用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊和制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊(290，280)。本發(fā)明還提出了軸承(200)、驅(qū)動器系統(tǒng)、齒輪箱、系統(tǒng)以及制造所述構(gòu)造塊的方法。所述構(gòu)造塊包括第一打印材料(210)，通過增量制造工藝打印到第二材料(260)上或者至少部分地嵌入到該第二材料(260)中。第一打印材料被打印成圖案(212)，該圖案(212)被配置和構(gòu)造成用于與傳感器(240)配合，以便在使用時提供所述構(gòu)造塊相對于傳感器的位置信息。傳感器可以是磁傳感器或光學(xué)傳感器。第一打印材料可包括磁性顆粒。制造所述構(gòu)造塊的方法可包括以下步驟，在受到預(yù)定磁場影響的條件下通過增量制造工藝將第一打印材料添加到第二材料。
【專利說明】
用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊。本發(fā)明還涉及軸承、驅(qū)動器系統(tǒng)、齒輪箱、系統(tǒng)以及制造所述構(gòu)造塊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]增量制造(additive manufacturing)或者更普遍稱作3D打印是一種已知的制造技術(shù)，通過這種制造技術(shù)可根據(jù)數(shù)字模型來生成三維固態(tài)物體。增量制造工藝從通過任何已知的數(shù)字建模方法(比如使用CAD程序)生成數(shù)字模型開始。隨后，數(shù)字模型被分成多個切片(slice)，其中，每個切片都表明數(shù)字模型中打印材料應(yīng)位于的一層。單個切片被順序地供給至的增量制造工具或3D打印機由其根據(jù)單個切片來沉積材料，，并按此方式逐層地生成完整的三維固態(tài)物體。
[0003]在早期增量制造中，主要使用塑料材料或樹脂作為生成三維固態(tài)物體的打印材料，但是現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了其它的工藝，在這些工藝中使用增量制造技術(shù)也可在層中沉積其它的材料(包括不同類型的金屬材料)。這種制造技術(shù)的主要益處在于，其允許設(shè)計者以相對簡單的制造方法來制造幾乎任何樣式的三維物體。例如當(dāng)一產(chǎn)品需要原始模型或者僅需要制造有限數(shù)量的產(chǎn)品時，這種制造技術(shù)是特別有益的。而此類制造技術(shù)的缺點在于其制造三維固態(tài)物體的速度。
[0004]增量制造在高品質(zhì)軸承或驅(qū)動器中的使用已經(jīng)受到限制。然而，增量制造卻可提供無限的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠與傳感器互動的構(gòu)造塊。
[0006]本發(fā)明的第一方面可提供一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的、用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊。本發(fā)明的第二方面可提供根據(jù)權(quán)利要求9所述的軸承。本發(fā)明的第三方面可提供根據(jù)權(quán)利要求10所述的驅(qū)動器系統(tǒng)。本發(fā)明的第四方面可提供根據(jù)權(quán)利要求11所述的齒輪箱。本發(fā)明的第五方面可提供根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)。并且，本發(fā)明的第六方面可提供根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法。實施例限定在從屬權(quán)利要求中。
[0007]根據(jù)本發(fā)明第一方面的構(gòu)造塊包括第一打印材料，該第一打印材料通過增量制造工藝打印到第二材料上或者至少部分地嵌入到第二材料中，其中該第一打印材料被打印成圖案(pattern)，該圖案被配置和構(gòu)造成用于與傳感器配合，以便使用時提供構(gòu)造塊相對于傳感器的位置信息。
[0008]發(fā)明人已認識到，在用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊中使用打印材料提供了在第二材料上的或至少部分在第二材料內(nèi)的第一打印材料上包含圖案的可能，從而使得第一打印材料的圖案可直接與傳感器互動，由此提供構(gòu)造塊相對于傳感器的位置信息。將第一打印材料打印到第二材料上或?qū)⒅辽俨糠值卮蛴〉降诙牧现?，能夠提供第一打印材料按照所述圖案分級且受控的分布，這增強了傳感器接收的信號的性能和精確度。此外，使用第一打印材料來生成圖案能夠使該圖案最小化，從而在構(gòu)造塊相對于傳感器進行相對運動期間，在構(gòu)造塊的可用空間范圍向傳感器提供最大數(shù)量的脈沖。使用最大數(shù)量的脈沖還可以改善感測信息的整體精確度。
[0009]使用第一打印材料來打印圖案的另一個益處在于，該圖案可以被直接應(yīng)用到構(gòu)造塊上。通常，需要將編碼器圓盤(encoder disc)添加到系統(tǒng)中，以便確?？梢詼y量到構(gòu)造塊相對于傳感器進行的相對運動。該額外的編碼器圓盤可能很昂貴，并且是需要被添加到構(gòu)造塊或系統(tǒng)以便允許測量構(gòu)造塊相對于傳感器的整體定位的額外元件。使用第一打印材料將圖案直接打印在構(gòu)造塊上將不再需要額外的編碼器圓盤，這使得整個感測解決方案更加魯棒且簡潔。
