WO2018014898A1 - Method and device for producing 3d shaped parts, with a stabilised powder cake - Google Patents

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WO2018014898A1
WO2018014898A1 PCT/DE2017/000214 DE2017000214W WO2018014898A1 WO 2018014898 A1 WO2018014898 A1 WO 2018014898A1 DE 2017000214 W DE2017000214 W DE 2017000214W WO 2018014898 A1 WO2018014898 A1 WO 2018014898A1
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powder cake
negative pressure
film
powder
producing
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PCT/DE2017/000214
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Inventor
Daniel GÜNTHER
Tobias REINOLD
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Voxeljet Ag
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method suitable for use in 3D printing processes.
  • European Patent EP 0 431 924 B1 describes a method for producing three-dimensional objects from computer data.
  • a particulate material is applied in a thin layer on a platform and this selectively printed by means of a print head with a binder material.
  • the particle area printed with the binder sticks and solidifies under the influence of the binder and optionally an additional hardener.
  • the platform is lowered by one layer thickness into a structural cylinder and provided with a new layer of particulate material, which is also printed as described above. These steps are repeated until a certain desired height of the object is reached.
  • the printed and solidified areas create a three-dimensional object.
  • This object made of solidified particulate material is embedded after its completion in loose Parti kelmaterial and is then freed from it. This is done for example by means of a nipple. The desired objects then remain, which are then removed from the residual powder, e.g. be freed by brushing.
  • the powder cake has only a low strength and can easily break. Not only is there a time delay in the further manufacturing process, but the 3D printing machine can also be dirty or damaged. Furthermore, the 3D molded parts produced can fall out of the powder cake and thereby be damaged.
  • the invention relates to a method for producing 3D molded parts, wherein particulate building material is applied in a defined layer by means of coaters on a construction field, selectively one or more liquids of a binder are applied and so selectively solidify the layers, wherein Repeated steps are repeated until the or the 3D moldings are prepared and the powder cake is stabilized according to the invention to drive out the powder cake from the 3D printer and then free the manufactured 3D moldings of the unconsolidated Parti kelmaterial.
  • the invention relates to a device suitable for 3D printing or for use in known 3D printing machines.
  • Figures la and lb show an exemplary 3D printer (SD printing machine) of the prior art.
  • the coater (101) deposits the powder material in thin layers, thereby preparing the powder cake (104) on the build platform (103).
  • the coater movement (108) is shown by arrow.
  • the printhead (100) selectively deposits binders in the direction of the arrow (102), resulting in 3D molded parts in the area of the printed surface (107). In this case, a wall (105) is printed, which stabilizes the powder cake (104).
  • FIG. 1c describes a breakage or uncontrolled breaking up of the powder cake (104) at a corner.
  • the uncontrolled expiring powder (112) and the broken wall (110) and break (111) are shown.
  • Fig. 2a and 2b illustrate the application of negative pressure to the powder cake and the processes within the powder cake.
  • Vacuum results in an air flow through the powder cake (104) in the arrow direction (203), where PO / 200 represents the ambient pressure, PU the applied underpressure and PM / 202 the negative pressure between the particles (205).
  • Figure 2b illustrates the particles (205) in the powder cake when vacuum (201) has been applied or applied.
  • FIG. 4a shows the vacuum connection (301) with filter (300) in one embodiment of the invention with film application (401), wherein the force effect (400) in the direction of the powder cake is shown.
  • FIG. 4b is a side view of FIG. 4a showing the powder cake (104) with overlying film (401) and vacuum port (301) and the transitions between film (401) and build platform (103) leading to a substantially dense one Close the powder cake (104) leads.
  • 3D molded parts or “component” within the meaning of the invention are all three-dimensional objects produced by the method according to the invention and / or the device according to the invention, which have a dimensional stability.
  • Construction space is the locus where the bed of particulate material grows during the construction process by repeated coating with particulate material or through which the bed passes through continuous principles, generally the space through a floor, the building platform, through walls and an open deck, the building level, limited.
  • particulate materials or “particulates” or “particulate building materials” or “building materials”
  • all materials known for powder-based 3D printing can be used, in particular polymers, ceramics and metals.
  • the particulate material is preferably a dry free-flowing powder, but a cohesive cut-resistant powder or a particle-laden liquid may also be used.
  • particulate material and powder are used synonymously.
  • the "Particle Material Application” is the process of producing a defined layer of powder, either on the build platform or on an inclined plane relative to a conveyor belt with continuous principles " called.
  • any known 3D printing apparatus may be used which includes the required components.
  • Conventional components include coaters, construction field, means for moving the construction field or other components in continuous processes, metering devices and heat and radiation means, and Other components known in the art, which are therefore not detailed here.
  • the building material is always applied in a "defined layer” or “layer thickness”, which is adjusted individually depending on the building material and process conditions. It is for example 0.05 to 0.5 mm, preferably 0, 1 to 0.3 mm.
  • Powder cake in the sense of the invention is the three-dimensional form produced by means of a coater, in which the 3D molded parts are or are selectively solidified and which includes the entirety of selectively solidified and powder volume.
  • Vacuum means in the sense of the invention are means which contribute or are associated with the application of the negative pressure including all necessary piping, motors, seals, and other parts which are intended to generate a negative pressure Devices are used.
