DE19709081A1 - Rapid prototyping of sand casting moulds and cores by layered build=up - Google Patents

Rapid prototyping of sand casting moulds and cores by layered build=up

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

Three-dimensional objects are built up in layers by putting down a layer of a particulate material A and selectively adding a material B, depending on which parts of the layer are to be hardened. The material B is applied by a row of nozzles or a slit-shaped exit which extends over the entire width of the working area and which is traversed linearly over the layer of the material A.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schichtweisen Her­ stellung von dreidimensionalen Objekten, das besonders für die schnelle Herstellung von Gußformen oder Kernen ohne die Ver­ wendung von Urformwerkzeugen geeignet ist.The invention relates to a method for layer-by-layer production positioning of three-dimensional objects, especially for the rapid production of molds or cores without the Ver use of master molds is suitable.

Unter den Oberbegriffen generative Fertigungsverfahren, Rapid Prototyping, Solid Freeform Manufacturing und Fast Freeform Fabrication sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen di­ rekt aus den CAD-Daten dreidimensionale Objekte erzeugt werden können. Bei den meisten dieser Verfahren wird schichtweise ein Formstoff aufgetragen, welcher in jeder Schicht durch selekti­ ve Belichtung mit einem Laserstrahl verfestigt wird. Eines dieser Verfahren, das aus der Patentschrift PCT/EP95/01994 be­ kannt ist, ist auch für die Herstellung von Gußformen für das Sandgußverfahren geeignet. Die Arbeitsgeschwindigkeit ist bei diesem Verfahren dadurch begrenzt, daß für jeden Punkt der zu verfestigenden Flache einer Schicht eine Mindest-Be­ strahlungszeit benötigt wird, um eine Aushartung zu errei­ chen. Dies wirkt sich vor allem dann negativ aus, wenn der Flächenanteil, der verfestigt werden soll, groß ist.Under the terms generative manufacturing process, Rapid Prototyping, Solid Freeform Manufacturing and Fast Freeform Fabrication are known various methods with which di three-dimensional objects are generated directly from the CAD data can. Most of these procedures involve stratification Molded material applied, which in each layer by selective ve exposure is solidified with a laser beam. One this method, which is known from the patent specification PCT / EP95 / 01994 is known, is also for the production of molds for the Sand casting process suitable. The working speed is at This method is limited in that for each point the consolidating surface of a layer a minimum Be radiation time is required to achieve hardening chen. This has a particularly negative effect if the The proportion of the area to be consolidated is large.

Bei einem weiteren Verfahren für die Herstellung von Gußfor­ men, das ohne die aufwendige Lasertechnik arbeitet, wird mit einer verfahrbaren Düse ein Bindemittel selektiv auf einen Formgrundstoff aufgebracht (modern casting, March 1993, S. 55 und Aug. 1993 S. 30/31). Mit diesem als "direct shell producti­ on casting" oder "three dimensional printing" bezeichneten Prozeß können schalenartige Formen für das Feingußverfahren, jedoch keine Gußformen für das Sandgußverfahren erzeugt wer­ den.In another process for the production of Gußfor men who work without the elaborate laser technology, is with selectively bind a binder onto a movable nozzle Mold base material applied (modern casting, March 1993, p. 55 and Aug. 1993 pp. 30/31). With this as a "direct shell producti on casting "or" three dimensional printing " Process can shell-like shapes for the investment casting process, however, no molds for the sand casting process who produces the.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auch großvolumige dreidimensionale Objekte beliebiger Form in kurzer Zeit ohne Urformmodelle generiert werden können und das auch für die Herstellung von Gußformen für das Sandgußverfahren geeignet ist. The invention is based on the object of a method create with which also large-volume three-dimensional objects any form generated in a short time without master forms can be and also for the production of molds is suitable for the sand casting process.  