[0010]根據(jù)使用時第一打印材料相對于傳感器的位置信息，可以獲取額外的物理變量，比如線性位置或角位置或線速度或角速度、加速度以及絕對或相對位置和位移。第一打印材料打印得越密集，并且第一打印材料與第二材料之間的對比度越高，則能夠?qū)崿F(xiàn)的測量精度更加精確。此外，在第一打印材料中高密度的磁性顆粒允許傳感器被置于離第一打印材料更遠的位置處，這使得在維持高精確度的同時，有更高的設(shè)計自由度。傳感器可以是磁傳感器或光學(xué)傳感器或是基于其它物理原理的傳感器。
[0011]在構(gòu)造塊的一個實施方式中，構(gòu)造塊中的至少一部分由第二材料所構(gòu)造，該第二材料是通過增量制造工藝打印的第二打印材料。第二打印材料可以是例如聚合物或陶瓷，而第一打印材料可以是金屬或者可包含與磁傳感器互動的磁性顆粒。使用第二打印材料在對使用增量制造技術(shù)制造的構(gòu)造塊進行設(shè)計方面，可提供最大的自由度。像這樣，實質(zhì)上可生成任何以下三維構(gòu)造塊，即具有被添加用于與傳感器互動的第一打印材料的圖案的三維構(gòu)造塊。
[0012]使用第二打印材料的另一個益處在于，可在第二打印材料中包括中空的結(jié)構(gòu)，以降低構(gòu)造塊的整體重量，并且使用該中空的結(jié)構(gòu)可在構(gòu)造塊中并入其它的元件，比如額外的傳感器、熱傳輸通道以及用于提供潤滑油的中空結(jié)構(gòu)。
[0013]在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料包括磁性顆粒，用于與磁傳感器配合。將磁性顆粒嵌入在第二材料上的圖案內(nèi)或在至少部分嵌入第二材料中的圖案內(nèi)，這提高了機械可靠性并且可用于降低通常很昂貴的磁性材料的磨損。此外，脈沖發(fā)生器一般需要相對高強度的鐵磁信號，并因此在盡可能靠近傳感器的讀取頭處需要有相對高密度的磁性顆粒。打印包括磁性顆粒的第一打印材料使得有可能精確地在正確的位置處生成必需的濃度，從而使得可通過傳感器獲得強且可靠的信號。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料構(gòu)成反射性的圖案，用于與光學(xué)傳感器配合。這樣一個反射性的圖案可以例如在實質(zhì)上不透明的或透射性的第二材料上生成。傳感器可包括光源和光敏元件，用于感測光源的反射光，該反射光從第一打印材料的圖案反射而來。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料構(gòu)成由第二材料圍繞的不透明的圖案。第二材料可以例如構(gòu)成反射性的表面，從而使得光源的光可從第二材料反射到敏感元件上，而這種光的反射會由第一打印材料的圖案打斷。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料構(gòu)成相對于第二材料的對比圖案，以便與光學(xué)傳感器配合。對于一些光學(xué)傳感器，僅需要是在第一打印材料與第二材料之間某種對比，比如不同的顏色(例如黑色和白色)的對比?？晒┻x擇地，第二材料對于由光源發(fā)出的光而言可以是透射性的，并且敏感元件可以感測透射過第二材料的光，而這種光的感測會由第一打印材料的圖案打斷。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料構(gòu)成由第二材料所圍繞的透射性的圖案，該第二材料是不透明的或反射性的。該透射性的圖案對于由傳感器的光源發(fā)出的光而言是透射性的，所述光可以是紅外光、紫外光、可見光或任何其它的光。在這種情況下，光敏元件感測透射過第一打印材料的圖案的光，而這種光的感測會由第二材料打斷。光源可以是激光器光源，其能夠生成相對小的光束，這改善了測量的精確度。
[0014]在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料完全嵌入到第二打印材料中。可供選擇地，第一打印材料由第三材料所覆蓋。該第三材料可以是覆蓋第一打印材料的涂層，或者可以是不同于第一打印材料和第二打印材料的第三打印材料。該實施方式的益處在于，第一打印材料的圖案受到第二打印材料或第三材料的保護，使其不受環(huán)境影響。根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造塊可在例如軸承中使用。這此類環(huán)境中，通過第一打印材料的嵌入，保護了第一打印材料免受振動、磨損和疲勞的破壞。然而，很顯然該實施方式對于任何移動的構(gòu)造塊也是有效的。
[0015]在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料的圖案被配置和構(gòu)造成在進行相對移動期間在傳感器上生成方波信號。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料的圖案被配置和構(gòu)造成在進行相對移動期間在傳感器上生成正弦波信號。該正弦波信號的益處在于，在測量點之間進行插值相對簡單，這是因為正弦波信號的整體形狀的是眾所周知的。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料的圖案被配置和構(gòu)造成在進行相對移動期間在傳感器上生成鋸齒波信號。該鋸齒波信號的益處也在于，在測量點之間進行插值一般來說相對簡單，這是由于感測信號中的一部分感測信號的線性表現(xiàn)特征所導(dǎo)致的。當(dāng)然，還可以使用其它的信號而不偏離本發(fā)明的范圍。
