用于成型和复制对象的基于熔融沉积成型的模具、用于其制造的方法以及熔融沉积成型3D打印机

摘要

本发明提供一种用于制造3D物品(10)的方法，其中，3D物品(10)包括外层(210)和具有腔(230)的支撑结构(220)，其中，外层(210)至少部分包围支撑结构(220)，并且其中，方法包括：(a)3D打印阶段，包括：用熔融沉积成型(FDM)3D可打印材料(201)来3D打印外层(210)和支撑结构(220)，并且用填充材料(204)至少部分填充腔(230)；以及(b)后处理阶段，包括：后处理外层(210)的至少一部分，以便降低表面粗糙度。

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造3D物品(特别是模具)的方法。本发明还涉及用于使用模具(诸如所述模具)生产对象的方法。而且，本发明还涉及模具(诸如可用用于制造3D物品的方法获得的模具)。本发明进一步涉及3D打印机，该3D打印机特别可以用于执行用于制造所述3D物品(特别是所述模具)的方法。

背景技术

本领域中已知熔融沉积成型(FDM)。EP0833237例如描述了一种装置，该装置包含：可移动分配头，该可移动分配头被提供有以预定温度凝固的材料的供给；和基础构件，可移动分配头和基础构件以预定模式沿着“X”、“Y”以及“Z”轴相对于彼此移动，以通过堆积以受控速率从分配头排出到基础构件上的材料来创建三维对象。装置优选地在利用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助(CAM)软件的工艺中受计算机驱动，以随着材料被分配而生成用于分配头和基础构件的受控移动的驱动信号。三维对象可以通过沉积凝固材料的重复层直到形成形状为止来产生。可以利用在凝固时用足够的结合力附着到前一层的任何材料(诸如自硬化蜡、热塑性树脂、熔化金属、双组分环氧树脂、泡沫塑料以及玻璃)。各层基础由前一层来限定，并且各层厚度由分配头的顶端位于之前层上方的高度来限定并严密控制。

在接下来的10至20年内，数字制造将越来越多地改变全球制造业的性质。数字制造的方面中的一个是3D打印。为了使用各种材料(诸如陶瓷、金属以及聚合物)生产各种3D打印对象，当前已经开发许多不同技术。3D打印还可以用于生产然后可以用于复制对象的模具。

为了制作模具的目的，已经提议使用喷射技术。该技术使用在每次沉积后固化的可光聚合材料的逐层沉积来形成固体结构。虽然该技术产生平滑表面，但可光固化材料不是非常稳定，并且它们还具有对于注入成型应用有用的相对低的热导率。

最广泛使用的增材制造技术是称为熔融沉积成型(FDM)的工艺。熔融沉积成型(FDM)是常用于成型、原型制作以及生产应用的增材制造技术。FDM通过成层铺设材料根据“增材”原理来工作；塑料丝或金属丝从卷解开并供给材料，以生产零件。可能地，(例如对于热塑性塑料)，丝在被铺设之前熔化并挤出。FDM为快速原型制作技术。用于FDM的另一个术语是“熔融丝制造”(FFF)。本文中，应用术语“丝3D打印”(FDP)，其被认为等同于FDM或FFF。通常，FDM打印机使用热塑性丝，该丝被加热至其熔点，然后逐层(或实际上逐丝)挤出，以创建三维对象。FDM打印机相对快，并且可以用于打印复杂对象。

可以特别合适作为3D可打印材料的材料可以从由金属、玻璃、热塑性聚合物、硅树脂等构成的组选择。特别地，3D可打印材料包括从由以下材料构成的组选择的(热塑性)聚合物：ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、尼龙(或聚酰胺)、醋酸盐(或纤维素)、PLA(聚乳酸)、对苯二酸盐(诸如PET(聚对苯二甲酸乙二酯))、丙烯酸树脂(聚甲基丙烯酸酯、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))、聚丙烯(或polypropene)、聚苯乙烯(PS)、PE(诸如膨胀高冲击聚乙烯(或polyethene)、低密度(LDPE)、高密度(HDPE))、PVC(聚氯乙烯)、聚氯乙烷(Polychloroethene)等。可选地，3D可打印材料包括从由以下材料构成的组选择的3D可打印材料：脲醛、聚酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛、聚碳酸酯(PC)、橡胶等。可选地，3D可打印材料包括从由以下材料构成的组选择的3D可打印材料：聚砜、聚醚砜、聚苯砜、酰亚胺(诸如聚醚酰亚胺)等。

