阅读说明：本技术 增材制造的玩具搭建积木 (Building block is built to toy of vibration material disk ) 是由 L.T.乔汉森 R.施利赫丁 R.哈达尔 R.米凯尔森 于 2018-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及使用增材制造技术作为制造工艺制造由聚合物材料制成的玩具搭建元件的方法。本发明还涉及通过所述增材制造工艺产生的玩具搭建元件。(The present invention relates to a method of manufacturing a toy building element made of a polymer material using additive manufacturing techniques as a manufacturing process. The invention also relates to a toy building element produced by said additive manufacturing process.)

增材制造的玩具搭建积木

技术领域

本发明涉及使用增材制造技术作为制造工艺制造由聚合物材料制成的玩具搭建(building)元件(element)的方法。本发明还涉及通过所述增材制造工艺制造的玩具搭建元件。

背景技术

增材制造，也称作3D打印，指的是如下的用于构建三维物体的工艺：其中所述物体以逐层方式或者通过连续地添加材料而构建以形成所述三维物体。所述三维物体可为各种各样的形式和几何形状并且是通过使用计算机辅助设计(CAD)软件而构建的，所述软件控制材料在新添加的材料的顶上的陆续添加。

玩具搭建元件已经制造和销售了许多年。一种类型的玩具搭建元件可称为传统的盒形搭建积木(brick)，其在上侧设置有球形突起(knob)并且在下侧设置有互补的管(tube)。这样的盒形搭建积木被首次公开于US 3,005,282中并且现今以商标名和制造和销售。

已知，例如从YouTube已知，使用涉及基于长丝挤出的增材制造技术的增材制造技术构建玩具搭建元件。然而，该技术特征在于其差的维度(尺寸，dimensional)精度和低的灵敏性，使得无法通过基于长丝挤出的增材制造技术生产具有复杂几何形状的三维物体。而且，通过使用基于长丝挤出的增材制造技术的打印机制造的物体具有不平坦的表面并且肉眼可看见单独的层。

因此，需要开发和/或改进能够构建具有维度精度、可接受的表面粗糙度和可接受的可视外观的玩具搭建元件的增材制造技术。

发明内容

本发明涉及使用增材制造技术制造玩具搭建元件的新型方法。本发明的发明人们已经惊讶地发现，可增材制造如下的玩具搭建元件：其具有改善的维度精度、改善的表面粗糙度和改善的可视表面外观，使得肉眼看不见材料的单独添加。

在第一方面中，本发明涉及使用增材制造技术制造由聚合物材料制成的玩具搭建元件的新型方法，条件是所述玩具搭建元件不是使用涉及基于长丝挤出的增材制造技术的增材制造工艺构建的。

在第二方面中，本发明涉及增材制造的由聚合物材料制成的玩具搭建元件，其是使用不是基于长丝挤出的增材制造技术的技术构建的。

附图说明

图1显示传统的盒形2*4积木。

具体实施方式

本发明涉及使用增材制造技术制造由聚合物材料制成的玩具搭建元件的新型方法，条件是所述玩具搭建元件不是使用涉及基于长丝挤出的增材制造技术的增材制造工艺构建的。

如本文中使用的术语“玩具搭建元件”包括在上侧设置有球形突起并且在下侧设置有互补的管的盒形搭建积木形式的传统的玩具搭建元件。所述传统的盒形玩具搭建积木首次公开于US 3,005,282中并且被以商标名和广泛销售。该术语还包括由LEGO Group之外的其它公司生产并且因此以商标LEGO之外的其它商标销售的其它类似的盒形搭建积木。

术语“玩具搭建元件”还包括形成玩具搭建组的一部分的其它种类的玩具搭建元件，所述玩具搭建组典型地包括彼此相容并且因此可彼此互相连接的多个搭建元件。这样的玩具搭建组也以商标LEGO，比如举例来说积木、Technic和销售。这些玩具搭建组的一些包括如下的玩具搭建图形(外形，figure)：其在下侧具有互补的管，使得所述图形可连接至所述玩具搭建组中的其它玩具搭建元件。这样的玩具搭建图形也被术语“玩具搭建元件”涵盖。该术语还包括由LEGO Group之外的其它公司生产并且因此以商标LEGO之外的其它商标销售的类似的玩具搭建元件。

