CN111836720B - 用于三维打印的支撑结构 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种支撑结构(1)，用于支撑打印部件(2)并且建立建造板(3)到该打印部件(2)的连接，该部件(2)通过三维打印系统来打印，该支撑结构(1)可被布置在三维打印系统的建造板(3)上。当在支撑结构(1)的至少一个部件(4)上施外力时，支撑结构(1)的至少一个部件(4)是柔性的，以断开该建造板(3)到该打印部件(2)的连接并且分离支撑的该打印部件(2)。支撑结构(1)的特征在于，支撑结构(1)的至少一个部件(4)被设计为波纹管(4)。

Description

用于三维打印的支撑结构

技术领域

本公开涉及根据权利要求1的用于支撑部件的支撑结构，该支撑结构通过三维打印系统进行打印。本公开还涉及根据权利要求7的用于支撑打印部件的支撑结构的用途、根据权利要求8的通过三维打印系统对部件进行三维打印的方法、以及根据权利要求10的断开建造板(building plate)和打印部件之间的连接的方法。

背景技术

大多数三维打印系统生产实体上附接至建造板的部件。通常，建造板包括金属板，熔化的材料在金属板的上部逐层沉积，直到获得完整的部件。一般地，支撑结构将打印部件与建造板连接。这些支撑结构是如下的几何结构，这些几何结构使得在打印过程中减少悬垂材料的沉积。

为了将打印的部件从建造板上释放出来，必须切割或移除支撑结构。在金属部件的情形中，通常使用如带锯或线锯或电火花加工机等机械工具来完成这种切割或移除。作为替代，可以使用诸如钳子、凿子或锤子之类的手动工具来手动进行切割或移除。

无论是通过机器还是手动方式，两种方法都非常耗时，并且如果手动执行，则需要熟练的操作人员，而且这暗含出错的风险。不仅如此，手动移除支撑结构对于操作员而言是潜在的伤害来源，可能导致产品品质不均匀和潜在的缺陷，并且在经济上是不利的。

EP 3 067 332 A1公开了一种用于制造三维结构的方法，该方法包括在基础构件上形成玻璃图案，并且随后将玻璃图案与基础构件分离。为了分离基础构件和打印结构的目的，通过在基础构件的表面上施加不可烧结的糊剂，来产生另外的分离辅助层。

US 2012/0308805 A1公开了一种支撑构造以及一种在通过固体自由形式制造生成的体积中产生这种支撑构造的方法。

WO 2016/151276 A1公开了在增材制造技术中使用的支撑结构。

发明内容

本发明的目的是促进断开通过三维打印系统打印的部件与建造板之间的连接，打印部件被附接至该建造板。

该问题由根据权利要求1的一种支撑结构来解决，该支撑结构用于支撑打印部件并且建立建造板到打印部件的连接，该部件通过三维打印系统来打印，该支撑结构能够被布置在三维打印系统的建造板上，其中当在支撑结构的该部件上施加外力时，支撑结构的至少一个部件是柔性的，以断开建造板到打印部件的连接并且分离所支撑的打印部件。

此外，该问题由根据权利要求7的支撑结构的用途来解决，该支撑结构用于支撑打印部件并且建立建造板到打印部件的连接，该部件通过三维打印系统来打印。

另外，该问题由根据权利要求8的通过三维打印系统来三维打印部件的方法来解决。

该问题还由根据权利要求10的断开建造板和打印部件之间的连接的方法来解决。

根据本发明，支撑结构的至少一个部件被设计为波纹管。由于支撑结构的可变性，建造板到打印部件的连接能够通过外力断开。因此，能够分离被支撑的打印部件。波纹管的几何结构使波纹管具有柔性，并且当在波纹管的内表面上施加外力(例如流体的压力)时使波纹管具有伸长的能力。波纹管通常用于需要柔性接头以适应相邻部件的位移或部件在压力下必须发生变形的应用中，例如在加压管道的接头中。波纹管的基本形状是柱形，但是在本发明的过程中，可以使用每种可能的形状。

有利地，可以在没有任何切割或断开设备/工具的情况下，将打印部件从建造板释放。无需执行机械加工操作。因此，可以显著减少从建造板移除打印部件所需的时间。不仅如此，避免了使用手动工具来执行手动支撑的移除操作，这种操作可能产生健康和安全风险并且构成了打印部件品质变化的原因。

优选地，将波纹管布置在支撑结构的中心部分，以将支撑结构分成三个部件：在波纹管下方的第一部件、在波纹管上方的第二部件和作为第三部件的波纹管。换句话说，将波纹管插入支撑结构中，以便将结构分为三个部件。第一部件(在波纹管下方)与建造板相邻，而第二部件与打印部件相邻。

根据本发明的另一优选实施例，波纹管包括一个开口端部和一个封闭端部，其中开口端部优选地包括管连接器。开口端可以用于使波纹管变形并破坏支撑结构，例如通过将流体填充到波纹管的内部部分中。使用被布置在波纹管的开口端部上的管连接器可以有利地促进填充。

