3D打印材料至少部分地包围第一壳。特别地，可3D打印材料(在截面图中)完全包围第一壳。
以此方式，可以借助于FDM制备具有中空核的3D打印物品，同时从先前制备的丝开始。
在实施例中，第一壳包括第一壳材料，其中第一壳材料是交联的。
在又一方面，本发明提供了一种用于借助于熔融沉积成型来生产3D物品的丝。特别地，丝可以包括核-壳-壳材料，其中核-壳-壳材料包括中空管和可3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该可3D打印材料至少部分包围第一壳从而形成第二壳。在实施例中，第一壳包括第一壳材料，其中第一壳材料是交联的。在实施例中，可3D打印材料包括热塑性材料。特别地，热塑性材料可以具有第二玻璃化转变温度Tg2或第二熔化温度Tm2。
在实施例中，中空管可以具有0.3mm≤d≤20mm，特别是0.5mm≤d≤15mm，更特别是1mm＜d＜10mm的直径d。
在实施例中，中空管可以具有0.02mm≤t≤1mm，特别是0.05mm≤t≤0.5mm，更特别是0.1mm≤t≤0.3mm的壁厚t。
可以特别适合作为可3D打印材料的材料可以选自由金属、玻璃、热塑性聚合物、硅酮等组成的组。特别地，可3D打印材料包含选自由以下材料组成的组的(热塑性)聚合物：ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、尼龙(或聚酰胺)、乙酸酯(或纤维素)、PLA(聚乳酸)、对苯二甲酸酯(诸如PET聚对苯二甲酸乙二醇酯)、丙烯酸(聚甲基丙烯酸酯、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、PMMA)、聚丙烯(或聚丙烯)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、PE(诸如膨胀-高冲击聚乙烯(或聚乙烯)、低密度(LDPE)高密度(HDPE))、PVC(聚氯乙烯)聚氯乙烯、诸如基于共聚酯弹性体的热塑性弹性体、聚氨酯弹性体、聚酰胺弹性体、聚烯烃基弹性体、苯乙烯基弹性体等。可选地，可3D打印材料包括选自由以下组成的组的可3D打印材料：脲甲醛，聚酯树脂，环氧树脂，三聚氰胺甲醛，热塑性弹性体等。可选地，可3D打印材料包含选自由聚砜组成的组的可3D打印材料。弹性体，特别是热塑性弹性体是特别令人感兴趣的，因为它们是柔性的并且可以帮助获得包含导热材料的相对更柔性的丝。热塑性弹性体可以包括以下中的一种或多种：苯乙烯类嵌段共聚物(TPS(TPE-s))、热塑性聚烯烃弹性体(TPO(TPE-o))、热塑性硫化橡胶(TPV(TPE-v或TPV))、热塑性聚氨酯(TPU(TPU))、热塑性共聚酯(TPC(TPE-E))和热塑性聚酰胺(TPA(TPE-A))。
合适的热塑性材料，诸如也在WO2017/040893中提到的，可以包括以下材料中的一种或多种材料：聚缩醛(例如，聚氧乙烯和聚甲醛)、聚(C1-6烷基)丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚酰胺(例如，脂肪族聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺和聚芳酰胺)、聚酰胺酰亚胺、聚酐、聚芳酯、聚芳醚(例如，聚苯醚)、聚芳硫醚(例如，聚苯硫醚)、聚苯并噻唑、聚苯并恶唑、聚碳酸酯(包括聚碳酸酯共聚物诸如聚碳酸酯-硅氧烷、聚碳酸酯-酯和聚碳酸酯-酯-硅氧烷)、聚酯(例如，聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯)以及聚酯共聚物(诸如聚酯-醚)、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺(包括共聚物诸如聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物)、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚砜、聚酰亚胺(包括共聚物诸如聚酰亚胺-硅氧烷共聚物)、聚(C1-6烷基)甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酰胺、聚降冰片烯(包括含降冰片烯单元的共聚物)、聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯及其共聚物，例如乙烯-α-烯烃共聚物)、聚恶二唑、聚甲醛、聚酞、聚硅氮烷、聚苯乙烯(包括共聚物诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS))、聚硫化物、聚磺酰胺、聚磺酸酯、聚砜、聚硫酯、聚三嗪、聚脲、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯酯、聚乙烯醚、聚乙烯卤化物、聚乙烯酮、聚乙烯硫醚、聚偏二氟乙烯等、或包含前述热塑性聚合物中的至少一者的组合。