  • the invention relates in one aspect to an apparatus for producing 3D molded parts by means of 3D printing methods, characterized in that the device comprises one or more negative pressure means which are in contact with the 3D printed powder cake, preferably on at least one wall or in Be brought in contact.
  • the device comprises one or more negative pressure means which are in contact with the 3D printed powder cake, preferably on at least one wall or in Be brought in contact.
  • multiple walls e.g. be arranged on two, three or four walls of the building platform vacuum means.
  • the one or more vacuum means at the bottom, i. on the building platform be arranged.
  • the vacuum means are designed so that they suck in air from the powder cake and thus generate a negative pressure in the powder cake.
  • a suction nozzle used or other suitable means.
  • a mesh, grid or a type of membrane can be used, so that substantially prevents powder material is sucked with.
  • the solution according to the invention can advantageously achieve increased stability in the powder cake, so that it is stabilized and can be driven out of the 3D printing machine and remains essentially stable and essentially free of falling apart, e.g. can be moved in an assembly hall.
  • the negative pressure is applied briefly or the negative pressure is applied for 1 to 20 minutes, preferably 5 to 10 minutes, more preferably 5 minutes.
  • the invention can also be carried out so that the negative pressure in the process and is applied uninterrupted or at intervals with intervening pauses until unpacking.
  • the negative pressure at least partially ensures a temporary solidification in the powder cake and thus helps stabilize the powder cake.
  • a film (401) or more films is applied over the powder cake so that the powder cake is substantially covered at the sides or / and at its top. It may in alternative embodiments e.g. to achieve a partial solidification of the powder cake by a partial covering with a film or equivalent means and thus to realize the inventive idea.
  • the film or films will substantially completely cover the powder cake, more preferably cover five surfaces.
  • the device when the building platform (103) and the film (401) terminate substantially airtight upon application of a negative pressure, preferably the device means for substantially airtight sealing between the building platform (103) and the film (401).
  • This embodiment may be advantageous in particular for large powder cake volumes and help to further increase the stability in the powder cake.
  • the film or other comparable and suitable means can be made of any material that is substantially airtight or at least slows down the air flow when the negative pressure is applied so that an at least partial negative pressure in the powder cake is formed and thus leads to stabilization in the powder cake.
  • the film (401) consists of or contains polypropylene, polyethylene, carbon, polyurethane, Teflon, waxed fabric, rubber, silicone, metal foil.
  • the vacuum means comprises a filter (300) and / or a vacuum connection (301) and / or an airtight closure means.
  • the vacuum to be applied or the vacuum to be built up in the powder cake or partially in the powder cake can be varied depending on the size of the powder cake. It can be less than 0.01 bar to 0.1 bar. Preferably, a negative pressure (PU / 201) of ⁇ - 0.1 bar is applied.
  • the invention relates to a 3D printing method for producing 3D molded parts, in which the invention is used.
  • the invention is a method for producing SD molded parts by means of 3D printing methods, characterized in that after the build-up process and / or before unpacking and / or before the process of the powder cake, a negative pressure is applied or a film (401 ) is applied over the powder cake (104) and a vacuum is applied.
  • the invention is a method for producing 3D molded parts by means of 3D printing method, characterized in that the powder cake is contacted after the building process and / or before unpacking and / or before the process with a vacuum means.
  • the negative pressure is adjusted so that a sufficient stabilization of the powder cake can be achieved.
  • the applied negative pressure PU / 201 is in the range of less than -0.01 to -0.1 bar, preferably less than -0.1 bar.
  • the airtight sealing means is closed or the negative pressure source is connected and remains switched on.
  • the powder cake (104) can then be removed from the device and preferably subsequently unpacked.
  • the invention is the use of a film and / or an underpressure agent to stabilize a powder cake in a 3-D printing process.
  • the device according to the invention can also be retrofitted into existing SD printing machines and these can be improved.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for producing 3D shaped parts using layering technology, where the powder cake (104) is stabilised.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen mit stabilisiertem Pulverkuchen  Method and device for producing 3D molded parts with stabilized powder cake
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren geeignet zum Einsatz bei 3D-Druckverfahren. The present invention relates to an apparatus and a method suitable for use in 3D printing processes.
In der europäischen Patentschrift EP 0 431 924 Bl wird ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus Computerdaten beschrieben. Dabei wird ein Partikelmaterial in einer dünnen Schicht auf eine Plattform aufgetragen und dieses selektiv mittels eines Druckkopfes mit einem Bindermaterial bedruckt. Der mit dem Binder bedruckte Partikelbereich verklebt und verfestigt sich unter dem Einfluss des Binders und gegebenenfalls eines zusätzlichen Härters. Anschließend wird die Plattform um eine Schichtdicke in einen Bauzylinder abgesenkt und mit einer neuen Schicht Partikelmaterial versehen, die ebenfalls, wie oben beschrieben, bedruckt wird. Diese Schritte werden wiederholt, bis eine gewisse, erwünschte Höhe des Objektes erreicht ist. Aus den bedruckten und verfestigten Bereichen entsteht so ein dreidimensionales Objekt. European Patent EP 0 431 924 B1 describes a method for producing three-dimensional objects from computer data. In this case, a particulate material is applied in a thin layer on a platform and this selectively printed by means of a print head with a binder material. The particle area printed with the binder sticks and solidifies under the influence of the binder and optionally an additional hardener. Subsequently, the platform is lowered by one layer thickness into a structural cylinder and provided with a new layer of particulate material, which is also printed as described above. These steps are repeated until a certain desired height of the object is reached. The printed and solidified areas create a three-dimensional object.