所述玩具搭建元件是通过增材制造而产生的。如本文中使用的术语“增材制造”或“增材制造的”意指所述积木是如下以增材方式(即通过将新的材料添加到基底的顶上或者新添加的材料的顶上)而构建的：通过重复地将薄的液体层或者液滴凝固在基底上或者先前凝固的液体层或液滴上、或者通过重复地用热塑性聚合物材料在基底上或者先前打印的塑料材料上打印、或者通过塑料材料以增材方式的反复焊接(例如通过使用激光)。

在一些实施方式中，所述增材制造技术为光聚合增材制造或者热塑性材料增材制造。热塑性材料增材制造的合适实例包括基于液体的增材制造、基于调色剂的增材制造、基于粉末的增材制造和基于颗粒料(granulate)的增材制造。

光聚合增材制造是其中液体、能量/辐射固化性树脂和/或光聚合物对于能量而反应的工艺。当暴露于能量(光、激光、UV等)时，化学过程被引发，并且所述树脂凝固。然后重复该过程以添加材料和产生三维形状。一些基于增材制造光聚合的技术基于被选择性地暴露于能量(激光、光、UV等)的经液体填充的容器，而一些技术基于树脂的喷射或沉积以及随后的固化过程。这些工艺中使用的材料还可包括填料、纤维、添加剂等。

热塑性材料增材制造是这样的工艺：其中当被加热或者通过化学品、压力或者任何其它手段被液化时，聚合物变成柔韧的或者柔软的，使得进料至3D打印机的材料为热塑性液体的形式。这些技术可首先将热塑性材料熔融/半熔融/液化，然后将其选择性地沉积，或者首先沉积所述材料，然后将其选择性地熔融/半熔融/烧结，使得新沉积的材料结合在层内和层之间。之后，所述材料在被冷却或者所述化学品从所述聚合物扩散/蒸发出来时硬化，或者通过任何其它手段将所述材料凝固。然后重复所述增材制造过程以添加材料和产生三维形状。这些工艺中使用的材料还可包括填料、纤维、添加剂等。

如本文中使用的术语“基于液体的增材制造”意指，在将聚合物沉积到基底上或者先前沉积的液体层或者液滴上之前，所述聚合物为液体状态。该液体是在未使用热的情况下获得的。

如本文中使用的术语“基于调色剂的增材制造”意指，在将聚合物沉积到基底上或者先前沉积的粉末上之前，所述聚合物为固体粉末状态。所述粉末具有尺寸最高达30μm的非常细颗粒的形式。不需要化学添加剂来将所述粉末保持为该状态。

如本文中使用的术语“基于粉末的增材制造”意指，在将聚合物沉积到基底上或者先前沉积的粉末上之前，所述聚合物为固体粉末状态。所述粉末具有尺寸大于30μm的细颗粒的形式。不需要化学添加剂来将所述粉末保持为该状态。

如本文中使用的术语“基于颗粒料的增材制造”意指，在将聚合物熔融，然后沉积在基底上或者先前沉积的颗粒料上之前，所述聚合物为固体粒料(pellet)状态。这样的固体粒料状态也被用于注射模塑中。不需要化学添加剂来将所述粉末保持为该状态。

在所述增材制造工艺中，将材料的第一层或液滴添加到基底上。在典型的实施方式中，所述基底为构建平台，其在已经获得最终的三维物体时被从所述三维物体分离。在另外的实施方式中，所述基底可为形成最终的三维物体的一部分的部件。这样的部件的合适实例可为板或管或盒或者注射模塑的玩具搭建元件。所述部件可由聚合物材料制成，或者所述部件可由金属材料、木材或者陶瓷制成。

为了制造具有悬垂物或其它复杂几何形状的元件，可需要支持结构。该结构可由与玩具搭建元件相同的材料制成，或者其可由支持材料制成。增材制造工艺与如以上所描述的对于构建材料的增材制造工艺相同。唯一区别是，该结构或支持材料需要之后被除去。除去过程可手动地、在液体或腔室中半自动地或者甚至以完全自动化过程进行。

