排出體積流的方法
【專利摘要】在一種用于分配連續(xù)液滴的體積流以通過具有液相的并且能凝固的材料制造三維產(chǎn)品的方法中，將液相材料引入材料儲蓄器內(nèi)。為液相施加壓力(p)，以便從可循環(huán)的出口中分配液滴形式的材料，以在構(gòu)造空間內(nèi)構(gòu)造三維產(chǎn)品。由于在液相材料的粘度改變時(shí)，通過調(diào)節(jié)的方式重新調(diào)整包括壓力(p)、出口的循環(huán)時(shí)間(tB)或循環(huán)運(yùn)動(dòng)(SB)、或溫度(θ)的一個(gè)過程參數(shù)，同時(shí)保持其他的過程參數(shù)，以便實(shí)現(xiàn)預(yù)定的液滴尺寸，提供了一種實(shí)現(xiàn)恒定的不連續(xù)體積流的方法。
【專利說明】排出體積流的方法
[0001] 交叉引用相關(guān)申請
[0002] 本申請要求于2012年3月14日提交的德國專利申請?zhí)?0 2012 004988. 9的優(yōu) 先權(quán)，在本說明書中納入該申請的公開內(nèi)容以作參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于排出由連續(xù)液滴組成的體積 流以生產(chǎn)三維物體的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 從DE 10 2004 025 374 Al中已知這種方法，其中，排出反應(yīng)元件的液滴，并且這 些液滴與在基底上存在的基礎(chǔ)反應(yīng)元件進(jìn)行接觸，以便逐層生產(chǎn)具有不同材料特征的三維 物體。這產(chǎn)生物體部分，其中，獲得從一個(gè)材料特征到另一個(gè)材料特征的漸變。根據(jù)被測層 的厚度，可調(diào)節(jié)液滴尺寸，而無需注意加工材料的粘度，該粘度可最終在制造過程中變化。
[0005] 從EP 1 886 793 Bl中可知，在注射成型技術(shù)中將已知的塑化單元和加壓的材料 儲存裝置耦合，以生產(chǎn)液相材料。為了在構(gòu)造室中在物體支架上制造物體，通過排出口以液 滴形式排出該材料，由于材料的粘合強(qiáng)度，所以這需要施加高壓并且一般還施加高溫。
[0006] 在該裝置中，使用通常在注射成型中使用的標(biāo)準(zhǔn)材料的塑料部件生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)與為 單項(xiàng)或小批量生產(chǎn)而生產(chǎn)塑料部件的可能性相結(jié)合。允許不使用模具來生產(chǎn)部件，這些部 件具有與注射成型部件的性能相似的性能。
[0007] 為了生產(chǎn)這種單獨(dú)部件或小批量尺寸，例如，樣品，也已知進(jìn)一步的制造工序，這 些工序普遍稱為"原型制作"和"快速制造"。生產(chǎn)這種部件，無需使用模具，即，無需使用形 成模具，在大部分情況下，根據(jù)3D數(shù)據(jù)生產(chǎn)幾何圖形。使用適當(dāng)?shù)姆绞剑ɡ?，通過應(yīng)用熱 量來熔化粉末層，例如，通過激光）、生成系統(tǒng)（例如，印刷工序）（通過不同的方式限制粉末 顆粒）或者還使用所謂的熔化帶方法，生產(chǎn)這些具有各種形式的幾何圖形。
[0008] 實(shí)際上，人們發(fā)現(xiàn)，在使用從EP 1 886 793 Al中已知的用于進(jìn)行生產(chǎn)的方法時(shí)， 一個(gè)部件需要較長的構(gòu)造時(shí)間。雖然通過幾何構(gòu)造在熔體壓力發(fā)生器中并且因此在整個(gè)系 統(tǒng)中保持盡可能少的熔體，但是另一方面，這種量不能太少，這是因?yàn)榉駝t在排放液滴時(shí)， 出口的每個(gè)開口對壓力水平的動(dòng)態(tài)影響很大，由于其慣性，所以熔體壓力控制器不能跟蹤 該壓力水平。另一方面，所排出的塑料的量取決于以下參數(shù)：溫度、在壓力發(fā)生器內(nèi)的液化 熔體、熔體壓力和出口噴嘴的幾何圖形以及出口的孔板的打開時(shí)間和行程，并且還取決于 受到總停留時(shí)間的影響的熔化材料的粘度。