CN117480017A - 具有双壁元件的三维打印结构 - Google Patents

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Abstract

为了改进三维(3D)打印高纵横比的三维金属结构，提供一种打印方法，其构建包括由含金属材料制成的中心部分的壁，以及由塑料材料制成的左右部分，所述左右部分形成第一和第二支撑壁元件。所述塑料支撑材料可用于实现高纵横比的3D结构的构建。所提出的打印策略可以适用于具有成本效益的3D打印技术，例如熔融沉积成型(FDM)。

Description

具有双壁元件的三维打印结构
技术领域
本发明涉及三维打印。本发明还涉及用于部件的三维打印的方法、可通过该方法获得的部件、增材制造装置以及计算机程序产品。
背景技术
近年来，三维(3D)打印机的使用日益增加，其可以通过使用关于物体的3D数据来形成具有与该物体相同形状的三维产品。3D打印技术也已被用于制造X射线系统中的部件。例如，针对大面积防散射网格(ASG)的生产，迄今为止仅一维(1D)堆叠技术是已知的。二维(2D)ASG已知用于计算机断层扫描(CT)，例如，利用直接金属激光烧结(DMLS)的3D打印技术。通过激光熔化将X射线吸收性金属粉末构建成3D结构。对于平板大面积ASG，也具有2D结构可能会有吸引力。然而，壁厚需要更小，并且像素间距需要更小。与CT应用相比，这将导致壁与壁之间更短的距离。
发明内容
可能存在着改进对高纵横比三维结构的3D打印的需要。
本发明的目的通过独立权利要求的主题得以解决，其中，另外的实施例被并入从属权利要求中。应当注意，以下对本发明所描述的各方面也适用于针对部件的三维打印的方法、部件、增材制造装置以及计算机程序产品。
根据本发明的第一方面，提供一种用于电磁辐射(尤其是X射线辐射)的选择性透射的网格的三维打印的方法，包括以下步骤：
a)在基板上沉积塑料材料的层，以形成第一支撑壁元件；
b)在所述基板上平行于所述第一支撑壁元件沉积所述塑料材料的层，以形成第二支撑壁元件，其中，所述第二支撑壁元件与所述第一支撑壁元件间隔开，以在它们之间形成受限区域；
c)在所述受限区域中沉积含金属材料的层，以形成中心壁元件，其中，所述第一支撑壁元件、所述第二支撑壁元件和所述中心壁元件形成夹层壁，其中，所述含金属材料包括金属粉末在塑料材料中的混合物或金属粉末在粘合剂材料中的混合物，并且其中，所述含金属材料为辐射不透明材料；以及
d)重复步骤a)至c)选定次数，以根据预定图案产生选定数目的连续层，以打印部件，其中，所述预定图案为网格状图案。
换言之，提供一种或多种用于制造三维金属结构的技术。所提出的打印方法构建夹层壁，所述夹层壁包括由含金属材料制成的中心部分，所述中心部分被由塑料材料制成的第一支撑壁元件和第二支撑壁元件夹在中间。
在一些范例中，可以提供一个、两个、三个或更多个第一支撑壁元件。在一些范例中，可以提供一个、两个、三个或更多个第二支撑壁元件。将会理解，第一支撑壁元件和第二支撑壁元件的数目取决于所构造的网格的具体特性。
含金属材料也可以被称为功能材料。含金属材料可以为金属粉末在塑料材料中的混合物或者金属粉末在粘合剂材料中的混合物。金属粉末的类型和/或颗粒尺寸可以取决于所构造的网格的具体特性。含金属材料包括用于构造部件的辐射不透明材料，例如，X射线过滤器、具有X射线屏蔽功能的网格、X射线准直器、防散射设备和/或X射线光栅。中心壁元件可具有约5微米至约250微米之间的壁厚。