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merk­ male gelöst. Dadurch, daß der Stoff B gleichzeitig durch eine ganze Reihe von Düsen, bzw. eine schlitzförmige Austrittsöff­ nung aufgebracht wird, deren Lange der Breite des Arbeitsrau­ mes entspricht, kann eine sehr kurze Bearbeitungszeit erreicht werden. Bei der Herstellung von Gußformen oder Kernen für das Sandgußverfahren können als Stoff A (Formgrundstoff) die übli­ chen Sande verwendet werden. Als Stoff B kommen vor allem flüssige Harzbinder in Frage. Dosierung und Viskosität des Binders müssen auf die angestrebte Schichtdicke abgestimmt werden. Die nicht verfestigten Anteile werden erst nach dem vollstandigen Aufbau des Körpers und nach dessen Verfestigung entfernt. Auch die Herstellung von Urformwerkzeugen und -model­ len ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich.This object is achieved by the Merk listed in claim 1 times solved. The fact that the substance B at the same time by a whole row of nozzles, or a slit-shaped outlet opening Application is applied, the length of the width of the working area mes, a very short processing time can be achieved will. In the manufacture of molds or cores for the Sand casting processes can be the usual as substance A (basic molding material) Chen sands can be used. Above all come as substance B. liquid resin binder in question. Dosage and viscosity of the Binders must be matched to the desired layer thickness will. The unconsolidated portions are only after complete structure of the body and after its solidification away. Also the production of master molds and models len is possible with the method according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below.

In der Zeichnung ist in der Draufsicht dargestellt, wie der Stoff B auf eine Schicht des Stoffes A bei einem Ausführungs­ beispiel gemäß Anspruch 4 aufgebracht wird. Das zu erzeugende Objekt ist in diesem Beispiel ein Kern für eine Gußform, der unter Berücksichtigung möglicher gießereitechnisch notwendiger Veränderungen, direkt aus den Daten des dreidimensionalen CAD-Modells erstellt wird.In the drawing, the top view shows how the Fabric B on a layer of fabric A in one execution example is applied according to claim 4. The one to be created In this example, the object is a core for a casting mold, the considering possible foundry technically necessary Changes directly from the data of the three-dimensional CAD model is created.

Auf der Unterseite einer Spritzleiste (1) befindet sich eine Reihe von feinen Düsen (2), deren Abstand in der Größenordnung der Schichtdicke liegt. Durch diese wird der Binder (Stoff B) entweder kontinuierlich oder durch einzelne Druckstöße in Ab­ hängigkeit vom Vorschub der Spritzleiste auf den Formgrund­ stoff (Stoff A) aufgespritzt. Bei einem kontinuierlichen Austritt des Binders aus den Düsen wird der Durchfluß über den Druck an die Vorschubgeschwindigkeit der Spritzleiste ange­ paßt.On the underside of a spray bar ( 1 ) there is a row of fine nozzles ( 2 ), the spacing of which is in the order of the layer thickness. Through this, the binder (fabric B) is sprayed onto the base material (fabric A) either continuously or by individual pressure surges depending on the advance of the spray bar. With a continuous exit of the binder from the nozzles, the flow rate is adjusted to the feed speed of the spray bar via the pressure.

Mit Hilfe zweier verschieblicher Schließelemente (3) wird der Abschnitt der Düsenreihe, in dem die Düsen geöffnet sind, ent­ sprechend der Kontur der Schnittflache des zu erzeugenden Kerns (4) variiert. Die Fläche, bei der schon Binder aufgetra­ gen ist, ist schraffiert dargestellt. In der Regel muß die Spritzleiste über jeder Schicht nur einmal verfahren werden. Da der Vorschub beim Auftragen des Binders nur in eine Rich­ tung erfolgt, kann gleichzeitig auch die nächste Schicht des Formgrundstoffes aufgetragen werden.With the help of two movable closing elements ( 3 ), the section of the row of nozzles in which the nozzles are open is varied accordingly to the contour of the cut surface of the core ( 4 ) to be produced. The area where Binder has already been applied is shown hatched. As a rule, the spray bar only has to be moved once over each layer. Since the feed is only in one direction when the binder is applied, the next layer of the base material can also be applied at the same time.