聚酰胺的实施例可以包括但不限于合成线性聚酰胺，例如，尼龙-6，6；尼龙-6，9；尼龙-6，10；尼龙-6，12；尼龙-11；尼龙-12和尼龙-4，6，优选地尼龙6和尼龙6，6，或包含上述中的至少一者的组合。可以使用的聚氨酯包括脂族、脂环族、芳族和多环聚氨酯，包括上述那些聚氨酯。还有用的是聚(C1-6烷基)丙烯酸酯和聚(C1-6烷基)甲基丙烯酸酯，其包括例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸乙酯等的聚合物。在实施例中，聚烯烃可以包括以下材料中的一种或多种材料：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯(及其共聚物)、聚降冰片烯(及其共聚物)、聚1-丁烯、聚(3-甲基丁烯)、聚(4-甲基戊烯)和乙烯与丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、4-甲基-1-戊烯和1-十八碳烯的共聚物。
在具体实施例中，可3D打印材料(和3D打印材料)包含以下材料中的一种或多种材料：聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN)、聚砜(PSU)、聚苯硫醚(PPS)和半结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和苯乙烯丙烯酸共聚物(SMMA)。
术语可3D打印材料也在下文中被进一步阐明，但特别是指热塑性材料，可选地包括添加剂，(添加剂相对于热塑性材料和添加剂的总体积的)体积百分比为最多约60％，特别是最大约为30vol.％，诸如最大为20vol.％。
因此，在实施例中，可打印材料可以包含两相。可打印材料可以包含可打印聚合物材料，特别是热塑性材料的相(也参见下文)，该相特别是基本上连续的相。在热塑性材料的该连续相中，可以存在聚合物添加剂，诸如以下添加剂中的一者或多者：抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收添加剂、近红外光吸收添加剂、红外光吸收添加剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、抗静电剂、防雾剂、抗微生物剂、着色剂、激光标记添加剂、表面效应添加剂、辐射稳定剂、阻燃剂、防滴剂。添加剂可以具有选自光学特性、电特性、热特性和机械特性(也参见上文)的有用特性。
实施例中的可打印材料可以包含颗粒材料，即，嵌入可打印聚合物材料中的颗粒，该颗粒形成基本上不连续的相。相对于可打印材料(包括(各向异性导电)颗粒)的总体积，特别是在用于降低热膨胀系数的应用中，总混合物中颗粒的数目特别不大于60vol.％。对于光学和表面相关效应，相对于可打印材料(包括颗粒)的总体积，总混合物中颗粒的数目等于或小于20vol.％，诸如高达10vol.％。因此，可3D打印材料特别是指基本上热塑性材料的连续相，其中可以嵌入其它材料(诸如颗粒)。类似地，3D打印材料特别是指基本上热塑性材料的连续相，其中嵌入了其它材料(诸如颗粒)。颗粒可以包含一种或多种如上定义的添加剂。因此，在实施例中，可3D打印材料可以包含颗粒添加剂。
可打印材料被打印在接收器物品上。特别地，接收器物品可以是构建平台或者可以由构建平台包括。还可以在3D打印期间加热接收器物品。然而，也可以在3D打印期间冷却接收器物品。
短语“在接收器物品上打印”和类似短语尤其包括直接在接收器物品上打印，或在接收器物品上的涂层上打印，或在先被打印在接收器物品上的3D打印材料上打印。术语“接收器物品”可以指打印平台，打印床、衬底、支撑件、构建板或构建平台等。也可以使用术语“衬底”代替术语“接收器物品”。短语“在接收器物品上打印”和类似短语尤其还包括在打印平台、打印床、支撑件、构建板或构建平台等上的或由它们包括的单独衬底上打印。因此，短语“在衬底上打印”和类似短语尤其包括直接在衬底上打印，或在衬底上的涂层上打印或在先被打印在衬底上的3D打印材料上打印。在下文中，还使用术语衬底，其可以指打印平台、打印床、衬底、支撑件，构建板或构建平台等，或它们上面的或由它们包括的单独衬底。
逐层沉积可打印材料，由此(在打印阶段期间)产生3D打印物品。3D打印物品可以显示出特有的肋状结构(源自沉积的丝)。然而，也可以在打印阶段之后执行另一阶段，诸如最终阶段。该阶段可以包括从接收器物品移除打印物品和/或一个或多个后处理动作。可以在从接收器物品移除打印物品之前执行一个或多个后处理动作，和/或可以在从接收物品移除打印物品之后执行一个或多个后处理动作。后处理可以包括例如抛光、涂覆、添加功能组分、交联等中的一者或多者。后处理可以包括使肋状结构平滑，这可以导致基本平滑的表面。后处理可以包括热塑性材料的交联。这可以导致材料具有较少或没有热塑性。
进一步地，本发明涉及可以用于执行本文所述方法的软件产品。因此，在又一方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，当在功能上被耦合到熔融沉积成型3D打印机或由熔融沉积成型3D打印机包括的计算机上运行时，能够实现如本文所述的方法。