术语“3D可打印材料”还可以涉及两种或更多种材料的组合。通常，这些(聚合)材料具有玻璃转变温度T_g和/或熔化温度T_m。3D可打印材料将在它离开喷嘴之前由3D打印机加热到至少玻璃转变温度的温度，并且通常被加热到至少熔化温度的温度。因此，在具体实施例中，3D可打印材料包括具有玻璃转变温度(T_g)和/或熔点(T_m)的热塑性聚合物，并且打印机头动作包括将接收器物品和沉积在接收器物品上的3D可打印材料中的一个或多个加热到至少玻璃转变温度的温度(特别是加热到至少熔点的温度)。在又一实施例中，3D可打印材料包括具有熔点(T_m)的(热塑性)聚合物，并且打印机头动作包括将接收器物品和沉积在接收器物品上的3D可打印材料中的一个或多个加热到至少熔点的温度。可以使用的材料的具体示例例如可以从由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、木质素、橡胶等构成的组选择。

然而，看来FDM不是特别适于制造模具。由FDM打印的对象具有粗糙表面，并且这例如在需要光滑表面结构的光学应用中是不期望的。此外，当结构相当粗糙时，变得难以从模具释放所复制的零件。FDM通常还产生不气密的结构。再次，这在例如应用真空以便去除空气的硅树脂成型的应用中是一个问题。液体进入这些孔，使得表面粗糙，并且还使得难以从模具释放所复制的结构或所成型的形状。

EP0521813A1公开了复合形成工具，该复合形成工具通过以下方式来制造：在复合头之间固定可成形填料块，并使块仿形以与头的形状匹配，以形成具有连续表面的支撑结构。未固化复合层叠材料的层被铺设在支撑结构上且固化。

US5216616A公开了用于生产3D对象的系统和方法。作为支撑环境，可以提供一系列网状物或柱形物或封装，以便为对象提供支撑环境。

发明内容

因此，本发明的一个方面提供用于制造3D物品(“物品”)(特别是模具)的另选方法，该方法优选地还至少部分消除上述缺点中的一个或多个。本发明的另外方面提供用于使用模具(诸如特别是可用本文中所述的用于制造3D物品的方法获得的、本文中所述的模具)生产3D对象(“对象”)的另选方法，该用于生产所述对象的方法优选地还至少部分消除上述缺点中的一个或多个。而且，本发明的一个方面提供另选模具，该另选模具优选地还至少部分消除上述缺点中的一个或多个，并且该另选模具可以特别地可用本文中所述的用于制造3D物品的方法获得。此外，本发明的一个方面提供另选3D打印机，该另选3D打印机优选地还至少部分消除上述缺点中的一个或多个，并且该另选3D打印机特别地可以用于执行本文中所述的用于制造3D物品的方法。

这里我们特别提议将FDM打印用于制作可以用于根据现成结构(诸如玻璃透镜)成型对象和/或复制结构的模具。

因此，在第一方面中，本发明提供了一种用于制造3D物品的方法，特别地为用于制造3D物品的熔融沉积成型方法，其中，3D物品包括外层和具有腔的支撑结构，其中，外层至少部分包围支撑结构，其中，方法包括：(a)3D打印阶段，包括：用3D可打印材料3D打印外层和支撑结构(以提供3D打印的材料)，并且可选地用填充材料至少部分填充腔；以及可选地(b)后处理阶段，包括：后处理外层的至少一部分，特别是以便降低(外层的)表面粗糙度。特别地，(i)应用腔的填充和(ii)应用后处理中的一个或多个，甚至更特别地是应用这两者。因此，用于制造3D物品的方法可以包括以下项中的一个或多个：(i)用填充材料至少部分填充腔；以及(ii)后处理外层的至少一部分。

因此，本发明的方法在另外的方面中特别可以用于提供一种3D物品，特别是模具，该模具包括外层和具有腔的支撑结构，其中，外层至少部分包围支撑结构，并且其中，腔至少部分填充有填充材料。同样地，本发明的方法在另外的方面中特别可以用于提供一种3D物品，特别是模具，该模具包括外层和具有腔的支撑结构，其中，外层和支撑结构在(a)化学成分、(b)密度以及(c)表面纹理中的一个或多个方面有所不同。特别地，本发明的方法在另外的方面中特别可以用于提供一种3D物品，特别是模具，该模具包括外层和具有腔的支撑结构，其中，外层至少部分包围支撑结构，并且其中，腔至少部分填充有填充材料，其中，外层和支撑结构在(a)化学成分、(b)密度以及(c)表面纹理中的一个或多个方面有所不同。