总的增材制造过程可分成4个步骤：

-预打印步骤，其包括玩具搭建元件的实际打印之前的所有过程并且涵盖了关于材料处置(比如控制温度、水分水平等)、机器准备(比如清洁、校准、加热等)和文件准备(比如切片以及在打印机的构建腔室中的数字定位)的所有过程，

-打印步骤，其为使用任意所提及的产生玩具搭建元件的技术来实际构建玩具搭建元件的过程，

-任选地，结构或支持材料除去步骤，其为从玩具搭建元件几何结构除去支持材料或结构的过程，和

-任选地，后处理步骤，其指的是涵盖表面处理以影响和/或改善表面品质比如表面粗糙度的任何过程。

在一个实施方式中，所述玩具搭建元件是使用光聚合增材制造而构建的。在另一实施方式中，所述玩具搭建元件是使用热塑性材料增材制造而构建的。在还一实施方式中，所述玩具搭建元件是使用基于液体的增材制造而构建的。在又一实施方式中，所述玩具搭建元件是使用基于调色剂的增材制造而构建的。在另一实施方式中，所述玩具搭建元件是使用基于粉末的增材制造而构建的。在还一实施方式中，所述玩具搭建元件是使用基于颗粒料的增材制造而构建的。

本发明还涉及通过根据本发明的方法制造的玩具搭建元件。

根据本发明的玩具搭建元件的一个重要的有益特征是，与YouTube上显示的现有技术玩具搭建元件相比，表面粗糙度显著降低。因此，本发明的玩具搭建元件具有显著改善的表面外观，因为肉眼看不见材料的各单独添加。该改善的表面外观是在未对增材制造的玩具搭建元件进行任何种类的具有表面粗糙度影响的后处理的情况下获得的。

本发明的玩具搭建元件的表面粗糙度是使用ISO 4287:1997中描述的方法测量的。注意到如下是重要的：“表面粗糙度”指的是如在打印步骤和任选的支持体除去步骤之后，但是在使所打印的元件进行可影响或者改善表面粗糙度的任选的后处理步骤之前测定的表面的粗糙度。

在一些实施方式中，所述增材制造的玩具搭建元件的表面粗糙度被限定为当根据ISO 4287:1997测量时具有低于100μm的算术平均轮廓高度(Ra)和低于100μm的均方根轮廓高度(Rq)。在另外的实施方式中，所述玩具搭建元件的表面粗糙度被限定为当根据ISO4287:1997测量时，具有低于75μm的算术平均轮廓高度(Ra)和低于75μm的均方根轮廓高度(Rq)。在另外的实施方式中，所述玩具搭建元件的表面粗糙度被限定为当根据ISO 4287:1997测量时具有低于50μm的算术平均轮廓高度(Ra)和低于50μm的均方根轮廓高度(Rq)。在还另外的实施方式中，所述玩具搭建元件的表面粗糙度被限定为当根据ISO 4287:1997测量时具有低于25μm的算术平均轮廓高度(Ra)和低于30μm的均方根轮廓高度(Rq)。

本发明的玩具搭建元件由聚合物材料制成，取决于构建所述元件的增材制造技术，所述聚合物材料包括光聚合物或热塑性聚合物。

在一些实施方式中，所述玩具搭建元件由包括一种光聚合物的聚合物材料制成，其中所述光聚合物为生物基聚合物、杂化生物基聚合物或石油基聚合物。在另外的实施方式中，所述玩具搭建元件由包括两种或更多种光聚合物的聚合物材料制成，其中所述光聚合物可为生物基聚合物，杂化生物基聚合物，石油基聚合物，或者生物基聚合物和/或杂化生物基聚合物和/或石油基聚合物的混合物。

在一些实施方式中，所述玩具搭建元件由包括一种热塑性聚合物的聚合物材料制成，其中所述热塑性聚合物为生物基聚合物、杂化生物基聚合物或石油基聚合物。在另外的实施方式中，所述玩具搭建元件由包括两种或更多种热塑性聚合物的聚合物材料制成，其中所述热塑性聚合物可为生物基聚合物、杂化生物基聚合物、石油基聚合物，或者生物基聚合物和/或杂化生物基聚合物和/或石油基聚合物的混合物。