辐射不透明材料也被称为不透明材料或辐射吸收性材料。由于网格被用于各种辐射能量，因此含金属材料是否能够被视为辐射不透明或实质上辐射不透明的取决于应用和结构尺寸(例如，辐射吸收性壁的厚度)。在乳房X射线照相术应用中，使用约20keV的X射线能量。对于这些能量，铜可以被视为实质上辐射不透明的，这意味着满足某些几何参数(例如壁厚(例如20μm)、通道高度(例如2mm)等)要求的网格壁导致对要被选择性吸收的辐射类型的吸收，从而发生辐射探测的质量参数的显著改善。质量参数可以是散射辐射与初级辐射比(SPR)、信噪比(SNR)等。针对在例如120keV的范围内的CT应用，钼(Mo)或其他难熔材料(例如钨)可以被视为实质上辐射不透明的，但是如果结构被制成合适厚度，诸如铜或钛的其他材料也同样为实质上辐射不透明的。如果粉末含量足够高，则含金属材料被视为辐射不透明的。因此，如果得到的网格具有令人满意的选择性辐射透射性质，则含该材料的材料将被视为辐射不透明的。显然，纯塑料材料被认为对于所有医学相关的X射线能量的范围都是辐射透明的，因为利用纯塑料材料的辐射探测的质量参数的改进几乎不明显。塑料材料也可以被称为结构材料，其针对它们的承载能力来选择。每个支撑壁元件都可以具有约5微米至约250微米之间的壁厚。塑料支撑材料可用于实现高纵横比的三维(3D)结构的构建，这对不同应用的部件都是有吸引力的。例如，对于大面积ASG的生产，所提出的方法对于制造具有较小壁厚和较小像素间距的二维结构的ASG将是有吸引力的。
基板可以是扁平的碳或聚合物基板。在一些范例中，基板可以具有低X射线吸收率并且可以充当1D或二2D X射线防散射网格的盖板。
所提出的打印策略可能适用于具有成本效益的3D打印技术。例如，熔融沉积成型(FDM)可用于实现所提出的打印策略。FDM熔化加热的喷嘴中的细丝，并且材料以连续流动方式通过小直径孔被逐层沉积在彼此顶上。利用所提出的打印策略，FDM可以使用例如金属粉末填充塑料细丝来创建中心壁元件并使用塑料支撑材料来创建第一支撑壁元件和第二支撑壁元件。所提出的打印策略可适用于任何合适的基于聚合物的3D打印技术，包括但不限于基于粉末的选择性激光烧结(SFS)工艺、多射流熔融打印工艺、单喷嘴沉积工艺以及多喷嘴沉积工艺。
根据本发明的实施例，步骤c)在所述第一支撑壁元件和第二支撑壁元件具有至少两层所述塑料材料时开始。
换言之，在支撑壁元件之间打印具有含金属材料的中心层以填充沟槽之前，施加塑料层的顺序始于打印具有一层额外高度的支撑壁元件。
根据本发明的实施例，所述含金属材料包括金属粉末在塑料材料中的混合物或金属粉末在粘合剂材料中的混合物。
根据本发明的实施例，所述中心壁元件具有约5微米至约250微米之间的壁厚。
根据本发明的实施例，所述夹层壁具有约5微米至约400微米之间的壁厚。
在范例中，网格状图案为由一系列平行的夹层壁的条带构造的一维网格。
在另一范例中，所述网格状图案是由具有夹层壁的闭合线(例如矩形、正方形或六边形)的阵列构造的二维网格。
根据本发明的实施例，所述预定图案还包括顶盖和/或底盖。
所述顶盖和/或底盖可以为碳或聚合物基板，其可以同时充当例如网格封装。
在一些范例中，所述含金属材料可以包括X射线吸收性材料，也称X射线辐射不透明材料。
对于X射线成像有吸引力的X射线吸收性材料是具有高原子序数的材料。如果相较于被成像物体，通过薄材料层(例如防散射网格壁)的吸收明显更高，并且允许对具有在医学成像中使用的典型能量谱的X射线辐射的强光束吸收，那么吸引力就更高。
具有高原子序数的材料的范例可以包括以下中的一种或多种：钨、钼、铅、铋、银、金、钽、锡以及低熔点焊料，例如Bi58Sn42等
根据本发明的实施例，提供至少两种含金属材料，包括第一含金属材料和第二含金属材料，第一含金属材料包含第一辐射不透明材料，第二含金属材料包含第二辐射不透明材料。所述第一辐射不透明材料和所述第二辐射不透明材料具有不同的辐射吸收性质。
对所述第一辐射不透明材料和所述第二辐射不透明材料的选择可以实现对例如网格抗散射性能的优化。
根据本发明的实施例，所述夹层壁由一系列交替层的所述第一辐射不透明材料和所述第二辐射不透明材料构成。
根据本发明的实施例，所述网格具有由所述第一X射线吸收性材料和所述第二X射线吸收性材料的一维或二维交替夹层壁构成的网格状结构。
根据本发明的实施例，所述网格包括X射线过滤器、具有X射线屏蔽功能的部件、X射线准直器、防散射设备以及X射线光栅中的一种或多种。
根据本发明的实施例，以下技术中的至少一种被用于所述部件的三维打印：FDM工艺、基于粉末的SLS工艺、多射流熔融打印工艺、单喷嘴沉积工艺或多喷嘴沉积工艺。