[0016]第一打印材料的圖案包括:第一圖案，其用于將第一信號提供給傳感器；以及，不同于第一圖案的第二圖案，其用于將不同于第一信號的第二信號提供給傳感器。被打印的圖案可以是實質(zhì)上被同時打印的第一圖案與第二圖案的組合。這兩個圖案可由例如旋轉(zhuǎn)位置傳感器來使用，以便改變第二圖案相對于第一圖案的相位，從而確定旋轉(zhuǎn)中的構(gòu)造塊的絕對角位置。實質(zhì)上在同一打印步驟中打印第一圖案和第二圖案的益處在于，第一圖案相對于第二圖案的位置精確度得到了優(yōu)化。像這樣，在確定絕對角位置時的精確度是最佳的。
[0017]在構(gòu)造塊的一個實施方式中，第一打印材料和/或第二打印材料選自以下列表，該列表包括金屬、陶瓷、聚合物、彈性體、及其組合的復(fù)合材料。第一打印材料和/或第二打印材料可以例如是金屬，其例如選自以下列表，該列表包括鋼、不銹鋼、馬氏體時效鋼、工具鋼、低合金鋼、銅合金、鎳合金、鈷合金、招、招合金、鈦、鈦合金。
[0018]在構(gòu)造塊的一個實施方式中，在第一打印材料與第二打印材料之間的交界面包括在功能上漸變的界面層，即功能梯度界面層(funct1nally graded interface layer)，該功能梯度界面層的構(gòu)成被配置成從第一打印材料開始經(jīng)由第一材料與第二打印材料的混合物逐漸變到第二打印材料。此類在功能上漸變的交界層的益處在于，在兩種材料之間的接合相對較強。
[0019]在構(gòu)造塊的一個實施方式中，構(gòu)造塊是用于軸承的內(nèi)圈。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，構(gòu)造塊是用于軸承的外圈。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，構(gòu)造塊是用于軸承的密封件。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，構(gòu)造塊是用于驅(qū)動器的移動單元。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，構(gòu)造塊是用于角傳感器的編碼器圓盤。在構(gòu)造塊的一個實施方式中，構(gòu)造塊是齒輪。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第二方面的軸承包括根據(jù)任一實施方式的構(gòu)造塊。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第三方面的驅(qū)動器系統(tǒng)包括根據(jù)任一實施方式的構(gòu)造塊。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第四方面的齒輪箱包括根據(jù)任一實施方式的構(gòu)造塊。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第五方面的、用于測量構(gòu)造塊相對于傳感器的相對位置的系統(tǒng)包括根據(jù)任一實施方式的構(gòu)造塊，并且傳感器被配置成用于與構(gòu)造塊的第一打印材料的圖案互動，以便在使用時提供構(gòu)造塊相對于傳感器的位置信息。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的第六方面的、制造構(gòu)造塊的方法，包括通過增量制造工藝將第一打印材料打印到第二材料上或者使第一打印材料至少部分地嵌入第二材料中，其中，第一打印材料被打印成圖案，該圖案被配置和構(gòu)造成與傳感器配合，以便在使用時提供構(gòu)造塊相對于傳感器的位置信息，其中，第一打印材料的圖案包括:第一圖案，其用于將第一信號提供給傳感器；以及，不同于第一圖案的第二圖案，其用于將不同于第一信號的第二信號提供給傳感器。
[0025]在一個實施方式中，該方法包括以下步驟，在受到預(yù)定磁場影響的條件下通過增量制造工藝將第一打印材料添加到第二材料。所述磁場可被用于在增量制造工藝期間設(shè)定第一打印材料的磁特性。在一個制造方法中，第一打印材料構(gòu)成固態(tài)顆粒，其包括磁性顆粒，該磁性顆粒例如使用激光器選擇性燒結(jié)的方式來局部加熱以便將單獨的第一打印材料顆粒連接到一起。在該加熱過程中，第一打印材料的磁特性可受到所施加的磁場的影響。該所施加的磁場可確定通過額外的打印處理過程所附接的固態(tài)顆粒的磁特性?？晒┻x擇地，第一打印材料能夠以液態(tài)形式來應(yīng)用，之后在處理過程中被固化。此外，在這樣一個處理過程中，磁場的影響可被用來確定在增量制造工藝中第一打印材料的液滴被硬化之前該液滴的磁特性。像這樣，第一打印材料的每個液滴或者第一打印材料的每個固態(tài)顆粒的磁特征可被單獨確定，由此允許對位于構(gòu)造塊上的第一打印材料的圖案的磁特性進行非常高水平的控制。
【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的這些方面和其它方面是很明顯的，并且將參考此后描述的實施方式來進行闡述。在附圖中，
[0027]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的齒輪的平面視圖，而圖1B則示出了包括該齒輪的齒輪箱，
[0028]圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的軸承的截面視圖，該軸承包括被打印成圖案的第一打印材料，并且包括第二材料，圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的軸承的部分切開的外圈，以及圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的包括密封件的軸承，
