CN111107977B - 用于创建3d结构的总成和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于创建3D结构的总成和方法，其中，本发明的目的是提供一种用于改进待分层施加的颗粒状结构材料的压缩以及用于提高各个层的成形速度的解决方案。通过该总成，该目的得以实现，其中在压缩器总成(1)中布置了具有带有至少一个切削刃的刀片的压缩器元件(2)，用于压缩待分层施加的颗粒状结构材料，并且其中在压缩期间与颗粒状结构材料的颗粒(11)接触的在切削刃的一端的切削刃的宽度在颗粒状结构材料的颗粒的直径的0.1倍和3倍之间的范围内。通过该方法，该目的得以实现，其中结构材料的压缩通过具有带有至少一个切削刃的刀片并且布置在压缩器总成(1)中的压缩器元件(2)进行，其中在压缩期间与颗粒状结构材料的颗粒(11)接触的在切削刃的一端的所述切削刃的宽度在颗粒状材料的颗粒的直径的0.1倍和3倍之间的范围内，其中压缩器元件(2)通过驱动元件(3)沿着线性运动方向(12)进行运动。

Description

用于创建3D结构的总成和方法

技术领域

本发明涉及一种用于创建3D结构的总成，该总成包括用于压缩分层施加的颗粒状结构材料的装置，以及用于在该装置上施加受控运动的驱动器。

本发明还涉及一种用于创建3D结构的工艺，其中提供了待施加至施工现场的颗粒状结构材料层，该层至少部分地被压缩，并且其中3D结构通过局部物理或者化学硬化工艺或者熔融工艺形成为层状。

背景技术

已知采用所谓的3D打印或者所谓的3D打印工艺，用于单个或者量产的组件、工件、或者模具的生产。通过这种打印方法，可以以分层结构制备三维组件或者工件。该结构可以根据预定的尺寸和形状、在计算机控制下由一种或者多种流体或者固体材料进行构造。例如，可以通过所谓的计算机辅助设计(CAD)系统提供待打印的组件或者工件的规格。

当打印3D结构时，会发生物理或者化学硬化工艺或者熔化工艺。合成材料、合成树脂、陶瓷和金属用作这种3D打印工艺的材料。

当实施3D打印工艺时，各种制造工艺的顺序是已知的。

然而，这些工艺顺序中的一些包括以下示例性显示的工艺步骤：

·在所谓的施工现场的部分或者整个表面上施加颗粒状结构材料，也称为颗粒状材料，以形成一层未固化的颗粒状材料；

·在预定的局部区域中，例如通过选择性压缩、打印、或者应用诸如粘合剂的处理剂、或者使用激光，将未固化的颗粒状结构材料的施加层进行选择性固化；

·在另一层中重复上述方法步骤，用于组件或者工件的逐层构造。为此，可以将待逐层地在施工现场上构建的或者待打印的组件或者工件通过层平面或者层厚度与施工现场一起降低，或者可以在部分或者整个表面上施加新层之前相对于施工现场通过层平面或者层厚度使3D打印设备升高；

·随后将围绕成品组件或者工件的疏松、未固化的颗粒状结构材料去除。

从WO 02/083323中已知一种用于在待涂覆区上施加流体、特别是颗粒状材料的方法和设备，其中，如沿着刀片的向前运动方向所见，将流体施加至刀片前面的待涂覆区上，此后刀片在施加的流体上运动。所描述的方法的特征在于，刀片实施类似于旋转运动的振动。

当实施工艺操作使得多余的流体施加至待涂覆区上时，由于刀片的振动(随着旋转运动而振动)，如沿着刀片的向前运动的方向所见，通过刀片的向前运动，在刀片前面形成的流体或者颗粒材料的滚子中，将多余的流体均质化。这样，就可以填充各个单独的颗粒块之间的可能的空腔，同时，通过滚子的运动将较大的颗粒材料块破碎。将颗粒材料在滚子中均质化。将布置在刀片前面的一小部分这种颗粒材料拉入刀片下面的间隙中，在此处将其压缩，然后将其施加为均匀的层。

如沿着刀片的向前运动方向所见，可以将流体或者颗粒材料例如通过传送带从储存器施加至振动刀片前面的区域中。

刀片的旋转运动围绕枢轴发生，如沿着流体的构建方向所见，该枢轴位于待涂覆区上方。当随同旋转运动(旋转角度在0.1°至5°的范围内)发生振动时，通过该方法获得了特别好的结果。