因此，在一个方面，本发明(因此)提供了一种软件产品，当在计算机上运行时，其能够实现如本文所述的(用于借助于熔融沉积成型来产生3D物品的)方法(的一个或多个实施例)。
本文所述的方法提供了3D打印物品。因此，在另一方面，本发明还提供了可以用本文所述的方法获得的3D打印物品。在另一方面，提供了可以用本文所述的方法获得的3D打印物品。
特别地，本发明提供了一种包括3D打印材料的3D物品，其中3D物品包括多个3D打印材料的层。在实施例中，至少一个层的至少一部分包括核-壳-壳材料，其中核-壳-壳材料包括中空管和3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该3D打印材料至少部分地包围第一壳从而形成第二壳。在实施例中，第一壳包括具有第一玻璃化转变温度Tg1或第一熔化温度Tm1的第一壳材料，并且3D打印材料具有第二玻璃化转变温度Tg2或第二玻璃熔化温度Tm2，其中可以应用以下中的至少一者：Tg2<Tg1，Tm2<Tm1，和Tm2<Tg1。
因此，在(一个方面)中，本发明(还)提供了一种包括3D打印材料的3D物品，其中3D物品包括多个3D打印材料的层，其中至少一个层的至少一部分包括含有核-壳-壳材料的核-壳-壳层，其中核-壳-壳材料包括中空管和3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该3D打印材料至少部分地包围第一壳，其中第一壳包括具有第一玻璃化转变温度Tg1或第一熔化温度Tm1的第一壳材料，其中3D打印材料具有第二玻璃化转变温度Tg2或第二熔化温度Tm2，其中可以应用以下中的至少一者：Tg2<Tg1，Tm2<Tm1，和Tm2<Tg1。
进一步地，在(一个方面)中，本发明(还)提供一种包括3D打印材料的3D物品，其中3D物品包括多个3D打印材料的层，其中至少一个层中的至少一部分包括含有核-壳-壳材料的核-壳-壳层，其中核-壳-壳材料包括中空管和3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该3D打印材料至少部分地包围第一壳，其中第一壳包括具有与3D打印材料的组成不同的组成的第一壳材料。特别地，在实施例中，第一壳材料的熔化温度可以大于玻璃化温度和3D打印材料的熔化温度。
3D打印物品可以包括多个在彼此之上的层(即，堆叠的层)。(单独3D打印的)层的宽度(厚度)和高度可以例如在实施例中选自100-5000μm的范围，诸如200-2500μm，其中高度通常小于宽度。例如，高度与宽度的比率可以等于或小于0.8，诸如等于或小于0.6。
层可以是核-壳层或可以由单一材料组成。在层内，例如当应用核-壳打印工艺时，并且在打印过程期间，从打印第一材料(而不打印第二材料)改变为打印第二材料(而不打印第一材料)时，在组成上也可能有变化。
3D打印物品的至少一部分可以包括涂层。
当讨论方法时，上面已经阐明了关于3D打印物品的一些具体实施例。下面，更详细地讨论关于3D打印物品的一些具体实施例。
在实施例中，中空管具有0.03mm≤d≤20mm，特别是0.2mm≤d≤15mm，更特别是1mm≤d≤10mm的直径d。在实施例中，中空管具有0.02mm≤t≤1mm，特别是0.05mm≤t≤0.5mm，更特别是0.1mm≤t≤0.3mm的壁厚t。
在实施例中，与当p1和p2各自小于1vol.％时的理论最大密度相比，3D物品可以包括大于10％，特别是大于20％，更特别是大于30％的密度降低。
在具体实施例中，包括至少两个(诸如至少五个)层轴线Ax的3D打印物品的截面积大于或等于5cm2，诸如等于或大于25cm2。
在具体实施例中，3D打印物品包括至少5个层(如至少8个层，诸如至少10层)，这些层包括本文所述的管状核。在其他实施例中，具有该管状核的层和不具有该管状核的层可以彼此交替。在另外的实施例中，具有该管状核的至少两个层的组和不具有该管状核的至少两个层的组可以彼此交替。
(用本文所述的方法)获得的3D打印物品本身可以是功能性的。例如，3D打印物品可以是透镜、准直器、反射器等。由此获得的3D物品可以(备选地)用于装饰或艺术的目的。3D打印物品可以包括功能部件或被设置有功能部件。功能部件尤其可以选自由光学部件、电气部件和磁性部件组成的组。术语“光学部件”尤其是指具有光学功能的部件(诸如透镜、反射镜、透光元件、滤光片等)。术语光学部件还可以指光源(如LED)。术语“电气部件”可以例如是指集成电路、PCB、电池、驱动器，但也可以指光源(因为光源可以被认为是光学部件和电气部件)等。术语磁性部件可以例如是指磁性连接器、线圈等。备选地或附加地，功能部件可以包括热部件(例如，被配置为冷却或加热电气部件)。因此，功能部件可以被配置为生成热量或清除热量等。
