專利名稱：通過電磁輻射和通過噴墨方法涂覆吸收劑生產(chǎn)三維物體的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過粘合，例如通過部分基材的熔融或燒結(jié)由粉狀基材產(chǎn)生三維物體的方法，其中粉狀基材被逐層涂覆，并且基材熔融需要的電磁能通過100nm-1mm波長的非定向的和/或非單色的和/或非相干的能源產(chǎn)生，并導(dǎo)入吸收劑和經(jīng)其進(jìn)入基材的部分區(qū)域。因此這些分區(qū)逐層熔融并粘合，冷卻后，產(chǎn)生希望的模制件。
就在最近經(jīng)常遇到的任務(wù)是快速產(chǎn)生原型(Phototype)。現(xiàn)有技術(shù)描述的一種方法是立體平版印刷術(shù)，其具有在由液體(樹脂)制備原型的過程中需要復(fù)雜的支持結(jié)構(gòu)的缺點，和產(chǎn)生的原型具有相對差的機(jī)械性能的缺點，這些歸因于有限數(shù)量的起始材料。
現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常提到的并且非常適用于快速定型目的的另一方法是選擇性激光燒結(jié)(SLS)，現(xiàn)在其已經(jīng)變得普遍。在該方法中，塑料粉末或塑料-封裝的金屬，水泥，或沙子顆粒在室中用激光束選擇性地和簡短地輻射，因此通過激光束的作用熔融粉狀顆粒。熔融的顆粒熔合并再一次相對快速地固化以產(chǎn)生固體決。通過不斷的新涂覆層的重復(fù)輻射，該方法可以簡單和快速地產(chǎn)生復(fù)雜的三維物體。
在專利說明書US 6,136,948和WO 96/06881(均為DTMCorporation)中詳細(xì)描述了獲取由粉狀聚合物制成的模制件的激光-燒結(jié)(快速原型制造)方法。在現(xiàn)有技術(shù)中描述的SLS方法具有該方法需要昂貴的激光技術(shù)的缺點。作為能源的激光是極端昂貴并且敏感的，這一點對于提供和控制激光束所需要的光學(xué)設(shè)備，例如透鏡，散光器，和反射鏡也是如此。
已知的方法的缺點是它不能使用全部市場上可獲得的激光器。為了能夠燒結(jié)塑料粉末或用塑料封裝的顆粒，需要CO2激光器，其買起來昂貴并且服務(wù)，操作，和維護(hù)起來昂貴。CO2激光器的特征是10600nm的波長；這對應(yīng)遠(yuǎn)紅外區(qū)。因此為了使激光束越過建造平面必須使用復(fù)雜的鏡系統(tǒng)；另外，激光器要求恒冷卻。不能使用光導(dǎo)體。通常必須獲得專門培訓(xùn)的操作人員。許多終端用戶因此不能使用這些系統(tǒng)。然而，不能使用波長在中間或近紅外區(qū)，在可見光區(qū)，或紫外區(qū)的低成本激光器，因為這些通常不能熔融塑料，或者不能達(dá)到激光燒結(jié)要求的程度。出于同樣的原因，不可能使用其顯著廉價并且其以非相干的和/或非單色的和/或非定向的形式，例如輻射加熱器或燈釋放輻射的能源。當(dāng)使用這些輻照器時以這種方式將輻射導(dǎo)入到構(gòu)造空間中以至于僅僅精確地熔融界定的區(qū)域也是困難的。然而，就成本、可操作性、和靈活性而言非激光能源的使用將具有大量優(yōu)點。
盡管WO 01/38061描述了用低成本能源結(jié)合所謂的抑制劑操作的方法，該抑制劑用于抑制組分邊緣區(qū)域的燒結(jié)或熔融。但是，該方法伴有重要缺點，例如因為抑制劑處理的粉末不能再循環(huán)，并且沒有抑制劑的粉末也在實際組分的外面熔融，結(jié)果是該粉末材料也同樣不能被再使用。對于下部凹陷和截面的改變需要大表面地涂覆抑制劑，并且就建造速度而言這伴有性能的顯著損失。
因此本發(fā)明的目的是開發(fā)一種方法，其可以以低成本產(chǎn)生燒結(jié)的原型而沒有以上描述的缺點。
令人驚訝地，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，正如在權(quán)力要求中描述的，可以通過使用電磁能非激光源的方法產(chǎn)生模制件，由其來的輻射是非相干的和/或非單色的和/或非定向的，如果通過噴墨方法選擇性地涂覆到這些各個粉末層的要熔融的區(qū)域，并再次傳遞通過來自吸收劑的電磁能的引入產(chǎn)生的熱量到要燒結(jié)的顆粒。特別有利的是能量可以以面形式引入；然而，這里束點也可以比建造表面小，并且，例如，能源可以是線狀的并且能量的加入可以經(jīng)過能源和建造平臺彼此的相對運動在整個建造表面上發(fā)生。通過涂覆吸收劑唯一取得選擇性。因此產(chǎn)生的可取得的方法的精度和速度與使用激光器，主要是CO2激光器的常規(guī)激光器燒結(jié)獲得的那些是相同的，或比其高。該方法顯著更廉價，更靈活，并且操作更簡單。合適的燈或合適的輻射加熱器的操作成本大大低于使用激光器的那些。在選擇粉狀基材方面還具有更大的靈活性。特別地，該方法對于產(chǎn)生的模制件的精度具有高潛力，因為噴墨方法的精度可以用于把吸收劑放到基材上。也可能使用噴墨方法以賦予最終產(chǎn)品其它特性或在生產(chǎn)過程中打印它，例如用傳導(dǎo)區(qū)或色料。
使用的能源產(chǎn)生電磁輻射，其是非相干的和/或非單色的和/或非定向的，在100nm-1mm范圍內(nèi)。光是電磁輻射的特例，并且在人眼的可見區(qū)，即380-780nm波長，發(fā)射。該輻射明顯不是激光束，其主要是相干的和單色的和定向的。盡管在本發(fā)明方法中使用的能源也符合這些特征，但它們沒有同時符合列出的所有特征。該輻射可以位于可見光區(qū)或在近，中間，或遠(yuǎn)紅外區(qū)，以及在紫外區(qū)，優(yōu)選在可見光區(qū)和在近紅外區(qū)。能量轉(zhuǎn)移通過傳導(dǎo)和通過輻射發(fā)生，優(yōu)選后者。最簡單的情況下涉及燈或輻射加熱器。沒有限制本發(fā)明的意思，這些可以例如是白熾燈，鹵素?zé)?，熒光燈，或高壓放電管。輻射源因此可以是例如具有一個或兩個螺旋的燈絲，并且實施方案可以是白熾燈或鹵素白熾燈；發(fā)出的輻射的光譜更可能擴(kuò)大到紅外區(qū)而非僅僅紫外區(qū)。燈可以用各種氣體和蒸氣填充，在鹵素白熾燈的情況下是鹵素，或者可以形成真空。
另一實施方案使用氣體放電作為輻射源，已知的作用原理是高壓放電和低壓放電。氣體放電燈已用基礎(chǔ)氣體(Grundgas)填充；這些可以是氣態(tài)金屬或惰性氣體，例如氖，氙，氬，氪，或汞(包括使用例如鐵或鎵摻雜)，以及汞、金屬鹵化物、鈉稀土的蒸氣。分別已知高壓水銀蒸氣燈，金屬蒸氣鹵素?zé)簦邏衡c蒸氣燈，長弧氙燈，低壓鈉蒸氣燈，UV燈，熒光燈，或熒光管的實施方案。也可以使用組合了白熾燈和高壓水銀蒸氣燈的混合光源燈。