根据本发明的第二方面，提供一种用于电磁辐射、尤其是X射线辐射的选择性透射的格栅，其可通过根据第一方面及任意相关范例的方法获得。
在范例中，所述网格为医学系统中的部件。
在另一范例中，所述网格为非医学系统中的部件，例如食品检查、车轮和轮胎检查、工业CT、电子检查中。
根据本发明的第三方面，提供一种医学成像设备，包括第二方面及任意相关范例的网格。
受益于网格的医学成像设备的范例可以包括但不限于例如X射线设备(例如乳房X射线照相设备)、CT扫描器、SPECT设备以及PET扫描器。
根据本发明的第四方面，提供一种增材制造装置，包括用于在目标区域沉积材料的材料沉积系统、用于熔化材料的能量源、以及被配置为控制所述材料沉积系统和所述能量源以实施根据第一方面及任意相关范例所述的方法的控制器。
例如，在FDM工艺的情况下，所述能量源为加热构件。例如，在SLS工艺的情况下，所述能量源可以是激光器或其他定向能量源。
根据本发明的实施例，所述增材制造装置包括以下中的一种或多种：
-被配置为执行熔融沉积成型(FDM)工艺的增材制造装置；
-被配置为执行基于粉末的选择性激光烧结(SLS)工艺的增材制造装置；
-被配置为执行多射流熔融打印工艺的增材制造装置；
-被配置为执行单喷嘴沉积工艺的增材制造装置；或者
被配置为执行多喷嘴沉积工艺的增材制造装置。
例如，被配置为执行FDM工艺(也被称为FDM 3D打印机)的增材制造装置可以包括一个或多个喷嘴，固体或粉末形式的细丝可以通过辊的旋转被连续供给到喷嘴。FDM 3D打印机可以包括用于加热细丝的加热构件。FDM 3D打印机还可以包括可以在其上安装一个或多个喷嘴的传输装置，该传输装置在XYZ的三个方向上被定位控制。FDM 3D打印机可以包括控制器，该控制器被配置为控制三维传输装置沿着由三维程序实时计算的路径移动，并控制加热构件和喷嘴熔化并注射材料，以形成支撑壁元件。增材制造装置可以为基于聚合物的3D打印机，其涉及逐层构造或增材制造(与传统机械加工工艺中的材料去除相反)。合适的基于聚合物的3D打印技术可以包括但不限于基于粉末的SLS工艺、多射流熔融打印工艺、单喷嘴沉积工艺以及多喷嘴沉积工艺。
例如，被配置为执行基于粉末的SLS工艺的增材制造装置(也被称为SLS 3D打印机)可以包括用于选择性发射定向能量束的射束器件。射束器件可以包括激光器或其他定向能量源。激光控制机构操作以移动激光束并调制激光，以选择性地烧结分配到目标区域中的一层粉末。控制器可以操作为选择性地仅烧结设置在限定边界内的粉末以产生期望的层。根据本发明的另外一方面，提供一种计算机程序，其包括指令以引起根据第三方面的增材制造装置执行根据第一方面及任意相关范例的方法的步骤。
根据本发明的又另外一方面，提供一种具有存储于其上的计算机程序的计算机可读介质。
根据后文描述的实施例，本发明的这些及其他方面将变得明显，并将参考这些实施例得以阐明。
附图说明
根据下文描述中以范例的方式并参考附图描述的实施例，本发明的这些及其他方面将变得明显，并将参考这些实施例得以进一步阐明，附图中
图1示出了用于部件的三维打印的示范性方法的流程图。
图2示出了使用三维打印技术制造的示范性层。
图3A-3E示出了部件的结构的范例。
图4A-4C示出了示范性的部件的壁结构。
图5示出了使用三维打印技术制造的另一个示范性层。
应当注意的是，附图单纯为示意性的而非按比例绘制。在附图中，与已描述的元件相对应的元件可以具有相同的附图标记。范例、实施例或可选特征，无论是否指示为非限制性的，均不应被理解为限制所要求保护的本发明。
具体实施方式
用于电磁辐射的选择性传输的网格，在诸如计算机断层摄影(CT)扫描器和单光子发射计算机断层摄影(SPECT)设备或正电子发射断层摄影(PET)扫描器的医学成像设备中尤其是已知的。其他设备，例如非破坏性X射线测试设备，也可以使用所述网格。这样的网格位于辐射源(在CT扫描器中这是X射线源，在SPECT/PET中被注射到患者体内的放射性同位素形成辐射源)与辐射敏感探测装置之间，并且被用于选择性地减少不得撞击在辐射探测装置上的某种辐射的含量，该减少通常借助于吸收来实现。例如在CT扫描器中，网格被用于减少在照明对象中生成的散射辐射的量，因为如本领域已知的，如果测量到散射辐射，则医学图像质量会劣化。由于当今的CT扫描器通常采用锥形束几何结构，从而照亮大体积的物体，因此散射辐射量通常优于携带非散射初级辐射的医学信息量(例如，散射辐射很容易达到总辐射强度的90％或更多)。因此，存在着对于有效减少散射辐射的网格的巨大需求。满足这种要求的网格是具有二维的辐射吸收性结构的网格，所谓的二维防散射网格(2DASG)。然而，ASG的壁厚必须更小并且像素间距必须更小。与CT应用相比，这会导致壁之间更短的距离。