因此，特别地本文中所述的3D物品，甚至更特别地作为模具的3D物品可以用本文中所述的用于制造3D物品(特别是模具)的方法来获得。因此，特别地3D物品包括模具，还甚至更特别地3D物品为模具。

出人意料地看来，可用该方法获得的3D物品可以具有用作例如注入成型(复制)工艺中的模具的足够强度和/或热稳定性。还出人意料地看来，可以创建平滑的表面，这允许可用该方法获得的3D物品用作模具。因此，在实施例中，可用用于制造3D物品的方法获得的3D物品和/或3D物品本身特别可以被配置为模具。因此，这种模具可以用于其他复制方法中。

因此，本发明提供一种容易地制作用于复制方法的相对廉价模具的卓越方式。因此，本发明允许用于复制方法的快得多且廉价得多的适配，因为传统方法包括通常在离应用复制方法的地点相当远的地点昂贵且复杂地制作模具，而凭借本发明，复制者可以容易地制作模具或从本地供应商订购这种模具。本发明特别可以用于设备的容易且快速的后期适配，该适配甚至可以定制和/或用于相对低的复制数量，而对于现有技术，一般复制中的模具在商业上仅可以以高复制数量来进行。

成型(molding or moulding)为通过使用例如称为模具或基质的刚性框或本体对液体或柔软原料进行成形来制造的工艺。模具(mold or mould)为可以用液体或柔软材料(特别像塑料材料)填充的挖空框或本体。液体在模具内部硬化或凝固，采用模具的形状。

3D物品在本文中特别是包括外层的本体，外层至少部分或者甚至整体地圆周地围绕或包围本体。特别地，3D物品由此可以包括允许3D物品用作模具的(成型)腔。(成型)腔具有由所述外层提供的表面或外表面。3D物品的本体本身可以包括(更小的)腔(本文中还指示为“内腔”)(因为如上面指示的，3D打印可以通过不完全填充非功能主体区域但提供具有这种(内)腔的支撑结构来加快)。因此，在具体实施例中，3D物品包括被外层包围的支撑结构。对于这种3D物品的许多应用，这可以是以快速方式提供这种3D物品的理想解决方案。然而，这种3D物品的特定应用(诸如当用作模具时)，看来所提供的3D物品不允许必要的处理(像表面平滑或在更高温度下使用模具)。当在更高温度下使用3D物品时或当对外表面进行表面平滑时，看来具有(3D)支撑结构(该支撑结构具有内腔)的传统模具实质上不可用。

因此，为了该目的，本发明特别提供用填充材料至少部分填充(内)腔。另选或另外地，为了该目的，本发明提供对外层的至少一部分的后处理。特别地，为了该目的，本发明特别提供用填充材料至少部分填充(内)腔和对外层的至少一部分的后处理。

这里我们提议(在实施例中)制作互连的支撑结构，使得可以容易地填充具有空的空间的区域，使得其可以变成被填充的物品。其可以由填充材料(诸如颗粒的粉末或浆料)在打印工艺期间来填充。填充材料在实施例中不必具有高机械强度。其还可以在打印之后来填充。为了该目的，最适合的是，使用为液体且然后可以聚合的材料。为了该目的，可以使用聚丙烯酸酯、聚酯以及环氧树脂中的一个或多个。另选或另外地，为了提高3D物品的导热性(导热性对于注入成型应用是重要的)，可以使用导热颗粒(诸如金属和陶瓷(例如，氮化硼和氧化铝等)、石墨)。

为了强化结构，可以应用各种材料(作为用于填充(内)腔的填充材料)。为了提高热导率，特别应用具有比支撑结构材料(实质上)更高热导率的材料。因此，在实施例中，填充材料包括具有比支撑结构更高热导率的材料。特别地，填充材料包括具有是支撑结构(以及外层)的至少2倍(诸如至少5倍)、特别是至少10倍(诸如至少20倍)、还甚至更特别地至少50倍(诸如至少100倍)高的热导率的材料。

