发明内容

本发明的任务是，说明一种用于制造成形体的方法，通过所述方法，可以由非热塑性的弹性体材料制造成形体。另一个任务是，通过所述方法也可以高精度地制造具有特别精细的结构的成形体。

技术解决方案

该任务通过具有权利要求1的特征的用于制造成形体的制造方法解决。

按照本发明，识别为有利的是，以增材制造方法处理非热塑性的弹性体材料并且在此制造成形体。

按照本发明的方法用作为用于制造由至少一层组成的由非热塑性的弹性体材料制成的三维成形体的增材制造方法。亦即所述材料是在排除热塑性的弹性体的情况下的橡胶状的材料。所述方法具有下面的步骤：

a)输送皮革(即由弹性体材料制成的垫)、条、圆盘(即由弹性体材料制成的盘)或绳形式的作为原材料的弹性体材料给处理单元。

b)在处理单元中处理弹性体材料并且产生弹性体材料的材料流。在此也可以产生弹性体材料的确定的粘性并且可以进行热和材料的均匀化。

c)将弹性体材料输送到存储单元中并且在存储单元中产生弹性体材料的预压力。预压力在此尤其是处于600巴以下的范围中并且依赖于处理的材料。

d)将弹性体材料输送至成形单元，在所述成形单元中，针对性地释放弹性体材料，以用于产生至少一层要形成的成形体并且因此用于成形体的层式成型。弹性体材料在此尤其是以在0.5-30g/h的范围中的质量流输送。

e)通过交联单元交联成形体的所述至少一层或整个成形体，其中，所述交联可以热、光学或化学地进行。

方法步骤a)至e)可以尤其是在用于制造成形体的机器、装置中执行。备选地，用于制造成形体的装置可以这样设计，使得步骤e)可以在单独的间隔开设置的设备中进行，即当进行整个成形体的交联时。

弹性体材料是按照标准ASTM D1418-17“橡胶和橡胶胶乳-命名的标准实施规程(Standard Practice for Rubber and Rubber Latices—Nomenclature)”的非热塑性的弹性体材料。

非热塑性的弹性体材料的技术上令人感兴趣的特性首先通过复合实现。复合理解为加入确定的添加剂，例如：填料、老抗化剂、软化剂、处理助剂、交联化学试剂等。添加剂的类型和量针对材料的分别要求的特性曲线。在非热塑性的弹性体材料的交联过程、所谓的硫化中，形成不可逆的化学的交联位置。

这些高聚合的有机网络具有高的弹性并且能实施可逆地大的变形。

在步骤c)中输送到存储单元中的弹性体材料是完成混合的材料，没有其他的材料再加入所述完成混合的材料中。

特别优选所述非热塑性的弹性体材料是由化学交联的橡胶制成的材料。

在按照本发明的方法中，弹性体材料在步骤a)至d)期间是高粘性亦即非液态的，并且也可交联。弹性体材料特别是具有粘性，即相对于在100至1000000Pa·s的范围中的剪切的阻力。借此存在粘性，所述粘性例如相比于在注塑方法中处理的热塑性塑料显著较高。

这样的方法以非热塑性的弹性体材料实施是出人意外的：

运输通过喷嘴的材料的压力损耗的计算主要在专业书籍“用于塑料和橡胶的挤出工具(Extrusionswerkzeuge für Kunststoffe und Kautschuke),Michaeli,第二版第2.1章以及第3.1章”中说明。

压力损耗计算基于用于不可压缩的粘性的流体通过管的层流的哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)定律：

Δv＝通过管的体积流量[m³/s]

Δp＝在管的始端和末端之间的压差[Pa]

r＝管的内半径[m]

l＝管的长度[m]

η＝流动的液体的粘性[Pa s]

用于制造和例如计量具有小的直径的链以标准弹性体复合物和通常的粘性按照来自技术文件的通常的计算法则需要大约700至远超过10000巴的非常高的压力，以便达到0.5-30g/h的质量流。然而这样高的压力只可困难地产生并且不实际。令人意料不到地发现，较小的压力也足够使弹性体材料在成形单元中成形和释放。这在于，弹性体材料在输送通过成形单元、例如细的喷嘴时的实际压力损耗显著低于按照业内通常的计算所期待的压力损耗。