在一些实施方式中，所述的生物基聚合物和石油基聚合物的混合物包括至少25％生物基聚合物和至多75％石油基聚合物，比如至少50％生物基聚合物和至多50％石油基聚合物，例如至少60％生物基聚合物和至多40％石油基聚合物。在另外的实施方式中，所述的生物基聚合物和石油基聚合物的混合物包括至少70％生物基聚合物和至多30％石油基聚合物，比如至少80％生物基聚合物和至多20％石油基聚合物，例如至少90％生物基聚合物和至多10％石油基聚合物。在又另外的实施方式中，所述的生物基聚合物和石油基聚合物的混合物包括至少95％生物基聚合物和至多5％石油基聚合物，比如至少97％生物基聚合物和至多3％石油基聚合物，例如至少99％生物基聚合物和至多1％石油基聚合物。

在一些实施方式中，所述的生物基聚合物和杂化生物基聚合物的混合物包括至少25％生物基聚合物和至多75％杂化生物基聚合物，比如至少50％生物基聚合物和至多50％杂化生物基聚合物，例如至少60％生物基聚合物和至多40％杂化生物基聚合物。在另外的实施方式中，所述的生物基聚合物和杂化生物基聚合物的混合物包括至少70％生物基聚合物和至多30％杂化生物基聚合物，比如至少80％生物基聚合物和至多20％杂化生物基聚合物，例如至少90％生物基聚合物和至多10％杂化生物基聚合物。在又另外的实施方式中，所述的生物基聚合物和杂化生物基聚合物的混合物包括至少95％生物基聚合物和至多5％杂化生物基聚合物，比如至少97％生物基聚合物和至多3％杂化生物基聚合物，例如至少99％生物基聚合物和至多1％杂化生物基聚合物。

在一些实施方式中，所述的杂化生物基聚合物和石油基聚合物的混合物包括至少25％杂化生物基聚合物和至多75％石油基聚合物，比如至少50％杂化生物基聚合物和至多50％石油基聚合物，例如至少60％杂化生物基聚合物和至多40％石油基聚合物。在另外的实施方式中，所述的杂化生物基聚合物和石油基聚合物的混合物包括至少70％杂化生物基聚合物和至多30％石油基聚合物，比如至少80％杂化生物基聚合物和至多20％石油基聚合物，例如至少90％杂化生物基聚合物和至多10％石油基聚合物。在又另外的实施方式中，所述的杂化生物基聚合物和石油基聚合物的混合物包括至少95％杂化生物基聚合物和至多5％石油基聚合物，比如至少97％杂化生物基聚合物和至多3％石油基聚合物，例如至少99％杂化生物基聚合物和至多1％石油基聚合物。

如本文中使用的术语“生物基聚合物”意指通过由生物质得到的单体的化学或生物化学聚合而产生的聚合物。生物基聚合物包括通过由生物质得到的一种类型的单体的聚合而产生的聚合物、以及通过由生物质得到的至少两种不同单体的聚合而产生的聚合物。

在一种优选实施方式中，所述生物基聚合物是通过全部由生物质得到的单体的化学或生物化学聚合而产生的。

生物基聚合物可分成三组：

1.通过生物化学聚合、即例如通过使用微生物而产生的聚合物。单体是使用生物质作为底物产生的。这样的聚合物的实例包括聚羟基链烷酸酯，比如聚羟基戊酸酯和聚(羟基丁酸酯-羟基戊酸酯)。

2.通过化学聚合、即通过化学合成而产生的聚合物。单体是使用生物质作为底物产生的。这样的聚合物的实例包括聚乳酸。

3.由植物得到的聚合物。所述聚合物是通过植物内部的在生长期间所典型的生物化学过程产生的。将所述聚合物离析并且任选地随后改性。这样的聚合物的实例包括改性纤维素比如举例来说乙酸纤维素。

在一些实施方式中，所述生物基聚合物是通过生物化学聚合而产生的。在另外的实施方式中，所述生物基聚合物是通过化学聚合而产生的。在又另外的实施方式中，所述生物基聚合物是通过生物化学或化学聚合而产生的。在还另外的实施方式中，所述生物基聚合物是由植物得到的。

生物基聚合物还包括具有与石油基聚合物相同的分子结构，但是通过由生物质得到的单体的化学或生物化学聚合而产生的聚合物。

如本文中使用的术语“石油基聚合物”意指通过由石油、石油副产物或石油衍生的原料得到的单体的化学聚合而产生的聚合物。实例包括聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚甲基丙烯酸甲酯。