如上所述，3D打印物品可以用于不同的目的。其中，3D打印物品可以用于照明。因此，在又一方面，本发明还提供了一种包括如本文所定义的3D物品的照明设备。在一个具体方面，本发明提供了一种照明系统，该照明系统包括(a)光源，其被配置为提供(可见)光源光和(b)如本文所限定的3D物品，其中3D物品可以被配置为以下中的一者或多者：(i)外壳的至少一部分、(ii)照明腔的壁的至少一部分、以及(iii)功能部件，其中功能部件可以选自由以下部件组成的组：光学部件、支撑件、电绝缘部件、导电部件、绝热部件和导热部件。因此，在具体实施例中，3D物品可以被配置为以下中的一者或多者：(i)照明设备外壳的至少一部分、(ii)照明腔的壁的至少一部分、以及(iii)光学元件。由于可以提供相对平滑的表面，因此3D打印物品可以用作反射镜或透镜等。在实施例中，3D物品可以被配置为遮罩。设备或系统可以包括具有不同功能的多个不同的3D打印物品。返回到3D打印过程，可以使用特定的3D打印机来提供本文所述的3D打印物品。因此，在又一方面，本发明还提供一种熔融沉积成型3D打印机，其包括：(a)打印机头，其包括打印机喷嘴，以及(b)可3D打印材料提供设备，其被配置为向打印机头提供可3D打印材料，其中熔融沉积成型3D打印机被配置为提供如上所述的可3D打印材料。
回到3D打印工艺，可以使用特定的3D打印机来提供本文所述的3D打印物品。因此，在又一方面，本发明还提供了一种熔融沉积成型3D打印机，包括：(a)打印机头，其包括打印机喷嘴，以及(b)可3D打印材料提供设备，被配置为向打印机头提供可3D打印材料，以及(c)管提供设备，被配置为向打印机头提供管，其中熔融沉积成型3D打印机被配置为向接收器物品提供所述可3D打印材料和中空管，从而提供3D物品，其中3D物品包括多个3D打印材料的层，其中至少一个层的至少一部分包括核-壳-壳材料，其中核-壳-壳材料包括中空管和3D打印材料，该中空管包括中空核和包围中空核的第一壳，该3D打印材料至少部分地包围第一壳，其中熔融沉积成型3D打印机还包括切割元件，该切割元件被配置为在打印机喷嘴的上游切割中空管。
在实施例中，熔融沉积成型3D打印机可以还包括可旋转的中空管卷轴，该中空管卷轴与用于旋转该中空管卷轴的机构相关联，该机构被配置为以与打印机喷嘴相对于接收器物品的移动同步的方式旋转该中空管，以便避免在打印过程期间管的扭曲。
注意，本文描述的3D打印机也可以应用于3D打印非空心管。
打印机喷嘴可以包括单个开口。在其他实施例中，打印机喷嘴可以是具有两个(或多个)开口的核-壳型。术语“打印机头”还可以指多个(不同的)打印机头；因此，术语“打印机喷嘴”也可以指多个(不同的)打印机喷嘴。
可3D打印材料提供设备可以向打印机头提供包括可3D打印材料的丝，或可以提供如此的可3D打印材料，其中打印机头产生包括可3D打印材料的丝。因此，在实施例中，本发明提供了一种熔融沉积成型3D打印机，其包括：(a)打印机头，包括打印机喷嘴，以及(b)丝提供设备，被配置为向打印机头提供包括可3D打印材料的丝，其中熔融沉积成型3D打印机被配置为向衬底提供所述可3D打印材料，如上所述。
特别地，3D打印机包括控制器(或在功能上被耦合到控制器)，该控制器被配置为在控制模式(或“操作模式”)中执行如本文所述的方法。还可以应用术语“控制系统”(例如，参见上文)来代替术语“控制器”，
术语“控制”和类似术语尤其是指至少确定元件的行为或监督元件的运行。因此，本文中的“控制”和类似术语例如可以指对元件施加行为(确定元件的行为或监督元件的运行)等，诸如例如，测量、显示、致动、打开、移位、改变温度等。除此之外，术语“控制”和类似术语可以附加地包括监视。因此，术语“控制”和类似术语可以包括在元件上施加行为以及在元件上施加行为并且监视元件。元件的控制可以用控制系统来完成，该控制系统也可以被指示为“控制器”。控制系统和元件因此可以至少暂时地或永久地功能性地耦合。元件可以包括控制系统。在实施例中，控制系统和元件可以不物理耦合。控制可以经由有线和/或无线控制来完成。术语“控制系统”还可以指多个不同的控制系统，这些控制系统尤其功能性地耦合，并且其中例如一个控制系统可以是主控制系统，而一个或多个其它控制系统可以是从控制系统。控制系统可以包括用户接口或可以被功能性地耦合到用户接口。
控制系统还可以被配置为接收和执行来自遥控器的指令。在实施例中，控制系统可以经由设备上的App来控制，该设备是诸如便携式设备、如智能电话或iPhone、平板电脑等。因此，设备不一定被耦合到照明系统，但可以(暂时地)被功能性地耦合到照明系统。
因此，在实施例中，控制系统(也)可以被配置为由远程设备上的App来控制。在这样的实施例中，照明系统的控制系统可以是从控制系统或在从模式中控制。例如，照明系统可以是可利用代码，特别是用于相应照明系统的唯一代码来标识的。照明系统的控制系统可以被配置为由外部控制系统来控制，该外部控制系统基于(唯一)代码的(由具有光学传感器(例如，QR码读取器)的用户接口输入的)知识来访问照明系统。照明系统还可以包括用于与其它系统或设备通信的部件，诸如基于蓝牙、WIFI、LiFi、ZigBee、BLE或WiMAX、或其它无线技术。
系统、装置或设备可以在“模式”或“操作模式”或“操作的模式”中执行动作。类似地，在方法中，可以在“模式”或“操作模式”或“操作的模式”或“操作性模式”中执行动作或阶段或步骤。术语“模式”也可以被指示为“控制模式”。这并不排除系统、装置或设备也可以适用于提供另一控制模式或多个其它控制模式。类似地，这可以不排除在执行模式之前和/或在执行模式之后可以执行一个或多个其它模式。