为了将填充材料应用于(构建下的)3D物品，例如可以应用本文中所述的3D打印机。合适的打印机例如可以包括具有多个喷口的打印机。然而，另选或另外地，填充材料还可以以除了使用喷口之外的其他方式来提供(还参见下面)。进一步地，取决于(支撑和/或填充)材料的类型，填充材料可以在3D物品的打印期间和/或已大致打印3D物品之后来提供。进一步地，可以不是必须填充所有内腔，和/或不是必须完整填充所有内腔。因此，本发明的方法包括“用填充材料至少部分填充腔”。

填充材料例如可以被提供为粉末和/或液体。术语“填充材料”还可以指代多种(不同)填充材料。进一步地，填充材料可以被提供为液体(诸如浆料)，然后被干燥和/或硬化。因此，在实施例中，填充腔之前的填充材料包括液体(诸如浆料)，该液体包括金属颗粒(诸如铜和黄铜中的一个或多个)、陶瓷颗粒(诸如例如特别包括上面提及的氮化硼和氧化铝)以及碳颗粒(诸如特别包括上面提及的石墨)中的一个或多个，并且其中，方法还包括转换阶段，该换转阶段包括：将腔中的液体(诸如浆料)转换成固体填充材料，其中，转换阶段包括固化和干燥中的一个或多个。通常，用填充材料填充将在后处理阶段之前进行。然而，另选或另外地，在一个实施例中，用填充材料填充可以在后处理阶段之后进行。如将从上文清楚的，填充材料的化学成分不同于支撑结构的化学成分(并且通常还不同于外层的化学成分)。

因此，3D打印阶段特别可以包括：用3D可打印材料3D打印外层和支撑结构，以提供3D打印的材料，以及可选地用填充材料至少部分填充腔。如上面所指示的，打印和填充可以用同一装置来进行。进一步地，打印和填充可以在同一工艺期间进行，并且打印和填充还可以交替进行。进一步地，外层的一部分可以在初期提供，并且外层的一部分可以在后期提供。因此，上面所指示的打印阶段描述了制作好3D物品大致必要的动作，但如将对本领域技术人员清楚的，其中描述的动作的概要不暗示具体的必要顺序。进一步地，可选地，3D打印阶段可以包括：处理3D可打印材料，以提供所述3D打印的材料。这种处理可以包括干燥、固化、粘合、加热、用(例如UV和IR中的一个或多个)照射、施压等中的一个或多个。因此，在实施例中，3D可打印材料包括可固化材料，并且其中，3D打印方法包括：固化可打印3D可打印材料的至少一部分，以提供所述3D打印的材料。可打印材料的固化特别是(至少部分)在3D打印阶段期间执行。特别地，3D可打印材料包括熔融沉积成型材料，即，可以用于执行FDM打印(制造)工艺的材料。

生成具有支撑结构和外层(并且可选地具有被填充的内腔(填充有填充材料))的3D物品之后，在具体实施例中，可以开始后处理阶段。在又一些其他实施例中，可以省略后处理阶段。然而，特别参照后处理(阶段)描述本发明。

注意，在具体实施例中，在后处理之后，(还)可以将填充材料的至少一部分引入到内腔中。如果选择这种实施例，那么通常在填充之后，可以提供闭合物，以闭合内腔(的开口)。然而，通常，用填充材料填充在后处理阶段之前。术语“闭合物”还可以指代多个闭合物。

为了返回到后处理阶段，这是其中特别处理外层以便(进一步)使该外层平滑的阶段。FDM为趋向形成粗糙表面的技术。然而，当这种模具在应用(诸如复制透镜)中需要具有良好的释放性质以及还有平滑表面时。还需要去除在打印期间保持的气隙，使得可以在聚合之前从单体(诸如硅树脂)去除空气。当诸如以前面描述的方式提高模具的机械完整性时，可以应用各种技术来平滑表面。为了该目的，可以使用通过热焰或激光的熔化或溶剂溶解。对于溶剂平滑，最有用的材料为聚碳酸酯、ABS、PMMA以及聚苯乙烯。对于基于熔化的平滑，还可以使用晶体材料(诸如尼龙)、聚烷烃(诸如聚乙烯)等。当需要在高于用于FDM打印的材料的熔化或玻璃转变的温度下使用模具时，材料的表面变软并且可以附着。为了该目的，除了别的之外，提议用可以部分溶解并渗透FDM打印材料的材料来涂布模具的外层(表面)。随后，其可以交联，以形成不能溶解或熔化的硬表面(例如，可以应用聚丙烯酸酯、聚酯以及环氧树脂中的一个或多个)。对于激光表面改性，聚合物中可能需要激光波长吸收染料。这些染料可以被添加到聚合物或表面。因此，在一个实施例中，用于提供(至少)外层的至少一部分的可打印材料可以包括(特别是具有比(用于提供(至少)外层的至少一部分的)可打印材料更高辐射吸收的)(特别是对于UV、IR以及可见光中的一个或多个的辐射的)辐射吸收材料。另选或另外地，外层的至少一部分可以诸如通过向外层的至少一部分提供涂层来被提供有这种辐射吸收材料。