优选地，支撑结构的至少一个部件是格子状的，该至少一个部件能够被附接到打印部件和/或建造板，其中格子状部件通过几何结构件而被连接到波纹管，当在波纹管上施加外力时，在波纹管伸长的情况下，几何结构件断开。这样的几何结构件通常具有急剧的截面减小，从而在最小截面的点处产生应力集中。当波纹管通过外力作用变形时，这种形状可以实现支撑件的可预测断开。

在根据本发明的支撑结构的另一个实施例中，支撑结构的至少一个部件(特别是波纹管)根据打印部件相对于建造板的投影区域而成形。换句话说，支撑结构的至少一个部件(特别是波纹管)根据打印部件在建造板上的占地区域而成形。例如，占地区域可以是矩形或圆形的。

在本发明的优选实施例中，支撑结构由三维打印系统打印。因此，特别是包括波纹管的支撑结构可以通过三维打印系统与部件一起打印。在已经打印完支撑结构后，可以将部件直接打印在支撑结构的顶部，从而形成单个材料块。

该问题还通过使用根据本发明的一种支撑结构而得以解决，该支撑结构用于支撑打印部件并且建立建造板与打印部件的连接，该部件是通过三维打印系统打印的。

该问题被通过三维打印系统三维地打印部件的方法进一步解决，其中该方法包括以下步骤：

a)根据本发明的支撑结构被布置在建造板上，并且将支撑结构连接到建造板。

b)(实际)部件通过三维打印系统被打印在支撑结构上，其中支撑结构将建造板连接到该打印部件。

c)通过在支撑结构上施加外力，建造板和打印部件之间的连接被断开。

d)将打印部件从建造板分离。

支撑结构优选地通过三维打印系统打印，并且被布置在建造板上并被连接到建造板。最优选地，支撑结构通过与(实际)打印部件相同的三维打印系统来打印。

也可以使用非打印的支撑结构，尤其是不使用相同的三维打印系统来打印的支撑结构。但是必要的是，支撑结构被设计为在支撑结构上存在外力时改变该支撑结构的外形。也可以使用部分打印并且部分不打印的支撑结构，打印尤其是通过与打印部件相同的三维打印系统打印的。例如，(外部)非打印波纹管可以用作支撑结构的一个部件，而在波纹管上方和下方的支撑结构的其他部件被打印，尤其是通过与打印部件相同的三维打印系统。

该问题还通过一种断开建造板和打印部件之间的连接的方法来解决，该连接通过根据本发明的支撑结构来建立，并且该部件已经通过三维打印系统被打印在支撑结构上。该方法包括以下步骤：

i)导管被连接到波纹管的开口端部。

ii)优选通过管连接器将流体输送到波纹管中。

iii)向流体施加压力，以填充波纹管的内部部分并且伸长波纹管。

波纹管的伸长导致在波纹管与被布置在波纹管上方和下方的支撑结构的第一部件和第二部件之间的连接断开。因此，无需机器或手动工具等就可以容易地将打印部件从建造部件分离。

附图说明

参考以下附图的详细描述，本公开的示例的特征将变得清楚。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可能结合这些附图标记或者特征所出现的其他附图而进行描述，或者不进行描述。

图1示出了根据现有技术的用于三维打印的部件的支撑结构；

图2示出了根据本发明的用于三维打印部件的支撑结构；

图3表示波纹管的立体图；

图4表示穿过波纹管的纵向剖视图；

图5示出了包括格子状部件的支撑结构；

图6示出了根据图5的支撑结构的伸长部；

图7表示穿过填充有粉末的波纹管的纵向剖视图；

图8示出了清空根据图7的波纹管；以及

图9示出了用流体填充根据图7和图8的波纹管的内部部分。

具体实施方式

在图1中示出了支撑结构1，该支撑结构1用于支撑部件2并将部件2连接到建造板3。部件2已由三维打印系统(未示出)打印，并且已被放置在支撑结构1上，以便允许悬垂材料在打印过程中的沉积。

为了将打印部件2从建造板上释放出来，必须切割或移除支撑结构1。在金属部件的情形中，通常使用如带锯或线锯或电火花加工机等机械工具来完成这种切割或移除。作为替代，可以使用诸如钳子、凿子或锤子之类的手动工具来手动进行切割或移除。

无论是通过机器还是手动方式，两种方法都非常耗时，并且如果手动执行，则需要熟练的操作人员，而且这暗含出错的风险。不仅如此，手动移除支撑结构1对于操作员而言是潜在的伤害来源，可能导致产品品质不均匀和潜在的缺陷，并且在经济上是不利的。

图2示出了根据本发明的支撑结构1。支撑结构1将打印部件2连接到建造板3。支撑结构1包括被布置在建造板3上的第一部件6和被布置在打印部件2下方的第二部件5。附加地，支撑结构1包括第三部件4，该第三部件4被布置在支撑结构1的中心部分10处、在第一部件6上方并且在第二部件5下方。

第三部件4被设计为波纹管4。根据打印部件2的投影区域或占地区域，波纹管4是矩形。波纹管4平行于建造板3布置，这并非强制性的。相反，波纹管4相对于建造板3的任何有用的取向都是可能的。波纹管4包括形成一个开口端部9的管连接器8。如图2所示的其他类型的连接器也是可能的，例如螺纹连接器。