然而，在实施例中，控制系统可以是可用的，其适于至少提供控制模式。如果其他模式可用，则这种模式的选择尤其可以经由用户接口来执行，尽管其他选项(如根据传感器信号或(时间)方案来执行模式)也是可能的。在实施例中，操作模式还可以指仅能够在单个操作模式中操作(即，“开启”，而没有进一步的可调谐性)的系统、或装置或设备。
因此，在实施例中，控制系统可以根据用户接口的输入信号、(传感器的)传感器信号和定时器中的一者或多者来控制。术语“定时器”可以指时钟和/或预先确定的时间方案。
可以简短地使用术语“3D打印机”、“FDM打印机”或“打印机”来代替术语“熔融沉积成型(FDM)3D打印机”。打印机喷嘴也可以被指示为“喷嘴”或有时被指示为“挤出机喷嘴”。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参考所附示意图来描述本发明的实施例，其中对应的附图标记指示对应的部分，并且其中：
图1a-1e示意性地描绘了3D打印机和3D打印材料的一个实施例的一些一般方面；
图2示意性地描绘了本发明的方法的一些另外的方面；
图3示意性地描绘了本发明的方法的一些另外的方面；以及
图4示意性地描绘了应用。
示意图不必按比例绘制。
具体实施方式
图1a示意性地描绘了3D打印机的一些方面。附图标记500指示3D打印机。附图标记530指示被配置用于3D打印，特别是FDM 3D打印的功能单元；该附图标记还可以指示3D打印阶段单元。这里，仅示意性地描绘了用于提供3D打印材料的打印机头(诸如FDM 3D打印机头)。附图标记501指示打印机头。本发明的3D打印机尤其可以包括多个打印机头(参见下文)。附图标记502指示打印机喷嘴。本发明的3D打印机尤其可以包括多个打印机喷嘴，尽管其它实施例也是可能的。附图标记320指示可打印的可3D打印材料的丝(诸如上面所示)。为了清楚起见，没有描绘3D打印机的所有特征，仅描绘了与本发明特别相关的那些特征(也进一步参见下文)。附图标记321指示(可3D打印材料201的)挤出物。
3D打印机500被配置为通过在接收器物品550上逐层沉积多个层322来生成3D物品1，在实施例中该接收器物品550可以至少暂时地被冷却，其中每个层322包括可3D打印材料201(诸如具有熔点Tm)。可3D打印材料201可以(在打印阶段期间)被沉积在衬底1550上。通过沉积，可3D打印材料201已经变成3D打印材料202。从喷嘴502逸出的可3D打印材料201也被指示为挤出物321。附图标记401指示热塑性材料。
3D打印机500可以被配置为加热打印机喷嘴502上游的丝320材料。这可以例如利用包括挤出和/或加热功能中的一个或多个功能的设备来完成。这种设备利用附图标记573指示，并且被布置在打印机喷嘴502的上游(即，在丝材料离开打印机喷嘴502之前的时间内)。打印机头501可以(因此)包括液化器或加热器。附图标记201指示可打印材料。当被沉积时，该材料被指示为(3D)打印材料，其用附图标记202指示。
附图标记572指示具有材料的线轴或辊，特别是以线材的形式，该线材可以被指示为丝320。3D打印机500将该丝320转变为打印机喷嘴下游的挤出物321，该挤出物变成接收器物品上或已经沉积的打印材料上的层322。通常，喷嘴502下游的挤出物321的直径相对于打印机头501上游的丝322的直径减小。因此，打印机喷嘴有时(也)被指示为挤出机喷嘴。逐层322布置，可以形成3D物品1。附图标记575指示丝提供设备，该丝提供设备尤其包括利用附图标记576指示的线轴或辊和驱动轮。
附图标记A指示纵向轴线或丝轴线。
附图标记C示意性地描绘了控制系统，诸如特别是温度控制系统，该温度控制系统被配置为控制接收器物品550的温度。控制系统C可以包括加热器，该加热器能够将接收器物品550加热到至少50℃的温度，但特别是高达约350℃的范围(诸如至少200℃)。
备选地或附加地，在实施例中，接收器板还可以在x-y平面(水平面)中在一个或两个方向上是可移动的。进一步地，备选地或附加地，在实施例中，接收器板也可以是绕(垂直的)z轴可旋转的。因此，控制系统可以在x方向、y方向和z方向中的一个或多个方向上移动接收器板。
备选地，打印机可以具有一个头部，该头部也可以在打印期间旋转。这种打印机具有打印材料在打印期间不能旋转的优点。
层用附图标记322指示，并且具有层高度H和层宽度W。
注意到，可3D打印材料不一定作为丝320提供给打印机头。此外，丝320还可以在3D打印机500中由可3D打印材料片制成。
附图标记D指示喷嘴的直径(迫使可3D打印材料201通过该喷嘴)。
图1b以3D更详细地示意性描绘了在构造中的3D物品1的打印。这里，在该示意图中，单个平面中的丝321的端部不互连，尽管实际上在实施例中可能是这种情况。附图标记H指示层的高度。层利用附图标记322指示。这里，层具有基本上圆形的截面。然而，通常，它们可以是扁平的，诸如具有类似扁平椭圆管或扁平椭圆导管的外部形状(即，具有被压缩为具有比宽度小的高度的直径的圆形杆，其中(限定宽度的)侧面(仍然)是圆形的。
