CN116133826A - 用于将空隙包括在用于fdm打印的聚合物丝中的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于借助于熔融沉积成型来生产3D物品的方法，该方法包括3D打印阶段，该3D打印阶段包括逐层沉积可3D打印材料，以提供包括经3D打印材料的3D物品，其中3D物品包括经3D打印材料的层，其中可3D打印材料包括热塑性材料，其中在3D打印阶段的至少一部分期间，可3D打印材料还包括嵌入热塑性材料中的多孔无机颗粒，其中无机颗粒的孔隙度在按体积的5％‑60％的范围内，并且其中无机颗粒(410)具有开放的孔隙度。本发明还包括由上述方法得到的产品。

Description

用于将空隙包括在用于FDM打印的聚合物丝中的方法
技术领域
本发明涉及用于制造3D(经3D打印)物品的方法。本发明还涉及可通过这种方法获得的3D(经3D打印)物品。进一步地，本发明涉及包括这种3D(经3D打印)物品的照明设备。
背景技术
使用包括颗粒填料的热塑性聚合物以用于制备3D物件是本领域已知的。例如，WO2017/040893描述了一种粉末组合物，其中该粉末组合物包括以双峰颗粒尺寸分布为特征的多个热塑性颗粒，并且其中该粉末组合物还可以包括颗粒填料、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、香料、纤维、或包括前述中的至少一者的组合，优选地包括着色剂或金属颗粒。该文献还描述了制备三维物件的方法，该方法包括对粉末组合物进行粉末床熔融，以形成三维物件。
发明内容
在接下来的10年至20年中，数字制作将日益转变全球制造的性质。数字制作的方面中的一个方面为3D打印。目前，已经开发了许多不同的技术，以便使用诸如陶瓷、金属和聚合物之类的各种材料来生产各种经3D打印对象。3D打印还可以用于生产模具，模具然后可以用于复制对象。
为了制成模具的目的，已经建议使用聚合物喷射(polyjet)技术。该技术利用可光聚合材料的逐层沉积，该可光聚合材料在每次沉积之后固化以形成固体结构。虽然该技术产生光滑表面，但是可光固化材料不是非常稳定，并且它们还具有相对较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为被称为熔融沉积成型(FDM)的过程。熔融沉积成型(FDM)为通常用于成型、原型制作和生产应用的增材制造技术。FDM基于通过按层铺设材料的“增材”原理；塑料丝或金属线从线圈展开并且供应材料以生产零件。可能地，(例如，对于热塑性塑料)丝在铺设之前被熔化并挤出。FDM是一种快速原型制作技术。FDM的其他术语为“熔融丝制作”(FFF)或“丝3D打印”(FDP)，它们被认为等同于FDM。一般而言，FDM打印机使用热塑性丝，该热塑性丝被加热到其熔点，然后逐层(或实际上丝接丝)挤出以创建三维对象。FDM打印机相对快速、成本低，并且可以用于打印复杂3D对象。这种打印机用于使用各种聚合物来打印各种形状。该技术还在生产LED照明器和照明解决方案中被进一步开发。
因此，本发明的一个方面是提供一种备选3D打印方法和/或3D(经3D打印)物品，其优选地进一步至少部分消除上文所描述的缺点中的一个或多个缺点。本发明的目的可以是克服或减轻现有技术的缺陷中的至少一个缺陷或提供一种有用的备选方案。
因此，在第一方面，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(“物品”或“经3D打印物品”)的方法。尤其，该方法可以包括3D打印阶段，该3D打印阶段包括逐层沉积可3D打印材料，以提供3D物品。3D物品(从而)包括经3D打印材料。沉积尤其可以在接收器物品上进行。3D物品尤其包括经3D打印材料的层。尤其，可3D打印材料包括热塑性材料。尤其，在3D打印阶段的至少一部分期间，可3D打印材料还包括嵌入热塑性材料中的多孔无机颗粒。在实施例中，无机颗粒的孔隙度在按体积的5％-60％的范围内。
术语“孔隙度”是指多孔状态。换言之，它是指其中材料具有孔隙(或也被称为开口、或腔、或间隙)的状态。在本发明中，多孔材料是颗粒材料，并且在两种类型的孔隙度之间进行区分：(i)闭合的孔隙度和(ii)开放的孔隙度。对于具有闭合的孔隙度的颗粒，孔隙位于颗粒的内部，并且孔隙不可从外部进入(或不是开放的)。对于具有开放的孔隙度的颗粒，孔隙中的至少一些孔隙位于非常靠近颗粒表面的位置，以至于孔隙朝向外部是开放的。可从表面进入的孔隙空间的总量可以被称为可进入的孔隙体积或可进入的孔隙空间。对于具有开放的孔隙度的颗粒，可进入的孔隙体积大于零。
多孔材料的孔隙可以是互连的以形成开孔形态，或者它们可以不互连以形成闭孔形态。
在玻璃或陶瓷形成期间可以以各种方式获得开放的孔隙度。例如，可以采用微型中空球并将其烧结。还可以使用聚合物的牺牲微球并且将其添加到前体。在烧结步骤之后，获得闭合的孔隙度。还可以使用发泡剂来产生闭孔形态。
多孔玻璃通常通过以下过程之一来制备：(i)通过硼硅酸盐玻璃中(诸如在体系SiO2-B2O3-Na2O中)的亚稳相分离，随后液体萃取所形成的相中的一者，(ii)通过溶胶-凝胶过程，或(iii)通过烧结玻璃粉末。在这些过程期间，可以出现开孔形态。
也可以具有如下多孔材料，该多孔材料具有闭合壳。换句话说，多孔内部和由固体材料制成的无孔壳。
出于本发明的目的，并且如下文将解释的，被包括在热塑性材料中的颗粒应该具有开放的孔隙度，以允许在可打印材料(例如，丝)和/或经打印材料中受控引入空隙。多孔颗粒表面上水分的存在可以有助于在可打印材料和/或经打印材料中获得更大的孔隙。
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物品的方法，该方法包括3D打印阶段，该3D打印阶段包括逐层沉积可3D打印材料，以提供包括经3D打印材料的3D物品，其中3D物品包括经3D打印材料的层，其中可3D打印材料包括热塑性材料，其中在3D打印阶段的至少一部分期间，可3D打印材料还包括嵌入热塑性材料中的多孔无机颗粒，其中无机颗粒的孔隙度在按体积的5％-60％的范围内，并且其中无机颗粒具有开放的孔隙度。
以此方式，可能可以借助于FDM来制备多孔的经3D打印物品，同时减少所使用的材料的量，因此减少了经打印对象的重量，同时维持物品的结构完整性。这通过在经打印材料中受控引入空隙来实现。
在经打印材料中受控引入空隙需要具有开放的孔隙度的嵌入颗粒。当被封装在可打印材料内时，位于孔隙内的气体或液体(例如空气或氮气)在挤出期间膨胀，并且因此在丝内产生更大的空隙。当空隙保持位于嵌入的无机颗粒周围时，维持了丝的机械完整性。由于空隙保持位于嵌入的无机颗粒周围，因此可以通过控制无机颗粒的位置来控制空隙的位置。由于空隙的尺寸取决于孔隙的尺寸，这也可以由使用的无机颗粒的类型来控制。这允许相对简单的3D打印方法，但也增加了经3D打印物品的局部材料特性的可控性，以用于减少对象的重量。
因此，还期望提供这样的丝，其尤其可以用于本文所述的方法中。因此，在本发明的一个方面中，本发明进一步提供了可3D打印材料，尤其是包括可3D打印材料的丝，其中可3D打印材料包括(主体)聚合物(尤其是热塑性材料)和(嵌入其中的)无机多孔颗粒。这样的可3D打印材料(尤其是这样的丝)可以(用3D打印机，诸如本文实施例中所述的3D打印机)被挤出。
在实施例中，无机颗粒的孔隙度在按体积的5％-60％的范围内，尤其是在按体积的10％-50％的范围内，更尤其是在按体积的10％-40％的范围内，诸如小于按体积的40％，更尤其是等于或小于按体积的35％。孔隙度确定可以膨胀的气体或液体的量。具有低孔隙度的颗粒不能产生足够大的空隙，并且如果颗粒的孔隙度太高，则颗粒可能在机械上太弱，并且它们可能破碎成小块。孔隙度可以经由直接方法来确定，诸如尤其是确定多孔样品的毛体积，并且然后确定没有孔隙的骨架材料的体积(孔隙体积＝总体积-材料体积)。备选地，孔隙度可以经由光学方法确定，诸如尤其是确定显微镜下可见的材料的面积与孔隙的面积。对于具有随机结构的多孔介质，“面积”孔隙度和“体积”孔隙度基本上相等。尤其，可以应用光学方法。