在所述方法的一种特别有利的和因此优选的进一步构成中，使用的弹性体材料不可固化并且在此是弹性或粘弹性的。即弹性体材料从未采用固相，而是保持其弹性的或粘弹性的特性。

所述弹性体材料可以例如是聚丙烯酸酯-橡胶(ACM)、丁腈橡胶(NBR)、乙烯-丙烯-橡胶(EPDM)或固体硅橡胶(高浓橡胶HCR)。

在所述方法的一种可能的设计中，在步骤b)中进行在使用一个或多个蜗杆和/或活塞泵和/或齿轮泵和/或静止的混合器的情况下对弹性体材料的处理。

证实为特别有利的是，在步骤b)和/或步骤d)中实施对弹性体材料的温度的在20℃以上并且在150℃以下的控制和调节，尤其是在90℃以下并且在HCR的处理的情况中在35℃以下。可以这样阻止弹性体材料的过早的交联。借此存在温度，所述温度例如相比于在注塑方法中处理的热塑性塑料显著较小。

为此，处理单元和/或成形单元可以具有调温设备，以用于对弹性体材料冷却和/或加热。

在可能的设计中，成形单元可以在步骤d)中实施为喷嘴，尤其是实施为有节拍式的喷嘴。备选地，也可设想敞开的喷嘴。节拍式的喷嘴具有按节拍地可操控的闭锁机构，从而弹性体材料交替地通过喷嘴挤压并且喷嘴然后再次闭锁。显示为特别有利的是，喷嘴具有0.25mm以下的直径。这样可以产生具有特别精细的结构的成形体。

证实为有利的是，弹性体材料在喷嘴的区域中具有10至5500 1/s的剪切速度。这时主导的压力损耗相对小。剪切速度也称为剪切率。

已发现，特别有利的是，弹性体材料在所述方法的步骤d)中以序列形式释放。这指的是，弹性体材料不是连续地释放，而是弹性体材料的确定的可规定的量释放，紧接着在停顿中没有弹性体材料释放。这可以通过使用节拍式的喷嘴实现。序列的形式在此区别于连续的形式、例如条。

在所述方法的一种特别有利的并且因此优选的进一步构成中，弹性体材料以珠链的形式释放。珠链特征在于珠彼此排成一列、即通过在条上的珠形改变的直径。直径可以在此以1至15％变化。具有1mm以下、尤其是0.3mm以下的平均的直径的珠链在此是优选的。

珠链的几何结构和包装密度可以通过节拍式的喷嘴的闭锁机构的时钟频率调节和适配。已证实，通过珠链可以实现成形体的特别精细的结构。产生另一个优点，因为角可以在成形体中比例如弹性体材料以条的形式释放时更简单地产生。也有利地出现，在珠链中，相比于条可以实现在成形体中的弹性体材料的更紧密的充填密度。

在按照本发明的方法中，可以在步骤d)和e)中进行成形单元或交联单元和成形接纳单元、即用于要制造的成形体的支架之间的相对运动，以用于定位释放的弹性体材料或用于定位交联单元的作用区域。释放的弹性体材料可以这样针对性地存放到成形接纳单元或已经处于那里的弹性体层上。能够实现多轴定位和借此需要的相对运动的精密定位系统对学术界已知。

在按照本发明的方法的一种有利的变型中，步骤d)和e)交替地重复，以便在施加相应下一个层之前，构造和交联成形体的各层。

在按照本发明的方法的一种有利的变型中，在附加的步骤中进行支承材料的释放，以用于产生支承区域，其中，释放弹性体材料和释放支承材料的步骤依赖于要产生的成形体的几何结构交替地进行。支承材料然后形成用于弹性体材料的接着释放的层的支承结构。支承材料这样选择，使得其之后可以简单地再次去除。支承材料可以例如是水溶性的或在不腐蚀弹性体材料的碱液中可溶。这样可以以有利的方式也产生具有复杂的几何结构的成形体。

本发明和本发明的所述有利的进一步构成也彼此结合地-只要其在技术上合适-构成本发明的有利的进一步构成。

关于本发明的其他优点和在结构和功能方面有利的设计参阅从属权利要求以及参考附图对实施例的说明。实施例

在试验中，在下面的几何结构、材料和粘性时实现所述压力损耗。理论的压力损耗处于给出的显著较高的值：

剪切速度

T温度

D喷嘴的直径

L/D喷嘴的长度直径比

在其他的材料中的在实际的试验序列中测量的压力损耗(数百巴)在具有0.3mm之下的直径的非常精细的喷嘴中相比于计算的压力损耗(数千巴)显著较小。亦即通过这些试验序列可确认，弹性体材料可以挤压通过成形单元、例如细的喷嘴并且这样可以由弹性体材料在增材制造方法中制造成形体。