[0029]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動器系統(tǒng)的平面視圖，
[0030]圖4A示出了在增量制造工藝中的增量制造工具的第一實施方式，其中，液態(tài)樹脂被用于增量制造涂覆打印材料，
[0031]圖4B示出了在增量制造工藝中的增量制造工具的第二實施方式，其中，液態(tài)樹脂由分配裝置所分配以用于增量制造涂覆打印材料，
[0032]圖5A示出了在增量制造工藝中的增量制造工具的第三實施方式，其中，對材料進行顆?；幚恚蛊涑蔀樾〉墓虘B(tài)顆粒，這些固態(tài)顆粒被用于增量制造涂覆打印材料，
[0033]圖5B示出了在增量制造工藝中的增量制造工具的第四實施方式，其中，經(jīng)過顆?；幚淼墓腆w材料由分配裝置所分配以用于增量制造涂覆打印材料，以及
[0034]圖6示出了在增量制造工藝中的增量制造工具的第五實施方式，其中，分配被熔化的塑料材料以用于增量制造涂覆打印材料。
[0035]應(yīng)當(dāng)注意的是，在不同附圖中具有相同附圖標記的項具有相同的結(jié)構(gòu)特征以及相同的功能，或者是相同的信號。在已經(jīng)對這樣一個項的功能和/或結(jié)構(gòu)進行解釋之后，沒有必要再詳細地對其進行重復(fù)解釋。
【具體實施方式】
[0036]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的齒輪100的示意圖。該齒輪100(其為根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造塊100)包括第一打印材料110，該第一打印材料110通過增量制造技術(shù)打印在圖案112、114上。圖案112、114被配置和構(gòu)建成與傳感器140配合，以生成該齒輪100相對于傳感器140的位置信息。在圖1A所示的實施方式中，該位置信息是齒輪100相對于傳感器140的旋轉(zhuǎn)位置信息，該第一打印材料110的圖案112、114包括用于檢測齒輪100相對于傳感器140旋轉(zhuǎn)位置的角編碼器。在圖1A所示的實施方式中，第一打印材料110的圖案112、114包括反射性的材料，其可以將從傳感器140的光源142發(fā)出的光反射回傳感器140的光敏元件144，當(dāng)齒輪100相對于傳感器140旋轉(zhuǎn)時，傳感器140接收到的信號取決于齒輪100上生成的圖案112、114。在一個實施方式中，當(dāng)齒輪100以恒定速度在傳感器140前面旋轉(zhuǎn)時，圖案112、114被配置成生成正弦波信號?？晒┻x擇地，當(dāng)齒輪100以恒定速度在傳感器140前面旋轉(zhuǎn)時，圖案112、114還可以被配置成生成方波信號。進一步可供選擇地，當(dāng)齒輪100以恒定速度在傳感器140前面旋轉(zhuǎn)時，圖案112、114可被配置成生成鋸齒波信號。由于第一打印材料110是通過增量制造技術(shù)打印的，因此，第一打印材料110在圖案112、114中的密度相對容易調(diào)節(jié)，從而可從傳感器140獲得上述給出的信號，甚至是多個不同的其它信號。
[0037]圖案112、114包括第一圖案112和第二圖案114，該第二圖案114相對于第一圖案112同軸布置，并且其相對于第一圖案112可移動，并且圖案112包括與圖案114中的編碼元件的數(shù)量不同的編碼元件。在第一圖案112與第二圖案114中選擇特定數(shù)量的編碼器元件，使得傳感器114能夠分別感測到來自于第一圖案112與第二圖案114的信號，這兩個信號的結(jié)合可生成齒輪100相對于傳感器140的準確定位。
[0038]可供選擇地，第一打印材料110可以包括磁性顆粒，進而第一圖案112可以包括多個磁角編碼器，這些磁性角編碼器圍繞齒輪100以環(huán)形對稱的方式布置。在該可供選擇的實施方式中，傳感器140包括一個或多個磁傳感器，比如哈勒傳感器(Hall-sensor)或者磁阻傳感器。圖案112、114上的磁角編碼器與傳感器140共同形成了旋轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)130，在該系統(tǒng)中，第一圖案上的磁編碼器112與第二圖案114上的磁性編碼器114同軸地布置，相比于第一圖案112而言，第二圖案114上的磁編碼器具有不同數(shù)量的磁極。系統(tǒng)130還可具有多個磁傳感器140，每個磁傳感器140都可操作以便檢測第一圖案112上的磁編碼器以及第二圖案114上的磁編碼器的相應(yīng)磁場。傳感器140被配置成用于檢測相應(yīng)磁性編碼器的單個電極的位置信息。相位差檢測器被用于確定檢測到的磁場信號的相位差，該磁場信號相位差通過所述磁傳感器140分別對第一圖案112的磁性編碼器112以及第二圖案114的磁性編碼器114進行檢測得到。使用檢測出的相位差，可以確定齒輪100相對于傳感器140的準確旋轉(zhuǎn)角度。
[0039]第一打印材料110可被打印在第二材料120的上面?？晒┻x擇地，可使用作為第二打印材料120的第二材料120來至少部分地制造齒輪100。在這樣一種情形下，可將第一打印材料110至少部分地嵌入到第二打印材料120內(nèi)部。將第一材料110至少部分地嵌入到第二打印材料120中的益處在于，該第一材料110可防范有齒輪100運轉(zhuǎn)時的慣常惡劣環(huán)境。