輻射源也可設(shè)計為固體放電源；這涉及所謂發(fā)光片(電致發(fā)光片)。也可以使用發(fā)光二極管，其按電致發(fā)光原理以直接半導(dǎo)體結(jié)或具有等電子復(fù)合中心的非直接結(jié)功能化。例如，為了在低壓水銀蒸氣燈中將UV輻射轉(zhuǎn)化成可見光可以使用所謂的發(fā)光物質(zhì)。這些是非常純的晶體，所述晶體具有精確界定的雜質(zhì)(摻雜)。無機(jī)晶體主要是磷酸鹽，硅酸鹽，鎢酸鹽，釩酸鹽，單獨使用或者組合使用。
如果使用輻射加熱器，優(yōu)選在近紅外或中紅外區(qū)輻射，近紅外區(qū)(紅外A)包含780nm-1400nm的波長，中紅外區(qū)(IR-B)包含1400nm-3000nm的波長。也可以使用具有3000nm-1mm的波長的遠(yuǎn)紅外區(qū)(IR-C)，但是這里需要基材和吸收劑的仔細(xì)匹配，因為當(dāng)使用IR-C時，當(dāng)使用塑料作為基材時，基材也可以吸收對于燒結(jié)足夠的能量。這可以通過選擇合適的基材，和調(diào)整吸收劑覆蓋區(qū)與未處理區(qū)之間不同的吸收解決。然而，優(yōu)選近紅外區(qū)和中紅外區(qū)。對于紅外區(qū)輻射加熱器包含短波長IR輻射器，例如鹵素IR輻射器，石英管輻射器，和陶瓷輻射器或金屬管輻射器。
輻射源可以具有廣的發(fā)射波譜，主要在可見范圍，在紅外范圍，或在紫外范圍，或者釋放具有各個窄波長范圍幾乎是不連續(xù)的輻射?？梢蕴岬降睦邮堑蛪衡c蒸氣燈，其幾乎僅發(fā)射560-600nm范圍的輻射。吸收劑和使用的輻射源優(yōu)選彼此匹配。取決于輻射源，功率可以是10-10 000瓦。典型的色溫是800-10 000K。輻射源可以是點的形式，線的形式，或面的形式。也可能組合兩種或多種輻射源。為了提高能量的利用率，可以使用反光鏡或折射透鏡。也可能使用遮光板以更好地對輻射進(jìn)行取向。
取決于使用的基材，通過合適的濾光鏡從燈的光譜中除去UV輻射是有利的。特別地，塑料在100-400nm范圍內(nèi)迅速老化，因此特別對于這些基材而言該范圍不屬于本發(fā)明優(yōu)選的實施方案。
為了能夠逐層熔融本發(fā)明的粉末或部分粉末，必須相應(yīng)選擇工藝參數(shù)。這里工藝參數(shù)的例子尤其是層厚度，能源的功率和波長，和使用的粉末，特別是吸收劑，和每單位表面積涂覆的吸收劑的量，和電磁能的作用時間。
使吸收劑的量符合構(gòu)件的特性是有利的；例如，在面的中間可以涂覆較少量的吸收劑，特別是其下有一些熔融的區(qū)域時。如果要熔融的區(qū)域的第一層使用不同于隨后的層的吸收劑涂覆可以取得進(jìn)一步的優(yōu)點。
吸收定義為束(光，電子，等)能量在通過材料的通道上的衰減。這里消耗的能量轉(zhuǎn)化成其它形式的能量，例如熱。吸收劑相應(yīng)是片狀材料，或物體，用于吸收輻射(來自www.wissen.de)。在該文中吸收劑指可以吸收所有的，或大部分100-1mm區(qū)域中的輻射的添加劑；這里對于部分吸收劑發(fā)揮該功能是足夠的。
因此本發(fā)明的主題在于提供制備三維物體的方法以及由該方法制備的模制件，其特征在于，該方法包含以下步驟a)提供粉狀基材層b)控制建造室的溫度c)通過噴墨方法將懸浮液中的吸收劑或液體吸收劑選擇性施加到要燒結(jié)的區(qū)域上d)涂覆具有某種特性的其它特定液體或懸浮液e)通過借助在IR-A和/或IR-B區(qū)的輻射加熱器，或者使用在可見光區(qū)或IR-A和/或IR-B區(qū)的燈引入非定向的和/或非單色的和/或非相干的具有100nm-1mm波長的電磁能，選擇性熔融粉末層區(qū)域f)冷卻熔融的和未熔融的區(qū)域到使得模制件能夠完整無缺的被取出的溫度g)取出模制件。這里步驟a)到e)是重復(fù)的直到逐層形成希望的模制件。步驟b)是取決于材料的并且因此是任選的。步驟d)同樣是任選的。涂覆的層的厚度是，例如，0.05-2mm，優(yōu)選0.08-0.2mm。
可選的順序存在于在第一層中省略步驟e)并和由第二層向外作為步驟a)后的選擇執(zhí)行它。這導(dǎo)致了粉末顆粒在最上層粉末層和位于其下的粉末層之間的邊界層中的精確熔融，產(chǎn)生了特別好的粘合并且增加了加工范圍，因為由此基本避免了形成卷曲(邊緣或者熔融區(qū)域末端的上卷)。
在另一可選的順序中，在每一循環(huán)中不進(jìn)行步驟e)，但僅僅間隔地，或者在真正極端的情況下在步驟f)和g)緊前面進(jìn)行僅僅一次。
令人驚訝地，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過引入100nm-1mm波長的非定向的和/或非單色的和/或非相干的電磁能由粉狀基材制備三維物體是相對簡單的，其中向由粉末基材組成的、不吸收，或欠佳吸收以上提到波長的能量的層上待粘合的區(qū)域施加包含可以吸收能量并將吸收的能量以熱的形式消散在它周圍的基材中的吸收劑的材料，由此通過熔融或燒結(jié)粘合上述區(qū)域的層或任選地位于其下或其上的層的基材。具有一個或多個噴嘴的打印頭可以用于涂覆吸收劑和可能存在的其它的添加劑，例如使用壓電效應(yīng)或泡沫噴射原理，其原理與噴墨打印機(jī)的相似。電磁能可以以點的形式或線的形式或面的形式，優(yōu)選線或面的形式引入，這賦予該方法以速度優(yōu)點。
本發(fā)明的主題還在于逐層制備三維物體的裝置，其特征在于，該方法包括-用于將粉狀基材以層狀涂覆到操作平臺或任選地已經(jīng)存在于該操作平臺上的經(jīng)處理的或未處理的粉狀基材(2)層上的可移動裝置，-在x，y平面上的可移動裝置(3)，用于將包含吸收劑的材料(4)和可能存在的其它添加劑涂覆到由粉狀基材組成的層的選擇區(qū)域，和
-100nm-1mm波長的電磁輻射的能源，其以非相干的和/或非定向的和/或非單色的方式輻射，優(yōu)選IR-A和/或IR-B區(qū)域輻射加熱器，或可見光區(qū)或IR-A，和/或IR-B區(qū)的燈。
備選地，可移動的操作平臺也可以負(fù)責(zé)裝置或能源和操作平臺相對彼此的運動。使用操作平臺實現(xiàn)x方向上的相對運動和使用各個裝置或能源實現(xiàn)y方向上的運動也是可能的，或者反之亦然。
本發(fā)明方法與常規(guī)方法相比具有更簡單，更快速，更精確，和更有利的優(yōu)點。通過涂覆到層上的希望區(qū)域的并且適合于100nm-1mm波長的電磁輻射的吸收劑取得在層上的特定位置控制能量的作用。
借助本發(fā)明的方法使得通過使用非定向的和/或非單色的和/或非相干的100nm-1mm波長的能源結(jié)合合適的吸收劑取得自動逐層建造三維物體變得簡單。未用吸收劑處理的粉末可以簡單地再使用。另外，特定性能，例如導(dǎo)電性，或色彩可以直接由“打印”方法獲得。使用該方式還可以選擇性地賦予部分選擇的性能。