与开口端部相对布置的端部7是封闭的(在图2中不可见)。波纹管4由与(实际)打印部件2相同的三维打印系统所打印。

图3和图4示出了柱形波纹管4的总体功能原理。波纹管4包括波纹部11和两个光滑端部12、13。波纹管4的几何结构使波纹管是柔性的，并且当在波纹管的内表面上施加压力14时，使波纹管具有伸长的能力。图4示出了波纹管4在施加内部压力14的情况下的纵向伸长15。

支撑结构1的第一部件6和第二部件5是格子状的，并且将波纹管4分别连接到建造板3和打印部件2。该连接是通过几何结构件16进行的，如果波纹被膨胀或伸长，该几何结构件16是可以断开的。

图5示出了格子状的第一部件6和第二部件5以及连接的几何结构件16。

图6示出了当波纹管4由于内部施加压力14而伸长时几何结构16件的断开。根据本发明的支撑结构1使得当波纹管4变形时，能够预测打印部件2与建造板3之间连接的断开。

在下文中，描述通过三维打印系统三维地打印部件2的方法。

首先，通过三维打印系统将根据本发明的支撑结构1布置在建造板3上。由此，支撑结构1通过化学和/或物理粘合而被连接到建造板3。

在下一步骤中，该部件2通过三维打印系统被打印在支撑结构1上，严格地说，被打印在支撑结构1的第二部件5上，其中支撑结构1将建造板3连接到打印部件2。

作为三维打印工艺的结果，波纹管4的内部填充了粉末17。图7示出了完全填充粉末的波纹管4。图8示出了通过管连接器8使用例如压缩空气或真空清洁器来去除粉末17。

输送加压流体的导管18连续地被连接到波纹管4的管连接器8。压力被施加到填充波纹管4内部的流体。波纹管4由于施加的压力14而伸长。因此，连接16被断开，并且打印部件2从建造板3释放。

最后，可以将打印部件2从建造板3上分离。

尽管已经详细描述了一个示例，但是应当理解的是，可以修改所公开的示例。因此，前述描述应被认为是非限制性的。

Claims (11)

1.一种支撑结构，用于支撑一个打印部件并且建立建造板到所述打印部件的连接，所述部件通过一个三维打印系统来打印，所述支撑结构能够被布置在所述三维打印系统的所述建造板上，其中当在所述支撑结构的至少一个部件上施加一个外力时，所述支撑结构的所述至少一个部件是柔性的，以断开所述建造板到所述打印部件的所述连接并且分离所支撑的所述打印部件，

其特征在于：

所述支撑结构的所述至少一个部件被设计为一个波纹管。

2.根据权利要求1所述的支撑结构，其中所述波纹管被布置在所述支撑结构的一个中心部分处，以将所述支撑结构分成三个部件：在所述波纹管下方的一个第一部件、在所述波纹管上方的一个第二部件以及作为一个第三部件的所述波纹管。

3.根据权利要求1或2所述的支撑结构，其中所述波纹管包括一个开口端部和一个封闭端部。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的支撑结构，其中所述支撑结构的至少一个部件是格子状的，所述部件能够被附接到所述打印部件和/或所述建造板，其中格子状的所述部件通过几何结构件连接到所述波纹管，当在所述波纹管上施加一个外力时，在所述波纹管伸长的情况下，所述几何结构件断开。

5.根据权利要求1至2中的任一项所述的支撑结构，其中所述支撑结构的所述至少一个部件根据所述打印部件相对于所述建造板的投影区域而成形。

6.根据权利要求1至2中的一项所述的支撑结构，其中所述支撑结构由所述三维打印系统打印。

7.根据权利要求3所述的支撑结构，其中所述开口端部包括一个管连接器。

8.一种根据权利要求1至7中的任一项所述的支撑结构的用途，用于支撑一个打印部件并且建立一个建造板到所述打印部件的连接，所述部件通过一个三维打印系统来打印。

9.一种通过一个三维打印系统来三维打印一个部件的方法，包括：

a)将根据权利要求1至7中的任一项所述的支撑结构布置在建造板上，并且将所述支撑结构连接到所述建造板；

b)通过一个三维打印系统在所述支撑结构上打印所述部件，其中所述支撑结构将所述建造板连接到所述打印部件；

c)通过在所述支撑结构上施加一个外力，断开所述建造板和所述打印部件之间的连接；

d)将所述打印部件从所述建造板分离。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述支撑结构被布置在所述建造板上，并且通过所述三维打印系统被连接到所述建造板。

11.一种断开一个建造板和一个打印部件之间的连接的方法，所述连接通过至少根据权利要求4所述的支撑结构来建立，并且所述部件已经通过一个三维打印系统被打印在所述支撑结构上，所述方法包括：

i)将一个导管连接到所述波纹管的一个开口端部；

ii)通过一个管连接器将流体输送到所述波纹管中；

iii)向所述流体施加压力，以填充所述波纹管的内部部分并且伸长所述波纹管。

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