如本文中使用的术语“杂化生物基聚合物”意指通过至少两种不同单体的聚合而产生的聚合物，其中至少一种单体由生物质得到并且至少一种单体由石油、石油副产物或石油衍生的原料得到。聚合过程典型地为化学聚合过程。

术语“生物基聚合物”、“杂化生物基聚合物”和“石油基聚合物”还包括再循环聚合物。如本文中使用的术语“再循环聚合物”意指通过回收边角料或废塑料并且将其再加工成有用的聚合物材料而获得的聚合物。

所述杂化生物基聚合物还可通过它们的相对于总碳含量的生物基碳的含量表征。在一些实施方式中，所述杂化生物基聚合物中生物基碳的含量为基于总碳含量的至少25％、比如至少30％或至少40％。在另外的实施方式中，所述杂化生物基聚合物中生物基碳的含量为基于总碳含量的至少50％、比如至少60％例如至少70％、比如至少80％。

如本文中使用的术语“生物基碳”指的是源自在形成所述生物基聚合物和/或所述杂化生物基聚合物的一部分的单体的生产中用作底物的生物质的碳原子。所述杂化生物基聚合物中生物基碳的含量可例如通过碳-14同位素含量测定，如在ASTM D6866或CEN/TS16137或等同协议中详述的。

另外，所述包括生物基聚合物和/或杂化生物基聚合物和/或石油基聚合物的树脂可通过其相对于总碳含量的生物基碳的含量来表征。在一些实施方式中，所述树脂中生物基碳的含量为基于所述树脂中的总碳含量的至少25％、比如举例来说至少30％或至少40％。在另外的实施方式中，所述树脂中生物基碳的含量为基于所述树脂中的总碳含量的至少50％、比如至少60％、例如至少70％、比如至少80％、优选地至少90％或至少95％。

在一些实施方式中，所述玩具搭建元件由包括至少一种生物基聚合物和一种或多种填料的聚合物材料制成。在另外的实施方式中，所述玩具搭建元件由包括至少一种杂化生物基聚合物和一种或多种填料的聚合物材料制成。在又另外的实施方式中，所述玩具搭建元件由包括至少一种石油基聚合物和一种或多种填料的聚合物材料制成。填料的合适实例包括天然填料、矿物填料和金属填料。

在一些实施方式中，所述玩具搭建元件是使用光聚合增材制造技术构建的。在这样的实施方式中，所述玩具搭建元件由光聚合物材料制成，所述光聚合物材料包括选自如下的光聚合物：基于环氧的光聚合物和基于丙烯酸酯的光聚合物以及其混合物。任选地，所述光聚合物材料还可包括填料和/或纤维。填料的合适实例包括天然填料、矿物填料和金属填料。

在一些实施方式中，所述玩具搭建元件是使用热塑性材料增材制造技术构建的。在这样的实施方式中，所述玩具搭建元件由热塑性材料制成，所述热塑性材料包括选自如下的热塑性聚合物：聚酰胺(PA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)、聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)、聚呋喃二羧酸三亚甲基酯(PTF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸三亚甲基酯(PTT)、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-间苯二甲酸共聚物(PET-IPA)、聚对苯二甲酸萘二甲酸乙二醇酯(PETN)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯(TPU或TPE-U)、聚酰胺-聚醚弹性体(TPA)、热塑性苯乙烯弹性体(TPE-S或TPS)、热塑性聚酯弹性体(TPE、TPE-O或TPO)、聚烯烃塑性体(POP)、聚烯烃弹性体(POE)、烯烃嵌段共聚物(OBC)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)、丙烯-乙烯共聚物、改性的热塑性烯烃(mTPO)、苯乙烯-乙烯-丁烯-乙烯(SEBS)、苯乙烯丁烯苯乙烯(SBS)、5-羟基间苯二甲酸(HIPA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚酮(PK)和乙酸纤维素(CA)及其混合物。任选地，所述热塑性材料还可包括填料和/或纤维。填料的合适实例包括天然填料、矿物填料和金属填料。

