CN117015465A - 利用至少一个待用填充材料填充的体积腔增材制造构件的方法 - Google Patents

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Abstract

所提出的解决方案尤其涉及一种用于增材制造构件(1)的方法，其中所述构件(1)借助于3D打印设备的至少一个挤出机逐层地构造。在借助于所述至少一个挤出机增材制造所述构件(1)的至少一个构件层(10)时，‑在第一工作步骤中，首先制造所述构件层(10)的外轮廓(10A)，所述外轮廓在层平面中延伸并且包括至少一个在垂直于所述层平面的延伸方向上延伸的外壁部(101，102)，所述外壁部用于至少部分地围成体积区域(100)的边缘，其中在所述体积区域(100)内形成至少一个在所述延伸方向上敞开的体积腔(2)，并且‑在至少一个后续的第二工作步骤中，至少部分地用填充材料填充至少一个体积腔(2)。

Description

利用至少一个待用填充材料填充的体积腔增材制造构件的 方法
技术领域
所提出的解决方案尤其涉及一种用于增材制造构件的方法。
背景技术
在借助于3D打印设备增材制造构件的方式中，构件被逐层地构造。经由至少一个挤出机并且在此尤其是设置在挤出机内的至少一个挤出机螺杆，在此于是例如熔化金属颗粒、陶瓷颗粒和/或塑料颗粒并且将其输送至挤出机的打印头，以便由此逐层地构造构件。在实践中，迄今在3D打印中待制造的构件的实心体部段通常通过在相应的构件层中整面地涂覆打印材料来制造。为此，在构件层中相应的面借助于打印头完全地经过，同时连续地施撒打印材料。
发明内容
在这种背景下，继续产生对改进的打印策略从而对如下方法的需求，通过所述方法能够加速增材制造和/或增材制造能够附加地根据待制造的构件的特定的所期望的特性而灵活化。
该目的不仅通过权利要求1的制造方法而且通过权利要求19的3D打印设备来实现。
所提出的解决方案在这种情况下尤其提出，在借助于3D打印设备的至少一个挤出机增材制造待制造的构件的至少一个构件层时，
-在第一工作步骤中，首先制造构件层的外轮廓，所述外轮廓在层平面中延伸并且包括至少一个在垂直于层平面的延伸方向上延伸的外壁部，所述外壁部用于至少部分地围成体积区域的边缘，其中在体积区域内形成至少一个在延伸方向上敞开的体积腔，并且-在至少一个后续的第二工作步骤中，至少部分地用填充材料填充至少一个体积腔。
因此，在所提出的制造或打印方法的过程中提出，首先逐层打印具有至少一个体积区域和至少一个在延伸方向上敞开的体积腔的构件的外轮廓，并且随后才在后续的第二工作步骤中用填充材料至少部分地填充至少一个已经制造的体积腔。于是，随着填充体积腔，例如结束构件层的构造。这尤其包括用填充材料完全或仅部分地填充至少一个体积腔。如此，例如能够在应在制成的构件上形成实心体部段的构件层中首先通过让挤出机驶过压力面来制造相对快速地连续挤出的体积腔，所述体积腔在后续的工作步骤中才用填充材料填充。由此，尤其能够实现3D打印方法的加速，因为打印材料的整面涂覆对于制造实心体部段而言是不必要的。
因此，在所提出的方法的过程中提出，在第一工作步骤中，首先制造构件层的外轮廓，所述外轮廓关于笛卡尔坐标系在xz平面中延伸，并且除此之外构成至少一个在z方向上延伸的外壁部，所述外壁部用于至少部分地围成具有一个或多个在z方向上敞开的体积腔的体积区域的边缘。
原则上，在所提出的解决方案中提出，至少一个后续待填充的体积腔在恰好一个当前待制造的构件层上延伸。因此，在制造用于待制造的构件的(在延伸方向上)后续的构件层之前，结束对至少一个体积腔的至少部分的填充。