制備三維物體的本發(fā)明的方法的實用原則原則上是基于在所有其它快速定型方法中使用的原理。三維物體以層的形式建造。建造方法是液體層(立體平板印刷術(shù))或粉狀層(激光燒結(jié))部分彼此或與位于其下的層部分通過向這些層部分中加入能量而凝固或熔融。沒有能量加入的層部分以液體或粉狀的形式存在。通過重復(fù)涂覆和粉末或液體的熔融或凝固逐層提供了三維物體。一旦分別除去未轉(zhuǎn)化的粉末或者未轉(zhuǎn)化的液體結(jié)果是三維物體，其分辨率(關(guān)于輪廓)(如果使用粉狀)特別取決于層厚度和使用的粉狀基材的顆粒尺寸。
與迄今已知的方法相比，能量不是直接提供給要粘合的基材，而是通過可以吸收能量并以熱的形式將它釋放到周圍的基材中的吸收劑。結(jié)果是當(dāng)與常規(guī)激光燒結(jié)相比時，可以使用的粉狀基材的范圍顯著擴(kuò)大。本發(fā)明的方法以100nm-1mm波長的非單色的和/或的非相干的和/或非定向的的電磁輻射的形式向吸收劑中加入了能量，優(yōu)選在IR-A和/或IR-B區(qū)域通過輻射加熱器，或在IR-A和/或IR-B區(qū)域通過燈，或者在可見光區(qū)，通過吸收劑吸收的能量轉(zhuǎn)化成熱量，并分散到直接相鄰的粉狀基材中，所述基材不能，或不充分能吸收來自以上提到的源的輻射?！安怀浞帧痹诒厩闆r下意思是通過100nm-1mm波長的能源輻射的吸收不能充分加熱粉狀基材以使它通過熔融或燒結(jié)粘合相鄰的基材顆粒，或者對此需要的時間非常長。然而，從吸收劑分散的熱量將與吸收劑相鄰的粉狀基材通過熔融或燒結(jié)粘合自身和吸收劑是充分的。本發(fā)明的方法以這種方式通過粉狀基材的熔融或燒結(jié)制備了三維物體。
在步驟c)中吸收劑的涂覆結(jié)果是僅僅處理過的粉狀基材在隨后的處理步驟e)中熔融，在該步驟c)中其通常是計算機(jī)控制的，使用CAD應(yīng)用以計算截面面積。因此包含吸收劑的材料僅僅涂覆到來自a)的層的選擇區(qū)域，其在要產(chǎn)生的三維物體的截面內(nèi)。實際的涂覆方法可以，例如，使用安裝一個或多個噴嘴的打印頭來實施。對于最后的層最后處理步驟e)后，本發(fā)明的方法獲得了基質(zhì)，它的一些粉末已經(jīng)粘合，并且其冷卻和除去未粘合的粉末后釋放了固體三維物體。
本發(fā)明的方法通過下文示例性描述，但并不表示本發(fā)明受其限制。
產(chǎn)生三維物體的本發(fā)明的方法以及由該方法制備的模制件，其特征在于，該方法包含以下步驟a)提供粉狀基材層b)控制建造室的溫度c)通過噴墨方法選擇性將懸浮液中的吸收劑或液體吸收劑涂覆到要燒結(jié)的區(qū)域上d)涂覆具有某種特性的其它特定液體或懸浮液e)通過引入非定向的和/或非單色的和/或非相干的波長為100nm-1mm的電磁能，所述電磁能優(yōu)選通過在IR-A和/或IR-B區(qū)中的輻射加熱器，或者使用在可見光區(qū)或IR-A，和/或IR-B區(qū)中的燈選擇性熔融粉末層區(qū)域f)冷卻熔融的和未熔融的區(qū)域到使得模制件能夠完整無缺的被取出的溫度g)取出模制件。這里步驟a)到e)是重復(fù)的直到逐層形成希望的模制件。步驟b)是取決于材料的并且因此是任選的。步驟d)同樣是任選的。涂覆的層的厚度是，例如，0.03-2mm，優(yōu)選0.08-0.2mm。
可選的順序是在第一層中省略步驟e)并從第二層起在步驟a)后可選地進(jìn)行該步驟e)。這導(dǎo)致了在最上面粉末層和位于其下面的粉末層之間的邊界層的精確熔融，由此產(chǎn)生了特別好的粘合并且另外增大了加工范圍，因為由此基本避免了形成卷曲(邊緣或熔融區(qū)末端的上卷)。
制備粉狀層可以例如通過將作為基材的粉末材料涂覆到底板或在步驟b)到e)中處理的已經(jīng)存在的層上，如果存在這種層的話。涂覆方法可以是刮涂，輥涂，或撒施和隨后的脫漆，或類似的方法。提供的層必須符合的唯一前提條件是層具有均勻的高度。在步驟a)中提供的層的高度優(yōu)選小于3mm，更優(yōu)選30-2000μm，和特別優(yōu)選80-200μm。這里層的高度決定了分辨率并因此產(chǎn)生的三維物體外部結(jié)構(gòu)的光滑度。底板，或者提供層的裝置，可以設(shè)計成可在高度方向移動以便執(zhí)行完步驟d)或e)后，產(chǎn)生的層可以被降低到下面要涂覆的層的高度或者裝置可以被提高到下一層相對于前面的層的高度。
優(yōu)選作為粉狀基材使用的粉末材料具有10-150μm的平均顆粒尺寸(d50)，特別優(yōu)選20-100μm，和非常特別優(yōu)選40-70μm。然而，取決于希望的應(yīng)用，使用包含特別小的顆粒，并且還包含特別大的顆粒的粉狀材料可以是有利的。為了實現(xiàn)具有盡可能高分辨率和盡可能表面光潔度的三維顆粒，使用平均顆粒尺寸是10-45μm，優(yōu)選10-35μm，和非常特別優(yōu)選20-30μm的顆粒可以是有利的。
加工小于20μm，特別是小于10μm的細(xì)材料是非常困難的，因為它不能流動，并且本體密度急劇下降，并且這可能產(chǎn)生更多空腔。為了易于操作，使用平均顆粒尺寸是60-150μm，優(yōu)選70-120μm，和非常特別優(yōu)選75-100μm的顆?？梢允怯欣氖褂玫姆蹱罨膬?yōu)選包含通過研磨，噴灑和在惰性氣體中濃縮，噴灑跟著快速固化，沉淀，和/或陰離子聚合，或者通過這些的組合制備的粉末材料。這可以跟著分級和/或提供流動助劑。同樣可以建議機(jī)械后處理，例如在高速混合器中，從而弄圓在研磨過程中產(chǎn)生的鋒利的顆粒，使得涂覆薄層更容易。
對于所述的粉末材料的平均顆粒尺寸顆粒尺寸分布可以任意選擇。優(yōu)選使用具有廣的或窄的顆粒尺寸分布的粉末材料，優(yōu)選窄的顆粒尺寸分布；雙模顆粒尺寸分布也是有利的。在本發(fā)明方法中使用的特別優(yōu)選的粉末材料具有下面顆粒尺寸分布，其中不均勻性，定義為D90值和D10值之間的區(qū)別，基于D50值，是0.05-15，優(yōu)選0.1-10，和特別優(yōu)選0.5-5。例如借助激光散射法使用Malvern Mastersizer S測定顆粒尺寸分布。顆粒尺寸分布可以通過常規(guī)分類方法，例如風(fēng)力篩分調(diào)整。在本發(fā)明的方法中盡可能窄的顆粒尺寸分布產(chǎn)生了具有非常均勻表面的三維物體并且具有非常均勻的孔，如果存在孔。
至少一部分使用的粉狀基材可以是無定形的，結(jié)晶的，或部分結(jié)晶的。還可以存在芳族結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的粉末材料具有線性或分支結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的方法中特別優(yōu)選的粉狀材料包含至少一部分其熔點是50-350℃，優(yōu)選70-200℃的材料。