因此，例如后处理可以包括对外层或其至少一部分的一种抛光。在一个具体实施例中，后处理阶段可以包括以下中的一个或多个：(a)(诸如通过激光和/或火焰)加热外层的至少一部分；(b)溶剂溶解外层的至少一部分；以及(c)涂布外层的至少一部分。凭借这种方法，外层可以获得比可用3D打印(特别是用FDM 3D打印)获得的更平滑的表面。凭借这种方法，外层将从特别是大致初始层变为改性层。因此，在实施例中，由此可获得的外层和支撑结构在(a)化学成分、(b)密度以及(c)表面纹理中的一个或多个方面有所不同。因此，在一个实施例中，外层和支撑结构在化学成分上有所不同。

例如，可以提供另一种材料的涂层，例如还可选地包括交联向外层提供的材料，以提供所述涂层。另选或另外地，在一个实施例中，外层和支撑结构在密度上不同。例如，通过加热，外层(的表面)可以变得比支撑结构更密实，外层和支撑结构特别是可以为相同材料的。另选或另外地，在一个实施例中，外层和支撑结构在表面纹理上不同。例如，当溶解或膨胀外层(的表面)的一部分时，可以平滑表面。因此，这些选项中的每一个可以产生具有比初始外层(和实质上可以为与外层相同材料的支撑结构的表面)更低的表面粗糙度且更平滑纹理的外层。当用机械轮廓仪测量时，沿着测量线的相邻最大与最小高度之间的平均高度差应优选地低于10微米，更优选地小于5微米，并且最优选地小于1微米。

如上面所指示的，本发明还提供可用或可不用如上面所指示的用于制造3D物品的方法获得的模具本身，诸如在另外的方面中包括外层和具有腔的支撑结构的模具，其中，外层至少部分包围支撑结构，并且其中，腔至少部分填充有填充材料。在一个具体实施例中，模具(由此)可通过如本文中所限定的方法来获得。进一步地，如上面指示的，特别地，填充材料可以包括具有比支撑结构更高热导率的材料。进一步地，在一个实施例中，外层和支撑结构在(a)化学成分、(b)密度以及(c)表面纹理中的一个或多个方面有所不同。

在一个实施例中，3D物品(诸如模具)的大约例如1％-80％(诸如2％-60％，像5％-40％)的体积可以被腔体积占据，剩余部分基本上为外层和支撑结构。进一步地，腔可以具有至少100μm³(诸如至少20μm³，像500μm³)、诸如直到100ml(诸如例如直到50ml，像直到10ml，像直到1ml或甚至更小)的体积。腔可以具有不同的形状，并且不必全部是同样成形的。

上面所指示的用于制造3D物品的方法以及模具由此特别地分别是FDM方法和FDM(可获得)模具。因此，本发明特别提供了一种用于通过熔融沉积成型(例如，用如本文中所述的FDM打印机)制造3D物品的方法。

因此，如上面所指示的，本发明还提供了一种其中由此获得的3D物品用作用于复制目的的模具的方法(诸如用于生产(3D)对象(“对象”)的方法)，这种方法包括：用可固化材料(特别地通过注入成型)至少部分填充模具；至少部分固化所述可固化材料，以提供包括固化材料的所述对象，其中，模具包括外层和具有腔的支撑结构，其中，外层至少部分包围支撑结构；以及另外还特别地从所述模具去除对象。可以在该方法中使用的模具特别可以是包括外层和具有腔的支撑结构的模具，其中，外层至少部分包围支撑结构，并且其中(i)腔至少部分填充有填充材料，和/或(ii)外层和支撑结构在(a)化学成分、(b)密度以及(c)表面纹理中的一个或多个方面有所不同。因此，模具特别可通过如上所述的方法来获得。进一步地，在特别是与许多复制工艺相关的具体实施例中，填充材料包括具有比支撑结构更高热导率的材料。因此，本发明用于生产(3D)对象的方法特别是(使用如特别是本文中描述的所述模具进行的)注入成型方法。

