CH713243A2 - Vorrichtung zum Schleifen oder Polieren. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Schleifen oder Polieren. Die Vorrichtung (1) umfasst ein Trägermaterial aus einem Polymer oder einem Polymergemisch und abrasive Partikel (9a). Die abrasiven Partikel (9a) sind zumindest in einem Teil des Trägermaterials verteilt. Die Vorrichtung (1) weist mindestens zwei Bereiche (31a, 31b, 32a, 32b, 33a) mit unterschiedlichem Anteil, insbesondere Gewichtsprozent, oder unterschiedlicher Verteilung der abrasiven Partikel (9a) auf.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schleifen oder Polieren sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung. Die Erfindung betrifft auch eine Materialkartusche.

[0002] WO 2013/190 476 beschreibt einen Träger zur Herstellung von ankerlosen Bürstenköpfen, insbesondere für Zahnbürsten. Der Träger wird dazu mit Blindbohrungen für das Einfügen von Reinigungselementen sowie einer Vertiefung für das Anformen des Bürstenkopfes versehen. Der Träger kann aus verschiedenen Materialien mittels Rapid Prototyping hergestellt werden. Beispielsweise können abrasionsresistente Materialien wie Keramik, Stahl, Plastik oder synthetische Harze für die Herstellung des Trägers verwendet werden. Die Reinigungselemente, vor allem Borsten, werden separat aus natürlichen Fasern oder Kunststofffasern hergestellt und dann anschliessend in die Blindbohrungen eingefügt. Die Borsten können aber auch durch direktes Spritzgiessen in die Blindbohrungen eingefügt werden. Im Anschluss wird der Bürstenkopf mit entsprechenden Giessverfahren an den Träger angegossen und hält somit die Borsten ohne zusätzliche Verankerung fest.

[0003] Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden ist. Zum Herstellen der Bürste sind mehrere Arbeitsschritte notwendig. Die einzelnen Teile müssen separat zusammengefügt werden. Das Spritzgiessen zum Herstellen der Borsten eignet sich nicht für die Verwendung von abrasiven Materialien, da diese die Spritzdüse beschädigen können.

[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu übenwinden.

[0005] Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Schleifen und Polieren zur Verfügung zu stellen, welche einfach und ohne grossen Arbeitsaufwand herstellbar ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung einer solchen Vorrichtung bereit zustellen sowie eine Materialkartusche.

[0006] Diese Aufgaben werden durch die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Vorrichtungen und Verfahren sowie Materialkartusche gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0007] Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schleifen oder Polieren. Die Vorrichtung umfasst ein Trägermaterial aus einem Polymer oder einem Polymergemisch und abrasive Partikel. Die abrasiven Partikel sind dabei zumindest in einem Teil des Trägermaterials verteilt. Die Vorrichtung weist mindestens zwei Bereiche auf, die sich hinsichtlich der abrasiven Partikel unterscheiden. Insbesondere können die Bereiche unterschiedliche Anteile, insbesondere in Gewichtsprozent, oder unterschiedliche Verteilungen der abrasiven Partikel oder unterschiedliche Grössen oder Materialien der Partikel aufweisen.

[0008] Die Bereiche mit unterschiedlichem Anteil oder unterschiedlicher Verteilung der abrasiven Partikel, weisen unterschiedliche Mengen der abrasiven Partikel in Volumenprozent, Gewichtsprozent, oder Massenanteil auf. Zudem können sich die abrasiven Partikel hinsichtlich Grösse, Form und Teilchendichte unterscheiden.

[0009] Vorzugsweise liegen die abrasiven Partikel in dem zumindest einem Teil des Trägermaterials in einer Menge von 1 bis 80 Gewichtsprozent vor. Besonders bevorzugt sind Mengen von 10-40 Gewichtsprozent.

[0010] Es ist auch denkbar, dass die Vorrichtung mehr als zwei Bereiche mit unterschiedlichem Anteil oder unterschiedlicher Verteilung der abrasiven Partikel aufweist. Es ist auch möglich, dass ein Teil der Vorrichtung zusätzlich zu den mindestens zwei Bereichen mit abrasiven Partikeln mindestens einen Bereich ohne abrasive Partikel aufweist.

[0011] Eine solche Vorrichtung zeichnet sich durch eine besonders hohe Robustheit aus. Zudem ist eine solche Vorrichtung vielseitig einsetzbar. Die Zusammensetzung aus Trägermaterial und abrasiven Partikel kann entsprechend der geplanten Anwendung angepasst werden.