在本發(fā)明的方法中合適的基材是當(dāng)與選擇的吸收劑比較時，通過100nm-1mm波長的電磁輻射更無效地加熱的物質(zhì)。使用的粉狀基材還應(yīng)當(dāng)具有在熔融狀態(tài)下足夠的流動性。可以特別使用的粉狀物質(zhì)是選自以下的聚合物或共聚物聚酯，聚氯乙烯，聚縮醛，聚丙烯，聚乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚對苯二甲酸丁二酯，聚對苯二甲酸乙二酯，聚砜，聚亞芳基醚，聚氨酯，聚交酯，熱塑性彈性體，聚氧化烯，聚(N-甲基甲基丙烯酰亞胺)(PMMI)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，離子交聯(lián)聚合物，聚酰胺，共聚酯，共聚酰胺，硅氧烷聚合物，三元共聚物，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，聚醚砜，聚芳基砜，聚苯硫醚，聚芳基醚酮，聚鄰苯二甲酰胺，聚酰亞胺，聚四氟乙烯，或這些的混合物。
在本發(fā)明的方法中使用的粉狀基材特別優(yōu)選包含下列材料，該材料包含聚酰胺，優(yōu)選至少一種聚酰胺-6，聚酰胺-11，和/或聚酰胺-12，或其包含共聚酯或包含共聚酰胺。特別尺寸穩(wěn)定的三維模制件可以使用聚酰胺制備。特別優(yōu)選使用聚酰胺-12粉末，優(yōu)選如在DE 197 08946，或DE 44 21 454中描述的制備，和特別優(yōu)選具有在EP 0 911 142中所述的熔點和熔融焓。它們可以是規(guī)則的，部分規(guī)則的，或不規(guī)則的，優(yōu)選不規(guī)則的。它們可以具有線型脂族結(jié)構(gòu)或具有芳族單元。優(yōu)選使用的共聚酰胺或共聚酯是由Degussa AG可獲得的具有商標(biāo)VESTEMELT的那些。特別優(yōu)選的共聚酰胺具有76-159℃，優(yōu)選98-139℃，和非常特別優(yōu)選110-123℃的熔點，通過差示掃描量熱法(DSC)測定。例如，共聚酰胺可以通過選自以下的合適的單體的混合物聚合制備，例如選自作為雙官能組分的十二內(nèi)酰胺和/或己內(nèi)酰胺，作為具有酸官能的組分的辛二酸，壬二酸，十二烷二酸，己二酸，和/或癸二酸，作為二胺的1，6-己二胺，異佛爾酮二胺和/或甲基五亞甲基二氨。也可以使用芳族單元。合適的共聚單體和它們的選擇規(guī)則對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的并且，例如，在J.G.Dolden，Polymer(1976，17)，875-892頁中描述。
為了改進(jìn)粉狀基材的加工性能，使用包含添加劑的粉末材料可能是有利的。例如，這些添加劑可以是流動助劑。使用的粉狀基材特別優(yōu)選包含0.05-5重量％，優(yōu)選0.1-1重量％的添加劑。流動助劑的例子可以是火成二氧化硅，硬脂酸鹽，或其它由文獻(xiàn)已知的流動助劑，例如磷酸三鈣，硅酸鈣，Al2O3，MgO，MgCO3，或ZnO。例如，火成二氧化硅由Degussa AG以商標(biāo)Aerosil提供。如果在使用的粉狀基材中已經(jīng)含有吸收劑可能也是有利的，但是吸收劑的量少于導(dǎo)致未選擇的區(qū)域不希望地熔融的那些。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過探索性試驗容易地確定限度。
除了這些部分無機(jī)流動助劑或其他添加劑或者替代它們，無機(jī)填料也可以存在于根據(jù)本發(fā)明使用的粉狀基材中。這些填料的使用具有在粘合過程中通過處理基本維持它們的形狀的優(yōu)點并因此減少了三維物體的收縮。使用填料提供的另一個可能是物體的塑性和物理性能的改性。例如，包含金屬粉末的粉末材料的使用既可以調(diào)整物體的透明度和顏色也可以調(diào)整它的磁性和電性能。在粉末材料中可以存在的填料的例子是玻璃顆粒，陶瓷顆粒，或金屬顆粒。典型的填料的例子是金屬粒，鋁粉，鋼珠或玻璃珠。特別優(yōu)選使用其中玻璃珠作為填料存在的粉狀材料。在一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的粉末材料包含1-70重量％，優(yōu)選5-50重量％，和非常特別優(yōu)選10-40重量％的填料。
除此之外或者取而代之的是，在根據(jù)本發(fā)明使用的粉狀基材中也可以存在無機(jī)流動助劑或填料，無機(jī)或有機(jī)顏料。這些顏料不僅可以是決定要產(chǎn)生的三維物體的可觀察到的顏色的彩色顏料，而且可以是影響要產(chǎn)生的三維物體的其他物理性能的顏料，例如磁性顏料或傳導(dǎo)顏料，例如傳導(dǎo)改性的二氧化鈦或氧化錫，其分別改變了物品的磁性和傳導(dǎo)率。然而，要使用的粉末材料特別優(yōu)選包含選自以下的無機(jī)或有機(jī)彩色顏料白堊，赭石，棕土，綠土，富鐵煅黃土，石墨，鈦白(二氧化鈦)，鉛白，鋅白，鋅鋇白，銻白，炭黑，鐵黑，錳黑，鈷黑，銻黑，鉻酸鉛，鉛丹，鋅黃，鋅綠，鎘紅，鈷藍(lán)，普魯士藍(lán)，群青，錳紫，鎘黃，巴黎綠，鉬橙，鉬鉻紅，鉻橙，鉻紅，鐵紅，氧化鉻綠，鍶黃，金屬效果顏料，珠光顏料，含熒光和/或磷光顏料的發(fā)光顏料，棕土，藤黃，骨炭，范戴克棕，靛，葉綠素，偶氮染料，靛系染料，二嗪顏料，喹吖啶酮顏料，酞菁涂料，異二氫吲哚酮顏料，二萘嵌苯，環(huán)酮顏料(perinonpigment)，金屬配位顏料，堿性藍(lán)顏料，和二酮吡咯并吡咯。例如，可以使用的與顏料有關(guān)的進(jìn)一步的信息可以在Rmpp Lexikon Chemie-版本2.0，斯圖加特/紐約Georg ThiemeVerlag，1999，和在其中給出的參考中找到。然而，必須選擇這些在粉末中的顏料的濃度，使得在任何情況下均導(dǎo)致低的引入能量吸收；即它必須在閾值以下，在該閾值粉狀材料通過傳給它們的熱量燒結(jié)。