方法的应用之一例如可以为用于制作光学组件。在这种实例中，模具表面的平滑度诸如在制作透镜、窗口等的情况下可能是必要的。因此，可固化材料可以包括适于对象的期望应用的任何材料，但在一个具体实施例中，可固化材料包括硅树脂。特别地，对象可以包括光学组件(诸如透镜、窗口(即，包括透光材料的窗口)等)。注意，在本文中术语“3D物品”特别指代可以用作模具的3D物品，并且术语“对象”用于与用作模具的3D物品进行区分，和/或与不可用如本文中所述的用于生产对象的方法获得的任何3D物品进行区分。

用于制造3D物品(特别是模具)的方法例如可以用特定打印机来应用。在另外的方面中，本发明还提供了这种打印机，诸如包括(a)打印机喷嘴和可选地(b)填充材料配料单元的3D打印机，其中，3D打印机被配置为提供3D物品，该3D物品包括外层和具有腔的支撑结构，其中，外层至少部分包围支撑结构，并且其中，在一个具体实施例中，腔至少部分填充有填充材料，其中，3D打印机还可选地包括(c)后处理阶段单元，该后处理阶段单元被配置为(特别是在后处理阶段中)后处理3D物品的外层的至少一部分，特别地以便降低(外层的)表面粗糙度。因此，打印机特别可以包括(i)填充材料配料单元和(ii)后处理阶段单元中的一个或多个。3D打印机由此特别是3D FDM打印机(或“FDM 3D”打印机或简称“FDM打印机”)。

因此，3D打印机可以被配置为执行用于制造3D物品(特别地为模具)的上述方法。打印机喷嘴可以用于提供可打印材料，从而构建外层和支撑结构。(可选)填充材料配料单元被配置为提供填充材料。在一个实施例中，填充材料配料单元(还)可以包括打印机喷嘴。进一步地，3D打印机可以包括从由加热器、辐射源(诸如UV和IR中的一个或多个)以及(向打印的可打印材料)提供压力的设备等构成的组选择的一个或多个元件。如上面所指示的，3D打印机特别可以包括(可选)后处理阶段单元。这种后处理阶段单元例如可以包括(被配置为加热所打印3D物品的外层的至少一部分的)加热单元、被配置为执行(外层的至少一部分的)溶剂溶解的单元以及(被配置为涂布所打印3D物品的外层的至少一部分)的涂布单元中的一个或多个。

在又一实施例中，3D打印机还可以包括(d)转换阶段单元，该转换阶段单元被配置为(特别在转换阶段中)将液体(诸如浆料或膏)转换为固体填充材料，其中，液体(诸如浆料)包括金属颗粒、陶瓷颗粒以及碳颗粒中的一个或多个，并且其中，转换阶段单元被配置为(特别是在转换阶段中)固化和/或干燥液体(诸如浆料)；并且其中，(可选)后处理阶段单元被配置为(特别是在后处理阶段中)应用i)加热外层的至少一部分；(ii)溶剂溶解外层的至少一部分以及(iii)涂布外层的至少一部分中的一个或多个。作为浆料的另选，可以使用膏。在本文中，本发明进一步关于浆料来限定，但本发明不限于浆料作为液体的实施例。

附图说明

现在将参照示意性附图仅用示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记指示对应的部分，并且在附图中：

图1示意性描绘了3D物品(诸如模具)的实施例；

图2a-图2b示意性描绘了用于生产3D物品(诸如模具)的非限制性数量的实施例；

图3a示意性描绘了图1的3D物品的一部分在后处理阶段之前和之后的放大图；

图3b示意性描绘了模具的实施例在后处理之后的另一放大图；

图4a-图4b示意性描绘了3D打印机的一些方面。

附图不必是按比例。

具体实施方式

图1示意性描绘了3D物品10(特别是模具20)，该3D物品10包括外层210和具有腔230的支撑结构220，其中，外层至少部分包围支撑结构220，并且其中，腔230至少部分填充有填充材料204。物品10的主体用附图标记200来指示。主体200可以特别包括支撑结构220，该支撑结构220包括腔230。进一步地，在本发明中，一个或多个腔230包括填充材料204。因此，在本发明的目的中，主体200还可以包括填充材料204。外层210和支撑结构220的材料在实施例中可以基本相同。填充材料204通常将在成分上与支撑结构材料不同。