类似地，孔隙尺寸可以至少部分地确定可以膨胀的气体或液体的量，并且还可以至少部分地确定颗粒的强度。在实施例中，无机颗粒具有在10-100μm的范围内的平均孔隙尺寸。孔隙尺寸可以经由光学方法来确定，诸如尤其是测量显微镜下可见的孔隙的直径。备选地，孔隙度可以尤其使用汞压孔隙度测量法来确定。备选地，尤其可以应用X射线折射。
如上文所提到的，空隙可以保持位于嵌入的多孔无机颗粒周围，因此颗粒的形状可以影响空隙在丝中的分布。颗粒的形状还可以影响打印的容易性。取决于尺寸，细长颗粒可能更难嵌入到可打印材料中。在实施例中，无机颗粒可以具有长度(L1)、宽度(L2)和高度(L3)，其中在具体实施例中，纵横比AR1＝L1/L2可以在0.5≤AR1≤2的范围内。备选地或附加地，在实施例中，纵横比AR2＝L1/L3可以在0.5≤AR2≤2的范围内。又进一步地，在实施例中，纵横比AR3＝L2/L3可以在0.5≤AR2≤2的范围内。又进一步地，在实施例中，无机颗粒可以具有在10-500μm的范围内，更尤其是在30-300μm的范围内，最尤其是在50-150μm的范围内的长度(L1)。因此，尤其是在实施例中，无机颗粒可以具有长度(L1)、宽度(L2)和高度(L3)，长度(L1)在10-500μm范围内，其中纵横比AR1＝L1/L2在0.5≤AR1≤2的范围内，其中纵横比AR2＝L1/L3在0.5≤AR2≤2的范围内，并且其中纵横比AR3＝L2/L3在0.5≤AR2≤2的范围内。
在实施例中，多孔无机颗粒的浓度可以在按体积的5％-30％范围内，尤其是在按体积的10％-30％范围内。其中浓度被计算为多孔无机颗粒的总体积除以多孔无机颗粒的总体积与颗粒嵌入其中的热塑性材料的体积之和并且乘以100％。如果浓度太低，则空隙形成的量可能太低。如果颗粒浓度太高，则空隙可能合并，并且结构可能塌陷。在处理期间，聚合物材料可能基本上不会进入孔隙。
许多无机材料可以适合用于多孔无机颗粒，尤其是金属氧化物颗粒似乎是有利的。在实施例中，多孔无机颗粒包括多孔玻璃颗粒。在本文中，术语“金属氧化物”可以指基于MO的体系，但还指硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐等。
除了多孔无机颗粒之外，可3D打印材料还可以包括其它添加剂和/或颗粒。在实施例中，可以包括稳定剂、光吸收剂、染料、反射颗粒等。这在下面更详细地描述。
在实施例中，多孔无机颗粒包括核-壳颗粒，该核-壳颗粒包括中空核和多孔壳。这可以导致颗粒的质量降低，并且因此降低经打印物品的重量。在其中使中空核可通过孔隙进入的实施例中，可以增加可以被并入在颗粒内的气体或液体的量，并且因此增加单个颗粒可以引入可打印材料中的空隙的体积。在其它实施例中，中空核可以不与孔隙流体连接(例如，由于限定中空核并且支撑多孔壳的中间壳，尽管其它实施例也可以是可能的)。
在实施例中，多孔无机颗粒包括核-壳颗粒，该核-壳颗粒包括中空核和块状壳。这可以导致颗粒的质量降低，并且因此降低经打印物品的重量。
为了便于生产，在丝生产期间，如果多孔无机颗粒不迅速积聚在热塑性材料的顶部(飘浮)或底部(下沉)，而是保持均匀混合，则是方便的。因此，在实施例中，颗粒和热塑性材料的密度可以彼此适配。在实施例中，多孔无机颗粒具有第一密度n1，热塑性材料具有第二密度n2，其中在具体实施例中，0.8≤n1/n2≤1.2，更尤其是其中0.9≤n1/n2≤1.1。
在实施例中，可打印材料可以包括关于以下中的一项或多项的多种类型的多孔无机颗粒：(i)材料、(ii)平均颗粒尺寸、(iii)颗粒尺寸分布、(iv)平均孔隙尺寸、(v)孔隙尺寸分布和(v)纵横比。以此方式，可以更精确地控制机械特性。在一个具体实施例中，在丝的第一部分中使用一种类型的颗粒，并且在丝的第二部分中使用另一种类型的颗粒，从而提供局部控制经打印对象内的机械特性(例如，密度)的可能性。
在具体实施例中，至少5个层，如至少8个层，诸如至少10个层可以包括本文所描述的多孔颗粒。在又一些其他实施例中，具有这些颗粒的层和不具有这些颗粒的层可以彼此交替。在又一些另外的实施例中，具有这些颗粒的至少两个层的集合和不具有这些颗粒的至少两个层的集合可以彼此交替。
在将多孔无机颗粒并入热塑性材料中之前，可以用气体或液体填充孔隙。由于不同的材料具有不同的膨胀系数，所以使用不同的填充材料可以导致不同的空隙尺寸，并且因此在经打印物品中还导致不同的材料密度。在实施例中，空隙填充有空气或氮气；尤其可以应用空气。尤其是对于热塑性材料的进一步交联，可能期望非空气环境。在实施例中，使用基本上纯的气体，诸如氮气、氧气或氦气或它们的混合物。在实施例中，水含量小于或等于100ppm，诸如最大50ppm，如最大20ppm，诸如在具体实施例中最大5ppm。
如上文所提到的，多孔无机颗粒的位置可以确定形成空隙的位置。因此，控制颗粒的位置可能是有用的。例如，在具体实施例中，可以使用核-壳丝，其中多孔无机颗粒被并入到丝的核中并且较低浓度(例如，没有颗粒)被包括在壳中。
因此，在本发明的又一方面，本发明还提供了核-壳丝，其中多孔无机颗粒被并入到丝的核中，并且较低浓度(诸如至少低50％，例如，没有多孔无机颗粒)可以被包括在壳中。这可以提供对颗粒位置的高水平控制，并且因此提供对空隙位置的高水平控制，并且可以导致经打印物品的更好的机械完整性。在具体实施例中，多孔无机颗粒具有在核中的第一浓度c1和在壳中的第二浓度c2，其中c2/c1≤0.5，尤其是其中c2/c1≤0.25，更尤其是其中c2/c1≤0.1。
在实施例中，热塑性材料本身(即，在不考虑多孔无机颗粒的情况下)可以是透光的，尽管情况不一定如此。在实施例中，热塑性材料的折射率RI1和无机颗粒的折射率RI2可以基本上相同，诸如0.85≤RI1/RI2≤1.15。以此方式，可3D打印材料(和经3D打印材料)可以对光而言是透射的。在实施例中，多孔无机颗粒可以是透光的，尽管情况不一定如此。尤其，多孔无机颗粒可以是半透明的，尽管情况不一定如此。
因此，在实施例中，可3D打印材料(和经3D打印材料)可以因此包括透光材料，或甚至基本上是透光材料。
透光材料对于(在可见光中的)一个或多个波长的透射率可以是至少80％/cm，诸如至少90％/cm，甚至更尤其是至少95％/cm，诸如至少98％/cm，诸如至少99％/cm。这意味着，在可见光中的具有所选择的波长的辐射的垂直照射下，例如1cm3立方体形状的透光材料块将具有至少95％的透射率。
在本文中，透射率的值尤其是指不考虑(例如，与空气的)界面处的菲涅耳损耗的透射率。因此，术语“透射率”尤其是指内部透射率。内部透射率例如可以通过测量具有不同宽度的两个或更多本体的透射率来确定，透射率在该不同宽度上被测量。然后，基于这种测量，可以确定菲涅耳反射损耗的贡献，并且(因此)确定内部透射率。因此，尤其，本文指示的透射率的值忽略了菲涅耳损耗。
术语“感兴趣的波长”尤其可以指可见光中的一个或多个波长。
术语“光”和“辐射”在本文中可互换使用，除非从上下文清楚地看出术语“光”仅指可见光。因此，术语“光”和“辐射”可以指UV辐射、可见光和IR辐射。在具体实施例中，尤其是对于照明应用，术语“光”和“辐射”是指可见光。在本文中，术语“可见光”尤其涉及具有选自380-780nm范围的波长的光。
在实施例中，热塑性材料本身(即，在不考虑多孔无机颗粒的情况下)可以是光反射性的，尽管情况不一定如此。这可以通过将反射颗粒并入到热塑性材料中和/或通过(例如，白色的)着色剂来实现。
在实施例中，多孔无机颗粒可以是光反射性的，并且热塑性材料是透光的，尽管情况不一定如此。
经打印光反射材料对(在可见光中的)一个或多个波长的反射可以是至少80％，诸如至少90％，甚至更尤其是至少95％，诸如至少98％，诸如至少99％。