所描述的装置特别适合于应用设有粘合剂的颗粒材料。

从EP 1 494 841 B1中已知一种用于施加流体的方法和装置。要解决的问题是提供一种装置和使用该装置的方法，该装置和方法进一步改善了仅少量地施加至待涂覆区上的流体的分配。

向下开口的料斗可以悬挂在涂覆刀片的前面，其固定连接至刀片，并且因此随同刀片一起振动。料斗在整个施工现场的长度上为至少一个涂覆通道输送颗粒物料。在料斗的振动机构操作时，料斗中的颗粒材料被流化并且从刀片前面的料斗的敞开底部流出。因此，料斗能够承载比当前层所需数量更多的材料。

还公开了所采用的振动刀片优选地由偏心凸轮驱动，该偏心凸轮可旋转地固定在驱动电机轴上。力可以以正锁定的方式从偏心凸轮传递至振动刀片，即，通过直接在偏心凸轮上应用滚子轴承，或者通过由弹簧偏置的滚子在偏心凸轮上进行摩擦传递。

该方法也特别适合于应用具有粘合剂的颗粒材料。

从WO 2016/030375 A2中已知了一种用于3D打印机的涂覆机总成以及用于施加两层颗粒状结构材料的方法。

该涂覆机总成包括涂覆机，该涂覆机包括：容器，该容器限定用于容纳颗粒状结构材料的内部腔体，该内部腔体终止于用于排放颗粒状结构材料的开口；以及刀片，该刀片形成朝下的擦拭表面，其中该刀片构造成在离开开口的结构材料上随同擦拭表面进行扫掠，从而使分配的颗粒状材料变平或者致密。

涂覆机组件还包括调节装置，该调节装置构造成可变地设定擦拭表面的倾斜角度。

从DE 693 30 495 T2中已知一种用于将糊状介质施加至支撑件上以生产3D组件的方法和设备。

要解决的问题是创建一种用于将糊状介质施加至支撑件上的方法，该方法可以提高模板打印中的工艺可靠性，并且降低错误率。也可以实现更高的处理速度。

为了实现该目的，可以通过布置在支撑件上的掩模来限定施加图案，并且可以利用刮刀来施加糊状介质，由此将糊状介质压入在掩模中开口的凹部中。

还公开了通过致动器在刮刀中引入振动，然后在刮刀前进时将振动传递至糊状材料。然后，糊状材料更容易地流入掩模或者模版的开口或者凹部，从而用糊状介质完全将其填充。可以解释通过施加振动实现的改进，因为随着因引入的能量而使介质温度升高，使得糊状颗粒的滚动摩擦减小，并且粘度也明显降低。

由于仅向与刮板邻接的介质提供振动能量，因此仅在此处明显降低了粘度。结果，介质更好地流入模板的开口中，并以最致密的球状填料的形式沉积在基板上。因此，总体来讲，通过在模板上较少地供应糊状介质，可以获得更高的处理速度和更高的打印质量。

由DE 102 16 013 B4已知一种用于在待涂覆区上施加流体、尤其是颗粒状材料的方法和设备。

因此，该发明的目的是提供一种装置和该装置的用途，利用该装置，可以实现将仅少量地施加至待涂覆区上的流体进行更好的分配。

如沿着刀片的向前运动方向所见，该目的是通过将流体施加至刀片前面的待涂覆区上并且通过随后在施加的流体上使刀片运动来实现的。刀片由此应进行振动，其中流体供应来自向下开口的容器，即，朝向待涂覆区敞开并且随刀片振动的容器。刀片的振动类似于旋转运动。

还公开了设置有用于驱动刀片的偏心凸轮，并且从偏心凸轮至刀片的力传递可以以正的或者非正的方式发生。

这种已知的现有技术的缺点在于，通常必须在刀片或者振动刀片上施加例如通过偏心凸轮的运动，优选为一种旋转运动。这需要相应的驱动器，例如电动机和用于生成或者实施必要的运动模式的必要的机械部件，这增加了安装所需的精力和空间。另外，这种组件的生产变得更加复杂，这也增加了用于生产这种组件的成本。