可以作為粉末材料使用的其它的物質(zhì)是可能被認(rèn)為是以上提到的填料或顏料的特殊形式的那些。在該類型的粉末材料中，粉末材料包含由第一材料組成的顆粒，該第一材料具有小于以上提到的對于粉末材料尺寸的尺寸。顆粒已經(jīng)用第二材料層涂覆，層的厚度已經(jīng)用這種方法選擇以至由第一材料顆粒和第二材料涂層涂組合構(gòu)成的粉末材料具有以上所述的尺寸。第一材料顆粒優(yōu)選具有小于粉末材料尺寸的25％，優(yōu)選小10％，和特別優(yōu)選小5％的尺寸。第二材料，其是顆粒的涂層，是與選擇的吸收劑相比，被具有100nm-1mm波長的非相干的或非定向的或非單色的電磁輻射更無效地加熱的材料。第二材料還應(yīng)當(dāng)具有在熱狀態(tài)下的足夠的流動性和通過暴露在熱下能夠燒結(jié)或熔融，該熱由吸收劑提供。在粉狀基材(粉末材料)中存在的涂覆材料特別地可以是以上提到的聚合物或共聚物，優(yōu)選選自聚酯，聚氯乙烯，聚縮醛，聚丙烯，聚乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚對苯二甲酸丁二酯，聚對苯二甲酸乙二酯，聚砜，聚亞芳基醚，聚氨酯，熱塑性彈性體，聚交酯，聚氧化烯，聚(N-甲基甲基丙烯酰亞胺)(PMMI)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，離子交聯(lián)聚合物，聚酰胺，共聚酯，共聚酰胺，硅氧烷聚合物，三元共聚物，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，聚醚砜，聚芳基砜，聚苯硫醚，聚芳基醚酮，聚鄰苯二甲酰胺，聚酰亞胺，聚四氟乙烯，或這些的混合物或酚醛樹脂。具有粉末材料的這種特殊形式的第一材料可以包含例如，由砂子，陶瓷，金屬，和/或合金構(gòu)成的顆粒。這種類型的特別優(yōu)選的粉末材料是酚醛樹脂涂覆的砂子或熱塑性塑料涂覆的砂子，稱作型砂。
如果吸收劑能夠轉(zhuǎn)移足夠的熱量，作為粉末材料同樣可以使用金屬粉末，特別是具有低熔點金屬，例如鉛或錫，或包含，例如，鉛或錫的合金的粉末。該粉末材料，也，優(yōu)選具有以上提到的尺寸。
用本發(fā)明的方法可以制備三維物體，其可以裝有一個或多個功能化層。功能化的例子是提供傳導(dǎo)性能到整個模塑件或者通過涂覆適當(dāng)?shù)念伭匣蝾愃朴谖談┑奈镔|(zhì)，或者通過提供其中存在這些顏料的由粉狀物質(zhì)構(gòu)成的層提供傳導(dǎo)性能僅僅到某個區(qū)域。
涂覆吸收劑的方法可以基于在WO 01/38061中對于抑制劑的涂覆描述的那些。吸收劑優(yōu)選使用在x，y平面上可移動的裝置涂覆。該裝置具有在步驟a)中提供的層上在界定的位置釋放液體和/或粉狀吸收劑的能力。例如，該裝置可以是具有一個或多個噴嘴的打印頭，正如在噴墨打印機(jī)總使用的。對于打印頭的定位裝置的操作同樣可以以相同的方法發(fā)生正如打印頭在噴墨打印機(jī)中的操作。使用該裝置，在步驟a)中提供的層上在那些位置涂覆吸收劑，其中基材通過燒結(jié)或熔融粘合。
在本發(fā)明的方法中可以使用的所有通過具有100nm-1mm波長的電磁輻射加熱的吸收劑。
在最簡單的情況中，吸收劑包含所謂著色劑。著色劑是指所有根據(jù)DIN 55944的著色物質(zhì)，這些可劃分成無機(jī)和有機(jī)著色劑，和天然的和合成的著色劑(參見Rmpps Chemielexikon，1981，第八版，1237頁)。根據(jù)DIN 55943(1984年九月)和DIN 55945(1983年八月)，顏料是無機(jī)或有機(jī)，彩色或非彩色的并且其實際上不溶解于其中使用的介質(zhì)中的著色劑。染料是無機(jī)或有機(jī)，彩色或非彩色的并且其溶解于溶劑和/或粘合劑中的著色劑。
然而，吸收劑也可以通過包含添加劑獲得它的吸收作用。例如，這些可以是基于三聚氰胺氰脲酸酯的阻燃劑(來自DSM的Melapur)或基于磷，優(yōu)選磷酸鹽，亞磷酸鹽，亞膦酸鹽，或元素紅磷的阻燃劑。其它合適的添加劑是碳纖維，優(yōu)選粉碎的，玻璃珠，包括中空的珠子，或高嶺土，白堊，硅灰石，或石墨。
在本發(fā)明的粉末中存在的吸收劑優(yōu)選包含作為主要組分的炭黑或KHP(堿式磷酸銅)，或白堊，骨炭，碳纖維，石墨，阻燃劑，或干擾顏料。干擾顏料即所謂珠光顏料。使用天然的礦物云母作為基礎(chǔ)，它們包裹了由金屬氧化物，例如二氧化鈦和/或氧化鐵構(gòu)成的薄層，并且可獲得1-60μm的平均顆粒尺寸分布。例如，干擾顏料由Merck公司以名字Iriodin提供。來自Merck的Iriodin產(chǎn)品列表(Iriodinpallette)包含珠光顏料和金屬氧化物涂覆的云母顏料，和以下的小類干擾顏料，金屬光澤效果顏料(涂覆在云母核上的氧化鐵)，銀白的特殊效果顏料，金子光澤的特殊效果顏料(涂覆了二氧化鈦和氧化鐵的云母核)。特別優(yōu)選使用Iriodin系列的Iriodin類型，即IriodinLS 820，Iriodin LS 825，Iriodin LS 830，Iriodin LS 835，和Iriodin LS850。非常特別優(yōu)選使用Iriodin LS 820和Iriodin LS 825。
其它合適的材料是云母和云母顏料，二氧化鈦，高嶺土，有機(jī)和無機(jī)有色顏料，氧化銻(III)，金屬顏料，基于氯氧化鉍(例如來自Merck的Biflair系列，高光澤的顏料)，氧化錫銦(來自NanogateTechnologies GmbH的納米ITO粉末或來自Degussa的AdNanotmITO)，AdNanotm氧化鋅(Degussa)，六氯化鑭，ClearWeld(WO0238677)的顏料，和可商購的包含三聚氰胺氰脲酸酯或包含磷，優(yōu)選包含磷酸鹽，亞磷酸鹽，亞膦酸鹽，或元素(紅)磷的阻燃劑。
如果希望避免對于模制件的固有顏色的不利影響，吸收劑優(yōu)選包含干擾顏料，特別優(yōu)選來自Merck的Iriodin LS系列，或ClearWeld。
KHP的化學(xué)術(shù)語是堿式磷酸銅；其以淺綠色，細(xì)結(jié)晶粉末的形式使用，其平均粒徑不到3μm。
炭黑也可以通過爐法炭黑方法，氣黑方法，或弧焰炭黑方法，優(yōu)選通過爐法炭黑方法制備。初始顆粒尺寸是10-100nm，優(yōu)選20-60nm，并且顆粒尺寸分布可窄可寬。根據(jù)DIN 53601的BET表面積是10-600m2/g，優(yōu)選70-400m2/g。炭黑顆?？梢越?jīng)過氧化后處理以調(diào)節(jié)表面的功能。它們可以是疏水性的(例如來自Degussa的Printex 55或弧焰炭黑101)或親水性的(例如來自Degussa的FW20著色用炭黑或Printex 150T)。它們可以具有高或低的結(jié)構(gòu)水平；這描述了初始顆粒的聚集度。特定導(dǎo)電炭黑可以用于調(diào)整由本發(fā)明的粉末制備的構(gòu)件的導(dǎo)電性。在濕和干混方法中使用珠子形式的炭黑可以使用較好的分散性。使用炭黑分散體也是有利的。
骨炭是包含元素炭的無機(jī)黑顏料。它由70-90％的磷酸鈣和30-10％的碳組成。通常密度是2.3-2.8g/ml。