Dieses aus verfestigtem Partikelmaterial hergestellte Objekt ist nach seiner Fertigstellung in losem Parti kelmaterial eingebettet und wird anschließend davon befreit. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Saugers. Übrig bleiben danach die gewünschten Objekte, die dann vom Restpulver z.B. durch Abbürsten befreit werden. This object made of solidified particulate material is embedded after its completion in loose Parti kelmaterial and is then freed from it. This is done for example by means of a nipple. The desired objects then remain, which are then removed from the residual powder, e.g. be freed by brushing.
Ein Problem bei bekannten Verfahren und hierbei verwendeten Vorrichtungen ist das Herausfahren des Pulverkuchens mit den darin A problem with known methods and devices used in this case is the retraction of the powder cake with the therein
Bestätigungskopiel befindlichen 3D-Formteilen auf der Bauplattform aus der SD- Druckmaschine zum Entpacken der 3D-Formteile. Der Pulverkuchen weist nur eine geringe Festigkeit auf und kann leicht zerbrechen. Dabei kommt es nicht nur zu einer Zeitverzögerung im weiteren Herstellungsprozess, sondern die 3D-Druckmaschine kann auch verschmutzt oder beschädigt werden. Weiterhin können die hergestellten 3D-Formteile aus dem Pulverkuchen herausfallen und dabei beschädigt werden. Bestätigungskopiel located 3D moldings on the build platform from the SD printing machine for unpacking the 3D moldings. The powder cake has only a low strength and can easily break. Not only is there a time delay in the further manufacturing process, but the 3D printing machine can also be dirty or damaged. Furthermore, the 3D molded parts produced can fall out of the powder cake and thereby be damaged.
Es war deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, konstruktive Mittel bereitzustellen, die ein verbessertes 3 D- Druckverfahren erlauben oder zumindest die Nachteile des Standes der Technik zu verbessern oder ganz zu vermeiden. It was therefore an object of the present invention to provide constructive means which allow an improved 3D printing process or at least to improve or avoid the disadvantages of the prior art.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung Brief summary of the invention
In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, wobei partikelförmiges Baumaterial in einer definierten Schicht mittels Beschichter auf ein Baufeld aufgetragen wird, selektiv eine oder mehrere Flüssigkeiten eines Binders aufgebracht werden und so selektiv eine Verfestigung der Schichten erfolgen, wobei diese Schritte solange wiederholt werden, bis das oder die 3D-Formteile hergestellt sind und der Pulverkuchen erfindungsgemäß stabilisiert wird, um den Pulverkuchen aus dem 3D-Drucker herauszufahren und dann die hergestellten 3D-Formteile von dem nicht verfestigten Parti kelmaterial zu befreien. In one aspect, the invention relates to a method for producing 3D molded parts, wherein particulate building material is applied in a defined layer by means of coaters on a construction field, selectively one or more liquids of a binder are applied and so selectively solidify the layers, wherein Repeated steps are repeated until the or the 3D moldings are prepared and the powder cake is stabilized according to the invention to drive out the powder cake from the 3D printer and then free the manufactured 3D moldings of the unconsolidated Parti kelmaterial.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung geeignet für den 3D-Druck oder zur Verwendung in bekannten 3D-Druckmaschinen. In a further aspect, the invention relates to a device suitable for 3D printing or for use in known 3D printing machines.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Fig. la und lb zeigen einen beispielhaften 3D-Drucker (SD- Druckmaschine) des Standes der Technik. Der Beschichter (101) bringt das Pulvermaterial in dünnen Schichten auf, wodurch der Pulverkuchen (104) auf der Bauplattform (103) hergestellt wird. Die Beschichterbewegung ( 108) ist mittels Pfeil dargestellt. Der Druckkopf (100) bringt selektiv Binder in Pfeilrichtung (102) in Schichten auf, wodurch 3D-Formteile im Bereich der bedruckten Fläche (107) entstehen. Es wird hierbei eine Wandung (105) gedruckt, die den Pulverkuchen (104) stabilisiert. Figures la and lb show an exemplary 3D printer (SD printing machine) of the prior art. The coater (101) deposits the powder material in thin layers, thereby preparing the powder cake (104) on the build platform (103). The coater movement (108) is shown by arrow. The printhead (100) selectively deposits binders in the direction of the arrow (102), resulting in 3D molded parts in the area of the printed surface (107). In this case, a wall (105) is printed, which stabilizes the powder cake (104).
Fig. lc beschreibt ein Zerbrechen bzw. ein unkontrolliertes Aufbrechen des Pulverkuchens (104) an einer Ecke. Das unkontrolliert auslaufende Pulver (112) sowie die gebrochene Wandung (110) und Bruch (111) sind dargestellt. FIG. 1c describes a breakage or uncontrolled breaking up of the powder cake (104) at a corner. The uncontrolled expiring powder (112) and the broken wall (110) and break (111) are shown.
