通过交替打印策略实现的内角的制作方法

通过交替打印策略实现的内角
1.本发明涉及一种用于制造逐层构建的工件的方法以及一种逐层构建的工件，所述工件具有至少一个产生出内角的轮廓。
2.相交于直线的两个面围围住一个角。该角在其小于90
°
时为锐角，或者在其大于90
°
时为钝角。原则上，内角小于180
°
。
3.工件的内角由工件的包围该内角的两个面形成。工件的限定内角边界的面在其中相交的直线则是内棱边。
4.这种内角通常通过切削方法、尤其通过材料去除来制造；例如从已具有毛坯形状的铸坯铣削出内角。如此可以获得尖锐的棱边。
5.与在许多制造方法中一样，在增材制造方法、尤其材料挤出方法中在内角区域中产生倒圆的轮廓走向，当要实现尖棱的内角时，该倒圆的轮廓走向需要再加工。但这在某些情况下导致巨大的额外耗费。
6.相反地，具有常规的角部底切的工件也可以直接通过增材制造方法制造。例如，如果剩余的贴靠面足以供装配对应件使用，则可以使用常规的角部底切。但在某些应用中，不允许倒圆并且常规的角部底切会大大减少装配对应件的贴靠面。
7.本发明所要解决的技术问题是简化具有内角的工件的制造。
8.所述技术问题通过独立权利要求1和6的技术方案来解决。本方面的改进方式和设计方案记载在从属权利要求的特征中。
9.根据本发明的用于制造逐层构建的、具有至少一个产生出尤其尖棱的内角的轮廓的工件的方法包括，制造逐层构建的工件的彼此依次相叠的多个层，其在这些层中具有在曲线的不同侧面交替设置的底切，由产生出内角的轮廓撑起的、围住内角的面在所述曲线上相交。
10.根据本发明的工件尤其通过根据本发明的方法来获得，所述工件具有至少一个产生出尤其具有尖棱的内角的轮廓，其中，由产生出内角的轮廓撑起的、围住内角的面在曲线中相交，其中，工件在逐层构建的工件的依次相叠的层中沿着曲线在曲线的不同侧面交替地具有底切。
11.在工件的垂直于曲线的剖面中，曲线在剖切平面中的点构成内角的角点。内角相应地沿着曲线延伸。该曲线可以进一步设计为直线。该曲线也可以称为棱边或内棱边。棱边通常是两个面相交的线。
12.由工件的轮廓撑起的面相交于所述曲线。这些面可以进一步设计为平面。
13.工件在内角区域中的轮廓尤其适合用于装配对应件的贴靠并且相应地设计为尖锐的并且没有常规的底切，常规的底切在贴靠面上不间断地延伸。工件的用于装配对应件贴靠的面、即工件的表面撑起围住内角的面。因此，工件的表面的点位于撑起的面中。在此，撑起的面至少在工件的表面的点之间的特征在于这些面可以通过连续的函数描述。在工件的表面的位于撑起的面中的点之间，撑起的面的一些部段可以不具有工件的点。尤其在底切的区域中是这种情况。因此，撑起的面限定出工件的轮廓。在底切的区域中这些底切构成撑起的面和工件的实际表面之间的空间。
14.底切通常通过工件的表面中的去除产生。在此，底切通过逐层构建的工件的层中的相对于由产生内角的轮廓撑起的面的凹陷形成，因此在这些层中的底切构成由产生出内角的轮廓撑起的面和分别相邻的层之间的自由的开放空间。因此，该空间由该层和相邻层以及撑起的面限定边界。
15.在这些相邻的层中沿着所述曲线在曲线的不同侧面、即在工件的撑起的表面中交替地布置底切，由产生出尤其具有尖棱的内角的轮廓撑起的、围住内角的面在所述曲线上相交。底切按棋盘图案的样式既沿着曲线交替，又垂直于曲线交替地布置，并且因此在逐层构建的工件的依次相叠的层中交替地布置在曲线的不同侧面。
16.本发明的一个优点在于，在与工件相关的标度平面(maβstabsebene)中直接地、无再加工地制造具有尖棱的内角。对于3d打印方法的应用，其可以通过局部交替的打印策略来实现。
17.内角的一侧在一个层中产生，另一侧在另一个层中产生。因此产生具有最大可能的用于装配对应件的贴靠面的、具有尖棱的内角。此外，本发明可以作为cad软件或打印准备软件中的设计对象来实现。用于实施根据本发明的方法的计算机程序产品相应地设计。
18.内角在打印过程中在没有切削再加工的情况下被制造，因此减少了制造时间和制造成本。借助本发明可以实现以前不可能实现的轮廓延伸走向。
19.根据本发明的扩展设计，用于制造工件的方法是来自增材制造方法组的方法，尤其是材料挤出方法。这些方法之一称为熔融沉积成型方法或“fused deposition modeling”，简称fdm方法。另外的备选的增材制造方法可以是层构造方法或粉末床方法或者是其它的自由空间方法。
20.本发明的另外的扩展设计是，由产生出内角的轮廓撑起的面围成小于180
°
的角度。相应地，工件具有小于180
°
的内角。在此，内角被由产生内角的轮廓撑开的面围住。内角尤其小于120
°
。内角也可以是90