此外，塑料材料的固有粘度以更高的切變速率 減小粘度，這進(jìn)而影響液滴尺寸及其與先前已經(jīng)排出的液滴結(jié)合的趨勢。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)還公開了一種測量方法，其中，確定每單位時(shí)間從噴嘴中排出的材料。該 值表示為g/l〇分鐘，通過活塞促使塑料材料穿過直徑為2. 095mm的噴嘴。借助重量施加 所需要的力。在規(guī)定值時(shí)，必須始終規(guī)定所使用的測試溫度和標(biāo)稱質(zhì)量。根據(jù)DIN EN ISO 1133限定該方法。在確定通過這種方式建立的與熔體流動(dòng)速率對應(yīng)的MFI值時(shí)，僅僅在限 定的操作點(diǎn)上確定塑料材料的流動(dòng)性。不考慮在過程參數(shù)改變時(shí)（尤其根據(jù)停留時(shí)間）的 流動(dòng)性的任何變化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 基于該現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于，提供一種實(shí)現(xiàn)恒定的不連續(xù)的體積流的方 法。
[0011] 通過具有權(quán)利要求1的特征的方法，實(shí)現(xiàn)該目的。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，在起始點(diǎn)或參考點(diǎn)處確定與過程相關(guān)的瞬時(shí)初始固有粘度，并且該 粘度通過過程控制件用作液滴尺寸的校正變量。優(yōu)選地，控制變量是在材料儲存裝置中的 壓力，其中，每個(gè)排出液滴的壓力生成輸送件的平均位移粘度被確定為被測變量，并且其隨 著恒定的過程參數(shù)的變化用作壓力的校正變量?；蛘?，開口的各個(gè)循環(huán)時(shí)間或閉合時(shí)間tB、 或各個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)Sb或行程、或在此處優(yōu)選地使用的固體接頭的孔徑用作控制變量。原則上， 熔化溫度0也適于用作控制變量，但是由于其反應(yīng)相當(dāng)慢并且有時(shí)是非線性地，所以明顯 更難以建立閉環(huán)控制器。這種閉環(huán)控制器具有高D分量或者必須用作模糊閉環(huán)控制器。
[0013] 閉環(huán)控制能夠補(bǔ)償由例如原材料批次相對于獨(dú)立測量的模型參考點(diǎn)的波動(dòng)造成 的一般固有粘度的干擾影響或差異。材料在材料儲存裝置中的停留時(shí)間也可引起相似的干 擾影響。
[0014] 通過輸送件，例如，注射螺栓，有利地施加壓力，止回閥作為閉合件安裝在該輸送 件上。這種止回閥可顯示出泄漏流，在確定控制算法的特征值時(shí)，可由校正因子考慮該泄漏 流。
[0015] 從從屬權(quán)利要求以及一個(gè)示例性實(shí)施方式的以下描述中，展現(xiàn)出其他的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 下面參照在圖中示出的一個(gè)示例性實(shí)施方式，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中：
[0017] 圖1示出用于確定系統(tǒng)特征值和初始液滴尺寸的流程圖；
[0018] 圖2示出確保具有壓力的恒定液滴尺寸作為控制變量的特征值控制的流程圖；
[0019] 圖3示出用于制造三維物體的裝置的部分剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 現(xiàn)在，參照附圖，使用實(shí)例，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。然而，實(shí)施方式僅僅是示例不應(yīng) 將本發(fā)明概念限于特定配置。在詳細(xì)描述本發(fā)明之前，應(yīng)指出的是，不限于該裝置的特定元 件以及特定方法步驟，這是因?yàn)檫@些元件和方法可變化。在本文中使用的術(shù)語僅僅旨在描 述特定的實(shí)施方式，而非通過限制的方式使用。此外，如果整體環(huán)境并未明確地另有說明， 在說明書或權(quán)利要求使用單數(shù)或不定冠詞時(shí)，這也包括多個(gè)所述部件。