Fig. 2a und 2b stellen das Anlegen von Unterdruck an den Pulverkuchen dar und die Abläufe innerhalb des Pulverkuchens. Unterdruck (PU/201) führt zu einem Luftstrom durch den Pulverkuchen (104) in Pfeilrichtung (203), wobei PO/200 den Umgebungsdruck darstellt, PU den angelegten Unterduck und PM/202 den Unterdruck zwischen den Partikeln (205). Fig. 2a and 2b illustrate the application of negative pressure to the powder cake and the processes within the powder cake. Vacuum (PU / 201) results in an air flow through the powder cake (104) in the arrow direction (203), where PO / 200 represents the ambient pressure, PU the applied underpressure and PM / 202 the negative pressure between the particles (205).
Fig. 2b stellt die Partikel (205) in dem Pulverkuchen dar, wenn Unterdruck (201) angelegt wurde oder angelegt ist. Figure 2b illustrates the particles (205) in the powder cake when vacuum (201) has been applied or applied.
Fig. 3 zeigt den Pulverkuchen mit den einzelnen Partikeln (205) an seiner Kontaktstelle mit dem Unterdruckanschluss (301) mit Filter (300) und dem auftretenden Luftstrom (302). 3 shows the powder cake with the individual particles (205) at its point of contact with the vacuum connection (301) with filter (300) and the occurring air flow (302).
Fig. 4a stellt den Unterdruckanschluss (301) mit Filter (300) in einer Ausführungsform der Erfindung mit Folienaufbringung (401) dar, wobei die Kraftwirkung (400) in Richtung Pulverkuchen dargestellt ist. FIG. 4a shows the vacuum connection (301) with filter (300) in one embodiment of the invention with film application (401), wherein the force effect (400) in the direction of the powder cake is shown.
Fig. 4b ist eine Seitenansicht von Fig. 4a, die den Pulverkuchen (104) mit darüber liegender Folie (401) und Unterdruckanschluss (301) sowie die Übergänge zwischen Folie (401) und Bauplattform (103) zeigt, der zu einem im wesentlichen dichten Abschluss um den Pulverkuchen (104) führt. FIG. 4b is a side view of FIG. 4a showing the powder cake (104) with overlying film (401) and vacuum port (301) and the transitions between film (401) and build platform (103) leading to a substantially dense one Close the powder cake (104) leads.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Erfindungsgemäß wird die der Anmeldung zugrunde liegenden Aufgabe durch einen Gegenstand von Anspruch 1 und 8 gelöst. Im Folgenden werden zunächst einige Begriffe der Erfindung näher erläutert. According to the object underlying the application is achieved by an object of claim 1 and 8. In the following, some terms of the invention are first explained in more detail.
„3D-FormteiP\ „Formkörper" oder„Bauteil" im Sinne der Erfindung sind alle mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder/und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte dreidimensionale Objekte, die eine Formfestigkeit aufweisen. "3D molded parts" or "component" within the meaning of the invention are all three-dimensional objects produced by the method according to the invention and / or the device according to the invention, which have a dimensional stability.
„Bauraum" ist der geometrische Ort, in dem die Partikelmaterialschüttung während des Bauprozesses durch wiederholtes Beschichten mit Partikelmaterial wächst oder durch den die Schüttung bei kontinuierlichen Prinzipien durchläuft. Im Allgemeinen wird der Bauraum durch einen Boden, die Bauplattform, durch Wände und eine offene Deckfläche, die Bauebene, begrenzt. "Construction space" is the locus where the bed of particulate material grows during the construction process by repeated coating with particulate material or through which the bed passes through continuous principles, generally the space through a floor, the building platform, through walls and an open deck, the building level, limited.
Als „Partikelmaterialien" oder „Partikel" oder „partikelförmige Baumaterialien" oder „Baumaterialien" können alle für den Pulverbasierten 3D-Druck bekannten Materialien verwendet werden, insbesondere Polymere, Keramiken und Metalle. Das Partikelmaterial ist vorzugsweise ein trocken frei fließendes Pulver, es kann aber auch ein kohäsives schnittfestes Pulver oder eine partikelbeladene Flüssigkeit verwendet werden. In dieser Schrift werden Partikelmaterial und Pulver synonym verwendet. As "particulate materials" or "particulates" or "particulate building materials" or "building materials", all materials known for powder-based 3D printing can be used, in particular polymers, ceramics and metals. The particulate material is preferably a dry free-flowing powder, but a cohesive cut-resistant powder or a particle-laden liquid may also be used. In this document particulate material and powder are used synonymously.
Der „Partikelmaterialauftrag" ist der Vorgang, bei dem eine definierte Schicht aus Pulver erzeugt wird. Dies kann entweder auf der Bauplattform oder auf einer geneigten Ebene relativ zu einem Förderband bei kontinuierlichen Prinzipen erfolgen. Der Partikelmaterialauftrag wird im Weiteren auch„BeSchichtung" oder„Recoaten" genannt. The "Particle Material Application" is the process of producing a defined layer of powder, either on the build platform or on an inclined plane relative to a conveyor belt with continuous principles " called.