[0012] Die Vorrichtung kann ein Befestigungsteil und mindestens ein Schleifteil aufweisen. Das Schleifteil kann ein proximales Ende und ein distales Ende haben. Das proximale Ende schliesst dabei an das Befestigungsteil an. Vorzugsweise liegen die mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichem Anteil oder unterschiedlicher Verteilung der abrasiven Partikel im Schleifteil vor. Das Befestigungsteil kann ebenfalls einen Bereich mit einem Anteil oder einer Verteilung der abrasiven Partikel aufweisen. Alternativ ist das Befestigungsteil frei von abrasiven Partikeln und besteht aus einem Polymer oder Polymergemisch.

[0013] Die Vorrichtung zeichnet sich durch die geringe Anzahl einzelner Bauteile aus.

[0014] Vorzugsweise weist das Schleifteil am distalen Ende einen höheren Anteil, insbesondere in Gewichtsprozent, oder eine höhere Verteilung der abrasiven Partikel auf als am proximalen Ende. Das proximale Ende weist vorzugsweise einen hohen Anteil des Polymers oder Polymergemisches auf. Das proximale Ende kann somit beweglich flexibel an das Befestigungselement anschliessen. Die Zunahme des Anteils oder der Verteilung der abrasiven Partikel kann kontinuierlich erfolgen oder Bereiche mit höherem Anteil oder höherer Verteilung der abrasiven Partikel können mit Bereichen niedrigen Anteils oder niedriger Verteilung der abrasiven Partikel alternieren. Über die Menge der abrasiven Partikel kann die Steifigkeit des Schleifteils gesteuert werden.

[0015] Es ist auch denkbar, dass ein Bereich zwischen dem proximalen und dem distalen Ende, bevorzugt mittig zwischen beiden Enden, den höchsten Anteil oder die höchste Verteilung der abrasiven Partikel aufweist.

[0016] Das Schleifteil und das Befestigungsteil können optimal an den Verwendungszweck angepasst werden. Das Schleifteil ist besonders robust und widerstandfähig und weist eine hohe Lebensdauer auf.

[0017] Das Befestigungsteil kann ein Borstenhalter sein und das Schleifteil eine Borste sein. Es können auch mehrere Borsten vorgesehen sein. Die Borsten können Längen zwischen 0.5 und 100 mm aufweisen. Die Borsten einer Vorrichtung können dabei sowohl gleiche als auch unterschiedliche Längen aufweisen. Der Durchmesser der Borsten liegt typischerweise zwischen 50 pm und 10 mm. Die Borsten einer Vorrichtung können dabei sowohl gleiche als auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Geometrie der Borstenform kann im Querschnitt rund, oval, rechteckig, dreieckig, sternen-förmig oder als Kreuz ausgebildet sein. Ovale und runde Formen können darüber hinaus zusätzliche Einkerbungen aufweisen. Die Borstenenden können einen planaren Abschluss, einen planar geneigte Abschluss oder eine konkave oder konvexe Wölbung aufweisen. Bei den Borsten kann es sich um Rundborsten handeln.

[0018] Die Vorrichtung kann eine Bürste oderein Pinsel sein. Alternativ kann das Schleifteil aber auch eine Schleifscheibe oder ein gebundenes Schleifmittel sein.

[0019] Die Vorrichtung kann entsprechend dem Verwendungszweck gestaltet werden. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie als feines Werkzeug beispielsweise für die Bearbeitung von Uhrenbauteilen geeignet ist oder aber auch als grobes Werkzeug für die Bearbeitung von Maschinenteilen einsetzbar ist.

[0020] Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung mindestens eine Öffnung in Borstenrichtung auf. Die Öffnung ist bevorzugt innerhalb der Borste angeordnet. Die Öffnung weist einen Durchmesser von 50 pm bis 4 mm auf.

[0021] Die Öffnungen können als Kanäle innerhalb der Borsten gestaltet sein, die sich vom Borstenhalter zu den Borstenenden erstrecken. Es ist auch denkbar, dass der Borstenhalter über Öffnungen verfügt. Die Öffnungen des Borstenhalters können mit den Öffnungen innerhalb der Borsten korrespondierend verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ ist es auch denkbar, dass der Borstenhalter über Öffnungen verfügt, die zwischen den Borsten angeordnet sind. Die Öffnungen sind zum Durchleiten eines Kühlmittels oder auch Druckluft geeignet. Die Öffnungen können derart gestaltet sein, dass diese mit einer Kühlmittelvorrichtung oder Druckluftvorrichtung verbindbar anordenbar sind.

[0022] Die Öffnungen haben den Vorteil, dass der Borstenhalter und die Borsten als auch das zu bearbeitende Werkstück während der Bearbeitung gekühlt werden können. Je nach Anwendungsbereich kann dadurch eine Überhitzung vermieden werden.