[0021] 在查看根據(jù)圖1和圖2的步驟之前，首先，根據(jù)圖3,解釋用于生產(chǎn)三維物體50或 由能凝固材料制成的元件的裝置。在開始時(shí)是液相或者可液化的材料用于通過連續(xù)排出液 滴70來生產(chǎn)三維物體50。這可例如繼續(xù)進(jìn)行使得從排放單元12的出口 12b中連續(xù)排出單 獨(dú)的液滴70,以便在位于通過驅(qū)動(dòng)單元16相對于出口 12b可移動(dòng)的物體支架13上的構(gòu)造 室20中，逐片地生成物體50。能凝固材料是塑化材料，例如，硅樹脂，或可塑化材料，例如， 熱塑性塑料或?qū)嶋H上粉狀材料。這些材料可為通?？色@得的并且從而相對便宜的注射成型 材料，這是因?yàn)椴恍枰貏e快速的原型制作材料。該材料還可為在接觸熱量時(shí)可逆地熔化 的材料，因此，該材料可再循環(huán)。如果所述材料可由該裝置塑化并且首先可由至少一個(gè)排放 單元12排出，可使用任何其他材料。
[0022] 該材料可在設(shè)置在支撐臺15上的處理單元11中塑化或處理并且由壓力生成單元 10加壓。壓力P將液滴70的形成以及由此待制造的物體50的質(zhì)量確定為熔化溫度0或 出口 12b的循環(huán)時(shí)間tB或循環(huán)運(yùn)動(dòng)sB。液滴70的期望體積尤其在從0. 01到Imm3的范圍 內(nèi)。出口 12b的直徑尤其小于或等于Imm,優(yōu)選地大約為0. 1_。在輸送件的完全傳統(tǒng)的輸 送速度為l〇〇cm/S時(shí)，所述輸送件通過直徑為0. Imm的所謂的針狀澆口輸送熔體，按照面積 為體積流獲得10, 〇〇〇m/S值。這在假塑性質(zhì)量中產(chǎn)生流速高達(dá)10, OOOm/s的層狀正面流動(dòng)。
[0023] 在材料儲存裝置12c內(nèi)的液相材料可通過由驅(qū)動(dòng)部分12a驅(qū)動(dòng)的出口 12b排出， 以產(chǎn)生物體50。在出口 12b處，可使用根據(jù)DE 10 2009 030 099B1優(yōu)選地采用固體接頭的 形式的孔板。
[0024] 經(jīng)處理的材料通常是所謂的非牛頓流體。其固有粘度n嚴(yán)重取決于任意的工序 設(shè)置，例如，溫度、壓力、在熱量下的停留時(shí)間、初始固體的干燥程度等。然而，從要形成的 CAD模型部件中計(jì)算的薄片結(jié)構(gòu)優(yōu)選地基于恒定的液滴尺寸。然而，由于固有粘度與液滴尺 寸成反比，所以在構(gòu)造物體50的同時(shí)，需要補(bǔ)償固有粘度的暫時(shí)變化或者需要相對于批次 間的變化從一開始就進(jìn)行這種調(diào)整。以下方法用于該目的。
[0025] 為了確保排出由連續(xù)液滴組成的優(yōu)選地恒定的連續(xù)體積流，將液相材料引入材料 儲存裝置12c內(nèi)。將壓力p施加給位于材料儲存裝置12c內(nèi)的液相材料。在該壓力下，從 可循環(huán)的出口 12b中以液滴70的形式排出材料，以便從而在構(gòu)造室20內(nèi)構(gòu)造三維物體50。 液相具有溫度9。
[0026] 為了保持體積流恒定，在液相材料的粘度改變的情況下，控制跟蹤包括壓力p、出 口 12b的循環(huán)時(shí)間tB或循環(huán)運(yùn)動(dòng)sB、或溫度0的其中一個(gè)過程參數(shù)，同時(shí)保持其他過程參 數(shù)。為此，在根據(jù)圖1的步驟100中，測量必要的參數(shù)，即，尤其是壓力P Utl)、通過孔板的從 理論上計(jì)算的吞吐容量VdUci)、通過止回閥27的閉鎖環(huán)的泄露容量Vjtci)以及材料的溫度 e。此外或可替換的，可測量每秒的液滴數(shù)的頻率f、輸送件的行程s、出口 12b的循環(huán)時(shí)間 tB或循環(huán)運(yùn)動(dòng)sB、容納輸送螺栓26的處理單元的橫截面面積As以及出口的直徑d D。