如上文所指示的，该方法包括：在打印阶段期间，沉积可3D打印材料。本文中，术语“可3D打印材料”是指要被沉积或要被打印的材料，并且术语“经3D打印材料”是指在沉积后获得的材料。这些材料基本上可以是相同的，这是由于可3D打印材料可以尤其是指在高温处的打印机头或挤出机中的材料，并且经3D打印材料是指相同材料，但处于被沉积时的后期阶段。可3D打印材料被打印为丝并且以此沉积。可3D打印材料可以作为丝被提供或者可以被形成为丝。因此，无论应用何种起始材料，包括可3D打印材料的丝由打印机头提供并被3D打印。术语“挤出物”可以用于限定打印机头下游但尚未沉积的可3D打印材料。后者指示为“经3D打印材料”。事实上，挤出物包括可3D打印材料，这是由于材料尚未沉积。在沉积可3D打印材料或挤出物后，材料因此指示为经3D打印材料。基本上，材料是相同材料，这是由于打印机头上游、打印机头下游和经沉积的热塑性材料基本上是相同材料。
本文中，术语“可3D打印材料”也可以被指示为“可打印材料”。在实施例中，术语“聚合物材料”可以指代不同聚合物的共混物，但在实施例中，其也可以指代基本上具有不同聚合物链长度的单种聚合物类型。因此，术语“聚合物材料”或“聚合物”可以指代单种类型的聚合物，但也可以指代多种不同的聚合物。术语“可打印材料”可以指代单种类型的可打印材料，但也可以指代多种不同可打印材料。术语“经打印材料”可以指代单种类型的经打印材料，但也可以指代多种不同的经打印材料。
因此，术语“可3D打印材料”还可以指代两种或更多种材料的组合。一般而言，这些(聚合物)材料具有玻璃转化温度Tg和/或熔化温度Tm。可3D打印材料在离开喷嘴之前将由3D打印机加热到至少为玻璃转化温度(并且通常至少为熔化温度)的温度。因此，在具体实施例中，可3D打印材料包括具有玻璃转化温度(Tg)和/或熔点(Tm)的热塑性聚合物，并且如果可3D打印材料是高于熔化温度的半结晶聚合物，那么打印机头动作包括将可3D打印材料加热至高于玻璃转化。在又一实施例中，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：将要被沉积于接收器物品上的可3D打印材料加热到至少熔点的温度。一般而言，玻璃转化温度与熔化温度不是一回事。熔化是在结晶聚合物中出现的转化。熔化在聚合物链脱离其晶体结构并变成无序液体时发生。玻璃转化是非晶聚合物(即，其链未被布置成有序晶体而只是以任何方式四处散布的聚合物，即使它们处于固态)所发生的转化。聚合物可以是非晶的，基本上具有玻璃转化温度而非熔化温度；或者可以是(半)结晶的，通常具有玻璃转化温度和熔化温度两者，其中通常后者高于前者。玻璃温度可以例如通过差示扫描量热法确定。熔点或熔化温度也可以通过差示扫描量热法确定。
如上文所指示的，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；以及在打印阶段期间将所述可3D打印材料打印在基板上，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。尤其，丝可以包括可3D打印材料。尤其，可3D打印材料包括组分，其中该组分至少包括(i)热塑性材料和(ii)多孔无机颗粒。尤其，在丝的至少一部分中，可3D打印材料包括嵌入热塑性材料中的多孔无机颗粒。在实施例中，无机颗粒的孔隙度在按体积的5％-60％的范围内。尤其，相对于可3D打印材料，多孔无机颗粒的浓度在按体积的10％-30％的范围内。在实施例中，丝具有材料密度nf，其中丝具有基于丝组分的密度限定的理论材料密度nfc，其中在具体实施例中0.6≤nf/nfc≤l。本文所描述的丝可以用于本文所描述的方法中。
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，该丝包括可3D打印材料，其中可3D打印材料包括组分，其中该组分至少包括(i)热塑性材料和(ii)多孔无机颗粒；其中在丝的至少一部分中，可3D打印材料包括嵌入热塑性材料中的多孔无机颗粒，其中无机颗粒的孔隙度在按体积的5％-60％的范围内，其中无机颗粒(410)具有开放的孔隙度，其中相对于可3D打印材料，多孔无机颗粒的浓度在按体积的10％-30％的范围内，其中丝具有材料密度nf，其中丝具有基于丝的组分的密度限定的理论材料密度nfc，其中0.6≤nf/nfc≤1。
以此方式，可能可以在从先前制备的丝开始的情况下，借助于FDM来制备多孔的经3D打印物品。
当被封装在可打印材料内时，位于无机颗粒的孔隙内的气体或液体(例如空气或氮气)在加热期间膨胀。因此，丝的孔隙度可以取决于用于制备丝的温度。当在低于打印温度的温度处制备丝时，丝中的空隙可小于经3D打印物品中的空隙，或者丝中可以尚不存在空隙。在实施例中，可以在第一温度T1处制成丝。进一步地，3D打印方法可以包括对丝进行3D打印，其中丝在第二温度T2处的打印机喷嘴中加热。在实施例中，T2>T1。因此，在实施例中，在打印期间，孔隙度可以进一步增加。在实施例中，T2-T1≥5℃，尤其是T2-T1≥10℃，更尤其是T2-T1≥20℃。备选地，丝可以在与打印相同的温度或比打印更高的温度处制备，因此T1≥T2。因此，经打印物品的密度nm可以等于或低于丝的密度nf，因此nm≤nf。
在一个具体实施例中，丝包括多种组分，该多种组分至少包括热塑性材料和多孔无机颗粒，其中丝具有材料密度nf，其中丝具有基于丝组分的密度限定的理论材料密度nfc，其中0.6≤nf/nfc≤1，尤其是其中0.7≤nf/nfc≤1。除其他之外，由于空隙，密度可以更低，并且因此3D物品的重量可以降低。
如上文所指示的，在实施例中，无机颗粒的孔隙度在按体积的5％-60％的范围内，尤其是在按体积的10％-50％的范围内，更尤其是在按体积的10％-40％的范围内，诸如小于按体积的40％，更尤其是小于按体积的35％。
如上文所指示的，在实施例中，无机颗粒具有在10-100μm范围内的平均孔隙尺寸。
在实施例中，无机颗粒具有长度(L1)、宽度(L2)和高度(L3)，长度(L1)在1-500μm的范围内，更尤其在5-300μm的范围内，最尤其在10-250μm的范围内，其中纵横比AR1＝L1/L2在0.5≤AR1≤2的范围内，其中纵横比AR2＝L1/L3在0.5≤AR2≤2的范围内，并且其中纵横比AR3＝L2/L3在0.5≤AR2≤2的范围内。
在实施例中，多孔无机颗粒的浓度在按体积的5％-30％的范围内，尤其是在按体积的10％-30％的范围内。
许多无机材料适合用于多孔无机颗粒，尤其是金属氧化物颗粒似乎是有利的。在实施例中，多孔无机颗粒包括多孔玻璃颗粒。
在实施例中，多孔无机颗粒包括核-壳颗粒，该核-壳颗粒包括中空核和多孔壳。
在实施例中，多孔无机颗粒包括核-壳颗粒，该核-壳颗粒包括中空核和块状壳。
在实施例中，经打印材料包括关于以下的多种类型的多孔无机颗粒：材料、平均颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、平均孔隙尺寸、孔隙尺寸分布和/或纵横比。在一个具体实施例中，一种类型的颗粒用于经打印物品的第一部分，并且另一种类型的颗粒用于经打印物品的第二部分。
如上文所提到的，在实施例中，使用核-壳丝，其中多孔无机颗粒被并入到丝的核中，并且较低浓度(例如，没有颗粒)被包括在壳中。在一个具体实施例中，多孔无机颗粒具有在核中的第一浓度c1和在壳中的第二浓度c2，其中c2/c1≤0.5，尤其是其中c2/c1≤0.25，更尤其是其中c2/c1≤0.1。
在实施例中，热塑性材料本身(即，在不考虑多孔无机颗粒的情况下)可以是透光的，尽管情况不一定如此。
在实施例中，多孔无机颗粒可以是透光的，尽管情况不一定如此。尤其，多孔无机颗粒可以是半透明的，尽管情况不一定如此。