Claims (10)

1. Verfahren zur schichtweisen Herstellung von dreidimensiona­ len Objekten, bei dem nach dem Auftragen einer Schicht eines partikelförmigen Stoffes A ein Stoff B, je nachdem welche Flä­ chenteile der Schicht verfestigt werden sollen, selektiv zuge­ geben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff B mit Hilfe von mindestens einer Reihe von Düsen, bzw. mindestens einer schlitzförmigen Austrittsöffnung aufgebracht wird, die sich über die gesamte Breite des Arbeitsraumes erstreckt und die geradlinig über der Schicht des Stoffes A verfahren wird.1. A method for layer-by-layer production of three-dimensional objects in which, after the application of a layer of a particulate substance A, a substance B, depending on which surface parts of the layer are to be solidified, is selectively added, characterized in that the substance B with With the help of at least one row of nozzles, or at least one slot-shaped outlet opening, which extends over the entire width of the working space and which is moved in a straight line over the layer of substance A. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stoff B zur Verfestigung notwendig ist und die Fläche einer Schicht, bei der Stoff B zugegeben wird, der jeweiligen Schnittfläche des zu erzeugenden Körpers entspricht.2. The method according to claim 1, characterized in that substance B is necessary for solidification and the area of a layer, where substance B is added, the respective cutting surface corresponds to the body to be generated. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stoff B eine Verfestigung verhindert und an den Flächenanteilen ei­ ner Schicht, die nicht zu der Schnittfläche des zu erzeugenden Körpers gehören, hinzugegeben wird.3. The method according to claim 1, characterized in that substance B prevents solidification and egg on the surface portions ner layer that is not to the cut surface of the to be generated Body belong, is added. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Reihe von Düsen, bzw. jede schlitzförmige Austrittsöffnung mit mindestens einem Schließelement ausge­ stattet ist, welches längs der Düsenreihe, bzw. der schlitz­ förmigen Austrittsöffnung verschieblich ist, so daß diese abschnittsweise geöffnet oder geschlossen werden können.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that each row of nozzles, or each slit-shaped Exit opening with at least one closing element which is along the row of nozzles, or the slot shaped outlet opening is displaceable, so that this can be opened or closed in sections. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Reihe von Düsen, bzw. jede schlitzförmige Austrittsöffnung mit mindestens einem Auffangelement ausge­ stattet ist, welches längs der Düsenreihe, bzw. der schlitz­ förmigen Austrittsöffnung verschieblich ist, so daß Stoff B abschnittsweise vor dem Auftreffen auf Stoff A aufgefangen wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that each row of nozzles, or each slit-shaped Exit opening with at least one collecting element which is along the row of nozzles, or the slot shaped outlet opening is displaceable, so that substance B intercepted in sections before hitting fabric A. becomes.   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stoff B mit Hilfe von Düsen aufgetragen wird, die von einem Rechner je nach Position einzeln geöffnet oder geschlossen werden.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that the substance B is applied with the aid of nozzles is opened individually by a computer depending on the position or be closed. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stoff B mit Hilfe von Düsen aufgetragen wird und daß an jeder Düse nach Bedarf ein Druckstoß erzeugt werden kann, durch den eine bestimmte Menge des Stoffes B ausge­ spritzt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that the substance B is applied using nozzles and that a pressure surge is generated at each nozzle as required by which a certain amount of substance B is emitted is injected. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Stoff B nicht kontinuierlich, sondern stoßweise, in Abhängigkeit vom Vorschub des Bauteils, das Stoff B auf­ trägt, abgegeben wird.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized shows that substance B is not continuous, but intermittently, depending on the feed of the component, the substance B. carries, is delivered. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfestigung jeder einzelnen Schicht mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen oder Wärme initiali­ siert oder unterstützt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the solidification of every single layer with the help of electromagnetic waves or heat initiali is supported or supported. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfestigung des gesamten Körpers erst nach dem schichtweisen Aufbau mit Hilfe von elektromagne­ tischen Wellen oder Wärme initialisiert oder unterstützt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the solidification of the entire body only after the layered construction with the help of electromagnetic initial waves or heat is initialized or supported.
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