假定3D物品10为模具20，如这里示意性描绘的，模具20可以包括模具开口或模具腔，该模具开口或模具腔用附图标记22来指示，并且用于如从现有技术模具加工已知的生产3D对象的至少一部分。附图标记222指示支撑结构的外层。由于3D物品10的后处理，支撑结构的外层222将保持未处理，而外层210(或至少其表面)将被处理。这特别地导致差异(特别是在其表面中)。例如，它们可以在(a)化学成分、(b)密度以及(c)表面纹理中的一个或多个方面不同。

图2a-图2b示意性描绘了制造3D物品10的工艺的非限制性步骤(但不包括后处理阶段)。这些图集中于3D打印阶段。填充腔之前的填充材料可以包括诸如浆料205的液体，该浆料205包括金属颗粒、陶瓷颗粒以及碳颗粒中的一个或多个，并且其中，方法还可以包括转换阶段，该转换阶段包括将腔中的浆料转换成固体填充材料204，其中，转换阶段包括固化和干燥中的一个或多个。本文中，液体参照浆料205来进一步描述，但还可以应用除了浆料之外的液体(并且该液体可选地转换成填充材料204)。因此，打印阶段例如可以包括注入和分配填充材料(或其前体，诸如液体，像浆料205)中的一个或多个。附图标记202指示3D打印的材料。当打印时，如本领域中已知的，3D可打印材料是柔性的，而3D打印的材料比3D可打印材料更硬。在实施例中可以同时打印3D可打印材料并用填充材料(或其前体)进行填充，或使用多个3D打印和填充步骤，从而逐步生成(准备好的)3D物品(参见图2a)。另选地，可以首先至少部分或甚至大致整体上创建3D支撑结构(和外层210)，然后用填充材料进行填充(图2b)。在这两个示意性描绘的工艺实施例中，填充材料被提供为液体填充材料(浆料)205，然后被干燥和/或固化。然而，其他实施例也是可能的，包括用颗粒填充材料204进行填充。因此，图2a-图2b示意性描绘了用于生产3D物品(诸如模具20)的非限制性数量的实施例。

图3a示意性描绘了图1的3D物品的一部分在后处理阶段之前和之后的放大图。在后处理之前，表面纹理相对粗糙，并且这适用于外层210以及支撑结构220。然而，在后处理之后，外层210可能已经经受用于降低表面粗糙度的一个或多个方法。箭头之后示意性描绘了结果。这种处理将对底层支撑结构220(和3D打印材料202的其余部分)没有影响或具有更少影响。图3b示意性描绘了模具的实施例在后处理之后的另一放大图。这里，后处理例如可以已经包括涂布步骤。描绘了涂层217，相对于未涂布外层210，该涂层降低了外层210的表面粗糙度。

图4a-图4b示意性描绘了3D打印机的一些方面。附图标记500指示3D打印机。附图标记530指示被配置为3D打印(特别是FDM3D打印)的功能单元；该附图标记还可以指示3D打印阶段单元。这里，仅示意性描绘了用于提供3D打印材料的打印机头(诸如FDM 3D打印机头)。附图标记501指示打印机头。本发明的3D打印机可以特别包括多个打印机头，但其他实施例也是可能的。附图标记502指示打印机喷嘴。本发明的3D打印机可以特别包括多个打印机喷嘴，但其他实施例也是可能的。附图标记320指示可打印3D可打印材料(诸如上面指示的材料)的丝。为了清晰，未描绘3D打印机的全部特征，仅描绘了对于本发明特别相关的那些特征。3D打印机500被配置为通过在接收器物品550上沉积多个丝320来产生3D物品10，其中，每个丝20包括3D可打印材料(诸如具有熔点T_m的材料)。3D打印机500被配置为加热打印机喷嘴502的丝材料上游。这例如可以用包括挤出和/或加热功能中的一个或多个的设备来进行。这种设备用附图标记573来指示，并且被布置在打印机喷嘴502的上游(即，时间上在丝材料离开打印机喷嘴502之前)。附图标记572指示具有(特别是线形式的)材料的线轴。3D打印机500将该材料转换成丝或纤维320。在丝上一个丝一个丝地布置丝，可以形成3D物品10。