为此，图1示出了用于对电磁辐射、尤其是X射线辐射的选择性传输的网格的三维打印的方法100的流程图。已经参考图2中所示的示范性层描述了以下步骤。
一般地，部件可以基于由计算机辅助设计(CAD)软件生成的或由数字扫描器获取的三维模型来构建。三维模型可以被分解为一个或多个切片。切片的数目可以是3D打印机的能力和/或部件的三维结构的高度尺寸的函数。例如，FDM 3D打印机可被配置为开发具有约5微米至约100微米范围内的厚度的层。然后可以将模型相应地分解为指定数目的切片。例如，在一维和/或二维防散射网格的情况下，防散射网格的高度一般约5毫米至约50毫米的范围内。因此，表示防散射网格的模型将被分解为约50至约10000个切片。将认识到，各个切片表示打印图案。换言之，通过将三维模型分解为切片，生成打印图案，其中，各个图案对应于模型的切片。一旦打印图案已被生成，就能够由3D打印机从存储部件的三维模型的文件(例如，立体光刻文件格式(STL)文件)打印部件。
增材制造装置包括用于在目标区域沉积材料的材料沉积系统、用于熔化材料的能量源、以及被配置为控制材料沉积系统和能量源以实施根据第一方面及任意相关范例的方法的控制器。仅出于说明的目的，下文描述用于生产部件的FDM。FDM属于材料注射方法，其为对固体或粉末形式的细丝施加高温热量，并将其以熔融状态注射通过喷嘴的方法。以此方式，材料通过小直径孔以连续流的方式被逐层沉积在彼此顶上。然而，将认识到，上文及下文描述的方法可以适用于任何合适的基于聚合物的3D打印技术，其涉及逐层构造或增材制造(与传统机械加工工艺中的材料去除相反)。例如，另外的合适的3D打印方法可以包括但不限于基于粉末的SLS工艺、多射流熔融打印工艺、单喷嘴沉积工艺以及多喷嘴沉积工艺。因此，在对要求保护的发明不失一般性且不强加限制的情况下，阐述以下描述的范例。
在步骤110，即，步骤a)中，打印通过在基板上沉积塑料材料的层来形成第一支撑壁元件10而开始。基板可以是扁平的碳或聚合物基板。图2中示出了第一支撑壁元件的范例。在该范例中，仅图示一个第一支撑壁元件。在一些范例(未示出)中，可以例如沉积两个或更多个第一支撑壁元件，以提供额外的稳定性。
一般地，塑料材料可以被沉积在基板上，使得形成塑料材料的薄层(例如5至约100微米厚)。第一支撑壁元件10的壁厚可以取决于正被构造的部件的具体特性。例如，第一支撑壁元件10的壁厚可以具有约5微米至约250微米的壁厚。塑料材料可以针对它们的承载能力来选择。各种聚合物可以被用作塑料材料，包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、高密度聚乙烯(HDPE)、PC/ABS、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚苯砜(PPSU)和高抗冲聚苯乙烯(HIPS)。
如上所述，第一支撑壁元件10可以由FDM 3D打印机制造。为此，可以通过辊的旋转将固体或粉末形式的细丝连续地供应至FDM 3D打印机的喷嘴。为了注射细丝，可以在喷嘴内部设置加热构件。喷嘴可以被安装在三维传输设备上，所述三维传输设备在XYZ三个方向上进行位置控制。三维输送设备可以沿通过三维程序实时计算的路径自由移动。然后可以将熔化并注射的材料层压在基板上以形成第一支撑壁元件。
在步骤120，即，步骤b)中，平行于第一支撑壁元件10，沉积塑料材料的层以形成第二支撑壁元件12。图2中示出了第二支撑壁元件12的范例。在该范例中，仅图示一个第二支撑壁元件12。在一些范例(未示出)中，可以沉积两个或更多个第二支撑壁元件。