透光材料对于(在可见光中的)一个或多个波长的透射率可以是至少80％/cm，诸如至少90％/cm，甚至更尤其至少95％/cm，诸如至少98％/cm，诸如至少99％/cm。这意味着，在可见光中的具有所选择的波长的辐射的垂直照射下，例如1cm3立方体形状的透光材料块将具有至少95％的透射率。
在实施例中，热塑性材料本身(即，在不考虑多孔无机颗粒的情况下)可以是光反射性的，尽管情况不一定如此。
在实施例中，多孔无机颗粒可以是光反射性的，尽管情况不一定如此。
光反射材料对于(在可见光中的)一个或多个波长的反射可以是至少80％，诸如至少90％，甚至更尤其至少95％，诸如至少98％，诸如至少99％。
尤其可以适合作为可3D打印材料的材料可以选自由以下组成的组：金属、玻璃、热塑性聚合物、硅酮等。尤其是，可3D打印材料包括(热塑性)聚合物，该(热塑性)聚合物选自由以下组成的组：ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、尼龙(或聚酰胺)、醋酸酯(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)、丙烯酸酯(聚甲基丙烯酸酯、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)、聚丙烯(Polypropylene)(或聚丙烯(polypropene))、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(polyvinyl chloride))聚氯乙烯(Polychloroethene)，诸如基于共聚酯弹性体、聚氨酯弹性体、聚酰胺弹性体、聚烯烃基弹性体、苯乙烯基弹性体等的热塑性弹性体。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打印材料包括选自由聚砜组成的组的可3D打印材料。由于弹性体(尤其是热塑性弹性体)是柔性的并且可以帮助获得包括导热材料的相对更具柔性的丝，所以它们尤其令人感兴趣。热塑性弹性体可以包括以下中的一项或多项：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(诸如还在WO2017/040893中提及的热塑性材料)可以包括以下中的一项或多项：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)、聚芳砜(例如，聚苯砜)、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、以及聚碳酸酯-酯-硅氧烷)、聚酯(例如，聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘酚酯、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(包括含有降冰片烯基单元的共聚物)、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、聚邻苯二甲醚、聚硅氮烷、聚硅氧烷、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，或包括前述热塑性聚合物中的至少一种热塑性聚合物的组合。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)，或包括上述中的至少一种的组合。可以使用的聚氨酯包括：脂肪族聚氨酯、脂环族聚氨酯、芳族聚氨酯和多环聚氨酯，包括上文所描述的那些聚氨酯。而且，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，比如，其包括丙烯酸甲酯、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中的一项或多项：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)、以及乙烯与丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、4-甲基-1-戊烯和1-十八烯的共聚物。
在具体实施例中，可3D打印材料(和经3D打印材料)包括以下中的一项或多项：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)。
还在下文对术语可3D打印材料进行进一步阐述，但该术语可3D打印材料尤其是指热塑性材料，该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)体积百分比最多约为60％，尤其是，最多约为按体积的30％，诸如最多为按体积的20％。
因此，在实施例中，可打印材料可以包括两个相。可打印材料可以包括可打印聚合物材料(尤其是热塑性材料(还参见下文))的相，该相尤其是基本上连续的相。在热塑性材料的该连续相中，可以存在聚合物添加剂，诸如以下中的一项或多项：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。添加剂可以具有有用特性，该有用特性选自光学特性、电特性、热特性和机械特性(还参见上文)。
实施例中的可打印材料可以包括颗粒材料，即，嵌入可打印聚合物材料中的颗粒，该颗粒形成大体上不连续的相。尤其是在用于降低热膨胀系数的应用中，相对于可打印材料(包括(各向异性导电)颗粒)的总体积，总混合物中颗粒的数目尤其不大于按体积的60％。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按体积的20％，诸如高达按体积的10％。因此，可3D打印材料尤其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)。同样，经3D打印材料尤其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)。颗粒可以包括如上文所限定的一种或多种添加剂。因此，在实施例中，可3D打印材料可以包括颗粒添加剂。
可打印材料被打印在接收器物品上。尤其是，接收器物品可以是构造平台或可以由构造平台包括。还可以在3D打印期间加热接收器物品。然而，还可以在3D打印期间冷却接收器物品。
除了其他之外，短语“在接收器物品上打印”和类似短语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，或在较早打印在接收器物品上的经3D打印材料上打印。术语“接收器物品”可以是指打印平台、打印床、基板、支撑件、构造板或构造平台等。还可以使用术语“基板”来代替术语“接收器物品”。除了其他之外，短语“在接收器物品上打印”和类似短语还包括在以下项上的单独基板上或由以下项包括的单独基板上打印：打印平台、打印床、支撑件、构造板或构造平台等。因此，除了其他之外，短语“在基板上打印”和类似短语包括在基板上直接打印，或在基板上的涂层上打印，或在较早打印在基板上的经3D打印材料上打印。这里在下文中，还使用术语基板，该基板可以是指打印平台、打印床、基板、支撑件、构造板或构造平台等，或其上的单独基板或由其包括的单独基板。
逐层沉积可打印材料，由此(在打印阶段期间)生成经3D打印物品。经3D打印物品可以示出特征肋状结构(源自沉积的丝)。然而，还可以在打印阶段之后执行另外的阶段，诸如最终化阶段。该阶段可以包括：从接收器物品移除经打印物品，和/或一个或多个后处理动作。可以在从接收器物品移除经打印物品之前执行一个或多个后处理动作，和/或可以在从接收器物品移除经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、添加功能部件、交联等中的一者或多者。后处理可以包括平滑肋状结构，这可以产生基本上平滑的表面。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特性。