°
或更小。
21.进一步地，由一个或多个材料层制成一个层。具有底切的成品工件的层相应地包括一个或多个材料层。在制造过程中，逐层地或逐材料层地施加材料并且因此产生三维的工件。该材料在此通常以液体形式或粉末状地被施加。彼此依次相叠地施加的层或材料层彼此连接。在此，具有底切的工件的层不强制性地对应于唯一的材料层。由一个或多个依次相叠地施加的且相互连接的材料层可以制成一个层。为了更好地将这些术语彼此分开，以下讨论材料层。因此可以在彼此贴靠并且彼此连接的、构成工件的一个层的多个材料层中提供一个底切。但也可以在各个单独的材料层中交替地设置底切。
22.本发明允许大量的实施方式。根据后续附图详细阐述本发明，在这些附图中分别示出一个实施例。附图中相同的元件设有相同的附图标记。
23.图1示出具有用于装配对应件贴靠的内角的理想型的工件的横剖面图；
24.图2示出具有倒圆的、非尖锐的、设置为内角的轮廓的工件的横剖面图；
25.图3示出具有内角和角部底切的工件的横剖面图；
26.图4示出根据本发明地制造的工件的三维立体示意图；
27.图5示出根据本发明的工件的横剖面图。
28.在图1中示出理想型的工件1的横剖面图，该工件具有适合用于装配对应件贴靠的内角α。所述内角α被工件1的沿着内棱边11相交的两个界面12和13包围。该内角的角宽度在
此为90
°
并且该内角是尖锐的，即，界面12和13沿着内棱边11相交。由于这是横剖面图，因此内棱边11以构成内角的点、即内角α的角顶点示出。界面12和13相应地绘制为线段、即内角α的边。
29.界面12和13在此是工件1的不间断的平坦表面。这些界面用于尤其具有直角的装配对应件的贴靠，该装配对应件在该图中未详细说明。内角和装配对应件的贴靠面设计为彼此互补。例如，装配对应件可以设计为矩形。内角α的目标轮廓走向相应地被调整。
30.在增材制造(尤其熔融沉积成型方法)的情况下，不能产生“尖锐”的内角。在这种几何形状的增材制造中，产生出内角的轮廓被倒圆，如图2所示。平坦的界面12和13通过管段形状的部段14彼此连接，该部段14在二维的剖面图中示出为圆弧。
31.在技术上同样可以实现产生内角的、具有角部底切的轮廓。图3示出这种类型的工件1。装配对应件16贴靠在界面12和13上。该装配对应件以其侧面9和10接触界面12和13。该装配对应件伸入到工件中的角部底切15中。与图1中的工件相比，界面12和13由此显着减小。
32.在某些应用中，不允许(根据图2的)倒圆，并且常规的(根据图3的)角部底切会大大减少用于装配对应件的贴靠面。
33.如果产生出内角的倒圆的轮廓如图2所示是可接近的以便进行再加工，则该问题可以通过事后的再加工、例如切削再加工来解决。但这会导致巨大的额外耗费并且因此导致额外成本。
34.取而代之地，本发明建议一种用于具有至少一个产生出内角的轮廓的逐层构建的工件的制造方法，根据该方法，沿着曲线在逐层构建的工件的连续的层中在曲线的不同侧交替地提供底切，由产生内角的轮廓撑起的、围住内角的面在该曲线中相交。
35.如此制造的工件1的立体图在图4中示出。类似于图1至图3，图5又示出图4的根据本发明的工件的横剖面，该工件具有不可见的棱边(用虚线和点划线示出)以及与产生内角的轮廓互补地并且由撑起的面构造的装配对应件16，该装配对应件具有侧面9和10。以下一起描述两幅图。
36.工件1具有产生出内角α的轮廓。内角α在此由两个面2和3包围，这两个面由工件1的产生出内角α的轮廓撑起。面2和3在曲线4、尤其直线中相交。
37.工件在内角α的区域中的表面在两侧具有底切7和8，这些底切交替地布置在相对置的表面中。
38.工件1的保留在底切7和8之间的接板的界面5和6属于工件的表面并且限定产生内角α的轮廓的边界并且用作工件1的用于装配对应件16的贴靠面，该装配对应件与产生出内角的轮廓互补地构造。
39.在此，这些接板的并且因此界面5和6以及底切7和8的宽度相同并且等于逐层构建的工件的层的宽度。附图标记5、6、7和8因此就此同时表示逐层构建的工件的层。
40.界面5在单侧在一点中或者在两侧分别在一侧上的一点中接触分别相邻的界面6。这些接触点位于曲线4中。因此，底切7和8沿着曲线4交替地在逐层构建的工件的相邻的、连续的层中设置在曲线4的不同侧。
41.界面5的所有点都位于由其撑起的假想面2中。同样地，界面6的所有点都位于由其撑起的假想面3中。由于此处所示的工件1的具有设计为直线的曲线4的特别的实施方式，工
件1在俯视图中看起来与图1中的工件相同。在垂直于设计为直线的曲线4的平面内的投影中获得尖锐的内角。
42.因此，工件1的轮廓在没有倒圆和常规的角部底切的情况下起尖锐的内角的作用。