第二支撑壁元件12与第一支撑壁元件10间隔开，以在它们之间形成受限区域14，由此为含金属材料留下空位。取决于正被构造的部件，第二支撑壁元件12可以与第一支撑壁元件10间隔例如约5微米至约250微米。
第二支撑壁元件12也可以由FDM 3D打印机制造。熔化并被注射的塑料材料可以被层压在基板上，以形成与第一支撑壁元件间隔开的第二支撑壁元件。
在一些范例中，可以在第一支撑壁元件10之后沉积第二支撑壁元件12。例如，第二支撑壁元件12和第一支撑壁元件10可以通过相同的喷嘴但是以顺序的方式被注射。
在一些其他范例中，可以同时沉积第二支撑壁元件12和第一支撑壁元件10。例如，可以通过两个不同的喷嘴同时注射第二支撑壁元件12和第一支撑壁元件10。
在步骤130，即，步骤c)中，含金属材料的层被沉积在受限区域中，以形成中心壁元件16。第一支撑壁元件、第二支撑壁元件和中心壁元件形成夹层壁18。
在一些范例中，含金属材料可以是金属粉末在塑料材料中的混合物。被用于含金属材料的塑料材料以及被用于第一支撑壁元件和第二支撑壁元件的塑料材料可以是相同的塑料材料，但额外地具有金属颗粒。一旦含金属材料的塑料材料被熔化，作为一种“液体”细丝被填充到受限区域中，则在冷却下来时含金属材料将与第一支撑壁元件和第二支撑壁元件的塑料材料结合以形成稳定的“三元件壁”。
在一些范例中，含金属材料可以是金属粉末在粘合剂材料中的混合物。粘合剂材料可用于引起金属颗粒粘附到彼此，并且可由树脂、环氧树脂和/或具有本领域技术人员已知的用于粘合粉末的特性的其他材料构成。以此方式，空间上非常接近施加粘合剂的位置的金属颗粒被胶合或以其他方式被粘附/结合在一起。
金属粉末的类型和/或颗粒尺寸可以取决于正被构造的部件的特定特性。例如，含金属材料可以包括用于构造部件的辐射不透明材料。由于网格被用于各种辐射能量，因此这取决于应用将使用哪种辐射不透明材料。在下文中，仅出于说明的目的，提供辐射不透明材料作为用于X射线设备(例如，乳房X线照相设备)的X射线辐射不透明材料。然而，将认识到，上文和下文描述的辐射不透明材料可以是针对用于例如SPECT设备或PET扫描器的其他电磁辐射的选择性透射的辐射不透明材料。
以X射线辐射不透明材料为例，网格可以是用于X射线辐射的选择性透射的X射线网格。X射线辐射不透明材料在本公开中也被称为X射线吸收性材料。网格的范例可以包括但不限于X射线过滤器、具有X射线屏蔽功能的部件、X射线准直器、防散射设备和/或X射线光栅。用于X射线吸收性材料的粉末可以包括但不限于钨、钼、铅、钽、锡、低熔点焊料，例如Bi58Sn42，和/或其他高密度金属。在这样的应用中，粉末金属的优选颗粒尺寸可以例如在直径为约5微米至50微米的范围内。
可以选择金属粉末和粘合剂材料或塑料材料的混合比率以实现特定的功能。例如，金属粉末可以被嵌入塑料材料或粘合剂材料中直到某个水平的体积百分数，以实现高X射线吸收。
在一些范例中，含金属材料和塑料材料可以以同时的方式来沉积。例如，可以通过三个不同的喷嘴同时注射中心壁元件16、第二支撑壁元件12、第一支撑壁元件10。
在一些其他范例中，含金属材料和塑料材料可以按顺序方式来沉积。例如，如图2中所示，首先沉积两层两个支撑壁元件(步骤A和B)，这为含金属材料留下了空位。然后，将一层含金属材料沉积到空位中以形成中心壁元件(步骤C)。如下文将描述的，可以重复上述步骤，直到达到期望高度的壁结构，并且将最后一层含金属材料沉积到空位中(步骤D和E)。
针对FDM工艺，可以以这样的方式调整针对塑料材料和含金属材料的温度的参数，使得在沉积之后两种材料融化到彼此中，以构建坚固的壁结构。由于不同的热容，不同喷嘴处的细丝速度和细丝温度可能不同。额外地，可以由FDM 3D打印机精确定位多喷嘴FDM 3D打印机(例如双喷嘴3D打印机或三喷嘴3D打印机)的不同喷嘴，以满足正被构造的部件的容差。
在步骤140，即，步骤d)中，可以重复步骤a)至c)选定次数，以根据预定图案产生选定数目的连续层，以打印部件。