进一步地，本发明涉及一种可以用于执行本文中所描述的方法的软件产品。因此，在又一方面中，本发明还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品当在功能上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，能够实现如本文中所描述的方法。
因此，在一个方面中，(因此)本发明提供了一种软件产品，该软件产品当在计算机上运行时，能够实现如本文中所描述的(用于借助于熔融沉积成型来生产3D物品的)方法(的一个或多个实施例)。
本文中所描述的方法提供经3D打印物品。因此，在另一方面中，本发明还提供了可通过本文中所描述的方法获得的经3D打印物品。在另一方面中，提供了一种可通过本文中所描述的方法获得的经3D打印物品。
尤其，本发明提供了一种包括经3D打印材料的3D物品。如上文所指示的，3D物品包括经3D打印材料的多个层。进一步地，尤其，经3D打印材料包括多孔无机颗粒。如上文所指示的，经3D打印材料包括热塑性材料。尤其，经3D打印材料的至少一部分还包括嵌入热塑性材料中的多孔无机颗粒。在实施例中，无机颗粒的孔隙度在按体积的5％-60％的范围内。因此，尤其，本发明在实施例中提供了包括经3D打印材料的3D物品，其中3D物品包括经3D打印材料的多个层，其中经3D打印材料包括热塑性材料，其中经3D打印材料的至少一部分还包括嵌入热塑性材料中的多孔无机颗粒，其中无机颗粒的孔隙度在按体积的5％-60％的范围内，并且其中无机颗粒(410)具有开放的孔隙度。
经3D打印物品可以包括在彼此的顶部上的多个层(即，堆叠的层)。(单独被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的范围，其中高度一般小于宽度。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，或可以由单种材料组成。在层内，在组成上也可以有变化，例如当应用核-壳打印过程时，并且在打印过程期间，从打印第一材料(而不打印第二材料)变为打印第二材料(而不打印第一材料)。
经3D打印物品的至少一部分可以包括涂层。
上文在讨论方法时，已经阐明了关于经3D打印物品的一些具体实施例。下面，更详细地讨论关于经3D打印物品的一些具体实施例。
如上文所指示的，在实施例中，无机颗粒的孔隙度在按体积的5％-60％的范围内，尤其是在按体积的10％-50％的氛围内，更尤其是在按体积的10％-40％的范围内，诸如小于按体积的40％，更尤其小于按体积的35％。
如上文所指示的，在实施例中，无机颗粒具有在10-100μm的范围内的平均孔隙尺寸。
在实施例中，无机颗粒具有长度(L1)，宽度(L2)和高度(L3)，长度(L1)在1-500μm的范围内，更尤其在5-300μm的范围内，最尤其在10-250μm的范围内，其中纵横比AR1＝L1/L2在0.5≤AR1≤2的范围内，其中纵横比AR2＝L1/L3在0.5≤AR2≤2的范围内，并且其中纵横比AR3＝L2/L3在0.5≤AR2≤2的范围内。
在实施例中，多孔无机颗粒的浓度在按体积的5％-30％的范围内，尤其是在按体积的10％-30％的范围内。
许多无机材料适合用于多孔无机颗粒，尤其是金属氧化物颗粒似乎是有利的。在实施例中，多孔无机颗粒包括多孔玻璃颗粒。
在实施例中，多孔无机颗粒包括核-壳颗粒，该核-壳颗粒包括中空核和多孔壳。
在实施例中，多孔无机颗粒包括核-壳颗粒，该核-壳颗粒包括中空核和块状壳。
在实施例中，经打印材料包括关于以下项的多种类型的多孔无机颗粒：材料、平均颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、平均孔隙尺寸、孔隙尺寸分布和/或纵横比。在一个具体实施例中，一种类型的颗粒用于经打印物品的第一部分，并且另一种类型的颗粒用于经打印物品的第二部分。
如上文所提到的，在实施例中，使用核-壳丝，其中多孔无机颗粒被并入到丝的核中，并且较低浓度(例如，没有颗粒)被包括在壳中。在一个具体实施例中，多孔无机颗粒具有在核中的第一浓度c1和在壳中的第二浓度c2，其中c2/c1≤0.5，尤其是其中c2/c1≤0.25，更尤其是其中c2/c1≤0.1。
在具体实施例中，经3D打印物品包括至少5个层，如至少8个层，诸如至少10个层，其包括本文所描述的多孔颗粒。在又一些其他实施例中，具有这些颗粒的层和不具有这些颗粒的层可以彼此交替。在又一些另外的实施例中，具有这些颗粒的至少两个层的集合和不具有这些颗粒的至少两个层的集合可以彼此交替。
在具体实施例中，包括至少两个(诸如至少五个)层轴Ax的经3D打印物品的横截面面积大于或等于5cm2，诸如等于或大于25cm2。
在实施例中，热塑性材料本身(即，在不考虑多孔无机颗粒的情况下)可以是透光的，尽管情况不一定如此。
在实施例中，多孔无机颗粒可以是透光的，尽管情况不一定如此。尤其，多孔无机颗粒可以是半透明的，尽管情况不一定如此。
透光材料对于(在可见光中的)一个或多个波长的透射率可以是至少80％/cm，诸如至少90％/cm，甚至更尤其至少95％/cm，诸如至少98％/cm，诸如至少99％/cm。这意味着，在可见光中的具有所选择的波长的辐射的垂直照射下，例如1cm3立方体形状的透光材料块将具有至少95％的透射率。
在实施例中，热塑性材料本身(即，在不考虑多孔无机颗粒的情况下)可以是光反射性的，尽管情况不一定如此。
在实施例中，多孔无机颗粒可以是光反射性的，尽管情况不一定如此。
光反射材料对于(在可见光中的)一个或多个波长的反射可以是至少80％，诸如至少90％，甚至更尤其至少95％，诸如至少98％，诸如至少99％。
在一个具体实施例中，3D物品包括多种组分，该多种组分至少包括热塑性材料和多孔无机颗粒，其中经打印材料具有材料密度nm，其中经打印材料具有基于经3D打印材料的组分的密度限定的理论材料密度nmc，其中0.6≤nm/nmc≤0.95，尤其是其中0.7≤nm/nmc≤0.9。除其他之外，由于空隙，密度可以更低，并且因此3D物品的重量可以降低。
(通过本文中所描述的方法)获得的经3D打印物品本身可以具有功能性。比如，经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)用于装饰或艺术目的。经3D打印物品可以包括或设置有功能部件。该功能部件尤其可以选自由以下组成的组：光学部件、电部件和磁性部件。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、光透射元件、滤光器等。术语光学部件还可以是指光源(如LED)。术语“电部件”可以例如是指集成电路、PCB、电池、驱动器，但是还可以是指光源(由于光源可以被认为是光学部件和电部件)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。
如上文所指示的，经3D打印物品可以用于不同的目的。除了其他之外，经3D打印物品可以用于照明。因此，在又一方面中，本发明还提供一种照明设备，该照明设备包括如本文中所限定的3D物品。在一个具体方面中，本发明提供了一种照明系统，该照明系统包括：(a)光源，被配置为提供(可见)光源光；以及(b)如本文中所限定的3D物品，其中3D物品可以被配置为以下中的一项或多项：(i)外壳的至少一部分，(ii)照明腔室的壁的至少一部分，以及(iii)功能部件，其中功能部件可以选自由以下组成的组：光学部件、支撑件、电绝缘部件、导电部件、绝热部件、以及导热部件。因此，在具体实施例中，3D物品可以被配置为以下中的一项或多项：(i)照明设备外壳的至少一部分，(ii)照明腔室的壁的至少一部分，以及(iii)光学元件。由于可以提供相对平滑的表面，所以经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经3D打印物品。返回到3D打印过程，具体的3D打印机可以用于提供本文中所描述的经3D打印物品。因此，在又一方面中，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，该打印机头包括打印机喷嘴；以及(b)可3D打印材料提供设备，该可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，其中熔融沉积成型3D打印机被配置为提供如上文所指示的所述可3D打印材料。