„Selektiver Flüssigkeitsauftrag" kann im Sinne der Erfindung nach jedem Partikelmaterialauftrag erfolgen oder je nach den Erfordernissen des Formkörpers und zur Optimierung der Formkörperherstellung auch unregelmäßig, beispielsweise mehrfach bezogen auf einen Partikelmaterialauftrag, erfolgen. Dabei wird ein Schnittbild durch den gewünschten Körper aufgedruckt. Als „Vorrichtung" zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jede bekannte 3D-Druckvorrichtung verwendet werden, die die erforderlichen Bauteile beinhaltet. Übliche Komponenten beinhalten Beschichter, Baufeld, Mittel zum Verfahren des Baufeldes oder anderer Bauteile bei kontinuierlichen Verfahren, Dosiervorrichtungen und Wärme- und Bestrahlungsmittel und andere dem Fachmann bekannte Bauteile, die deshalb hier nicht näher ausgeführt werden. For the purposes of the invention, "selective liquid application" can be carried out after each particle material application or, depending on the requirements of the molded article and for optimizing the production of shaped articles, also irregularly, for example several times with respect to a particle material application, whereby a sectional image is printed by the desired body. As an "apparatus" for carrying out the method according to the invention, any known 3D printing apparatus may be used which includes the required components. Conventional components include coaters, construction field, means for moving the construction field or other components in continuous processes, metering devices and heat and radiation means, and Other components known in the art, which are therefore not detailed here.
Das Baumaterial wird immer in einer „definierten Schicht" oder „Schichtstärke" aufgebracht, die je nach Baumaterial und Verfahrensbedingungen individuell eingestellt wird. Sie beträgt beispielsweise 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0, 1 bis 0,3 mm. The building material is always applied in a "defined layer" or "layer thickness", which is adjusted individually depending on the building material and process conditions. It is for example 0.05 to 0.5 mm, preferably 0, 1 to 0.3 mm.
„Pulverkuchen" im Sinne der Erfindung ist die mittels Beschichter hergestellte dreidimensionale Form, in der die 3D-Formteile selektiv verfestigt werden oder sind und der die Gesamtheit von selektiv verfestigtem und Pulvervolumen einschließt. "Powder cake" in the sense of the invention is the three-dimensional form produced by means of a coater, in which the 3D molded parts are or are selectively solidified and which includes the entirety of selectively solidified and powder volume.
„Unterdruckmittel" im Sinne der Erfindung sind Mittel, die dazu beitragen oder in Zusammenhang stehen mit dem Anlegen des Unterdruckes einschließlich aller hierzu nötigen Rohrleitungen, Motoren, Dichtungen, und weiterer Teile, die dazu bestimmt sind einen Unterdruck zu erzeugen. Hierbei können bekannte Materialien und Vorrichtungen zum Einsatz kommen. "Vacuum means" in the sense of the invention are means which contribute or are associated with the application of the negative pressure including all necessary piping, motors, seals, and other parts which are intended to generate a negative pressure Devices are used.
Bei den„Druckverhältnissen" in dem und um den Pulverkuchen kann man den „Umgebungsdruck" „PO", den „Unterdruck" „PU" und „Unterdruck" „PM" zwischen den Partikeln unterscheiden. PU und PM sind nach Anlegen des Unterdruckes geringer als PO. PU und PM werden in Abhängigkeit der übrigen Parameter wie z.B. gewähltes Partikelmaterial so gewählt, dass eine ausreichende Stabilisierung des Pulverkuchens erreicht wird. Der angelegte Unterdruck kann 0,5 bar bis 3 bar betragen und zu einem PM oder/und PU von bspw. - 0,5 bis - 0, 1 bar führen. PM kann innerhalb des Pulverkuchens je nach Pulvermaterial, Volumen, Pulverkuchenform gleichmäßig sein oder in unterschiedlichen Bereichen des Pulverkuchens unterschiedliche Werte aufweisen. In the "pressure ratios" in and around the powder cake, it is possible to distinguish "ambient pressure""PO","negativepressure""PU" and "negative pressure""PM" between the particles PU and PM are less than Depending on the other parameters, such as selected particulate material, PO, PU and PM are selected such that sufficient stabilization of the powder cake is achieved. - 0.5 to - 0, 1 bar PM can be inside the powder cake depending on the powder material, volume, powder cake form be uniform or have different values in different areas of the powder cake.
Die Aspekte der Erfindung werden im Folgenden näher beschrieben. The aspects of the invention are described in more detail below.