吸收劑可以，例如，是以顆粒形式或以粉末形式或液體形式存在。對于具有一個或多個小噴嘴的打印頭內(nèi)的分配而言盡可能細(xì)的顆粒是有利的，因此過分粗糙的顆?？梢员环鬯榛蛟俜鬯?，優(yōu)選在低溫下，和之后任選分級。
這里作為吸收劑使用的這些添加劑是由例如Merck名字Iriodin可獲得的。炭黑指可商購的標(biāo)準(zhǔn)炭黑，例如通過公司Degussa AG，Cabot Corp.，或Continental Carbon提供的那些。
通常意義上可商購的合適的吸收劑的例子是來自Merck公司的IriodinLS 820或IriodinLS 825，或IriodinLS 850。對于炭黑可以提到的例子是來自Degussa公司的Printex 60，Printex A，PrintexXE2，或Printexα。Degussa同樣提供了合適的具有商標(biāo)VestodurFP-LAS的KHP。
為了在打印頭中象墨一樣涂覆到粉狀基材上，有利的是制備含有吸收劑的液體。使用固體，液體，或固體和液體吸收劑的混合物是可能的。為了取得固體形式的吸收劑在整個提供的層的深度較好的分布，對于固體形式的吸收劑懸浮在不是吸收劑的液體中也可能是有利的。添加抑制液體中固體吸收劑的沉淀的特定流變添加劑也是有利的。為了提高吸收劑，特別是液態(tài)吸收劑或固體吸收劑在液體中的懸浮液對基材的潤濕，配備表面活性劑，例如烷基酚乙氧基化物，脂肪醇乙氧基化物，脂肪酸乙氧基化物，脂肪胺乙氧基化物可以取得另外的優(yōu)點。液體可以-目的不是限制本發(fā)明-包含水，優(yōu)選蒸餾過的，或醇，例如異丙醇，丙三醇，二乙二醇。
使用可商購的分散體可能是特別有利的，例如來自Degussa來自Derussol系列的那些。
使用液體吸收劑，例如Clearweld，同樣是有利的。
在本發(fā)明的方法中還可以考慮使用許多吸收劑/基材組合，但是該方法的重要因素是吸收劑和基材在通過100nm-1mm波長的電磁輻射的興奮能力方面足夠大的區(qū)別，以便在該方法結(jié)束后獲得在熔融的(即吸收劑處理的)基材和未熔融的基材之間具有清楚的邊界的基質(zhì)，這是確保產(chǎn)生的三維物體具有足夠光滑的外形并且易于從未粘合的基材上脫離的唯一方法。例如，該方法的精確度優(yōu)于激光燒結(jié)方法，因為它允許更大地控制加入的能量。
為了能夠使足夠大量和長時間的來自吸收劑的熱量傳輸?shù)交纳希談┑姆悬c，或在吸收劑混合物的情況下至少一種吸收劑的沸點，應(yīng)當(dāng)高于使用的基材的熔點。為了，特別是如果使用液體吸收劑，吸收劑不滲透到層中而是僅被濕潤的粉末區(qū)吸收，與包含吸收劑的液體的計量添加，和粉末和吸收劑的性能，和整個液體，必須彼此協(xié)調(diào)。協(xié)調(diào)例如通過調(diào)節(jié)粘度和包含吸收劑的液體的使用量進(jìn)行。這里使用的液體量是特別取決于粉末層的厚度，粉末的多孔性，和顆粒尺寸和液體或固體吸收劑的含量。對于每一種材料的組合的最佳量和粘度可以以簡單的初步試驗測定。為了調(diào)整粘度，可以使用已知的粘度調(diào)節(jié)劑，例如火成二氧化硅，或有機(jī)試劑。對于包含吸收劑的液體包含潤濕劑和/或生物殺滅劑和/或保水劑也是有利的。液體可以包含，例如，水，優(yōu)選蒸餾過的，或溶劑或醇。包含吸收劑的液體可以分別留在熔體和模制件中。當(dāng)通過吸收劑(電或磁傳導(dǎo))增強(qiáng)發(fā)生或調(diào)整其它性能時這可能甚至是有利的。載液，如果已經(jīng)使用過這種液體，同樣留在構(gòu)件中或蒸發(fā)掉。吸收劑，液體，和使用的其它添加劑是無毒物質(zhì)是有利的，這允許在辦公環(huán)境中無問題地操作。
加熱吸收劑需要的能量以電磁輻射的形式引入，其在100nm-1mm區(qū)域是非單色的和/或非相干的和/或非定向的，優(yōu)選通過在IR區(qū)的輻射加熱器或使用在IR區(qū)，或在可見光區(qū)的燈。對于要燒結(jié)的層通過引入熱量使之升溫，或保持在使用的聚合物的熔點或燒結(jié)點以下的升溫下是有利的。對于選擇性熔融方法該方法可以減少電磁能的量。對此前提條件是存在溫度控制的建造空間，但是它減少了卷曲的可能性(角和邊緣卷曲到建造平面外，其使得不可能重復(fù)步驟a))。對于吸收劑或包含吸收劑的液體預(yù)加熱也是有利的。
本發(fā)明的方法要求的輻射是通過在100nm-1mm區(qū)域釋放電磁輻射的能源產(chǎn)生的。因為這顯然不是激光輻射，因此輻射缺乏至少一種下列特征相干，單色，定向。能源的形式可以是點的形式或線的形式，或者面的形式。組合多種能源以使得在單個步驟中允許相對大面積的輻射也是可能的。
然而，在本方法中以線形式或甚至以面的形式引入能量是極有利的，因為，當(dāng)然，選擇性是每一層分別通過噴墨方法通過選擇性涂覆的吸收劑，或包含吸收劑的液體本身提供的。由此該方法變快。
本發(fā)明的方法可以產(chǎn)生三維模制件，本發(fā)明的方法結(jié)束后，這些逐層制備的三維物體最終存在于由多層形成的基質(zhì)中。該物體可以從該基質(zhì)中除去，其由粘合的和未粘合的粉狀基材和吸收劑構(gòu)成，而未粘合的基材可以重新加入，如任選地經(jīng)后處理，例如通過篩選。本發(fā)明的模制件可以包含填料，選自玻璃珠，硅石，或金屬顆粒。
對于逐層產(chǎn)生三維物體本發(fā)明的方法優(yōu)選在本發(fā)明的裝置中進(jìn)行，其特征在于，該裝置包括-將粉狀基材以層狀涂覆到操作平臺或涂覆到任選地已經(jīng)存在于操作平臺上的經(jīng)處理的或未處理的粉狀基材(2)的可移動裝置，-在x，y平面上可移動的裝置(3)，該裝置用于將包含吸收劑的材料(4)和可能存在的其它添加劑涂覆到由粉狀基材組成的層的選擇區(qū)域，和-100nm-1mm波長的電磁輻射能源，其以非相干的和/或非定向的和/或非單色的方式輻射，優(yōu)選具有在IR-A和/或IR-B區(qū)的輻射加熱器，或者在可見的或IR-A，和/或IR-B區(qū)的燈。
作為另一選擇，可移動的操作平臺也可以分別負(fù)責(zé)裝置，能源，和操作平臺相對彼此的運動。使用操作平臺以實現(xiàn)x方向上的相對運動和分別使用各個裝置或能源以實現(xiàn)y方向上的相對運動也是可能的，或反之亦然。
裝置優(yōu)選安裝了多個存貯容器，由存貯容器要被加工的粉狀基材可以加入到裝置中以產(chǎn)生層并且使用的吸收劑可以加入到裝置中用于將吸收劑涂覆到由粉狀基材組成的層的選擇區(qū)域。通過使用具有一個或多個噴嘴的打印頭和提供混合器，對于在層的特別區(qū)域，例如在特別飾有金銀絲細(xì)工的區(qū)域或，例如在要產(chǎn)生的物體的邊緣使用與在要產(chǎn)生的物體的核心區(qū)域使用的吸收劑不同的另一吸收劑混合物。使用該方法，在層內(nèi)的不同位置可能有能量的不同引入。