因此，图1a-1b示意性地描绘了熔融沉积成型3D打印机500的一些方面，包括：(a)第一打印机头501，包括打印机喷嘴502；(b)丝提供设备575，被配置为向第一打印机头501提供包括可3D打印材料201的丝321；以及可选地(c)接收器物品550。在图1a-1b中，第一可打印材料或第二可打印材料或第一打印材料或第二打印材料分别用通用标示可打印材料201和打印材料202指示。直接在喷嘴502的下游，具有可3D打印材料的丝321在被沉积时变成具有3D打印材料202的层322。
图1c示意性地描绘了3D打印层322的叠层，每个叠层具有层高度H和层宽度W。注意到，在实施例中，对于两个以上的层322，层宽度和/或层高度可以不同。图1c中的附图标记252指示3D物品的物品表面(在图1c中被示意性地描绘)。
参考图1a-1c，被沉积的可3D打印材料的丝导致具有高度H(和宽度W)的层。在层322之后沉积层322，产生3D物品1。图1c非常示意性地描绘了单壁3D物品1。
图1d示意性地描绘了本发明的方法的一些其他方面。图1d描绘了可用于该方法的(核-壳-壳)丝320的一些实施例。丝320可以用于打印机500中(例如，如图1a-1b所描绘的)，打印机500具有带有单个开口的喷嘴502。几何形状、特别是管的直径d、丝的宽度WF以及丝中的第一壳的厚度t和第二壳的厚度W2F被指示。包括壳聚合物材料345的壳材料341完全包围中空管1210。
在实施例中，在3D打印阶段中使用图1d的丝320可以产生图1e所描绘的3D物品1。
图1e示意性地描绘了3D打印的核-壳-壳层1322的叠层。这些层包括3D打印材料1202的核-壳-壳层1322，并且包括中空管1210和第二壳1340。中空管1210包括中空核1220和第一壳1230，该第一壳1230包括第一壳材料1235，。第二壳1340包含壳材料1341，壳材料1341包括例如在物理、化学和/或光学性质上不同于第一组分的第二组分。此外，中空管1210的直径利用附图标记d指示，第一壳1230的厚度用附图标记t指示，并且第二壳1340具有壳宽度W2。壳宽度W2在本文中也可以被称为第二壳1340的厚度W2。图2d描绘了一个实施例，其中(在每个核-壳-壳层1322中)壳340基本上完全包围中空管1210。
图2示意性地描绘了本发明的方法的实施例，该方法将中空管1210并入到接收器物品550上的打印的核-壳-壳层1322中。3D打印机500包括打印机头501。在实施例I-III中，打印机头501包括打印机喷嘴502、针对可3D打印材料201的第一材料入口510和针对中空管1210的第二材料入口520。第二材料入口可以是核-壳喷嘴(III)中的核入口或单独的入口(I-II)。第一材料入口510和第二材料入口520与打印机喷嘴502流体接触。在实施例I和实施例III中，第二材料入口520可以包括针对中空管1210的第一壳1230的助流剂。打印机500可以包括用于机械地或通过加热来切割中空管1210的切割设备600。
备选地，在实施例IV中，打印机头501包括打印机喷嘴502和用于核-壳-壳丝320的插入的第一材料入口510。
图3示意性地描绘了本发明的方法的实施例，该方法以与打印机喷嘴502相对于接收器物品550的运动同步的方式旋转中空管1210，以便避免打印期间管的扭曲。3D打印机500包括打印机头501、丝提供设备575、中空管提供设备580、可旋转的中空管卷轴590和用以旋转中空管卷轴的机构595。包括可打印材料201的丝320与中空管1210一起被插入到打印机头501中。打印机500将丝320转变为打印机喷嘴下游的挤出物，其中第一壳和中空核可以由中空管1210形成，并且其中第二壳可以由可打印材料201形成，这变成了包括中空管1210和包含打印材料202的第二壳的层1322。
附图标记C示意性地描绘了控制系统，诸如特别是温度控制系统，该温度控制系统被配置为控制接收器物品550的温度。控制系统C可以包括加热器，该加热器能够将接收器物品550加热到至少50℃的温度，但特别是高达约350℃的范围，诸如至少200℃。
图4示意性地描绘了利用附图标记2指示的灯或灯具的一个实施例，其包括用于产生光11的光源10。灯可以包括外壳或遮罩或另一元件，其可以包括3D打印物品1或作为3D打印物品1。这里，半球(在截面视图中)示意性地指示外壳或遮罩。灯或灯具可以是照明设备1000(其包括光源10)或者可以包括照明设备1000(其包括光源10)。因此，在具体实施例中，照明设备1000包括3D物品1。3D物品1可以被配置为以下中的一者或多者：(i)照明设备外壳的至少一部分、(ii)照明腔的壁的至少一部分、以及(iii)光学元件。因此，在实施例中，3D物品对于光源光11可以是反射的和/或对于光源光11可以是透射的。这里，3D物品可以例如是外壳或遮罩。
术语“多个”是指两个或以上。