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt eine Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen mittels 3D-Druckverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein oder mehrere Unterdruckmittel umfasst, die mit dem 3D-gedruckten Pulverkuchen, vorzugsweise an mindestens einer Wandung, in Kontakt stehen oder in Kontakt gebracht werden. Wahlweise und je nach Aufbau des 3D-Druckers können an mehreren Wandungen, z.B. an zwei, drei oder vier Wandungen der Bauplattform Unterdruckmittel angeordnet sein. Es ist auch möglich, mehrere Unterdruckmittel an einer Wandung vorzusehen oder mehrere Unterdruckmittel an mehreren Wandungen. Möglich sind z. B. 2, 3, 4, 5, 6 derartige Unterdruckmittel je Wandung. In einer Ausführungsform kann das oder können die Unterdruckmittel an der Unterseite, d.h. an der Bauplattform, angeordnet sein. Die Unterdruckmittel sind dabei so ausgeführt, dass sie Luft aus dem Pulverkuchen ansaugen und so im Pulverkuchen einen Unterdruck erzeugen. Hierzu wird z.B. ein Absaugstutzen verwendet oder andere geeignete Mittel. Es kann auch vorteilhaft sein, Mittel vorzusehen, die verhindern, dass Pulvermaterial mit abgesaugt wird. Hierzu kann ein Netz, Gitter oder eine Art Membran verwendet werden, so dass im Wesentlichen verhindert wird, dass Pulvermaterial mit abgesaugt wird. The invention relates in one aspect to an apparatus for producing 3D molded parts by means of 3D printing methods, characterized in that the device comprises one or more negative pressure means which are in contact with the 3D printed powder cake, preferably on at least one wall or in Be brought in contact. Optionally, and depending on the design of the 3D printer, multiple walls, e.g. be arranged on two, three or four walls of the building platform vacuum means. It is also possible to provide a plurality of negative pressure means on one wall or a plurality of negative pressure means on a plurality of walls. Possible are z. B. 2, 3, 4, 5, 6 such vacuum means per wall. In one embodiment, the one or more vacuum means at the bottom, i. on the building platform, be arranged. The vacuum means are designed so that they suck in air from the powder cake and thus generate a negative pressure in the powder cake. For this purpose, e.g. a suction nozzle used or other suitable means. It may also be advantageous to provide means for preventing powder material from being sucked off. For this purpose, a mesh, grid or a type of membrane can be used, so that substantially prevents powder material is sucked with.
Die erfindungsgemäße Lösung kann vorteilhafter Weise im Pulverkuchen eine erhöhte Stabilität erzielen, so dass dieser stabilisiert wird und aus der 3D-Druckmaschine herausgefahren werden kann und dabei im Wesentlichen stabil bleibt und im Wesentlichen ohne auseinanderzufallen z.B. in einer Montagehalle verfahren werden kann. The solution according to the invention can advantageously achieve increased stability in the powder cake, so that it is stabilized and can be driven out of the 3D printing machine and remains essentially stable and essentially free of falling apart, e.g. can be moved in an assembly hall.
Es kann ausreichen, wenn nach Abschluss des Druckvorganges der Unterdruck kurz oder der Unterdruck für 1 bis 20 Minuten, vorzugsweise 5 bis 10 Minuten, mehr bevorzugt 5 Minuten, angelegt wird. Die Erfindung kann auch so ausgeführt werden, dass der Unterdruck beim Verfahren und bis zum Auspackvorgang ununterbrochen oder in Abständen mit dazwischenliegenden Pausen angelegt wird. It may be sufficient if, after completion of the printing process, the negative pressure is applied briefly or the negative pressure is applied for 1 to 20 minutes, preferably 5 to 10 minutes, more preferably 5 minutes. The invention can also be carried out so that the negative pressure in the process and is applied uninterrupted or at intervals with intervening pauses until unpacking.
Es kann dabei ausreichend sein, dass der Unterdruck zumindest partiell zu einer vorübergehenden Verfestigung im Pulverkuchen sorgt und so den Pulverkuchen stabilisieren hilft. It may be sufficient that the negative pressure at least partially ensures a temporary solidification in the powder cake and thus helps stabilize the powder cake.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Folie (401) oder mehrere Folien über dem Pulverkuchen angebracht, so dass der Pulverkuchen an den Seiten oder/und an seiner Oberseite im Wesentlichen bedeckt ist. Es kann in alternativen Ausführungsformen z.B. durch eine partielle Bedeckung mit einer Folie oder gleichwirkenden Mitteln eine partielle Verfestigung des Pulverkuchens zu erreichen und so die erfinderische Idee zu verwirklichen. Vorzugsweise wird die Folie oder die Folien den Pulverkuchen im Wesentlichen ganz bedecken, mehr bevorzugt an fünf Flächen überdecken. In a further embodiment, a film (401) or more films is applied over the powder cake so that the powder cake is substantially covered at the sides or / and at its top. It may in alternative embodiments e.g. to achieve a partial solidification of the powder cake by a partial covering with a film or equivalent means and thus to realize the inventive idea. Preferably, the film or films will substantially completely cover the powder cake, more preferably cover five surfaces.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein und stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar, wenn die Bauplattform ( 103) und die Folie (401) beim Anlegen eines Unterdruckes im Wesentlichen luftdicht abschließen, vorzugsweise die Vorrichtung Mittel zum im Wesentlichen luftdichten Abschließen zwischen Bauplattform ( 103) und die Folie (401) aufweist. It may also be advantageous and represents a further embodiment of the invention, when the building platform (103) and the film (401) terminate substantially airtight upon application of a negative pressure, preferably the device means for substantially airtight sealing between the building platform (103) and the film (401).
Diese Ausführungsform kann insbesondere bei großen Pulverkuchenvolumina vorteilhaft sein und die Stabilität im Pulverkuchen weiter erhöhen helfen. This embodiment may be advantageous in particular for large powder cake volumes and help to further increase the stability in the powder cake.
Die Folie oder andere vergleichbare und geeignete Mittel können aus jedem Material gefertigt sein, dass im Wesentlichen luftdicht ist oder zumindest den Luftstrom beim Anlegen des Unterdruckes soweit verlangsamt, dass ein zumindest partieller Unterdruck im Pulverkuchen entsteht und somit zur Stabilisierung im Pulverkuchen führt. The film or other comparable and suitable means can be made of any material that is substantially airtight or at least slows down the air flow when the negative pressure is applied so that an at least partial negative pressure in the powder cake is formed and thus leads to stabilization in the powder cake.