本發(fā)明的主題還在于如以上描述的粉狀材料，適合用于本發(fā)明的方法和其特征特別在于10-150μm的平均顆粒尺寸并且包含至少一種選自以下的聚合物或共聚物聚酯，聚氯乙烯，聚縮醛，聚丙烯，聚乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚對苯二甲酸丁二酯，聚對苯二甲酸乙二酯，聚砜，聚亞芳基醚，聚氨酯，熱塑性彈性體，聚交酯，聚氧化烯，聚(N-甲基甲基丙烯酰亞胺)(PMMI)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，離子交聯(lián)聚合物，聚酰胺，共聚酯，共聚酰胺，硅氧烷聚合物，三元共聚物，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，聚醚砜，聚芳基砜，聚苯硫醚，聚芳基醚酮，聚酰亞胺，聚四氟乙烯，或這些的混合物。


圖1給出了本發(fā)明方法和本發(fā)明裝置更詳盡的解釋，但是本發(fā)明不應(yīng)受限于這些實施方案。圖1是本發(fā)明裝置的示意圖。預(yù)先裝在存貯容器(1)的未處理的粉狀基材(2)在移動的基座(6)上建造成基質(zhì)(8)。通過刮刀(2)，分布基材以分別在可移動的基座上或在在先涂覆的層上產(chǎn)生薄層。吸收劑(4)，或包含吸收劑的液體通過在x，y平面上可移動的裝置(3)涂覆到由粉狀基材組成的層的選擇區(qū)域上。每一次用吸收劑處理后，涂覆新的一層粉狀基材。這些在已經(jīng)用吸收劑處理的涂覆基材上的位置通過100nm-1mm波長的能量的引入，例如通過輻射加熱器或燈(5)粘合以產(chǎn)生三維物體，例如板(7)。該步驟也可以在下一粉末層涂覆前發(fā)生。
本發(fā)明包含通過描述的方法產(chǎn)生的模制件。這些可以用作原型，或者用于零批量、小批量或批量生產(chǎn)中。這些模制件可以在多種應(yīng)用中使用，例如在航天和航空部門，醫(yī)藥技術(shù)，在汽車工業(yè)中，在機(jī)械工程中，和在娛樂業(yè)中，但本發(fā)明不受其限制。
本發(fā)明方法借助下面的實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，但是不應(yīng)將本發(fā)明限制于此。
實施例1通過鹵素?zé)粲晒簿埘０樊a(chǎn)生薄板頂部開口的盒子10×10cm，提供了可以通過主軸運動的基座。該基座運動到離上邊緣半厘米的位置；剩下的空間用粉末充滿，其使用金屬板弄光滑。描述的裝置用于由共聚酰胺粉末(VESTAMELT170，Degussa AG，Marl)生產(chǎn)的具有3*20*1mm3尺寸的薄板模型。作為吸收劑使用基于KHP(來自Degussa的Vestodur FP-LAS)的懸浮液，其包含35質(zhì)量％的蒸餾水，25質(zhì)量％的KHP，和40質(zhì)量％的異丙醇。裝置的操作溫度是大約40℃。作為掩模使用具有3*20mm空白的金屬板，放置在盒子上方。懸浮液通過泵噴灑進(jìn)行噴霧。這里必須注意潤濕均勻，并且避免液滴。之后除去保護(hù)蓋。對于每一層，鹵素?zé)粢怨β?00瓦和50mm/秒的速率并且6mm距離一次移動越過粉末床。鹵素?zé)舻牟ㄩL覆蓋了光譜的大部區(qū)域，主要在紅外區(qū)。這是大約12cm長度的Osram Haloline鹵素?zé)簟榱颂岣吣芰啃?，鹵素?zé)粼诰哂兄饕诜勰┐卜较蛏戏瓷漭椛涞姆瓷溏R的支持器中使用。照射后，盒子的平臺降低0.3mm，并且重復(fù)以上的步驟直到完成該構(gòu)件。粉末的D50值是60μm。
實施例2通過白熾燈由聚酰胺-12生產(chǎn)薄板使用與以上描述的相似的裝置，由聚酰胺-12粉末(EOSINT P PA2200，EOS GmbH Electro Optical Systems，Krailling，德國)生產(chǎn)另一種尺寸為3*20*1mm3的薄板。在這種情況下，不使用掩模但使用以與噴墨方法相似的方式施加液體的打印頭操作。作為吸收劑使用IriodinLS 835。液體由30％的Iriodin，59％的異丙醇，和1％的Pril(Henkel)組成。裝置的操作溫度是大約160。使用的OsramConcentra Spot CONC R80 100反射鏡白熾燈具有在近紅外區(qū)的峰輸出。涂覆的粉末層的高度是0.15mm。粉末床和燈之間的距離是20mm，和激光器的作用時間的時間是大約30秒每層。使用的粉末具有55μm的D50值。
實施例3通過鹵素輻射器由共聚酰胺產(chǎn)生柱在實施例2已知的裝置中生產(chǎn)由共聚酰胺(VESTAMELT X1310)制成的具有22mm直徑的柱和4mm高度的柱。作為吸收劑使用Sicopalgreen和Sicopalblue。兩種吸收劑使用噴墨方法涂覆，以便在每一種情況下截面的一半通過藍(lán)色顏料和另一半通過綠色顏料潤濕。通過這種操作方式可以產(chǎn)生兩色構(gòu)件。液體由25重量％的BASF顏料Sicopalgreen和Sicopalblue，50重量％的異丙醇，24重量％的蒸餾水，和1％的甘油組成。作為能源使用35瓦Sylvania Superia 50鹵素?zé)簟７勰┐埠蜔糁g的距離是20mm，和輻射器的作用時間是大約20秒每層。粉末層的高度是0.2mm。粉末的D50值是55μm。
實施例4通過短弧氙燈由共聚酰胺產(chǎn)生錐體要生產(chǎn)的錐體的直徑是25mm和它的高度是25mm。作為粉末使用VESTAMELT X1316。使用噴墨方法涂覆液體。作為吸收劑使用基于炭黑(PRINTEX α)的懸浮液，飽含40重量％的蒸餾水，30％的PRINTEX α，和30％的異丙醇。裝置的操作溫度是大約50℃。作為能源使用位于粉末床上方20mm的Osram XBO 700W/HS OFR短弧氙燈。燈的作用時間是10秒每層。粉末的D50值是60μm。粉末床高度是0.15mm。
權(quán)利要求
1.制備三維物體的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟a)提供粉狀基材層b)控制建造室的溫度c)通過噴墨方法將懸浮液中的吸收劑或液體吸收劑選擇性施加到要燒結(jié)的區(qū)域上d)涂覆其它特定液體或懸浮液e)通過借助在IR-A和/或IR-B區(qū)的輻射加熱器，或者使用在可見光區(qū)或IR-A和/或IR-B區(qū)的燈引入波長為100nm-1mm的電磁能，選擇性熔融粉末層區(qū)域f)冷卻熔融的和未熔融的區(qū)域到使得模制件能夠完整無缺的被取出的溫度g)取出模制件。
2.在權(quán)力要求1中要求保護(hù)的方法，其特征在于，步驟e)首先進(jìn)行一次，之后步驟a)-d)進(jìn)行一次，之后步驟b)和接著步驟a)再進(jìn)行一次，并且之后其它步驟以順序c)，d)，a)，b)和e)進(jìn)行。