将认识到，可以以任意合适的顺序执行以上操作，例如连续地、同时地或它们的组合，在适用时，服从所需要的特定顺序。因此，有可能互换处理步骤中的一些步骤。
在一些范例中，也有可能交换步骤a)和b)。过程将如下：b)→a)→c)→d)。
在一些范例中，有可能以同时的方式执行步骤a)和b)。过程将如下：a)、b)→c)→d)。
在一些范例中，有可能同时执行步骤a)、b)和c)。过程将如下：a)、b)、c)→d)。
利用3D打印技术制造的部件可能需要一定程度的生产后处理。例如，可以执行后处理过程以优化例如ASG的表面粗糙度，用于在图像采集或校准中较小的干扰影响。
一般地，上述方法可用于生产具有任意期望图案的部件。一个范例为网格状图案。网格状图案可以是由一系列平行的夹层壁的条带构造的一维网格。网格状图案可以是由具有夹层壁的封闭结构(例如矩形结构、正方形结构等)的阵列构成的二维结构。
图3A-3E示出了通过上述方法生产的部件的范例。仅出于说明的目的，该组件具有二维网格状结构。如上文所述，塑料支撑材料有利于实现高纵横比三维(3D)结构(例如二维网格状结构)的构建。
图3A中所示的部件由具有夹层壁的封闭结构的阵列构成。相邻封闭结构之间的每个夹层壁都是由含金属材料的两个中心壁元件(用M2表示)和塑料材料的三个支撑壁元件(用M1表示)构造成的。这可以允许良好的稳定性。
图3B中所示的部件也由具有夹层壁的封闭结构的阵列构成。相邻封闭结构之间的每个夹层壁都是由含金属材料的一个中心壁元件(用M2表示)和塑料材料的两个支撑壁元件(用M1表示)构造成的。图3B中所示的部件具有含金属材料的连续网格。
图3C中所示的部件也由具有夹层壁的封闭结构的阵列构成。相邻封闭结构之间的每个夹层壁都是由含金属材料的一个中心壁元件(用M2表示)和塑料材料的两个支撑壁元件(用M1表示)构造成的。不同于图3B中所示的部件，图3C中所示的部件具有含金属材料的间断网格。
图3D中所示的部件也由具有夹层壁的封闭结构的阵列构成。相邻封闭结构之间的每个夹层壁都是由含金属材料的一个中心壁元件(用M2表示)和两个塑料材料的支撑壁元件(用M1表示)构造成的。不同于图3C中所示的部件，图3D中所示的部件具有额外的二维网格，创建桥以提供额外的稳定性。桥可以是垂直的、水平的，也可以是对角的或像对角线交叉(X)。
图3E中所示的部件也由具有夹层壁的封闭结构的阵列构成。相邻封闭结构之间的每个夹层壁都是由含金属材料的一个中心壁元件(用M2表示)和塑料材料的两个支撑壁元件(用M1表示)构造成的。图3E中所示的图案允许M1从点A到点B的连续FDM写入，由此避免塑料材料在特定位置上的积聚。
在图3A-3E中所示的范例中，含金属材料被示为X射线粉末填充的塑料细丝。将认识到，所施用的含金属材料的特性或类型可以是三维部件的预期应用的函数。
图4A-4C示出了三种壁结构选项。
在图4A的范例中，仅提供一种含金属材料。
在一些范例中，提供至少两种含金属材料，例如包括第一含金属材料和第二含金属材料，所述第一含金属材料包含第一X射线吸收性材料，第二含金属材料包含第二X射线吸收性材料。第一X射线吸收性材料和第二X射线吸收性材料可以具有不同的辐射吸收性质。例如，第一X射线吸收性材料主要用于吸收X射线的功能，而第二X射线吸收性材料用于利用3D打印技术来构建结构。例如，第一X射线吸收性材料可以由钨金属组成，而第二X射线材料可以由粉末状钼金属组成。例如，如图4B中所示，每个夹层壁都可以由一系列交替层的第一X射线吸收性材料(用M2表示)和第二X射线吸收性材料(用M3表示)构成。图4C中示出另外的范例，其具有由第一X射线吸收性材料(用M2表示)和第二X射线吸收性材料(用M3表示)的一维或二维交替夹层壁构成的网格状结构。第一X射线吸收性材料和第二X射线吸收性材料的选择可以实现对例如网格抗散射表现的优化。
可选地，图3A-3E中所示的部件可以具有顶层和/或底层(未示出)以形成封闭结构。顶层和/或底层可以是碳或聚合物基板，同时充当网格封装。
可选地，可以打印一个或多个固定件以连接并对准到外部设备。例如，对于大面积ASG的生产，可以打印固定件以连接并对准到X射线探测器。