Bevorzugt besteht die Folie (401) aus oder enthält Polypropylen, Polyethylen, Carbon, Polyurethan, Teflon, gewachstes Gewebe, Gummi, Silikon, Metallfolie. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Unterdruckmittel einen Filter (300) und/oder einen Unterdruckanschluss (301) und/oder ein luftdichtes Verschlussmittel. Preferably, the film (401) consists of or contains polypropylene, polyethylene, carbon, polyurethane, Teflon, waxed fabric, rubber, silicone, metal foil. In a further embodiment, the vacuum means comprises a filter (300) and / or a vacuum connection (301) and / or an airtight closure means.
Der anzulegende Unterdruck bzw. der im Pulverkuchen oder partiell im Pulverkuchen aufzubauende Unterdruck kann je nach Größe des Pulverkuchens variiert werden. Er kann kleiner - 0,01 bar bis 0,1 bar betragen. Vorzugsweise wird ein Unterdruck (PU / 201) von < - 0,1 bar angelegt. The vacuum to be applied or the vacuum to be built up in the powder cake or partially in the powder cake can be varied depending on the size of the powder cake. It can be less than 0.01 bar to 0.1 bar. Preferably, a negative pressure (PU / 201) of <- 0.1 bar is applied.
In einem weiteren Aspekt kann das Unterdruckmittel im Pulverkuchen (104), d.h. zwischen den Partikeln einen Unterdruck (PM / 202) durch Strömung erzeugen. In another aspect, the negative pressure agent in the powder cake (104), i. generate a negative pressure (PM / 202) between the particles by flow.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein 3D-Druckverfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, in dem die Erfindung zur Anwendung kommt. In a further aspect, the invention relates to a 3D printing method for producing 3D molded parts, in which the invention is used.
In einem Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von SD- Formteilen mittels 3 D- Druckverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbauprozess oder/und vor dem Entpacken oder/und vor dem Verfahren des Pulverkuchens ein Unterdruck angelegt wird oder eine Folie (401) über den Pulverkuchen (104) aufgebracht wird und ein Unterdruck angelegt wird. In one aspect, the invention is a method for producing SD molded parts by means of 3D printing methods, characterized in that after the build-up process and / or before unpacking and / or before the process of the powder cake, a negative pressure is applied or a film (401 ) is applied over the powder cake (104) and a vacuum is applied.
In einem weiteren Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen mittels 3D-Druckverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverkuchen nach dem Aufbauprozess oder/und vor dem Entpacken oder/und vor dem Verfahren mit einem Unterdruckmittel kontaktiert wird. In a further aspect, the invention is a method for producing 3D molded parts by means of 3D printing method, characterized in that the powder cake is contacted after the building process and / or before unpacking and / or before the process with a vacuum means.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Unterdruck so eingestellt, dass eine ausreichende Stabilisierung des Pulverkuchens erreicht werden kann. Vorzugsweise liegt der angelegte Unterdruck (PU / 201) im Bereich von weniger als -0,01 bis - 0,1 bar, vorzugsweise bei weniger als - 0,1 bar. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in dem Verfahren nach dem Erzeugen des Unterdrucks (PU / 201) das luftdichte Verschlussmittel verschlossen oder die Unterdruckquelle wird angeschlossen und bleibt eingeschaltet. Der Pulverkuchen (104) kann dann aus der Vorrichtung herausgefahren werden und vorzugsweise anschließend entpackt werden. In the process of the invention, the negative pressure is adjusted so that a sufficient stabilization of the powder cake can be achieved. Preferably, the applied negative pressure (PU / 201) is in the range of less than -0.01 to -0.1 bar, preferably less than -0.1 bar. In a further embodiment of the invention, in the method after the generation of the negative pressure (PU / 201), the airtight sealing means is closed or the negative pressure source is connected and remains switched on. The powder cake (104) can then be removed from the device and preferably subsequently unpacked.
In einem weiteren Aspekt ist die Erfindung die Verwendung einer Folie oder/und eines Unterdruckmittels zur Stabilisierung eines Pulverkuchens bei einem 3 D- Druckverfahren. In a further aspect, the invention is the use of a film and / or an underpressure agent to stabilize a powder cake in a 3-D printing process.