此外能够提出，打印材料的施撒及其在打印面上的施加根据如下情况而不同：是否一方面制造外轮廓或体积腔，或者另一方面建立用于体积腔的填充。因此，为了制造外轮廓和体积腔，能够逐行施加打印材料，同时经由点状地挤出大量打印材料(从而挤出用于体积腔的填充材料)来填充体积腔，类似于注塑成型过程。
经由一个或多个所设置的体积腔尤其能够有针对性地个性化待制造的构件的机械特性，例如通过如下方式：一个或多个体积腔不被填充或至多部分地用填充材料填充，和/或对于填充材料，与打印外轮廓相比，使用经由至少一个挤出机的打印头施撒的不同的打印材料。当前假设：打印设备的挤出机具有至少一个挤出机螺杆，所述挤出机螺杆用于将打印材料输送给打印头，并且打印头构成有至少一个——必要时可更换地固定在挤出机的壳体上的——喷嘴用于施撒打印材料。
例如，所提出的方法的一个实施方案变型形式提出，在体积区域内形成多个(至少两个)体积腔，所述体积腔通过至少一个借助于至少一个挤出机在构件层中的制造的中间壁部彼此分离。因此，借助于挤出机的打印头，在第一工作步骤中制造在由外壁部围成边缘的体积区域内的至少一个中间壁部。因此，该中间壁部围成用于后续待引入的填充材料的体积腔的边缘。
多个体积腔能够在体积区域内以预设的样式设置。因此，于是例如在3D打印设备的存储器中保存有用于待制造的体积腔的特定样式。这种样式根据应用情况并且尤其根据待制造的构件或构件部段能够是可变的。
例如，在所述样式中，体积腔是规则地或不规则地成形的和/或规则地或不规则地分布设置的。例如，样式能够由相同成形的体积腔的规则设置构成。然而，预设具有不规则分布的和尺寸不同的体积腔的样式同样也是可行的。
在一个实施方案变型形式中，至少一个体积腔是蜂窝状或通道状的。这尤其包括在当前待制造的构件层的体积区域内制造具有多个蜂窝状的体积腔的蜂窝结构。尤其地，制造3D蜂窝样式(英语：“3Dhoneycomb pattern”)是可行的，其中隶属于其的蜂窝状的体积腔于是至少在后续的第二工作步骤中至少部分地用填充材料填充。
替选地或补充地，至少一个体积腔能够形成有矩形的、三角形的和/或环形的(尤其圆形或椭圆形的)底面。
在一个实施方案变型形式中，例如对于尽可能高的构件密度预设体积元件的大小和形状，使得随后挤出的填充材料能够无缝地填充体积元件。对于这种打印策略，例如三维六边形式的体积腔几何形状是有利的。然而，对于其他待填充的体积腔结构，之前提及的其他几何形状例如也能够是有利的。
经由构件层内的体积腔的大小和形状，例如还能够实现构件内的拓扑学优化的力流。可选地，例如仅在待制造的构件的承载负荷的部段中进行体积腔的填充。所制造的体积中的一部分也能够有意不填充从而留空，以便节省重量。与此相应地，尤其在轻质结构方面，在一个实施方案变型形式中，也能够仅用填充材料(完全地)填充多个体积腔的一部分。因此，所制造的体积腔中的一些保持为空并在待制造的构件内实现限定大小的空腔。
关于待制造的构件的特定的机械和/或热特性的设定，所提出的方法的一个实施方案变型形式提出，用第一填充材料填充体积腔的第一部分并且用不同于第一填充材料的第二填充材料填充体积腔的至少一个另外的部分。因此，例如对于在已制成的构件内实现不同的阻尼特性能够有利的是，使用不同的填充材料来填充所制造的体积腔。使用另外的填充材料例如能够包括：填充材料中的至少一种是发泡的和/或减振的填充材料。
替选地或补充地，至少一个外壁部和至少一个中间壁部能够由相同的材料或不同的材料制造。关于在制造时可实现的速度优势，使用恰好一种材料来制造至少一个外壁部和至少一个中间壁部能够是有利的。关于提供具有不同性质的外壁部和中间壁部，在这种情况下尤其能够提出，制造具有不同壁厚的至少一个外壁部和至少一个中间壁部。然而，显而易见地，即使由不同材料制造外壁部和中间壁部，不同的壁厚也能够是有利的。