[0040]圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明的齒輪箱150的剖面圖。齒輪箱150經(jīng)由第一軸160連接到發(fā)動機170，并且齒輪箱150將發(fā)動機170的旋轉(zhuǎn)速度經(jīng)變換后傳遞到第二軸180。齒輪箱150包括多個齒輪100。多個齒輪100中的一個齒輪包括有在圖案112上的第一打印材料110，其中，該第一打印材料用于與配合傳感器140工作，以確定齒輪箱150內(nèi)部的齒輪100的旋轉(zhuǎn)位置和/或旋轉(zhuǎn)速度。
[0041 ]圖2A示出了軸承200的截面圖，該軸承200包括第二打印材料250、260，并且包括第一材料210的圖案212(見圖2B)。軸承200包括滾動體205和內(nèi)圈280，該內(nèi)圈280包括與第二打印材料250接合的滾道圈216。軸承200還包括外圈290，該外圈290包括有第一打印材料210的圖案212。第一打印材料210完全嵌入到第二打印材料260內(nèi)部，從而使得第一打印材料210得到保護，免受環(huán)境影響和磨損。如圖2A中所示，第一打印材料210的圖案212包括嵌入第一打印材料210中的磁性顆粒。每塊第一打印材料210都被用作與磁傳感器240(見圖2B)配合的磁性編碼器，并且第一打印材料210的圖案212被配置成可確定外圈290相對于傳感器240的位置。外圈290還包括滾道圈220，第二打印材料260接合到該滾道圈220。
[0042]圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的軸承200的被部分切開的外圈290。外圈290是根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造塊290，包括滾道圈220，第二打印材料260接合到該滾道圈220。第一打印材料210形成圖案212，圖案212旋轉(zhuǎn)地布置在外圈290的邊緣。在使用時，外圈290可相對于傳感器240旋轉(zhuǎn)，示例性包括磁性顆粒的第一打印材料210形成的圖案212在傳感器240上生成信號，根據(jù)該信號可確定外圈290相對于傳感器240的相對位置或旋轉(zhuǎn)。使用第二打印材料260可提供一種非常靈活的方式來制造用于軸承200的外圈260的外部形狀，并且按照圖案212打印第一打印材料210以確保圖案212的精確度，以及圖案在外圈290上的相對精確位置。
[0043]圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的包括密封件230的軸承205。密封件230包括第一打印材料210的圖案212，第一打印材料210被布置在第二材料265上或者至少部分地嵌入第二材料265中，所述第二材料265例如可以是第二打印材料265。第一打印材料210的圖案212可包括被嵌入到第一打印材料210中的磁性顆粒，以便與傳感器240 (其為磁傳感器)配合。可供選擇地，第一打印材料210的圖案212可被配置成與光學(xué)傳感器140配合，以便提供密封件230相對于光學(xué)傳感器140的相對位置信息。在軸承205中，密封件230既可以隨著內(nèi)圈280旋轉(zhuǎn)，也可以隨著外圈290旋轉(zhuǎn)，這取決于密封件230的配置。圖案212可被用于確定密封件230相對于傳感器140的角位置?？晒┻x擇地，除了用于角傳感器(未示出)之外，類似于圖2A中所示，圖案212還可被用于例如集成到外圈290中。在這樣一個配置中，從密封件230接收到的信號可用于核查密封件230實際是否與外圈290—起旋轉(zhuǎn)。如果密封件230與外圈290的旋轉(zhuǎn)速度之間存在差異，則這可用來指明軸承205可能需要維修或者軸承205的潤滑可能不在最佳狀態(tài)。
[0044]圖3A示出了包括靜止單元350和移動單元330的驅(qū)動器系統(tǒng)300的示意圖。移動單元330包括打印在第二材料320上的第一打印材料310的圖案312。第一打印材料310的圖案312可包括分布在第一打印材料310中的磁性顆粒，以便與傳感器340(例如為磁傳感器340)互動?？晒┻x擇地，第一打印材料310可以是反射性材料，從而使得從光傳感器340發(fā)出的光可以由第一打印材料310的圖案312反射。反射光可通過光敏元件144(見圖1A)感測，并且在移動單元330的第一打印材料310的圖案312(在使用時)與傳感器340發(fā)生互動時獲得的信號可被用于確定在移動單元330與傳感器之間的相對位置。甚至還可供選擇地，第一打印材料310可被配置成透射從光傳感器發(fā)射的光，并且光敏元件144可被布置在移動單元330的反面，從而使得透射光(即由第一打印材料310透射的光)根據(jù)圖案312被第二材料320(例如是第二打印材料320)阻擋。
[0045]圖4A示出了增量制造工具400的第一實施方式，其中，在該工具中的液態(tài)樹脂450被用于增量制造涂覆打印材料460。此類增量制造工具400包括樹脂容器430，該樹脂容器430包含有液態(tài)樹脂450 ο在樹脂容器430內(nèi)部有平臺470，可被配置成緩慢向下移動進入樹脂容器430。增量制造工具400還包括發(fā)射出激光束412的激光器410，該激光束412具有對(在應(yīng)額外添加打印材料460的位置處的)液態(tài)樹脂450進行固化的波長。在要涂覆新的一層打印材料460之前，在打印材料460上拖動復(fù)涂棒(re-coating bar)440以便確保在打印材料460的頂部處有液態(tài)樹脂450的薄層。使用激光器410來照射(位于應(yīng)涂覆額外打印材料460的位置處的)液態(tài)樹脂450薄層上的某些部分，可使樹脂450局部固化。在如圖4A中所示的實施方式中，可使用掃描鏡420來反射激光束412，使其穿過液態(tài)樹脂450的層。如果在當(dāng)前層中的所有需要固化的部分都已經(jīng)用激光束412進行過照射，平臺470將打印材料460進一步下降到液態(tài)樹脂450中，以便允許復(fù)涂棒460將另一層液態(tài)樹脂450涂覆到打印材料460的頂部，由此繼續(xù)增量制造工藝。