实施例

在以下实施例中，描述了如何通过增材制造而制造玩具搭建积木。所制造的积木随后通过“表面粗糙度试验”和通过“积木组装试验”进行分析，以测定所制造积木的表面的特性。

表面粗糙度试验

测量是使用触针式轮廓仪Taylor Hobson FormTalysurf 50进行的。

测量是在侧表面中进行的。触针对具有5mm的长度的轮廓进行测量。

分析：

测量结果分析是使用版本6.7.2的软件SPIP进行的。

轮廓校正：

轮廓校正是通过直线式去除(line form removal)而进行的。

滤波器：

未应用滤波器(λs和λc–来自ISO 13565-1:1996Geometrical ProductSpecifications(GPS)--Surface texture:Profile method；Surfaces havingstratified functional properties--Part 1:Filtering and general measurementconditions)。

积木组装试验

目的：对组装和随后拆卸以某一材料生产的传统的2*4积木(试样)所需要的体力进行评价和打分。

试验人员：试验人员为普通成年人。

试验条件：试验应当在室内在20-25摄氏度的温度和20-65％相对湿度的情况下进行。

试样：试验对已经以相关材料生产的两个类似的有色2*4积木进行。在生产之后，试样应当在处于20-25摄氏度和20-65％相对湿度的室内条件下保存。

试验：试验在生产之后2-10天内进行。试验中将使用两个试样并且将一个积木的上侧与另一个积木的下侧对准，然后利用在上侧的所有球形突起和在下侧的所有管将它们组装和拆卸。试验人员将在不用手拧的情况下组装和立即拆卸试验积木达总计连续10个循环。对于各循环，试验人员将如下所说明的那样记录试验得分。

评分：不考虑最初的两个组装/拆卸循环的评分。最后的试验得分是作为对于循环3-10所获得的平均得分报道的。

如果不可能用手拆卸一组组装的积木，则试样在试验中收到ND的得分。

对于用于制造玩具搭建元件而言可接受的材料将收到在3-7的范围内的平均试验得分。

以ABS生产的商业可获得的2*4积木按照定义收到5的得分。

一般描述.增材制造的玩具搭建积木的制造

通常，玩具搭建元件可使用以下描述来构建：

数字CAD文件需要以能够被3D打印机/增材制造(AM)机读取的文件格式如STL、3MF等保存。该文件需要被输入到相关打印机的切片软件中。该文件将被虚拟地切割成小的水平层。这些层/切片的厚度取决于打印机的分辨率。层内的另外的工具路径(toolpath)取决于所选择的AM技术。对于基于液滴的AM技术，工具路径更确切地说是液滴的沉积图案或矩阵。于是传统的2*4积木将以相应的AM技术逐层产生的。

为了制造具有悬垂物或其它复杂几何形状的元件，可需要支持结构。该结构可由相同的材料或者由支持材料制成。制造/沉积工艺与如以上所描述的对于构建材料的制造/沉积工艺相同。唯一区别是，该支持结构需要之后被除去。除去过程可手动地、在液体或腔室中半自动地或者甚至以完全自动化过程进行。

实施例1.使用颗粒料增材制造技术制造玩具搭建积木。

为了以PLA(3100HP，购自Natureworks)在ARBURG Freeformer上打印2*4玩具搭建积木，需要调整两种类型的参数设置。在机器方面，需要针对球形的均匀挤出的液滴形状的参数设置。即使就材料压力和螺杆的运动而言Freeformer为半自调节系统，一些参数也需要手动设置。在软件方面，需要将所述玩具搭建元件以恰当的参数设置进行切片，以限定喷嘴在其中沉积液滴的工具路径。

机器参数设置：

T_腔室＝60摄氏度

T_喷嘴＝200摄氏度

T_区2＝180摄氏度

T_区1＝155摄氏度

流量度量(Discharge measure)＝74％

切片参数设置：

连续挤出进料速率＝40

离散挤出进料速率＝40

液滴纵横比＝1.04

边界(border)廓线(contour)的数量＝1

内补偿因子＝0.2

排序＝从内到外(Inside out)