[0027] 在后文中，描述了通過由輸送件（螺栓26)產(chǎn)生的壓力p構(gòu)成的控制變量控制恒 定的液滴體積。然而，如上所述，如果其他過程參數(shù)另外恒定，那么出口 12b的循環(huán)時(shí)間tB、 循環(huán)運(yùn)動(dòng)sB或溫度0可用作控制回路的控制變量。
[0028] 在部件制造的起始（參考）時(shí)間
[0029] tQ = nQ/f (公式 1)
[0030] (即，在時(shí)間h形成IItl個(gè)液滴），形成參考特征，作為理論粘度的替代，其中，h是 在該時(shí)間后排出了 Iltl個(gè)液滴以及在稍后的時(shí)間t，該時(shí)間是測量間隔h的任何整數(shù)倍：
【權(quán)利要求】
1. 一種排出由連續(xù)液滴（70)構(gòu)成的體積流以制造由能凝固的材料制成的三維物體 (50)的方法，所述能凝固的材料在開始時(shí)具有液相，或者可液化以產(chǎn)生液相，所述方法具有 以下步驟 將液相材料引入材料儲存裝置（12c)內(nèi)， 在所述材料儲存裝置（12c)內(nèi)的所述液相材料上生成壓力（p)， 從可循環(huán)的出口（12b)中逐滴地排出所述材料，以在構(gòu)造室（20)內(nèi)構(gòu)造三維物體 (50)， 其中，所述液相材料具有取決于溫度（9)的粘度， 其中，在制造所述三維物體期間，跟蹤至少一個(gè)過程參數(shù)，同時(shí)保持其他過程參數(shù)，以 適應(yīng)于液滴尺寸， 其特征在于，連續(xù)地檢測所述液相能凝固的材料的粘度的變化，并且在所述液相材料 的所述粘度改變的情況下，跟蹤包括在所述材料儲存裝置（12c)內(nèi)的壓力（p)、出口（12b) 的循環(huán)時(shí)間（tB)或循環(huán)運(yùn)動(dòng)（SB)、或溫度（0)的至少一個(gè)過程參數(shù)，同時(shí)保持其他過程參 數(shù)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的液滴尺寸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過滾動(dòng)的方法動(dòng)態(tài)地確定用于跟蹤恒 定的液滴體積的被測變量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，由輸送件施加壓力（p)，每個(gè)排出液 滴（70)的輸送件的平均位移速度作為被測變量轉(zhuǎn)換成控制回路的控制變量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述輸送件是將所述液相材料輸送到所 述材料儲存裝置（12)內(nèi)的螺栓（26)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述輸送件包括具有泄漏流的止回閥 (27)，通過確定校正因子（K*)，在控制系統(tǒng)中考慮所述泄漏流。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，閉環(huán)控制器是比例控制器，并 且通過比例控制算法校正特征值。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在檢測被測變量時(shí)，預(yù)先確定 或預(yù)先計(jì)算系統(tǒng)特定和材料特定的限制值，如果超過所述限制值，那么檢測系統(tǒng)缺陷。
【文檔編號】B41J2/045GK104334354SQ201380013978
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月14日
【發(fā)明者】赫伯特·凱布勒, 埃伯哈德·迪夫內(nèi), 奧利弗·謝斯林 申請人:阿博格有限公司