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(或更多)开口的核-壳型的。术语“打印机头”还可以是指多个(不同的)打印机头；因此，术语“打印机喷嘴”还可以是指多个(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，或可以如此提供可3D打印材料：其中打印机头创建包括可3D打印材料的丝。因此，在实施例中，本发明提供一种熔融沉积成型3D打印机，其包括(a)打印机头，该打印机头包括打印机喷嘴；以及(b)丝提供设备，该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，其中如上文所指示的，熔融沉积成型3D打印机被配置为向基板提供所述可3D打印材料。
尤其是，3D打印机包括控制器(或在功能上耦合到控制器)，该控制器被配置为在控制模式(或“操作模式”)下执行如本文中所描述的方法。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管元件的运行。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管元件的运行)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测。因此，术语“控制”和类似术语可以包括在元件上施加行为，并且还可以包括在元件上施加行为并且监测元件。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在功能上耦合。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，该多个不同的控制系统尤其在功能上耦合，并且该多个不同的控制系统中的例如一个控制系统可以是主控制系统，并且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，或可以在功能上耦合到用户接口。
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应用(App)来控制，该设备诸如是便携式设备、如智能电话或苹果手机(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)在功能上耦合到照明系统。
因此，在实施例中，控制系统(还)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，照明系统可以用码来标识，尤其是用于相应照明系统的唯一码。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)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装置，诸如基于蓝牙、WIFI、LiFi、ZigBee、BLE或WiMAX、或另一无线技术。
系统或装置或设备可以在“模式”或“操作模式”或“操作的模式”下执行动作。同样，在方法中，可以在“模式”或“操作模式”或“操作的模式”或“可操作模式”下执行动作或阶段或步骤。术语“模式”也可以指示为“控制模式”。这并不排除系统或装置或设备也可以适于提供另一控制模式或多个其他控制模式。同样，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他模式。
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，则这种模式的选取尤其可以经由用户接口来执行，尽管其他选项(如依据传感器信号或(时间)方案来执行模式)也是可能的。在实施例中，操作模式还可以是指仅可以在单个操作模式下操作(即，“开启”，而没有另外的可调谐性)的系统或装置或设备。
因此，在实施例中，控制系统可以依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/或预定时间方案。
可以使用简短的术语“3D打印机”、“FDM打印机”或“打印机”替代术语“熔融沉积成型(FDM)3D打印机”。打印机喷嘴还可以被指示为“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，在所附示意图中对应的附图标记指示对应的部分，并且在所附示意图中：
图1a-图1c示意性地描绘了3D打印机和经3D打印材料的一个实施例的一些一般方面；
图2a-图2b示意性地描绘了多孔无机颗粒的实施例的一些方面；
图3a-图3d示意性地描绘了本发明的一些另外的方面；
图4a-图4b示意性地描绘了一些方面和实施例；以及
图5示意性地描绘了一种应用。
示意图不一定是按比例的。
具体实施例
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指示功能单元，该功能单元被配置用于3D打印，尤其是FDM 3D打印；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经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，尽管其他实施例也是可能的。附图标记320指示可打印的可3D打印材料的丝(诸如上文所指示的)。为了清楚起见，未描绘3D打印机的所有特征，仅描绘了与本发明尤其相关的那些特征(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可以至少暂时被冷却，其中每个层322包括诸如具有熔点Tm的可3D打印材料201。可3D打印材料201可以(在打印阶段期间)沉积在基板1550上。通过沉积，可3D打印材料201已经变为经3D打印材料202。从喷嘴502逸出的可3D打印材料201还指示为挤出物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。这可以例如通过包括挤出功能和/或加热功能中的一个或多个功能的设备来完成。这种设备使用附图标记573指示，并且被布置在打印机喷嘴502的上游(即，在时间上在丝材料离开打印机喷嘴502之前)。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，该材料被指示为经(3D)打印材料，该经(3D)打印材料使用附图标记202指示。
附图标记572指示具有(尤其是呈线形式的)材料的卷轴或辊，该材料可以指示为丝320。3D打印机500将其转变在打印机喷嘴下游的挤出物321中，挤出物321变为接收器物品上或已经沉积的经打印材料上的层322。一般而言，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)指示为挤出机喷嘴。逐层322进行布置，可以形成3D物品1。附图标记575指示丝提供设备，这里除了其他之外，该丝提供设备包括卷轴或辊和使用附图标记576指示的驱动轮。
附图标记Ax指示(经3D打印层的)纵轴或丝轴或层轴。