在一些范例中，图3A-3E中所示的部件可以是ASG。每个夹层壁表示防散射板，其也被称为隔板。一般地，图3A-3E中所示的示范性ASG可以具有约5毫米至50毫米的高度，并且被配置为吸收、衰减或以其他方式改变辐射，使得其不被X射线探测器阵列的通道探测到。用于示范性ASG的含金属材料可以由钼、钨和/或具有使其能够吸收或以其他方式改变撞击防散射隔板的辐射的特性的其他材料组成。
图3A-3E中所示的部件可以应用于非聚焦或聚焦网格。在非聚焦网格中，隔板壁彼此平行安装，这意味着网格在无限远的距离处“聚焦”。这样的网格可以与小视场一起使用或者在非常大的焦距下使用。
将认识到，利用所提出的3D打印策略，还有可能逐层改变壁位置，以制造具有聚焦网格的部件。在聚焦网格中，隔板壁成角度并聚焦在特定距离处，这意味着网格只能在特定焦距处使用。可以通过逐层改变壁位置来打印成角度的隔板壁。例如，图5示出使用三维打印技术制造的另一示范性的层。与图2所示的范例不同，通过逐层改变壁位置使夹层壁成角度。聚焦网格只能在指定的焦距处使用。
网格可以是一维或二维网格。上文提出的打印策略也可用于打印由具有夹层壁的闭合线条(例如矩形、正方形或六边形)的阵列构成的二维网格。在本发明的另一示范性实施例中，提供计算机程序或计算机程序单元，其特征在于适合于在适当的系统上执行根据前述实施例之一的方法的方法步骤。
因此，计算机程序元件可以被存储在计算机单元上，这也可以是本发明的实施例的一部分。该计算单元可以适于执行或引起执行上述方法的步骤。此外，其可以适于调整上述装置的部件的操作。计算单元可以适于自动操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此可以配备数据处理器来执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。
此外，计算机程序元件可能能够提供所有必要的步骤来实现如上所述的方法的示范性实施例的过程。
根据本发明另外的示范性实施例，提出诸如CD-ROM的计算机可读介质，其中计算机可读介质具有存储于其上的计算机程序元件，该计算机程序元件在前面部分描述。
计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式来分布，例如经由互联网或者其他有线或无线电信系统。
然而，计算机程序也可以在诸如万维网的网络上提供并且可以从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明另外的示范性实施例，提供一种用于使计算机程序元件可供下载的介质，该计算机程序元件被布置为执行根据本发明先述实施例之一的方法。
必须注意的是，本发明的实施例是参考不同的主题来描述的。具体地，一些实施例参考方法类权利要求来描述，而其他实施例参考设备类权利要求来描述。然而，本领域技术人员根据上文和下文的描述中将了解，除非另外说明，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为是随本申请而公开的。然而，可以组合所有特征，提供大于特征的简单加和的协同效应。
尽管已在附图和前文的描述中详细说明和描述了本发明，但应将这样的说明和描述视为说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践要求保护的发明时，通过对附图、公开内容和从属权利要求的研究，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的几个项目的功能。互不相同的从属权利要求中记载了某些措施这一仅有事实并不表明不能被有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解读为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于电磁辐射尤其是X射线辐射的选择性透射的网格的三维打印的方法(100)，包括以下步骤：
a)在基板上沉积(110)塑料材料的层，以形成第一支撑壁元件；