[0046]圖4B示出了增量制造工具401的第二實施方式，其中，在該工具中的液態(tài)樹脂450由分配裝置405或打印頭405分配，以用于增量制造涂覆打印材料460。增量制造工具401還包括樹脂容器430，該樹脂容器430包含有液態(tài)樹脂450，其經(jīng)由供給裝置455向著打印頭405方向進行供給。打印頭405還包括打印噴嘴415，液態(tài)樹脂450的液滴從該打印噴嘴415射向打印材料460。這些液滴可受重力作用從打印頭405落到打印材料460上，或者可以使用一些噴射結(jié)構(gòu)(未示出)從打印噴嘴415噴向打印材料460 ο打印頭405還包括發(fā)射激光束412的激光器410，激光器410用于在液態(tài)樹脂450的液滴擊中打印材料460時使該液態(tài)樹脂450的液滴立即固化，從而將該液態(tài)樹脂450的液滴固定到已打印的打印材料460。已形成固態(tài)物體的打印材料460可位于平臺470上。
[0047]圖5A示出了增量制造工具500的第三實施方式，其中，在該工具中對材料進行顆?；幚硎蛊涑蔀樾〉墓虘B(tài)顆粒550，這些小的固態(tài)顆粒550被用于在增量制造中涂覆打印材料560。現(xiàn)在，增量制造工具500(也被稱為選擇性激光燒結(jié)工具500或SLS工具500)包括顆?；萜?30，該顆粒容器530包含有經(jīng)過顆?；幚淼男〉墓虘B(tài)顆粒550。打印材料560也位于平臺570上，并且完全被經(jīng)過顆?；幚淼男〉墓虘B(tài)顆粒550包圍。降低平臺允許顆粒供給輥540將另一層經(jīng)過顆粒化處理的固態(tài)顆粒550涂覆到打印材料560上。隨后，使用激光器510和掃描鏡520在局部施加激光束512，從而局部地熔化經(jīng)過顆粒化處理的固態(tài)顆粒550，并且將其彼此連接并與打印材料560連接，以便生成要創(chuàng)建的固態(tài)物體的下一層。接下來，平臺570進一步下移，從而允許通過顆粒供給輥540來涂覆下一層經(jīng)過顆?；幚淼墓虘B(tài)顆粒550，以便在增量制造中繼續(xù)下一層。
[0048]圖5B示出了增量制造工具501或SLS工具501的第四實施方式，其中，在該工具中經(jīng)過顆粒化處理的固態(tài)材料550由分配裝置505或打印頭505分配，以用于增量制造涂覆打印材料560。增量制造工具501還包括顆粒容器530，該顆粒容器530包含有經(jīng)過顆粒化處理的固態(tài)顆粒550，其經(jīng)由供給裝置555向著打印頭505方向進行供給。打印頭505還包括打印噴嘴515，經(jīng)過顆?；幚淼墓虘B(tài)顆粒550從該打印噴嘴515射向打印材料560。這些固態(tài)顆粒550可受重力作用從打印頭505落到打印材料560上，或者可以使用一些噴射結(jié)構(gòu)(未示出)從打印噴嘴515噴向打印材料560 ο打印頭505還包括發(fā)射激光束512的激光器510，激光器510用于在固態(tài)顆粒550擊中打印材料560時，使該固態(tài)顆粒550立即熔化或燒結(jié)，從而將該固態(tài)顆粒550固定到已經(jīng)打印的打印材料560。已形成固態(tài)物體的打印材料560可位于平臺570 上。
[0049]圖6示出了增量制造工具600的第五實施方式，其中，在該工具中分配被熔化的塑料材料650，以用于增量制造涂覆打印材料660。在圖6中所示的增量制造工具600還被稱為熔融沉積成型工具600或FDM工具600。現(xiàn)在，塑料絲630通過細絲供給裝置640供給到分配裝置610或熔化裝置610。該分配裝置610或熔化裝置610包括擠壓噴嘴(extrus1n nozzle)615，其用于熔化塑料絲630以形成被熔化的塑料材料650的液滴，該液滴被涂覆到打印材料660，并且在其上硬化且連接到已經(jīng)打印的打印材料660。分配裝置610可被配置并構(gòu)造成在重力作用下或者經(jīng)由噴射機構(gòu)(未示出)將被熔化的塑料650的液滴涂覆到打印材料660 ο增量制造工具600還包括定位系統(tǒng)620，其用于跨打印材料660來定位分配裝置610。
[0050]綜上所述，本發(fā)明提供了一種用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊290、280。本發(fā)明還提供了軸承200、驅(qū)動器系統(tǒng)、齒輪箱、系統(tǒng)和制造構(gòu)造塊的方法。所述構(gòu)造塊包括第一打印材料210，該第一打印材料210通過增量制造被打印在第二材料260上或者至少部分地嵌入第二材料260中。第一打印材料打印在圖案212上，該圖案212被配置和構(gòu)造成用于與傳感器240配合，以便在使用時提供所述構(gòu)造塊相對于傳感器的位置信息。傳感器可以是磁傳感器或光學(xué)傳感器。第一打印材料可包括磁性顆粒。制造所述構(gòu)造塊的方法可包括以下步驟，在受到預(yù)定磁場影響的條件下通過增量制造將第一打印材料添加到第二材料。
[0051]應(yīng)當(dāng)注意的是，上述實施方式是為了說明而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將能夠設(shè)計出許多可供選擇的實施方式。