由于必要的机械原理并且部分地连接至储存器，因此此类组件的最大可达频率以及因此其处理或者压缩率也受到限制。而且，材料的进料和压实直接相关并且相互影响。因此，不可能独立地分离进料和压实。

用刀片执行振动的另一个缺点是，例如，在待压缩流体的较大面积上引入力。结果，在刀片振动的同时将力施加至已经被压缩的流体区域以及尚未被压缩的区域。预计这会降低压缩质量。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于创建具有多层3D结构的设备和方法，同时提高颗粒状结构材料的压实性，在构建各个层时以较高的表面质量和较高的速度逐层应用。

该目的是通过本申请的设备来实现。

压缩器元件设计为具有至少一个切削刃的刀片。利用压缩器元件的这种刀片状构造，切削刃的宽度可以在颗粒状结构材料或者颗粒状材料的颗粒的直径的0.1倍至3倍之间的范围内。由此，在切削刃的点或者端部确定刀片的宽度，该切削刃在压缩工艺期间与颗粒状结构材料或者颗粒状材料的颗粒接触。

优选地，刀片的切削刃的宽度在颗粒状结构材料或者颗粒状材料的颗粒的直径的0.3倍和2倍之间的范围内。特别优选地，切削刃的宽度在颗粒状结构材料或者颗粒状材料的颗粒的直径的0.5倍和1倍之间的范围内。

颗粒状结构材料或者颗粒状材料的颗粒的尺寸或者直径通常在0.1mm和0.2mm之间的范围内。特别优选地，颗粒状结构材料或者颗粒状材料的颗粒的尺寸具有0.18mm的直径。

通过具有上述尺寸的压缩器元件的刀片的宽度设计，可以避免压缩质量的劣化，因为是在有限的、非常狭窄的、其尺寸范围与颗粒状结构材料或者颗粒状材料的单个颗粒或者仅几个颗粒相同的区域上，将力引入至颗粒状结构材料或者颗粒状材料的表面。

利用本发明，实际上消除了对相邻的已经压实的颗粒的不利影响，只要例如压缩器元件在施工现场上进行均匀运动并且相应地确定切削刃的尺寸。这大大改善了颗粒状结构材料或颗粒状材料的施加层的压实质量。

根据本发明，这些压缩器元件中的几个，分别具有相应的切削刃，可以布置在压缩器总成中。这样的压缩器元件可以例如是金属材料的细条，其具有前述的带有相应的切削刃的刀形设计。

布置在压缩器总成中的例如三个刀形的压缩器元件可以例如彼此紧密地间隔并且彼此平行地布置，从而防止颗粒状结构材料在这些压缩器元件之间的渗透。

压缩器元件分别连接至其专用驱动装置，并且通过其各自的驱动装置，以线性方式(即所谓的往复运动)进行运动。

可以将驱动装置电驱动。可替代地，驱动装置也可以例如通过使用产生磁场的线圈而电磁地或者压电地操作。其他替代方案也可以是例如强制驱动的连杆驱动器。由各个驱动装置产生的运动传递至相关的压缩器元件，为此目的，该压缩器元件与驱动装置固定连接。

压缩器总成的压缩器元件可以例如彼此平行地布置，并且相对于施工现场(即相对于面对压缩器元件的表面的方向，该表面以下简称为颗粒状结构材料或者颗粒状材料的施加层的表面)成90度角。

在可替代实施例中，压缩器总成的压缩器元件可以彼此平行并且相对于施工现场以不同于90度的角度布置。这样，压缩器元件可以相对于施工现场成一定角度地对准。与施工现场上方的表面法线的偏离可以是例如0.1度至15度。

具有带有切削刃的刀片的压缩器元件的长度可以在施工现场的整个宽度上延伸。压缩器元件的尺寸例如可以规定为具有500mm的长度、3mm的宽度和30mm的高度。

具有压缩器元件的压缩器总成可以放置在施工现场上方，其中，压缩器总成可运动地布置在施工现场上方，并且可以如现有技术中典型的那样在施工现场上方至少沿着X方向和Y方向进行运动。为了实现分层结构，压缩器总成也可以沿着Z方向在施工现场上方运动，即远离或者朝向施工现场运动。可替代地，施工现场也可以布置成沿着Z方向可运动。即，施工现场与压缩器总成之间的间距可以增大或者减小。