Mit der oben dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren konnten überraschender Weise sehr vorteilhafte Verfahrensergebnisse erreicht werden. Es kann zum einen erreicht werden, dass die Herstellungszeit vermindert wird, da das Verfahren oder Herausfahren eines Batches schneller durchgeführt werden kann. Andererseits kann der Ausschuss vermindert werden, der durch unkontrolliertes Auseinanderfallen des Pulverkuchens und Beschädigungen der hergestellten 3D-Formteile in Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik auftritt. With the device according to the invention and the method presented above, surprisingly, very advantageous method results could be achieved. It can be achieved on the one hand, that the production time is reduced, since the process or retraction of a batch can be performed faster. On the other hand, the rejects that occur due to uncontrolled falling apart of the powder cake and damage to the manufactured 3D molded parts in devices and methods of the prior art can be reduced.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in bestehende SD- Druckmaschinen nachträglich eingebaut werden und diese können so verbessert werden. The device according to the invention can also be retrofitted into existing SD printing machines and these can be improved.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahren werden die oben ausgeführten Probleme oder Nachteile zumindest vermindert oder ganz vermieden. Bezugszeichenliste Druckkopf With the device and method according to the invention, the problems or disadvantages outlined above are at least reduced or completely avoided. List of Reference Printhead
Beschichter coaters
Druckkopfbewegung Print Head
Bau Plattform Construction platform
Pulverkuchen powder cake
gedruckte Wandung printed wall
Noch nicht bedruckte Fläche Not yet printed area
Bedruckte Fläche Printed area
Beschichterbewegung Beschichterbewegung
Neue Pulverschicht New powder layer
Gebrochene Wand Cracked wall
Bruch fracture
Unkontrolliert auslaufendes Pulver Umgebungsdruck Uncontrolled leaking powder ambient pressure
Unterdruck vacuum
Druck zwischen Partikeln Pressure between particles
Kraftwirkung force action
Partikel particle
"Filter" "Filter"
Unterdruckanschluss Vacuum port
Illustration der Luftströmung Illustration of the air flow
Kraftwirkung force action
Folie foil

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen mittels SD- Druckverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein oder mehrere Unterdruckmittel umfasst, die mit dem 3D- gedruckten Pulverkuchen, vorzugsweise an einer Wandung, in Kontakt stehen. 1. Device for producing 3D molded parts by means of SD printing method, characterized in that the device comprises one or more negative pressure means which are in contact with the 3D printed powder cake, preferably on a wall.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (401) den Pulverkuchen im wesentlichen ganz bedeckt, vorzugsweise an fünf Flächen überdeckt.  2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a film (401) the powder cake substantially completely covered, preferably covered on five surfaces.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauplattform (103) und die Folie (401) beim Anlegen eines Unterdruckes im wesentlichen luftdicht abschließen, vorzugsweise die Vorrichtung Mittel zum im wesentlichen luftdichten Abschließen zwischen Bauplattform (103) und die Folie (401) aufweist.  3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the construction platform (103) and the film (401) when applying a negative pressure substantially airtight, preferably the device means for substantially airtight sealing between the construction platform (103) and the film (401).
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (401) besteht aus oder enthält Polypropylene, Polyethylene, Carbon, Polyurethan, Teflon, gewachstes Gewebe, Gummi, Silikon, Metallfolie.  4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the film (401) consists of or contains polypropylene, polyethylene, carbon, polyurethane, Teflon, waxed fabric, rubber, silicone, metal foil.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdruckmittel einen Filter (300) und/oder einen Unterdruckanschluss (301) und/oder ein luftdichtes Verschlussmittel umfasst oder/und 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the negative pressure means comprises a filter (300) and / or a vacuum connection (301) and / or an airtight closure means comprises and / or
dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterdruck (PU / 201) von < - 0,1 bar angelegt wird oder/und characterized in that a negative pressure (PU / 201) of <- 0.1 bar is applied and / or
dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdruckmittel im characterized in that the negative pressure means in
Pulverkuchen (104) zwischen den Partikeln einen Unterdruck (PM / 202) durch Strömung erzeugen kann. Powder cake (104) between the particles can generate a negative pressure (PM / 202) by flow.
6. Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen mittels SD- Druckverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem  6. A method for producing 3D molded parts by means of SD printing method, characterized in that after the
Aufbauprozess oder/und vor dem Entpacken oder/und vor dem Verfahren des Pulverkuchens eine Folie (401) über den Build - up process and / or before unpacking and / or before the process of the powder cake a film (401) on the
Pulverkuchen (104) aufgebracht wird und ein Unterdruck angelegt wird. Powder cake (104) is applied and a negative pressure is applied.
7. Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen mittels SD- Druckverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverkuchen nach dem Aufbauprozess oder/und vor dem Entpacken oder/und vor dem Verfahren mit einem Unterdruckmittel kontaktiert wird. 7. A method for producing 3D molded parts by means of SD printing method, characterized in that the powder cake is contacted after the buildup process and / or before unpacking and / or before the process with a vacuum means.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch 8. The method according to claim 6 or 7, characterized
gekennzeichnet, dass der angelegte Unterdruck (PU / 201) im Bereich von < - 0, 1 bar liegt. characterized in that the applied negative pressure (PU / 201) in the range of <- 0, 1 bar.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen des Unterdrucks (PU / 201) das luftdichte Verschlussmittel verschlossen wird oder die  9. The method according to claim 8, characterized in that after the generation of the negative pressure (PU / 201), the airtight sealing means is closed or the
Unterdruckquelle angeschlossen und eingeschaltet bleibt und der Pulverkuchen (104) aus der Vorrichtung herausgefahren wird und vorzugsweise anschließend entpackt wird. Vacuum source connected and remains on and the powder cake (104) is moved out of the device and is preferably then unpacked.
10. Verwendung einer Folie oder/und eines Unterdruckmittels zur Stabilisierung eines Pulverkuchens bei einem SD- Druckverfahren.  10. Use of a film and / or a negative pressure agent for stabilizing a powder cake in an SD printing process.
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