b)在所述基板上平行于所述第一支撑壁元件，沉积(120)所述塑料材料的层，以形成第二支撑壁元件，其中，所述第二支撑壁元件与所述第一支撑壁元件间隔开，以在它们之间形成受限区域；
c)在所述受限区域中沉积(130)含金属材料的层，以形成中心壁元件，其中，所述第一支撑壁元件、所述第二支撑壁元件和所述中心壁元件形成夹层壁，其中，所述含金属材料包括金属粉末在塑料材料中的混合物或金属粉末在粘合剂材料中的混合物，并且其中，所述含金属材料为辐射不透明材料；以及
d)重复(140)步骤a)至c)选定次数，以根据预定图案产生选定数目的连续层，以打印部件，其中，所述预定图案为网格状图案。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，步骤c)在所述第一支撑壁元件和所述第二支撑壁元件具有至少两层所述塑料材料时开始。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，所述中心壁元件具有约5微米至约250微米之间的壁厚。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，所述夹层壁具有约5微米至约400微米之间的壁厚。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，所述预定图案还包括顶盖和/或底盖。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，提供至少两种含金属材料，包括第一含金属材料和第二含金属材料，所述第一含金属材料包含第一辐射不透明材料，并且所述第二含金属材料包含第二辐射不透明材料；并且
其中，所述第一辐射不透明材料和所述第二辐射不透明材料具有不同的辐射吸收性质。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中，所述夹层壁由所述第一辐射不透明材料和所述第二辐射不透明材料的一系列交替层构成；和/或
其中，所述部件具有由所述第一辐射不透明材料和所述第二辐射不透明材料的一维或二维交替夹层壁构成的网格状结构。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，所述网格包括以下中的一种或多种：
-X射线过滤器；
-具有X射线屏蔽功能的部件；
-X射线准直器；
-防散射设备；以及
-X射线光栅。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，以下技术中的至少一种被用于所述部件的三维打印：
-熔融沉积成型FDM工艺；
-基于粉末的选择性激光烧结SLS工艺；
-多射流熔融打印工艺；
-单喷嘴沉积工艺；或
-多喷嘴沉积工艺。
10.一种用于电磁辐射尤其是X射线辐射的选择性透射的网格，所述网格能够通过根据前述权利要求中的任一项所述的方法获得。
11.一种医学成像设备，包括根据权利要求10所述的网格。
12.一种增材制造装置，包括：
-材料沉积系统，其被配置为在目标区域的材料；
-能量源，其被配置为熔化所述材料；以及
-控制器，其被配置为控制所述材料沉积系统和所述能量源，以实施根据权利要求1至9中的任一项所述的方法。
13.根据权利要求12所述的增材制造装置，包括以下中的一项或多项：
-被配置为执行熔融沉积成型FDM工艺的增材制造装置；
-被配置为执行基于粉末的选择性激光烧结SLS工艺的增材制造装置；
-被配置为执行多射流熔融打印工艺的增材制造装置；
-被配置为执行单喷嘴沉积工艺的增材制造装置；或者
-被配置为执行多喷嘴沉积工艺的增材制造装置。
14.一种计算机程序，其包括指令，所述指令引起根据权利要求12或13所述的增材制造装置执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读介质，其上存储有根据权利要求14所述的计算机程序。
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