在压缩器总成的另外的实施例中，压缩器元件可以以彼此不同的角度布置。例如，可以布置三个压缩器元件，使得中间的压缩器元件垂直(90度)布置在施工现场上方，而第一相邻压缩器元件具有大于90度的角度，第二相邻压缩器元件具有小于90度的角度。例如，所述角度可以是89度、90度和91度，或者是88度、90度和92度，其中，所提供的用于压缩颗粒状结构材料直径的压缩器元件或者刀具的端部在施工现场上方彼此紧邻地布置。

为了在结构材料在适当位置处的压实过程中优化刀形压缩器元件在颗粒状结构材料的表面上的作用，压缩器元件设置有至少一个结构。该结构设置在压缩器元件的与颗粒状结构材料接触的端部。

这种结构可以例如具有凹形。可替代地，结构也可以具有凸形、波浪形或者锯齿形，但不限于结构的上述形状。技术人员可以使结构的形状适应特定的规格和情况。

压缩器元件也可以在其各自的端部处具有两个结构。两个结构的形状和尺寸可以相同或者不同。这些结构在压缩器元件的端部产生在压实期间与颗粒状结构材料接触的切削刃，所述结构在下文中也称为接触点，而压缩器元件的端部的其他区域不再与结构材料接触。

对于具有带有至少一个切削刃的刀片的压缩器元件，可以在压缩器元件的端部形成一个切削刃，该切削刃具有例如V形的斜切边缘，如对于刀具而言的典型形状。在可替代的实施例中，可以通过在压缩器元件的端部处应用例如具有凹形形状的一个或者多个结构，在压缩器元件的端部处的压缩器元件上形成一个切削刃或者多个切削刃。这种结构可以沿着压缩器元件的纵向延伸而延伸。当在压缩器元件上形成多个切削刃时，每个切削刃具有如上述尺寸的宽度，使得在压缩接触期间，即施加至颗粒状结构材料或者颗粒状材料的表面的力始终限于非常窄的区域，该区域的尺寸为颗粒状结构材料或颗粒状材料的单个颗粒或者几个颗粒的数量级。

压缩器元件可以在其各自的驱动装置的控制下彼此独立地运动。因此，压缩器元件可以以相同的方式或者以不同的方式运动。

例如，第一压缩器元件可以沿着施工现场的方向运动，而同时第二压缩器元件沿着远离施工现场的方向运动，反之亦然。

每个驱动装置以及因此每个压缩器元件的往复运动可以以其自身的频率来控制。除了频率之外，还可以单独设置振幅，即往复运动的行程。

另外，还可以设置控制驱动装置的控制电压的波形的形状，例如正弦波。波形的选择相应地影响压缩器元件的运动形状。可用的波形也可以是例如锯齿波形或者曲折波形。

分配颗粒状结构材料和压实颗粒状结构材料的工艺可以分开进行，以消除两个工艺之间的干扰。

附图说明

在仔细考虑以下结合附图对本发明的优选的但非限制性的示例性实施例的详细描述之后，以上讨论的本发明的特征和优点将变得更加明显和显而易见，附图中示出：

图1是根据本发明的具有三个压缩器元件的实施例；

图2a、2b、2c是图1的压缩器总成的各种运动的示图；

图3是分别具有两个结构的压缩器元件的端部的局部放大图；

图4是压缩器元件的端部的另一局部放大图；

图5a是具有五个相互平行的压缩器元件的实施例，压缩器元件在施工现场上方所具有的压缩器元件的方向偏离表面法线；

图5b是根据图5a的五个压缩器元件的端部区域的放大图；

图6a是具有三个以不同角度布置在施工现场上方的压缩器元件的可替代实施例；以及

图6b是根据图6a的压缩器元件的端部区域的放大图。

附图标记列表

1 压缩器总成

2,2a,2b,2c,2d,2e 压缩器元件

3,3a,3b,3c,3d,3e 驱动装置

4,4a,4b,4c 第一结构

5,5a,5b,5c 第二结构

6 施工现场

7,7a,7b,7c 压缩器元件的端部

8 接触点

9 区域

10 表面法线

11 颗粒状结构材料的颗粒

12 压缩器元件的运动方向(线性、沿着纵向轴线)