在一个实施方案变型形式中，至少一个外壁部的壁厚例如大于预设的最小壁厚，其中外壁部的该最小壁厚大于至少一个中间壁部的最大的壁厚(最大壁厚)。结果是，因此中间壁部与外壁部相比于始终薄了限定的量度。这对于进一步的挤压工艺能够是有利的，例如以便保证外轮廓始终不受引入的填充材料的影响，同时中间壁部通过后续引入的填充材料至少局部地熔化。
原则上，在设有多个体积腔时，借助3D打印设备的不同打印头能够制造至少一个外壁部和至少一个中间壁部。例如，通过在一个工作步骤中经由3D打印设备的不同打印头的排料，能够制造不同厚度的壁部。
为了实现在已制成的构件的实心体部段上的尽可能高的强度，一个实施方案变型形式提出，填充材料借助于至少一个挤出机在熔融状态中引入到至少一个体积腔中以至少局部地熔化至少一个已经制造的并且将多个体积腔彼此分开的中间壁部。挤出工艺的工艺参数，尤其熔融的填充材料的温度、施撒压力和/或流速以及用于制造至少一个中间壁部的材料、用于填充体积腔的材料和/或至少一个中间壁部的壁厚，在这种情况下于是例如彼此相匹配，使得通过熔融地引入到至少一个体积腔中的填充材料来至少局部地熔化已经制造的中间壁部。这尤其包括：至少一个中间壁部通过引入的填充材料开始熔化或完全熔化，使得填充材料与至少一个中间壁部材料配合地连接。如果用于制造至少一个中间壁部的材料和用于制造填充的(填充)材料是相同的，那么该材料例如在其熔点、其热特性和/或其流动性方面和至少一个中间壁部的壁厚相匹配，使得熔融地引入的填充材料实现已经制造的中间壁部的至少局部的熔化。由此在制成的构件层中产生高强度的实心体部段。
与此相反，在不损害已经制造的外轮廓的情况下，应借助于至少一个挤出机将填充材料在熔融状态中引入至少一个体积腔中。在这种情况下，例如挤出工艺的工艺参数，尤其是熔融的填充材料的温度、施撒压力和/或流速以及用于制造至少一个外壁部的材料(例如关于其熔点)和/或至少一个外壁部的壁厚彼此相匹配，使得不会因熔融地引入到至少一个体积腔中的填充材料而损坏已经制造的外轮廓，尤其地，至少一个外壁部不会因引入的填充材料而变形、被冲破或被破坏。由此在维持在当前待制造的构件层中已经制造的外壁部和由此限定的外轮廓的条件下将填充材料引入到一个或多个体积腔中。
为了进一步个性化和/或优化已制成的构件上的构件密度，能够提出，在延伸方向上，借助于至少一个挤出机制造用于构件的至少一个另外的构件层，所述至少一个另外的构件层具有至少一个另外的体积腔，其中至少一个另外的体积腔相对于位于其下方的层的至少一个体积腔设置为，
-在垂直于延伸方向的x或y方向上错开，和/或-围绕平行于x方向的X轴旋转，和/或
-围绕平行于y方向的Y轴旋转。
通过错开地(尤其在延伸方向上)设置的体积腔，例如避免在分离平面中的薄弱点，并且防止在构件内的裂纹的形成和/或生长。例如，在3D蜂窝结构从而三维六边形式的蜂窝状的体积腔中相应的错开是固有的。在六面体状的体积腔中，例如能够在相应的构件层的沿延伸方向的第一排和最后一排六面体的不同高度上实现相应的错开。
在所提出的方法的过程中，用于制造外轮廓的材料和/或填充材料能够具有塑料、金属或陶瓷作为组成部分。尤其地，金属颗粒、陶瓷颗粒和/或塑料颗粒能够被输送给3D打印设备的挤出机，以便借此形成外轮廓和/或用于体积腔的填充。替选地，例如也可以借助于单纤维或以电弧增材制造(WAAM)方式来制造。
所提出的解决方案的一个方面还涉及一种用于增材制造构件的3D打印设备。3D打印设备包括用于逐层地构造构件的至少一个挤出机、至少一个控制挤出机的处理器和至少一个用于向处理器发出的控制指令的存储器。在所提出的3D打印设备中，存储器包含(控制)指令，所述指令在通过至少一个处理器执行时命令在增材制造用于构件的至少一个构件层时，
-在第一工作步骤中，首先制造构件层的外轮廓，所述外轮廓在层平面中延伸并且包括至少一个垂直于层平面延伸的外壁部，所述外壁部用于至少部分地围成体积区域的边缘；以及在体积区域内形成至少一个在延伸方向上敞开的体积腔，并且