图4b示意性描绘了包括后处理阶段单元510的3D打印机500的实施例。3D打印机包括打印机阶段单元530，该打印机阶段单元530至少包括用于用3D可打印材料打印的打印机头(参见图4a)。可选地，该打印机阶段单元530可以包括材料配料单元504，该材料配料单元504被配置为提供填充材料。还可选地，特别是结合材料配料单元504，打印机阶段单元530可以包括转换阶段单元520。特别地，转换阶段单元520可以被配置为将例如由材料配料单元504提供的浆料205转换成固体填充材料204。因为材料配料单元504和转换阶段单元520可选地包括在打印机阶段单元530中，使用虚线。进一步地，3D打印机500可以可选地包括后处理单元510。可选地，3D打印机设备可以包括从一个阶段向另一个阶段运输3D打印机的运输部件(未描绘)。3D打印机500可以包括比本文中示意性指示的元件和/或单元更多的功能元件和/或单元。

不言而喻，其他特征可以被构建于这种模具中。例如，在使用模具期间需要水冷却时，那么可以设计合适的通道，并使通道进入模具，以便启用水冷却。

术语“大致”(诸如在“大致由……构成”中的)在本文中将被本领域技术人员理解。术语“大致”还可以包括具有“整体”、“完全”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，还可以去除形容词大致的。在适用的情况下，术语“大致”还可以涉及90％或更高(诸如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别地99.5％或更高，包括100％)。术语“包括”还包括其中术语“包括”意指“由……构成”的实施例。术语“和/或”特别涉及“和/或”之前和之后提及的项中的一个或多个。例如，短语“项1和/或项2”以及类似短语可以涉及项1和项2中的一个或多个。术语“包括”在实施例中可以指代“由……构成”，但在另一实施例中还可以指代“含有至少所限定的物种，且可选地含有一个或多个其他物种”。

此外，说明书与权利要求中的术语第一、第二、第三等用于在类似的元件之间进行区分，并且不必用于描述相继顺序或时间顺序。要理解，这样所用的术语在适当环境下可互换，并且本文中所述的发明的实施例能够以除了本文中所述或图示的顺序之外的其它顺序来操作。

设备在本文中除了别的之外在操作期间来描述。如对本领域技术人员将清楚的，本发明不限于操作方法或操作中的设备。

应注意，上面提及的实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求范围的情况下设计许多另选实施例。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其词形变化的使用不排除除了权利要求中所陈述的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件和借助于合适编程的计算机来实施。在列举若干部件的设备权利要求中，这些部件中的若干可以由硬件的同一项来体现。仅凭在互相不同的从属权利要求中记载某些措施的事实不指示这些措施的组合不能有利地使用。

本发明还应用于包括说明书中所述和/或附图中所示的表征特征中的一个或多个的设备。本发明还涉及包括说明书中所述和/或附图中所示的表征特征中的一个或多个的方法或工艺。

为了提供附加的优点，可以组合本专利中所讨论的各种方面。此外，特征中的一些可以形成一个或多个分案申请的基础。

实验

制作具有支撑结构的模具。支撑结构和外层例如由ABS、聚苯乙烯或PC制成。支撑结构中的腔填充有高度导热的石墨复合材料(石墨作为填充材料)。

使两个不同的零件处于彼此的顶部上，并且然后用然后聚合的液体硅树脂填充成型腔(即，用于填充有可聚合材料以便创建3D对象的腔)。随后，加热模具，并且硅树脂聚合(固化)。打开模具，并且将所成型的对象释放。使用不同类型的模具，模具中的一些在没有填充材料和用于表面平滑的后处理的情况下制作，一些模具仅具有后处理，一些模具仅具有填充材料，并且一些模具具有填充材料和后处理这两者。没有表面处理和填充材料的FDM制作的模具不能用于复制技术。模具变形。这同样适用于具有表面处理但没有填充材料的模具。表面处理(诸如加热)中的一些导致模具的变形。具有填充材料的那些模具能够承受复制条件(诸如提升的温度)。然而，仅后处理之后的模具提供具有平滑表面并且可以从模具相对容易地去除的3D物品。获得具有相对很平滑的表面的透镜。