具体实施方式

图1示出了根据本发明的压缩器总成1，其布置在施工现场6的表面上方。压缩器总成1布置成至少沿着X方向和Y方向横跨施工现场6可运动。图1未示出控制运动的必要机构和控制单元。可以使用常规的现有技术解决方案实现该目的。为了确保创建3D模型的分层结构，压缩器总成1也可以沿着Z方向运动。可替代地，施工现场也可以设计成沿着X方向、Y方向可运动，并且可选地沿着Z方向可运动。

压缩器总成1具有三个驱动装置3。每个驱动装置3可以连接至相应的压缩器元件2，因此可以单独地对其进行控制或者使其运动。

通过压缩器元件2的相互独立的单独控制的可能性，可以对压缩器元件2进行控制并且因此以相同的方式使压缩器元件2运动，或者以不同的方式对压缩器元件2进行控制以及使其运动。

在图1中示出的压缩器元件2中的双向箭头指示相应的压缩器元件2的运动方向12，其以所谓的往复运动线性地或者沿着纵向轴线地运动。图1所示的压缩器元件2的示例性运动方向12彼此平行。当本说明书涉及压缩器元件2的运动的特殊时间点时，当前运动方向12仅用单向箭头示出，该箭头示出了压缩器元件2在该时间点的运动方向。

图1所示的压缩器元件2在其可能的运动路径上的不同位置处示出。这由压缩器元件2的不同长度以及由压缩器元件2的端部7与施工现场6之间的不同距离来表示。

在每个压缩器元件2的端部7处形成接触点8，该接触点8与作为薄层至少部分地施加在施工现场6上的颗粒状结构材料接触。为了更好地识别具有接触点8的压缩器元件2的端部7的设计，将这些内容在图1中另外以类似于放大镜的放大图示出。

通过沿着由双向箭头所示的方向足够快地(即高频地)使压缩器元件2运动，可以在为此目的提供的位置处对颗粒状结构材料进行压缩。在压缩器总成1例如沿着X方向在施工现场6上方运动的同时，在第一层中所提供的位置处实施对颗粒状结构材料的这种压缩。如果对压缩器元件2进行控制并使其移位足够快，即以高频进行，则可以实现非常好并且快速地压缩颗粒状结构材料。使得与传统的3D打印工艺相比，在较短的时间内形成或者设计整个层从而形成整个3D结构成为可能。3D结构的生产率提高的原因在于，当压缩器元件仅线性运动时，可以省去例如用于运动的转向或者偏转的机械部件。

本领域已知的用于存储和施加颗粒状结构材料的常规装置可以与本发明结合使用。而且，粘合剂的使用也是可能的并且予以考虑的。

图2a、2b和2c示出了图1的压缩器总成1，该压缩器总成1具有例如处于各种操作状态的三个压缩器元件2。为了区分各个压缩器元件，各个压缩器元件表示为：附图标记2a用于表示第一压缩器元件2a，附图标记2b用于表示第二压缩器元件2b，附图标记2c用于表示第三压缩器元件2c。

图2a示出了第一操作状态，其中第一压缩器元件2a已经达到其最大偏移，即其距施工现场6以最短距离，并且在第一压缩器元件2a的第一端部7a的接触点8和施工现场6之间的区域中，已经相应地压缩了颗粒状结构材料(图2中未示出)。为了更好地识别压缩器元件2a、2b和2c的端部7a、7b和7c的设计，将这些内容在图2a、2b和2c中以类似于放大镜的放大比例示出。

在所示的操作状态中，第一驱动器3a使第一压缩器元件2a沿着第一压缩器元件2a与施工现场6之间的距离连续增加的方向运动。该运动方向12由相关的驱动装置3a的向上的箭头示出。同时，第二压缩器元件2b通过第二驱动装置3b运动，并且第三压缩器元件2c通过第三驱动装置3c沿着施工现场6的方向运动。如图所示，与第三压缩器元件2c相比，第二压缩器元件2b与施工现场6之间具有较小的距离。因此，可以假设在第三压缩器元件2c的第三端部7c的接触位置8执行其压缩工艺之前，第二端部7b的接触点8接下来到达施工现场6的表面上的颗粒材料，并且因此颗粒状结构材料在接触位置8处被压实。