-在至少一个后续的第二工作步骤中，用填充材料至少部分地填充至少一个体积腔。
在一个实施方案变型形式中提出，借助于至少一个挤出机沿延伸方向制造用于构件的至少一个另外的构件层，其中在通过挤出机施加材料以形成所述至少一个另外的构件层之前，对先前通过至少一个体积腔制造的构件层进行平整。如此，在制造另一构件层之前，能够首先有针对性地去除之前制造的构件层的可能过剩的并且在延伸方向上突出的材料，尤其为了填充体积腔所使用的填充材料。所述平整例如能够通过挤出机的设置用于施撒材料的(仍然)热的喷嘴和/或至少一个单独的平整元件，尤其刮板、刀片、金属丝或辊来实现，所述平整元件沿着先前通过至少一个体积腔制造的构件层行进。
因此，所提出的3D打印设备尤其适合于执行所提出的制造方法的实施方案变型形式。因此，所提出的制造方法的实施方案变型形式的上面和下面解释的特征和优点也适用于所提出的3D打印设备的实施方案变型形式，并且反之亦然。
在一个实施方案变型形式中，具有(控制)指令的存储器能够在空间上与3D打印设备的挤出机分开。例如，3D打印设备包括壳体，在所述壳体中设置有具有至少一个挤出机的挤出机单元和用于待制造的构件的打印平台，以及安置在壳体内或设置在壳体外的具有至少一个处理器以及存储器的计算机单元。于是，例如在计算机单元上可执行具有用于挤出机的控制指令的控制软件。
附图说明
附图图解说明所提出的解决方案的示例性可行的实施方案变型形式。
在这种情况下示出：
图1示出待借助于所提出的方法的实施方案变型形式增材制造的构件的构件层，其中在所示的构件层中，已经制造具有体积腔的限定样式，其体积腔至少部分地用填充材料填充；
图2A至2M示例性地示出用于不同地成形的体积腔的其他可行的样式，所述体积腔通过所提出的方法的实施方案变型形式的增材制造在构件部段上制造并且随后至少部分地用填充材料填充；
图3在与图1一致的立体视图中示出另一实施方案变型形式，其中当前待制造的构件层的体积腔用不同的材料填充；
图4在俯视图中示出一个改进形式，其中体积腔在根据棋盘状样式错开的情况下用填充材料填充；
图4A示出图4的构件的根据图4的剖线A-A的剖视图；
图5示出所提出的解决方案的一个实施方案变型形式的流程图；
图6示出具有构件层的图1和图3的构件的制造，所述构件层已通过现有技术中已知的方法整面地构成。
具体实施方式
图6示出齿轮式的构件，所述构件通过从现有技术中已知的增材制造方法制造。在这种情况下，构件1经由3D打印设备例如由塑料材料逐层地构造，其中在图6中，将多个构件层10中的一个构件层的制造可视化。在制造所示出的构件层10时，经由3D打印设备的挤出机的打印头E施撒对于制造所使用的塑料材料，以便在一个工作步骤中制造构件层10的外轮廓10A和构成为实心体部段的构件部段103，所述构件部段应存在于构件1的两个外壁部101和102之间。相应的构件部段103在齿轮形构件1中当前在相对于构件1的中心位于径向外部的外壁部101和位于径向内部的外壁部102之间延伸，所述位于径向内部的外壁部环绕地围成构件1的通孔11的边缘。为了制造在构件层10中的实心的构件部段103，因此必须经由打印头E整面地施加相对大量的熔融的打印材料，例如塑料颗粒。因此，构件层10的制造需要相对长的时间。此外，例如无法容易地实现构件部段103的各个区域匹配于不同的机械要求。在此，所提出解决方案实现补救措施。
因此，在根据图1的实施方案变型形式中提出，对于构件1首先在第一工作步骤中在层平面中首先喷射或者说打印具有在延伸方向(z方向)上延伸的外壁部101和102的当前待制造的构件层10的外轮廓10A，所述层平面在当前情况下与笛卡尔坐标系的xy平面重合。在外壁部101和102之间存在的体积区域100在此并非整面地用打印材料填充。相反，借助于3D打印设备的打印头E在体积区域100中制造体积腔2的样式200。为此，借助于打印头E将中间壁部200喷射到体积区域100中，所述中间壁部将各个体积腔2彼此分开。