[0052]在權(quán)利要求中，任何被置于括號之間的參考符號不應(yīng)當(dāng)被理解為是對權(quán)利要求進行限制。動詞“包括”及其變形的使用并不排除存在與權(quán)利要求中所規(guī)定的元件或步驟不同的元件或步驟。在一元件之前的冠詞“一”并不排除存在多個此類元件。本發(fā)明可通過包括若干不同元件的硬件，以及通過適當(dāng)編程的計算機來實現(xiàn)。在枚舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的若干裝置可通過同一硬件項目來實現(xiàn)。事實上，在彼此不同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施，但這并不表明不能有利使用這些措施的組合。
[0053]附圖標記列表
[0054]構(gòu)造塊100，230，280，290，330，350
[0055]圖案112，114，212，312
[0056]第一打印材料110，210，310
[0057]第二材料120，260，265，320
[0058]光學(xué)傳感器140
[0059]光源142
[0060]光敏元件144
[0061 ]磁傳感器240，340
[0062]齒輪100
[0063]齒輪箱150
[0064]發(fā)動機170
[0065]軸160，180
[0066]軸承200，205
[0067]滾軸體205
[0068]滾道圈216
[0069]內(nèi)圈280
[0070]外圈290[0071 ]密封件230
[0072]驅(qū)動器300
[0073]移動單元330
[0074]靜止單元350
[0075]增量制造工具400，401
[0076]可打印的材料450，550，650
[0077]打印頭405，505
[0078]打印噴嘴415，515
[0079]激光器410，510
[0080]激光束412，512[0081 ]掃描鏡420，520
[0082]樹脂容器430
[0083]復(fù)涂棒440
[0084]液態(tài)樹脂450
[0085]供給裝置455，555
[0086]平臺470，570，670
[0087]SLS 工具500，501
[0088]顆粒容器530
[0089]顆粒供給輥540
[0090]經(jīng)過顆?；幚淼牟牧?50[0091 ]FDM 工具600
[0092]熔化裝置610
[0093]擠壓噴嘴615
[0094]定位構(gòu)造620
[0095]絲630
[0096]絲供給裝置640
[0097]液態(tài)塑料650
【主權(quán)項】
1.一種用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)，包括第一打印材料(110、210、310)，所述第一打印材料(110、210、310)通過增量制造工藝打印到第二材料(120、260、265、320)上或者至少部分地嵌入到所述第二材料(120、260、265、320)中，其中，所述第一打印材料(110、210、310)被打印成圖案(112、114、212、312)，被配置和構(gòu)造成用于與傳感器(140、240、340)配合，以便在使用中提供所述構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)相對于所述傳感器(140、240、340)的位置信息，其中所述第一打印材料(110、210、310)的圖案(112、114、212、312)包括:第一圖案(112、114、212、312)，用于將第一信號提供給所述傳感器(140、240、340);以及，不同于所述第一圖案(112、114、212、312)的第二圖案(112、114、212、312)，用于將不同于所述第一信號的第二信號提供給所述傳感器(140、240、340)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造塊(100、230、280、290、330,350),其特征在于，所述構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)中的至少一部分由所述第二材料(120、260、265、320)構(gòu)成，所述第二材料(120、260、265、320)是通過增量制造工藝來打印出的第二打印材料(120、260、265、320)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)，其特征在于，所述第一打印材料(110、210、310): -包括磁性顆粒，用于與磁傳感器(240、340)配合，或者 _構(gòu)成反射性的圖案(112、114、212、312)，用于與光學(xué)傳感器(140)配合，或者 -構(gòu)成相對于所述第二材料(120、260、265、320)的對比圖案(112、114、212、312)，用于與光學(xué)傳感器(140)配合，或者 -構(gòu)成不透明的圖案(112、114、212、312 )，由構(gòu)成反射性表面的所述第二材料(120、260、265、320)所圍繞，用于與所述光學(xué)傳感器(140)配合，或者 -構(gòu)成透射性的圖案(112、114、212、312)，由不透明的所述第二材料(120、260、265、320)所圍繞，用于與所述光學(xué)傳感器(140)配合，或者 -構(gòu)成不透明的圖案(112、114、212、312)，由透射性的所述第二材料(120、260、265、320)所圍繞，用于與所述光學(xué)傳感器(140)配合。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)，其特征在于，所述第一打印材料(110、210、310)完全嵌入所述第二打印材料(120、260、265、320)，或者所述第一打印材料(110、210、310)由第三材料所覆蓋。