本文中的术语“大体上”或“基本上”以及类似术语将被本领域技术人员所理解。术语“大体上”或“基本上”还可以包括具有“全部地”、“完整地”、“完全地”等的实施例。因此，在实施例中，形容词“大体上”或“基本上”也可以被去除。在适用的情况下，术语“大体上”或术语“基本上”还可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，尤其是99％或更高，甚至更尤其是99.5％或更高，包括100％。
术语“包括”还包括其中术语“包括”是指“由……组成”的实施例。
术语“和/或”尤其涉及在“和/或”之前和之后提到的一个或多个项。例如，短语“项1和/或项2”和类似短语可以涉及项1和项2中的一者或多者。术语“包括有”在一个实施例中可以是指“由……组成”，但在另一实施例中也可以是指“至少含有所限定的物质和可选的一种或多种其它物质”。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元件，而不一定用于描述序列或时间顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或说明的其他序列操作。
这些设备、装置或系统在本文中尤其可以在操作期间被描述。本领域技术人员将清楚，本发明不限于操作的方法、或操作中的设备、装置或系统。
应当注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下设计许多备选实施例。
在权利要求中，置于括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。
动词“以包括”及其变形的使用不排除除了权利要求中所述的那些之外的元件或步骤的存在。除非上下文清楚地要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包括有”等应被解释为与排他性或穷举性意义相反的包含性意义；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。
元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。
本发明可以借助于包括几个不同元件的硬件以及凭借适当编程的计算机来实现。在列举了几个装置的设备权利要求或装置权利要求或系统权利要求中，这些部件中的若干部件可以由同一项硬件来实施。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。本发明还提供了一种控制系统，其可以控制设备、装置或系统，或者可以执行本文所述的方法或过程。此外，本发明还提供了一种计算机程序产品，当在被功能性地耦合到设备、装置或系统或被设备、装置或系统包括的计算机上运行时，控制这种设备、装置或系统的一个或多个可控元件。
本发明还适用于包括在说明书中被描述的和/或在附图中被示出的表征特征中的一个或多个表征特征的设备、装置或系统。本发明还涉及包括在说明书中被描述的和/或在附图中被示出的表征特征中的一个或多个表征特征的方法或过程。
本专利中所讨论的各个方面可以被组合以便于提供附加的优点。进一步地，本领域技术人员将理解，可以组合实施例，并且也可以组合两个以上的实施例。此外，一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。
不言而喻，第一(可打印的或打印的)材料和第二(可打印的或打印的)材料中的一种或多种材料可以包含对(多种)材料的Tg或Tm没有影响(不一定有影响)的填料(诸如玻璃和纤维)。
如上所述，可能期望减少例如打印灯具的重量以及减少用于打印灯具的材料的量。因此，似乎期望将气泡引入丝中。气泡降低了聚合物的密度，导致打印物品的重量降低。此外，气泡的引入降低了丝的价格，导致降低了打印物体的成本。在诸如聚苯乙烯的聚合物中引入孔隙率可以通过引入戊烯，然后将其加热来实现。还观察到，当含有水分的聚合物丝被加热到高温时，丝中被吸收的水分导致多孔结构的形成。然而，这种有时具有不规则形状区域孔隙率的多孔结构看起来不美观，但是它们具有机械完整性的问题。
因此，本文特别建议将覆盖有聚合物熔体的中空管一起进料以生产FDM打印品，其中将覆盖有聚合物的中空管放置在彼此之上。在这样的打印机中，固体丝可以与聚合物一起馈送到喷嘴中。为此，例如可以使用同心喷嘴结构，其中聚合物通过围绕柔性管的环挤出。还可以使用包括核和壳的丝，其中壳包含热塑性材料并且核包含管。在这种情况下，我们进一步建议以与打印机头的运动同步的方式旋转管载体，以便避免/减少打印期间管的扭曲。当在旋转台上进行打印时，则不需要这种措施。
在实施例中，可以使用直径在1-10mm范围内的中空管。管的厚度可以在0.1-0.3mm的范围内。管还可以由具有玻璃化转变温度(Tg-管)和熔化温度(Tm-管)的热塑性材料组成，其中Tg-管>Tg-壳聚合物并且Tm-管>Tm-壳聚合物。
当喷嘴温度(T-喷嘴)高于Tg-管但特别低于Tm-管时，管的尺寸在打印期间可能变形。当T-喷嘴>Tm-管时，管可能被切割或消失。还可以包括切割器，以用于在期望的位置处切割管。