在图1的实施方案变型形式中，提出具有立方体状的体积腔2的规则的样式200。各个体积腔2的立方体在xy平面中的棱边长度小于一个(第一)外壁部101和另一(第二)外壁部102之间的间距，这两个外壁部限定构件层10的外轮廓10A。因此，在体积区域100中制造蜂窝结构式的样式200。
在后续的第二工作步骤中，现在借助于打印头E用打印材料完全或部分地填充所制造的体积腔2。体积腔2的填充3在这种情况下能够通过与也已经用于制造外壁部101和102的打印材料相同的打印材料来进行。替选地，用于填充3的(填充)材料能够是不同的打印材料。已用于制造中间壁部20的材料也能够与用于制造外壁部101、102的材料和填充材料相同或不同。
为了实现尽可能高的构件密度和高的机械强度，在第二工作步骤中每个体积腔2能够无间隙地用填充材料填充从而设有填充3。与图6的从现有技术中已知的变型形式相比从而与借助打印头E在一个工作步骤中完全地、大面积地经过体积区域100相比，即使在填充每个沿z方向敞开的体积腔2时，也能够显著减少用于产生实心的体积区域100的制造时间，从而减少用于产生连续的实心体构件部段的制造时间。
当前，所执行的挤出工艺的工艺参数被专门地调整，以便在将熔融的填充材料引入体积腔2中时不影响已经制造的外轮廓10A，然而同时通过熔融的填充材料分别至少局部地熔化已经制造的中间壁部20。为此，尤其与在挤出工艺中所使用的一种或多种材料的流动性和热特性相关地产生外壁部101、102的壁厚dA和中间壁部20的壁厚dZ。因此，壁厚dA例如大到使得随后挤出到体积腔2中的(填充)材料不会使外轮廓10A变形、不会冲破或破坏所述外壁部。作用为用于体积腔2的分隔壁的位于内部的中间壁部20以壁厚dZ制造，所述壁厚小到使得所述中间壁部20通过随后被挤出到体积腔2中的(填充)材料开始熔化或甚至完全熔化。由此，能够在制成的构件1上实现体积区域100的相对高的强度。
如根据图2A至2M中示例性地根据一些示例所示，具有多个体积腔2的样式200能够根据应用情况不同地设计。因此，构件层10中的体积腔2的大小和形状例如能够变化，以便确保在已制成的构件1内的优化的力流。尤其地，可以考虑如下样式200，其中体积腔2具有矩形的底面，如在图2A和2B中所示。同样地，根据图2C、2D和2E具有正方形的(图2C)、三角形的(图2D)或星形的(图2E)的底面的体积腔2的网状样式200是可行的。在样式200中，六面体状的(图2F)或圆环状的(图2G)体积腔2也是可行的。这尤其包括根据图2G的环形的通道状的体积腔2的同心设置。根据图2H和2I的样式200的蜂窝结构也是可行的。图2I的样式200在此是三维的蜂窝样式(“3Dhoneycomb pattern”)。陀螺形结构(图2J)、通过希尔伯特函数预设的几何形状(图2K)、螺旋形变化(图2L)以及八边形和螺旋状设置的结构(图2M)构成匹配于目的的样式200也是可行的。
各个样式200的体积腔2在这种情况下能够部分地保持未被填充，以便使构件1设置有希望限定的、位于内部的空腔，从而更容易构成。
如根据图3的实施方案变型形式图解说明，替选地或附加地，各个体积腔2也能够设有不同的填充3和4。不同的第二填充4在这种情况下例如能够用另一填充材料进行，以便组合特定的材料特性。例如，第二填充材料4能够是发泡的和/或起减振作用。