在通过三个压缩器元件2a、2b和2c逐点压缩施工现场6的表面上的颗粒状结构材料的过程中，施工现场6沿着X和/或Y方向运动。可替代地，压缩器总成1可以在施工现场6上运动。

图2b示出了第二操作状态，其中第一压缩器元件2a已经向远离施工现场6的方向运动，同时第二压缩器元件2b和第三压缩器元件2c沿着施工现场6的方向继续其运动。因此，压缩器元件的运动方向12在图2a和图2b中相同。第二压缩器元件2b的第二端部7b的接触点8已经到达施工现场6的表面上的颗粒状结构材料，并且相应地在接触点8处压缩了颗粒状结构材料。

在第二压缩器元件2b的端部7b执行压缩工艺之后，通过第二驱动装置3b运动的第二压缩器元件2b的运动方向12反转，从而第二端部7b至施工现场6的距离增加。同时，第一压缩器元件2a和第三压缩器元件2c沿着各自不变的运动方向12继续其运动。

图2c示出了第三操作状态，其中第三压缩器元件2c的第三端部7c的接触点8已经到达施工现场6的表面上的颗粒状结构材料，并且相应地在接触点8处压缩了颗粒状结构材料。在该压缩操作之后，通过第三驱动装置3c运动的第三压缩器元件2c的运动方向12反转，从而第三端部7c至施工现场6的距离增加。同时，第二压缩器元件2b继续其远离施工现场6的运动。第一压缩器元件2a已到达其距施工现场6的最大距离，并且反转其运动方向12，此时再次朝向施工现场6运动，从而减小了第一压缩器元件2a的第一端部7a与施工现场6之间的距离。在图2c中以压缩器元件2a、2b和2c处的相应箭头示出了上述操作状态。

图3示出了压缩器元件2a、2b和2c的端部7a、7b和7c的局部放大图示。该图示对应于压缩器元件2a、2b和2c的侧视图或者截面图示。在图3的示例中，压缩器元件2a、2b和2c及其各自的运动方向12是平行的。如端部7a、7b和7c的放大图示中所见，其分别具有第一结构4a、4b、4c和第二结构5a、5b、5c。结构4a、4b、4c和结构5a、5b、5c分别设计为凹形，结构4a、4b、4c和结构5a、5b、5c在尺寸和半径上不同。颗粒状结构材料的压缩优选地在由结构4a、4b、4c和结构5a、5b、5c形成的接触点8处进行。当施工现场6运动(例如沿着图3中箭头所示的方向向左运动)时，压缩器元件2a、2b和2c可以沿着双向箭头所示的方向运动。

图3示出了在每个接触点8处曲线具有波浪形。该曲线意在示出在相应的时间窗上以及在施工现场6上接触点8的运动过程。该过程是源于压缩器元件2a、2b和2c的往复运动的叠加(双向箭头)和施工现场6的横越运动(单向箭头)。因此，所描绘的波浪形表示在施工现场6的表面上的压缩工艺，并且显示出颗粒状结构材料同时由压缩器元件2a，2b和2c在三个不同的点或者接触点8处进行压缩。

通过例如沿着图3所示的方向使施工现场6运动，由于压缩器元件2c沿着其运动方向12的往复运动，使得施工现场6的表面上的区域9首先被压缩器元件2c的三个接触点8压缩几次。因此，在该示例中在区域9内的三个不同的接触点8处，已经通过压缩器元件2c进行了多次压缩。

随后通过压缩器元件2b到达该区域9。在区域9中，通过压缩元件2b的三个接触点8，也发生了颗粒状结构材料的多重压缩。在压缩元件2b横越区域9之后，压缩器元件2a到达区域9。通过压缩器元件2a的三个接触点8，同样发生区域9中的颗粒状结构材料的多重压缩。因此，颗粒状结构材料的颗粒11在区域9中被多次压实，从而允许3D结构的快速并且牢固的逐层构建。

图4以示例的方式示出了具有两个接触点8的压缩器元件2c的端部7c的另一局部放大图示。压缩器元件2c的端部7c具有第一凹形结构4c，其仅部分地示出。端部7c还具有第二凹形结构5c，该第二凹形结构5c的半径大于第一凹形结构4c的半径。