附图标记C示意性地描绘了控制系统，诸如尤其是被配置为控制接收器物品550的温度的温度控制系统。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，但尤其是，加热到高达约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(水平平面)中沿一个或两个方向可移动。进一步地，备选地或附加地，在实施例中，接收器板还可以围绕(垂直的)z轴可旋转。因此，控制系统可以沿x方向、y方向和z方向中的一个或多个方向移动接收器板。
备选地，该打印机可以具有头，该头还可以在打印期间旋转。这种打印机具有以下优点：经打印材料在打印期间不能旋转。
层使用附图标记322指示，并且具有层高度H和层宽度W。
注意，可3D打印材料不一定作为丝320提供给打印机头。进一步地，丝320还可以在3D打印机500中由可3D打印材料块产生。
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更详细地示意性地描绘了在构建中的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，但是在实施例中实际上可以是这种情况。附图标记H指示层的高度。层使用附图标记322指示。这里，层具有基本上圆形的横截面。然而，通常，它们可以是扁平的，诸如具有类似平椭圆管或平椭圆导管的外部形状(即，具有直径的圆形杆，该直径被压缩为具有比宽度小的高度，其中(限定宽度的)侧面(仍然)是圆的)。
因此，图1a-图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，该第一打印机头501包括打印机喷嘴502；(b)丝提供设备575，该丝提供设备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-图1b中，第一可打印材料或第二可打印材料或第一经打印材料或第二经打印材料分别使用通用指示可打印材料201和经打印材料202来指示。在喷嘴502的直接下游，具有可3D打印材料的丝321当被沉积时变为具有经3D打印材料202的层322。
图1c示意性地描绘了经3D打印层322的堆叠，每个经3D打印层322具有层高度H和层宽度W。注意，在实施例中，两个或更多层322的层宽度和/或层高度可以不同。图1c中的附图标记252指示(图1c中示意性地描绘的)3D物品的物品表面。
参考图1a-图1c，沉积的可3D打印材料的丝产生具有高度H(和宽度W)的层。以层322接层322的方式沉积，生成3D物品1。图1c非常示意性地描绘了单壁3D物品1。
为了便于理解，图2a示意性地描绘了颗粒及其一些方面。颗粒410具有第一尺寸或长度L1。在左边的示例中，L1基本上是基本上球形颗粒的直径。在右侧描绘了具有非球形形状的颗粒(诸如细长颗粒410)。这里，通过示例的方式，L1是颗粒长度。L2和L3可以被看作是宽度和高度。当然，颗粒可以包括不同形状颗粒的组合。
图2b示意性地描绘了颗粒410的一些方面。一些颗粒410具有最长尺寸A1和最短尺寸A2，最长尺寸A1具有最长尺寸长度L1，最短尺寸A2具有最短尺寸长度L2。图2b以3D示意性地描绘了颗粒410，其中颗粒410具有长度、高度和宽度，其中颗粒基本上具有细长形状。因此，颗粒可以具有另外的(次或主)轴，在本文中被指示为另外的尺寸A3。图2b中的相对长度L1、L2和L3并不暗示具体的纵横比；附图用于说明本发明的一些方面。
注意，符号L1、L2和L3以及A1、A2和A3仅用于指示轴及其长度，并且数字仅用于区分轴。进一步地，注意，颗粒不是基本上椭圆形的或长方体的，颗粒可以具有任何形状。
图3a-图3b示意性地描绘了具有孔隙411的多孔无机颗粒(410)。图3b示意性地描绘了具有中空核(415)和多孔壳(416)的多孔无机颗粒(410)。
图3c示意性地描绘了诸如当从打印机喷嘴(未描绘)逸出时的丝321，丝321包括可3D打印材料201。可3D打印材料包括具有嵌入其中的多孔无机颗粒410的热塑性材料401，其中颗粒被空隙412围绕。
图3d示意性地描绘了3D物品1，示出了具有高度H的肋状结构(源自被沉积的丝)。该高度也可以被指示为宽度。这里，示意性地描绘了具有高度H和宽度W的、具有经打印材料202的层322。图3b可以被看作是层322的堆叠，其中多个相邻的堆叠在图1b中被示出。经3D打印材料包括具有嵌入其中的多孔无机颗粒410的热塑性材料401，其中颗粒被空隙412围绕。
图4a示意性地描绘了本发明的方法的一些另外的方面，其中在方法中可以使用核-壳丝350。可以在打印机500中使用丝350，例如，如图1a-图1b所描绘的打印机500，打印机500具有喷嘴502，喷嘴502具有单个开口。指示了丝中的几何形状，尤其是核的宽度W1F、核的高度H1F和壳的宽度(或厚度)W2F。壳340包括热塑性材料401，并且可选地还包括完全包围核330的多孔无机颗粒410(包括热塑性材料401并且还包括多孔无机颗粒410)。
在实施例中，在3D打印阶段中使用图4a的丝320可以产生图4b中所描绘的3D物品1。
图5示意性地描绘了使用附图标记2指示的灯或照明器的一个实施例，该灯或照明器包括用于生成光11的光源10。灯可以包括外壳或遮罩或另一元件，该外壳或遮罩或另一元件可以包括经3D打印物品1或可以是经3D打印物品1。这里，(横截面视图中的)半球示意性地指示外壳或遮罩。灯或照明器可以是或可以包括照明设备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项或多项：(i)照明设备外壳的至少一部分，(ii)照明腔室的壁的至少一部分，以及(iii)光学元件。因此，在实施例中，3D物品对于光源光11可以是反射性的，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。外壳或遮罩包括物品部分400。对于物品部分400的可能实施例，还参见上文。
术语“多个”是指两个或更多。
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“整个”、“完全”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，形容词“大体上”或“基本上”也可以被移除。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”意指“由……组成”的实施例。
术语“和/或”尤其涉及在“和/或”之前和之后提及的项中的一个或多个项。比如，短语“项1和/或项2”和类似短语可以涉及项1和项2中的一个或多个。术语“包括”在实施例中可以是指“由……组成”，但在另一实施例中还可以是指“包含至少所限定的物种和可选的一个或多个其他物种”。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分类似元件，并且不一定用于描述顺序次序或时间次序。要理解，如此使用的术语在适当的情况下可互换，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以不同于本文中所描述或图示的顺序的其他顺序操作。
除了其他之外，设备、装置或系统在本文中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，上文所提及的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解释为限制权利要求。