在此，在图3的实施方案变型形式中同样还提出，首先在当前待制造的构件层10中以壁厚dA打印构件1的外轮廓10A。附加地，打印在体积区域100内沿z方向敞开的内部结构，所述内部结构由具有必要时不同形状和大小的彼此紧挨的体积腔2组成，其中在此为了在空间上分开体积腔2所设有的中间壁部20具有较小的壁厚dZ。在随后的第二工作步骤中，如此制造的体积腔于是例如通过第二挤出机或另一打印头，必要时也能够通过同一挤出机或打印头E，用相同的打印材料或另外的打印材料填充从而封闭。在这种情况下，挤压工艺的工艺参数，尤其是分别用于制造中间壁部20和外壁部101、102的材料，以及壁厚dA和dZ彼此相匹配，使得
a)通过熔融地引入到体积腔2中的填充材料，至少局部地熔化已经制造的中间壁部20，使得填充材料与中间壁部2的部分地熔化的材料以材料配合的方式连接，并且
b)不因熔融地引入到体积腔2中的填充材料损害已经制造的外轮廓10A。
在一个实施方案变型形式中仍能够补充地提出，在施加材料以形成另一构件层之前，平整先前通过体积腔2制造的构件层10。如此，在制造另一构件层之前，能够首先有针对性地去除可能过剩的并且在z方向上突出的材料。平整例如能够通过打印头E的(仍)热的喷嘴和/或至少一个单独的平整元件，例如刮板、刀片、金属丝或辊来实现，所述平整元件沿着先前通过体积腔2制造的构件层10行进。
图4和4A示出用于待制造的构件1的构件层10，其中体积腔2在z方向上错开地被填充，并且在这种情况下被填充的体积腔2在xy平面中以棋盘状的样式设置。
图4在俯视图中示出具有被填充和未被填充的体积腔2的构件层10，所述体积腔以棋盘样式设置。如在图4A的剖视图中可见，在此在当前待制造的构件层10中仅用填充材料3填充一些体积腔2。这些体积腔在视图4和4A中用波浪线实现阴影化。已经在前一工作步骤中被填充的体积腔当前用2F标记。与每个在当前的构件层10中用填充材料3填充的体积腔2相邻的是未被填充的体积腔2。与这些未被填充的体积腔2相比，当前被填充的容积腔2在z方向上更高地构成，即通过更高的中间壁部20围成边缘(当前示例性地以一半腔高度围成边缘)。
在结束填充过程后，对构件层10进行平整。随后，后续地构造另一构件层10。为了制造该另一构件层10，于是用填充材料3填充先前未被填充的(当时仍然是半高的)体积腔2。在其填充后紧接着平行于xy平面重新进行平整。然后进行这种类型的层构造，直到达到所期望的构件高度从而制造具有在图4A中示例性地描述的最终构件轮廓10A’的构件1。
图5示例性地示出用于根据所提出的解决方案的3D打印方法的流程图，尤其用于制造根据图1至4A的构件1。
在第一步骤中，首先打印用于待制造的构件1的至少一个底部层。此后，经由借助于体积腔2制造各个构件层10进行逐层构造。在这种情况下，相继制造在z方向上叠置地设置的构件层10，其中首先幅面式地制造外壁部101、102和中间壁部20，从而打印外轮廓幅面和中间壁幅面。中间壁部20的数量、当前待制造的构件层10的层高度以及打印头E处的喷嘴直径在此确定中间壁部20的壁厚dZ。
在幅面式地制造外壁部101和102以及中间壁部20之后，具有打印头E的挤出机在各个已经制造的体积腔2之上行进，以便填充所述体积腔。在填充体积腔2时，尤其在角部区域中，挤出机与其打印头E在这种情况下固定式地定位或者至多有轻微的移动。因此，与制造外壁部101、102和中间壁部20相反，不逐层地经过幅面。相反，为了填充体积腔2，类似于注塑成型过程挤出(填充)材料，使得进行体积腔2的容积式的连续填充。在这种情况下，所施撒的材料的温度和量对体积腔2的交叉联接具有所期望的影响。在结束在待制造的构件层10中的待填充的体积腔2的填充之后，对体积腔2进行平整和与其关联的封闭。
借助于体积腔2的制造及其有针对性的填充的逐层构造在此重复进行，直到达到待制造的构件1的预定的构件高度。此后，在z方向上进行重新的层变换，并且打印用于构件1的至少一个预定的覆盖层。