图4还示出了施工现场6，该施工现场6在压缩器元件2c的下方沿着箭头所示的方向运动或者横越。将通过两个示出的接触点8和通过未示出的接触点8的施工现场6的表面上的未示出的颗粒状结构材料的压缩操作，通过横跨施工现场6的表面的多个波浪形曲线表示出来。除了压缩器元件2c的两个示出的接触点8之外，压缩器元件2c的未示出的接触点8以及压缩器元件2a和2b的未示出的接触点8也参与压缩工艺。

图5a示出了本发明的具有五个相互平行的压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e的实施例。在该变型中，压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e布置成相对于表面法线10以例如5度的角度从施工现场6上方的表面法线10偏离。

压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e的切削刃的刀片设计成具有V形斜面，该V形斜面例如设置在各个压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e的相应端部处。压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e连接至与其相关的驱动装置3a、3b、3c、3d和3e(图5a中未示出)，并且通过这些驱动装置沿着彼此平行的线性运动方向12以上述线性往复运动进行运动。压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e的运动方向12在图5a中通过五个双向箭头示出。

图5b示出了根据图5a的压缩器元件2b、2c、2a、2d和2e的端部区域的放大图示。在图5b的图示中，在施工现场6上方的平面中示出了颗粒状结构材料11的多个颗粒。可以清楚地看到，将在压缩工艺期间与颗粒11接触的设置在切削刃端部的压缩器元件2a，2b，2c，2d和2e的切削刃的宽度选择成小于颗粒状结构材料的颗粒11的直径。结果，压缩器元件2a，2b，2c，2d和2e的切削刃可以有目的地压缩颗粒11，而颗粒状结构材料的相邻颗粒11保持不受该压缩操作的影响。为了比较，在图5b中示出了0.18mm的尺寸，其例如大约对应于颗粒材料的颗粒11的直径。

通过压缩器总成1的相应运动横跨施工现场6，使得压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e的所有三个切削刃压缩颗粒11。为此目的，对横跨施工现场6的压缩器总成1的横越速度和用于控制驱动装置3a、3b、3c、3d和3e的信号的频率进行选择并且相应地进行协调。

以相应的角度(倾斜角)布置压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e，可以抵消施工现场6上的颗粒状结构材料的颗粒11例如沿着压缩器总成1的运动方向的位移。

可以对施工现场6上的压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e的定向角度进行调节。因此，可以在操作期间改变角度。

压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e也可以以不同的角度布置在施工现场6上，同时保持压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e的三个切削刃的刀片之间的相互间隔，这意味着压缩器元件2a、2b、2c、2d和2e彼此的相互对准不再平行。例如，对于压缩器元件2a可以选择0度的角度，对于压缩器元件2b可以选择2度的角度，对于压缩器元件2c可以选择4度的角度，对于压缩器元件2d可以选择6度的角度，并且对于压缩器元件2e可以选择8度的角度。该实施例未在图中示出。

图6a示出了具有三个压缩器元件2a、2b和2c的可替代实施例，这三个压缩器元件2a、2b和2c以不同的角度布置在施工现场6上。与图5a的图示相反，压缩器元件2a、2b和2c未彼此平行地对准。在该实施例中，压缩器元件2a、2b和2c布置成使得压缩器元件2a，2b和2c的切削刃的刀片具有例如V形的斜角并且指向公共点。以这种方式，所有三个压缩器元件2a，2b和2c的切削刃可以撞击并且压缩一个颗粒11。

这种情况在图6b中以放大图示示出了布置在压缩器元件2a、2b和2c的端部处的切削刃的区域。在这种情况下，在所有三个切削刃都撞击颗粒状结构材料的一个颗粒11的位置，可以例如通过第二压缩器元件2b实施压缩，而第一压缩器元件2a和第三压缩器元件2c将颗粒固定在当前位置。为了比较，在图6b中示出了0.18mm的尺寸。该尺寸例如对应于颗粒状材料的颗粒11的直径。