在实施例中，建议一种用于打印连续中空管的方法，诸如使用FDM打印机可能不熔化的交联管(其中在实施例中，打印机头在XY平面中移动，而平台在Z方向上移动，并且使用进料器将聚合物推到打印机头，其中聚合物熔化并且流出喷嘴以用于获得管中具有空气的轻质结构)。在这种打印机中，中空管可以与如上所述的聚合物一起馈送到喷嘴中。
在实施例中，还可以使用包括核和壳的丝，其中壳包括热塑性材料并且核包括管。
在打印期间，中空管变得扭曲。除其他外，本文使用用于以与打印机头的运动同步的方式旋转中空管载体(卷轴)的机构，以便避免/减少在打印期间中丝的扭曲。其实施例在图3中被示意性地示出。
如上所述，在实施例中，管还可以由具有玻璃化转变温度(Tg-管)和熔化温度(Tm-管)的热塑性材料组成，其中Tg-管>Tg-壳聚合物并且Tm-管>Tm-壳聚合物。在3D打印的第一时间段期间，喷嘴温度(T-喷嘴)可以低于Tm-管，特别是低于Tg-管。然而，在第二时间段期间，当喷嘴温度(T-喷嘴)高于Tg-管，但尤其低于Tm-管时，管的尺寸在打印期间可能变形。当T-喷嘴>Tm-管时，管可能被切割或消失。在实施例中，还可以包括切割器，以用于在期望的位置切割丝。此外，在打印期间，在不需要中空管的部分处可以使用断裂来阻止由流动聚合物的粘性作用拉出的管。

Claims (8)

1.一种用于借助于使用熔融沉积成型3D打印机(500)进行熔融沉积成型来生产3D物品(1)的方法，所述方法包括3D打印阶段，所述3D打印阶段包括经由打印机喷嘴(502)在接收器物品(550)上逐层沉积核-壳-壳材料(1201)，其中所述核-壳-壳材料(1201)包括中空管(1210)和可3D打印材料(201)，所述中空管包括中空核(1220)和包围所述中空核(1220)的第一壳(1230)，所述可3D打印材料(201)至少部分地包围所述第一壳(1230)，以提供包括核-壳-壳层(1322)的所述3D物品(1)，其中所述核-壳-壳层(1322)包括所述中空管(1210)和3D打印材料(202)，所述中空管(1210)包括所述中空核(1220)和包围所述中空核(1220)的所述第一壳(1230)，所述3D打印材料(202)至少部分地包围所述第一壳(1230)，
其中所述第一壳(1230)包括具有第一玻璃化转变温度Tg1的第一壳材料(1235)，所述可3D打印材料(201)具有第二玻璃化转变温度Tg2，并且Tg2<Tg1，
其中所述方法包括利用低于所述第一玻璃化转变温度Tg1并且高于所述第二玻璃化转变温度Tg2的打印机喷嘴温度来3D打印所述可3D打印材料(201)，并且
其中所述方法还包括切割阶段，所述切割阶段包括将所述打印机喷嘴(502)暂时加热到高于所述第一玻璃化转变温度Tg1的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述打印机喷嘴(502)包括核-壳打印机喷嘴(502)，所述核-壳打印机喷嘴(502)包括核喷嘴部分(503)和壳喷嘴部分(504)，并且其中所述方法包括：经由所述核喷嘴部分(503)馈送所述中空管(1210)并且经由所述壳喷嘴部分(504)馈送所述可3D打印材料(201)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述熔融沉积成型3D打印机(500)包括打印机头(501)，其中所述打印机头(501)包括所述打印机喷嘴(502)，其中所述打印机头(501)包括针对所述可3D打印材料(201)的第一材料入口(510)和针对所述中空管(1210)的第二材料入口(520)，其中所述第一材料入口(510)、所述第二材料入口(520)与所述打印机喷嘴(502)流体接触。
4.根据前述权利要求2-3中任一项所述的方法，将助流剂(520)施加到所述中空管(1210)的所述第一壳(1230)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，使用包括所述核-壳-壳材料(1201)的丝(320)，并且其中所述方法包括经由所述打印机喷嘴(502)逐层沉积所述丝(320)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一壳(1230)包括第一壳材料(1235)，其中所述第一壳材料(1235)是交联的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括同步阶段，所述同步阶段包括：以与所述打印机喷嘴(502)相对于所述接收器物品(550)的移动同步的方式旋转所述中空管(1210)，其中所述3D打印阶段和所述同步阶段在时间上至少部分重叠。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述中空管(1210)具有0.2mm≤d≤20mm的直径d，并且其中所述中空管(1210)具有0.02mm≤t≤1mm的壁厚t。
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