与边界廓线重叠的填充面积＝50％

起始角＝45度

增量角＝90度

填充度＝95％

表面粗糙度：

对增材制造的积木进行表面粗糙度试验并且获得以下结果。

根据ISO 4287:1997(Geometrical Product Specifications(GPS)--Surfacetexture:Profile method--Terms,definitions and surface texture parameters)，计算算术平均轮廓高度(Ra)和均方根轮廓高度(Rq)。

Ra的值低于25μm并且Rq的值低于30μm。

结果表明，所述积木具有可接受的表面粗糙度。

积木组装试验：

所制造的2*4搭建积木由5人根据积木组装试验中描述的程序进行试验。平均试验得分为2。

所述积木组装试验的得分表明，所述积木可被组装和拆卸，但是所述积木松地连接并且拆卸所述积木需要很少的力气至不需要力气。

所述积木组装试验的得分表明，所制造的玩具搭建积木的表面摩擦低并且因此需要进一步改性所试验的PLA以制造如下的玩具搭建元件：其具有可接受的表面摩擦，使得积木不太松地连接。

实施例2.使用基于粉末的增材制造技术制造玩具搭建积木

在EOS Formiga打印机上，以PA12(来自EOS的PA2200)，使用标准EOS切片设置，以0.1mm的层厚和0.25mm的标准开口间距(剖面线间距，hatch spacing)，打印2*4玩具搭建积木。廓线的数量为2。曝光类型为“EOS”。腔室温度为169℃。积木的球形突起是面向上，而管侧是面向下。使元件的底部表面的放置与切片层对齐，因此其精确地以层开始，而不是在中间开始。

将所述积木卸下并且除粉，未使用另外的后加工。

表面粗糙度：

对增材制造的积木进行表面粗糙度试验并且获得以下结果。

根据ISO 4287:1997(Geometrical Product Specifications(GPS)--Surfacetexture:Profile method--Terms,definitions and surface texture parameters)，计算算术平均轮廓高度(Ra)和均方根轮廓高度(Rq)。

Ra的值低于25μm并且Rq的值低于30μm。

结果表明，所述积木具有可接受的表面粗糙度。

积木组装试验：

所制造的2*4搭建积木由5人根据积木组装试验中描述的程序进行试验。平均试验得分为1。

所述积木组装试验的得分表明，所述积木可被组装和拆卸，但是所述积木非常松地连接，并且拆卸所述积木需要很少的力气至不需要力气。

所述积木组装试验的得分表明，所制造的玩具搭建积木的表面摩擦低并且因此需要进一步改性所试验的PA12以制造这样的玩具搭建元件：其具有可接受的表面摩擦，使得积木不太松地连接。

实施例3.使用光聚合增材制造技术制造玩具搭建积木

在Stratasys Objet 350Connex 2打印机上，以丙烯酸类化合物(来自Stratasys的“vero blue”)，使用高品质(High Quality)(HQ)设置以16μm的层厚，打印2*4玩具搭建积木。积木的球形突起是面向下，而管侧是面向上。

通过洗涤将支持材料除去，未使用另外的后加工。

表面粗糙度：

对增材制造的积木进行表面粗糙度试验并且获得以下结果。

根据ISO 4287:1997(Geometrical Product Specifications(GPS)--Surfacetexture:Profile method--Terms,definitions and surface texture parameters)，计算算术平均轮廓高度(Ra)和均方根轮廓高度(Rq)。

Ra的值低于25μm并且Rq的值低于30μm。

结果表明，所述积木具有可接受的表面粗糙度。

积木组装试验：

所制造的2*4搭建积木由5人根据积木组装试验中描述的程序进行试验。平均试验得分为8。

所述积木组装试验的得分表明，所述积木可被组装和拆卸，但是积木紧地连接，并且拆卸所述积木需要高的力气。

所述积木组装试验的得分表明，所制造的玩具搭建积木的表面摩擦高并且因此需要进一步改性所试验的丙烯酸类化合物以制造这样的玩具搭建元件：其具有可接受的表面摩擦，使得积木不太紧地连接。

结论

在实施例1-3中，已经表明，可使用3种不同增材制造方法以3种不同材料生产玩具搭建元件。结果表明，可产生具有令人满意的表面粗糙度的增材制造的玩具搭建元件。结果还表明，需要进一步改性所试验的材料以获得具有可满足积木组装试验的可接受的表面摩擦的搭建元件。