通过所提出的解决方案提供一种打印策略，所述打印策略实现：能够通过使用较大的连续挤出的体积腔2克服在诸如构件1的3D打印件中的基于层的薄弱点。在这一点上，还能够提出，在待制造的构件1的相继的构件层10中分别形成由体积腔2构成的样式200，其中不同构件层的体积腔2彼此错开地设置。尤其地，体积腔2能够在z方向上错开地设置，以便避免在分离平面中的薄弱点并且防止在分离平面处的裂纹形成或至少裂纹生长。在三维的蜂窝结构中，已经固有地存在蜂窝形的体积腔2之间的这种错开。在六面体状的体积腔2中，可能可以实现相应的错开，例如在沿z方向相继的第一构件层和最后的构件层或者说第一排六面体和最后一排六面体的不同高度上。
所提出的方法和为此设置的具有存储器的3D打印设备能够在塑料材料、金属材料或陶瓷材料的情况下使用，所述存储器包含相应的控制指令，以便操控3D打印设备的一个或多个挤出机以相应地制造如在图1至图4A中的构件1或者说构件层10。尤其地，相应的挤出机能够处理金属颗粒、陶瓷颗粒和/或塑料颗粒，以制造构件1。
附图标记列表
1 构件
10 构件层
100 体积区域
101 第一外壁部
102 第二外壁部
103 构件部段
10A，10A’ 外轮廓
11 通孔
2，2F 体积腔
20 中间壁部
200 样式
3 填充
4 填充(用第二填充材料)
dA，dZ 壁厚
E 打印头

Claims (19)

1.一种用于增材制造构件(1)的方法，其中所述构件(1)借助于3D打印设备的至少一个挤出机逐层地构造，
其特征在于，在借助于所述至少一个挤出机增材制造所述构件(1)的至少一个构件层(10)时，
-在第一工作步骤中，首先制造所述构件层(10)的外轮廓(10A)，所述外轮廓在层平面中延伸并且包括在垂直于所述层平面的延伸方向(z)上延伸的至少一个外壁部(101，102)，所述外壁部用于至少部分地围成体积区域(100)的边缘，其中在所述体积区域(100)内形成在所述延伸方向(z)上敞开的至少一个体积腔(2)，并且
-在至少一个后续的第二工作步骤中，至少部分地用填充材料填充所述至少一个体积腔(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述体积区域(100)内形成多个体积腔(2)，所述多个体积腔通过借助于所述至少一个挤出机在所述构件层(10)中制造的至少一个中间壁部(20)彼此分开。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个体积腔(2)在所述体积区域(100)内以预设的样式(200)设置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述样式(200)中，所述体积腔规则或不规则地成形和/或分布地设置。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述体积腔(2)中的至少一个是蜂窝状或通道状的。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述体积腔(2)中的至少一个形成有矩形的、三角形的和/或环形的底面。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，仅所述体积腔(2)的一部分用填充材料填充。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述体积腔(2)的第一部分用第一填充材料填充，而所述体积腔(2)至少一个另外的部分用与所述第一填充材料不同的第二填充材料填充。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个外壁部(101，102)和所述至少一个中间壁部(20)由相同的材料或不同的材料制造。