动词“包括”及其词形变化的使用不排除除了权利要求中所述的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。除非上下文另外清楚地要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应被解释为与排他性或穷举性意义相反的包括性意义；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借助于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，这些装置中的几个装置可以由同一项硬件来体现。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的简单事实，并不指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，该控制系统可以控制设备、装置或系统，或者可以执行本文所描述的方法或过程。又进一步地，本发明还提供了一种计算机程序产品，当在功能上耦合到设备、装置或系统或由设备、装置或系统包括的计算机上运行时，该计算机程序产品控制这种设备、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。本发明还涉及一种包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个表征特征的方法或过程。
可以组合本专利中讨论的各种方面以便提供附加的优点。进一步地，本领域技术人员将理解，可以组合实施例，并且还可以组合多于两个的实施例。此外，特征中的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(可打印或经打印)材料和第二(可打印或经打印)材料中的一个或多个材料可以包含对材料的Tg或Tm没有(或有)影响的填料，诸如玻璃和纤维。

Claims (15)

1.一种用于借助于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打印阶段包括逐层沉积可3D打印材料(201)，以提供包括经3D打印材料(202)的所述3D物品(1)，其中所述3D物品(1)包括经3D打印材料(202)的层(322)，其中所述可3D打印材料(201)包括热塑性材料(401)，其中在所述3D打印阶段的至少一部分期间，所述可3D打印材料(201)还包括嵌入所述热塑性材料(401)中的多孔无机颗粒(410)，其中所述无机颗粒(410)的孔隙度在按体积的5％至60％的范围内，并且其中所述无机颗粒(410)具有开放的孔隙度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述无机颗粒(410)具有长度(L1)、宽度(L2)和高度(L3)，所述长度(L1)在1μm至500μm的范围内，其中纵横比AR1＝L1/L2在0.5≤AR1≤2的范围内，其中纵横比AR2＝L1/L3在0.5≤AR2≤2的范围内，并且其中纵横比AR3＝L2/L3在0.5≤AR2≤2的范围内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中相对于所述可3D打印材料(201)，所述多孔无机颗粒(410)的浓度在按体积的10％至30％的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多孔无机颗粒(410)包括多孔玻璃颗粒。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多孔无机颗粒(410)包括核-壳颗粒，所述核-壳颗粒包括中空核(415)和多孔壳。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多孔无机颗粒(410)具有第一密度n1，其中所述热塑性材料(401)具有第二密度n2，其中0.8≤n1/n2≤1.2。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述层(322)包括经3D打印材料(202)的核-壳层(1322)，所述核-壳层包括：(i)核(330)，所述核(330)包括热塑性材料(401)，所述核(330)还包括以浓度c1嵌入所述热塑性材料(401)中的多孔无机颗粒(410)；和(ii)壳(340)，所述壳(340)包括热塑性材料(401)，所述壳(340)还包括以浓度c2嵌入所述热塑性材料(401)中的多孔无机颗粒(410)；其中所述壳(340)至少部分地包围所述核(330)；其中所述核(330)具有核高度(H1)和核宽度(W1)，其中所述壳(340)具有壳宽度(W2)；其中所述3D打印阶段包括3D打印经3D打印材料(202)的所述核-壳层(1322)；其中c2/c1≤0.5。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多孔无机颗粒(410)具有孔隙，所述孔隙具有在10μm-100μm范围内的平均孔隙尺寸，并且其中所述多孔无机颗粒(410)是透光的，并且其中所述可3D打印材料(201)是透光的。
9.一种用于借助于熔融沉积成型来生产3D物品(1)的丝(320)，所述丝(320)包括可3D打印材料(201)，其中所述可3D打印材料(201)包括组分，其中所述组分至少包括(i)热塑性材料(401)和(ii)多孔无机颗粒(410)；其中在所述丝(320)的至少一部分中，所述可3D打印材料(201)包括嵌入所述热塑性材料(401)中的所述多孔无机颗粒(410)，其中所述无机颗粒(410)的孔隙度在按体积的5％至60％的范围内，其中所述无机颗粒(410)具有开放的孔隙度，其中相对于所述可3D打印材料(201)，所述多孔无机颗粒(410)的浓度在按体积的10％至30％的范围内；其中所述丝(320)具有材料密度nf，其中所述丝(320)具有基于所述丝(320)的所述组分的密度限定的理论材料密度nfc，其中0.6≤nf/nfc≤l。
10.一种包括经3D打印材料(202)的3D物品(1)，其中所述3D物品(1)包括经3D打印材料(202)的多个层(322)，其中所述经3D打印材料(202)包括热塑性材料(401)，其中所述经3D打印材料(202)的至少一部分还包括嵌入所述热塑性材料(401)中的多孔无机颗粒(410)，其中所述无机颗粒(410)的孔隙度在按体积的5％至60％的范围内，并且其中所述无机颗粒(410)具有开放的孔隙度。
11.根据权利要求10所述的3D物品(1)，其中所述无机颗粒(410)具有长度(L1)、宽度(L2)和高度(L3)，所述长度(L1)在1μm至500μm的范围内，其中纵横比AR1＝L1/L2在0.5≤AR1≤2的范围内，其中纵横比AR2＝L1/L3在0.5≤AR2≤2的范围内，并且其中纵横比AR3＝L2/L3在0.5≤AR2≤2的范围内。
12.根据前述权利要求10-11中任一项所述的3D物品(1)，其中相对于所述经3D打印材料(202)，所述多孔无机颗粒(410)的浓度在按体积的10％-30％的范围内。
13.根据前述权利要求10-12中任一项所述的3D物品(1)，其中所述多孔无机颗粒(410)包括多孔玻璃颗粒。
14.根据前述权利要求10-13中任一项所述的3D物品(1)，其中所述3D物品(1)包括多种组分(421)，所述多种组分至少包括所述热塑性材料(401)和所述多孔无机颗粒(410)，其中经打印材料(202)具有材料密度nm，其中所述经打印材料(202)具有基于所述经3D打印材料(202)的所述组分(421)的密度限定的理论材料密度nmc，其中0.6≤nm/nmc≤0.95。
15.一种照明设备(1000)，包括根据前述权利要求10-14中任一项所述的3D物品(1)，其中所述3D物品(1)被配置为以下中的一项或多项：(i)照明设备外壳的至少一部分，(ii)照明腔室的壁的至少一部分，以及(iii)光学元件。
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