另外，具有三个压缩器元件2a，2b和2c的压缩器总成1可以倾斜，以抵消在施工现场6上的压缩器总成1的运动。本设备和用于生成3D结构的方法的特殊优点如下：

·压缩器元件沿着运动方向12进行线性运动，以逐层压实待施加的颗粒状结构材料。

·压缩器元件的线性运动相对于施工现场的行进方向可以成可调节角度。

·压缩器元件可以彼此平行或者彼此成一定角度布置。

·在压缩器总成中布置几个压缩器元件，每个压缩器元件具有单独的驱动装置。

·通过可选的压缩器频率来实现压缩器元件的驱动装置的控制。

·通过电压或者电流的可选曲线形状驱动驱动装置来实现驱动装置的控制。

·具有位于压缩器元件末端的在压缩期间与颗粒状结构材料接触的一个或者多个结构的压缩器元件的设计。

·具有凸形、凹形、锯齿形或者波浪形的结构的设计。

·用于生成3D结构的方法在铸芯制造中的应用，例如在设施和车辆制造领域生产铸件。

·通过减少压缩器元件的可运动质量，压缩器元件可以以较高的频率运动，而且可以多次压缩颗粒状结构材料的颗粒。

·压缩期间的较高频率允许例如施工现场的更高的横越速度。

·颗粒状结构材料的压缩和施加分开进行。

·每个压缩器元件采用不同的结构，以优化颗粒状结构材料的压缩。

Claims (14)

1.一种用于生成3D结构的设备，包括：压缩器总成(1)，所述压缩器总成(1)具有用于点对点压缩待逐层施加的颗粒状结构材料的压缩器元件(2)；以及驱动装置(3)，所述驱动装置(3)连接至压缩器元件(2)，并且在所述压缩器元件(2)上施加线性运动；其特征在于，具有至少一个切削刃的所述压缩器元件(2)布置在所述压缩器总成(1)中，用于压缩所述待逐层施加的颗粒状结构材料，并且在压缩工艺期间与所述颗粒状结构材料的颗粒(11)接触的设置在所述切削刃端部的所述切削刃的宽度在所述颗粒状结构材料的颗粒的直径的0.1倍和3倍之间的范围内。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述切削刃的宽度在所述颗粒状结构材料的所述颗粒的所述直径的0.3倍和2倍之间的范围内。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述切削刃的宽度在所述颗粒状结构材料的所述颗粒的所述直径的0.5倍和1倍之间的范围内。

4.根据权利要求1至3任一项所述的设备，其特征在于，所述驱动装置(3)包括电动地、或者电磁地、或者压电地、或者电液压地、或者气动地驱动的驱动装置(3)。

5.根据权利要求1至3任一项所述的设备，其特征在于，所述压缩器总成(1)及其压缩器元件(2)布置成用于在施工现场(6)的表面上方运动，在所述施工现场(6)的所述表面上将要创建所述3D结构的分层结构。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，在所述压缩器总成(1)中布置有分别具有至少一个切削刃的多个压缩器元件(2)。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，相对于所述施工现场(6)，所述压缩器元件(2)以相同的角度彼此平行地布置，或者以各自不同的角度布置。

8.根据权利要求1-3、6、7中的任一项所述的设备，其特征在于，至少一个结构(4、5)布置在所述压缩器元件(2)的每个端部(7)上。

9.一种用于创建3D结构的方法，其中，提供了待施加至施工现场(6)上方的颗粒状结构材料层，其中，将所述颗粒状结构材料至少部分地压实，并且通过部分物理或者化学硬化工艺或者熔融工艺逐层地创建所述3D结构，其特征在于，使用布置在压缩器总成(1)中的压缩器元件(2)点对点压缩所述颗粒状结构材料，所述压缩器总成(1)具有刀片，所述刀片具有至少一个切削刃，其中，在压缩工艺期间与颗粒状结构材料的颗粒(11)接触的设置在所述切削刃的端部的所述切削刃的宽度在所述颗粒状结构材料的颗粒的直径的0.1倍和3倍之间的范围内，由此，所述压缩器元件(2)通过驱动装置(3)沿着线性运动方向(12)运动。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，压缩器元件(2)沿着所述线性运动方向(12)的所述运动通过可调节的频率和/或可调节的频率过程发生。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述压缩器总成(1)中设置有多个压缩器元件(2)。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述压缩器元件(2)彼此平行地或者相对于彼此成角度地运动。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述压缩器元件(2)彼此平行地、并且相对于所述施工现场(6)垂直地或者不同于表面法线地运动。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述压缩器元件(2)在时间点处沿着不同的运动方向(12)运动。

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