3.在權(quán)利要求1或2中要求保護(hù)的方法，其特征在于，使用的粉狀基材具有10-150μm的平均顆粒尺寸。
4.在權(quán)利要求1-3中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，在近和中紅外區(qū)使用輻射加熱器。
5.在權(quán)利要求1-3中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，在IR區(qū)和可見光區(qū)使用燈。
6.在權(quán)利要求1-3中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，使用白熾燈。
7.在權(quán)利要求1-3中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，使用氣體放電燈。
8.在權(quán)利要求1-3中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，所述能源以點、線、或面形式發(fā)射其輻射。
9.在權(quán)利要求1-8中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，吸收劑包含著色劑。
10.在權(quán)利要求9中要求保護(hù)的方法，其特征在于，吸收劑包含顏料。
11.在權(quán)利要求9中要求保護(hù)的方法，其特征在于，所述吸收劑包含染料。
12.在權(quán)利要求1-8中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，所述吸收劑包含炭黑、KHP、骨炭、石墨，碳纖維，白堊，或干擾顏料。
13.在權(quán)利要求1-8中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，所述吸收劑除了炭黑，KHP，骨炭，石墨，碳纖維，白堊，或干擾顏料還包含其它組分。
14.在權(quán)利要求1-8中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，所述吸收劑包含基于磷或三聚氰胺氰脲酸酯的阻燃劑。
15.在權(quán)利要求9-14中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，所述吸收劑另外包含蒸餾水，或醇，或溶劑。
16.在權(quán)利要求9-14中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，所述吸收劑另外包含表面活性劑和/或潤濕劑和/或生物殺滅劑和/或保濕劑。
17.在權(quán)利要求1-16中任何一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，作為粉狀基材使用聚合物。
18.在權(quán)利要求1-16中任何一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，作為粉狀基材使用已經(jīng)被聚合物材料封裝的砂子，金屬顆粒，陶瓷顆粒。
19.在權(quán)利要求17或18中要求保護(hù)的方法，其特征在于，聚合物包括聚合物或共聚物，優(yōu)選選自聚酯，聚氯乙烯，聚縮醛，聚丙烯，聚乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚對苯二甲酸丁二酯，聚對苯二甲酸乙二酯，聚砜，聚亞芳基醚，聚氨酯，熱塑性彈性體，聚交酯，聚氧化烯，聚(N-甲基甲基丙烯酰亞胺)(PMMI)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，離子交聯(lián)聚合物，聚酰胺，共聚酯，共聚酰胺，硅氧烷聚合物，三元共聚物，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，聚醚砜，聚芳基砜，聚苯硫醚，聚芳基醚酮，聚酰亞胺，聚四氟乙烯，或這些的混合物。
20.在權(quán)利要求17-19中任何一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，使用包含0.05-5重量％的流動助劑的粉狀基材。
21.在權(quán)利要求17-20中任何一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，使用包含無機(jī)填料的粉狀基材。
22.在權(quán)利要求21中要求保護(hù)的方法，其特征在于，作為填料使用玻璃珠。
23.在權(quán)利要求17-22中至少一項要求保護(hù)的方法，其特征在于，使用包含無機(jī)和有機(jī)顏料的粉狀基材。
24.一層一層地制備三維物體的裝置，其特征在于，該裝置包括-用于將粉狀基材以層狀涂覆到操作平臺或涂覆到任選地已經(jīng)存在于該操作平臺上的經(jīng)處理的或未處理的粉狀基材(2)層的可移動裝置，-在x，y平面上可移動的裝置(3)，該裝置用于將包含吸收劑的材料(4)和任選的其它添加劑涂覆到由粉狀基材組成的層的選擇區(qū)域，和-100nm-1mm波長的電磁輻射能源(5)，其具有在IR-A和/或IR-B區(qū)的輻射加熱器，或者在可見的或IR-A和/或IR-B區(qū)的燈。
25.通過在權(quán)利要求1-24中任何一項要求保護(hù)的方法制備的模制件。
26.在權(quán)利要求25中要求保護(hù)的模制件，其特征在于，所述模制件包含玻璃珠或硅石或金屬顆粒，或鋁顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過電磁能(5)選擇性加熱粘合材料以制備三維物體的方法，該電磁能是非相干的和/或非單色的和/或非定向的，具有100nm－1mm的波長。該輻射可以以點或線的形式，或面的形式發(fā)射。為了加快該方法的速度組合兩種或多種輻射源也是可能的。熔融方法的選擇性通過將吸收劑(4)涂覆到由粉狀基材(2)構(gòu)成的層的某個分區(qū)取得，并且之后通過100nm－1mm波長的電磁能(5)加熱吸收劑。加熱的吸收劑(4)把其中存在的能量傳給它周圍的粉狀基材，其借此熔融和，冷卻后牢固粘合。本方法比常規(guī)激光燒結(jié)方法顯著更靈活，更便宜，和更快速。
文檔編號B29K105/06GK1976799SQ200580021458
公開日2007年6月6日 申請日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者F·-E·鮑曼, M·格雷比, S·蒙謝默 申請人:德古薩公司