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、230、280、290、330,350),其特征在于，所述第一打印材料(110、210、310)的圖案(112、114、212、312)被配置和構(gòu)造成用于在進行相對移動期間在所述傳感器(140、240、340)上生成方波信號；或者，所述第一打印材料(110、210、310)的圖案(112、114、212、312)被配置和構(gòu)造成用于在進行所述相對移動期間在所述傳感器(140、240、340)上生成正弦波信號；或者，所述第一打印材料(110、210、310)的圖案(112、114、212、312)被配置和構(gòu)造成用于在進行所述相對移動期間在所述傳感器(140、240、340)上生成鋸齒波信號。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、230、280、290、330,350),所述第一打印材料和/或所述第二打印材料選自以下材料列表:金屬、陶瓷、聚合物、彈性體、及其組合的復(fù)合材料。7.根據(jù)前述權(quán)利要求2至6中任一項所述的構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)，其特征在于，所述第一打印材料(110、210、310)與第二打印材料(112、114、212、312)之間的交界面包括在功能梯度界面層，所述功能梯度界面層的構(gòu)成被配置成從所述第一打印材料(110、210、310)開始經(jīng)由所述第一打印材料(110、210、310)與所述第二打印材料(112、114、212、312)的混合物逐漸變到所述第二打印材料(112、114、212、312)。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、230、280、290、330,350),其特征在于，所述構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)是 -用于軸承(200、205)的內(nèi)圈(280)， -用于所述軸承(200、205)的外圈(290)， -所述軸承(200、205)的密封件(230)， -用于驅(qū)動器(300)的移動單元(330)， -用于角傳感器的編碼器圓盤，或者 -齒輪(100)。9.一種包括前述權(quán)利要求中任一項所述構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)的軸承(200、205)。10.—種包括前述權(quán)利要求1至8中任一項所述構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)的驅(qū)動器系統(tǒng)(300)。11.一種包括前述權(quán)利要求1至8中任一項所述構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)的齒輪箱(150)。12.—種用于測量構(gòu)造塊相對于傳感器的相對位置的系統(tǒng)(130)，所述系統(tǒng)(130)包括:前述權(quán)利要求1至8中任一項所述的構(gòu)造塊以及傳感器(140、240、340)，所述傳感器(140、240,340)被配置成與所述第一打印材料(110、210、310)的圖案互動，以便在使用時提供所述構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)相對于所述傳感器(140、240、340)的位置信息。13.—種為機械結(jié)構(gòu)生產(chǎn)構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)的方法，所述方法包括:通過增量制造工藝將第一打印材料(110、210、310)打印到第二材料(120、260、265、320)上或者使其至少部分地嵌入所述第二材料(120、260、265、320)中，其中，所述第一打印材料(110、210、310)被打印成圖案(112、114、212、312)，所述圖案(112、114、212、312)被配置和構(gòu)造成用于與傳感器(140、240、340)配合，用于在使用時提供所述構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)相對于所述傳感器(140、240、340)的位置信息，其中，所述第一打印材料(110、210、310)的圖案(112、114、212、312)包括:第一圖案(112、114、212、312)，用于將第一信號提供給所述傳感器(140、240、340);以及，不同于所述第一圖案(112、114、212、312)的第二圖案(112、114、212、312)，用于將不同于所述第一信號的第二信號提供給所述傳感器(140、240、340)。14.一種生產(chǎn)權(quán)利要求13所述構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)的方法，其中，所述第一打印材料(110、210、310)包括磁性顆粒，所述制造構(gòu)造塊(100、230、280、290、330、350)的方法包括以下步驟: -在預(yù)定磁場的影響下，通過所述增量制造工藝將所述第一打印材料(110、210、310)添加到所述第二材料(120、260、265、320)。
【文檔編號】F16C33/62GK105848863SQ201480069512
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月18日
【發(fā)明人】斯特拉里奧·巴比拉, 亞歷桑德羅·桑茲
【申請人】斯凱孚公司