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的方法，其特征在于，以不同的壁厚(dA，dZ)制造所述至少一个外壁部(101，102)和所述至少一个中间壁部(20)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一个外壁部(101，102)的壁厚(dA)大于预设的最小壁厚，所述最小壁厚大于所述至少一个中间壁部(20)的最大壁厚。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述3D打印设备的不同的打印头(E)制造所述至少一个外壁部(101，102)和所述至少一个中间壁部(20)。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的方法，其特征在于，将所述填充材料借助于所述至少一个挤出机在熔融状态中引入所述至少一个体积腔(2)中以至少局部地熔化至少一个已经制造的中间壁部(20)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述填充材料在不影响已经制造的外轮廓(10A)的情况下借助于所述至少一个挤出机在熔融状态中引入所述至少一个体积腔(2)中。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述至少一个挤出机在延伸方向(z)上制造用于所述构件(1)的至少一个另外的构件层，所述另外的构件层具有至少一个另外的体积腔(2)，其中所述至少一个另外的体积腔(2)相对于位于其下方的层的至少一个体积腔(2)设置为，
-在垂直于所述延伸方向(z)伸展的至少一个空间方向x或y上错开，和/或
-围绕平行于x方向的X轴旋转，和/或
-围绕平行于y方向的Y轴旋转。
16.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述至少一个挤出机在延伸方向(z)上制造用于所述构件(1)的至少一个另外的构件层，并且在通过所述挤出机施加材料以形成所述至少一个另外的构件层之前，对之前通过所述至少一个体积腔(2)制造的构件层(10)进行平整。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过所述挤出机的设计用于施撒材料的热喷嘴和/或至少一个单独的平整元件，尤其刮板、刀片、金属丝或辊，进行平整，所述平整元件沿着之前通过所述至少一个体积腔(2)制造的构件层(10)行进。
18.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于制造所述外轮廓(10A)的材料的和/或所述填充材料的至少一个组分是塑料、金属或陶瓷。
19.一种用于增材制造构件(1)的3D打印设备，其中用于逐层地构造所述构件(1)的3D打印设备包括至少一个挤出机、控制所述挤出机的至少一个处理器和至少一个存储器，
其特征在于，
所述存储器包含指令，所述指令在通过所述至少一个处理器执行时命令所述挤出机在增材制造用于所述构件(1)的至少一个构件层(10)时
-在第一工作步骤中，首先制造所述构件层(10)的外轮廓(10A)，所述外轮廓在层平面中延伸并且包括在垂直于层平面的延伸方向(z)上延伸的至少一个外壁部(101，102)，所述外壁部用于至少部分地围成体积区域(100)的边缘；以及在所述体积区域(100)内形成在所述延伸方向上敞开的至少一个体积腔(2)，以及
-在至少一个后续的第二工作步骤中，用填充材料至少部分地填充所述至少一个体积腔(2)。
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