Druckluft kann zusätzlich dazu dienen beispielsweise Späne, die beim Schleifen anfallen, zu entfernen.

[0023] Vorzugsweise ist die Vorrichtung einteilig ausgebildet. Das Befestigungsteil und das mindestens eine Schleifteil können beispielsweise mittels eines 3D-Druck-Verfahrens einteilig hergestellt werden. Insbesondere eignet sich das Lasersintern als auch das Multi-Jet-Fusion-Verfahren für die einteilige Ausbildung.

[0024] 3D-Druck-Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass individuelle und beliebig unterschiedliche Formen von dreidimensionalen Objekten erzeugt werden können. Die Objekte können mit einer hohen Präzision und Genauigkeit erzeugt werden. Der Arbeitsaufwand ist gering und das Verfahren schnell. Zudem können bei der Herstellung der dreidimensionalen Objekte verschiedenste Materialien eingesetzt werden, so dass eine optimale Anpassung an den Verwendungszweck erfolgen kann.

[0025] Die einteilige Herstellung zeichnet sich durch eine schnelle Herstellung ohne hohen Arbeitsaufwand aus.

[0026] Vorzugsweise ist die Vorrichtung wenigstens teilweise lasergesintert.

[0027] Eine zumindest teilweise lasergesinterte Bürste ist einfach und kostengünstig herzustellen.

[0028] Vorzugsweise ist das Polymer oder Polymergemisch ausgewählt aus der Gruppe: PEEK (Polyetheretherketon); PUR (Polyurethan); PA (Polyamid); PP (Polypropylen); POM (Polyoxymethylen); PE (Polyethylen); oder Kombinationen davon.

[0029] Diese Polymere oder Polymergemische sind besonders robust und widerstandsfähig. Gleichzeitig geben diese Materialien der Vorrichtung Flexibilität. So können die Schleifteile beispielsweise derart gestaltet sein, dass diese gegenüber dem Befestigungsteil ausgelenkt werden können. Zudem ist eine solche Vorrichtung gegenüber vielen herkömmlichen Chemikalien beständig, was ein breites Anwendungsfeld ermöglicht.

[0030] Die abrasiven Partikel sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe: Karbid, insbesondere Siliziumkarbid; Glas, Diamant, Korund; Kubisches Bornitrid; Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid; Tonerde; Kieselgur; Poliererde; Polierschiefer; Schlämmkreide; oder Kombinationen davon.

[0031] Durch die Verwendung von abrasiven Partikeln eignet sich die Vorrichtung besonders für den Einsatz als Werkzeug für die mechanische Bearbeitung von Werkstücken. Die Vorrichtung ist widerstandfähig gegenüber Verschleiss. Die Lebensdauer der Vorrichtung wird erhöht.

[0032] Die abrasiven Partikel weisen eine mittlere Teilchengrösse von 0.5 bis 500 pm auf. Besonders bevorzugt sind mittlere Teilchengrössen von 50 bis 150 pm. Das Polymer oder Polymergemisch hat besonders bevorzugt mittlere Teilchengrössen von 20 bis 80 pm, die abrasiven Partikel haben ganz besonders bevorzugt mittlere Teilchengrössen von 50-60 pm.

Es ist auch denkbar, dass Nanopartikel mit mittleren Teilchengrössen von 1 nm-1 pm verwendet werden. Beispielsweise können Nano-Diamant-Partikel zum Einsatz kommen.

[0033] In Bezug auf Schleifmittel ist es auch üblich, die Körnung anzugeben. Die Zahl der Körnung orientiert sich an der Masseinheit Mesh, der Anzahl der Maschen eines Netzes pro Zoll (25.4 mm). Je grösser die Zahl desto feiner die Körnung. Die mittlere Teilchengrösse von Korn 180 liegt bei etwa 80 pm.

[0034] Durch die Wahl der Korngrösse der abrasiven Partikel kann die Vorrichtung entsprechend ihrer Verwendung angepasst werden.

[0035] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine laser-gesinterte oder mittels Multi-Jet-Fusion-Verfahren hergestellte Bürste umfassend einen Borstenhalter und Borsten. Dabei sind insbesondere die Borsten und der Borstenhalter durch Lasersintern oder Multi-Jet-Fusion-Verfahren hergestellt. Die Bürste kann ein Polymer oder Polymergemisch und abrasive Partikel umfassen. Die Bürste kann einteilig ausgebildet sein, so dass der Borstenhalter und die Borsten im Wesentlichen in einem Verfahrensschritt hergestellt werden. Dabei kann die Bürste vielfältige Formen, je nach Verwendungszweck, annehmen. Beispielsweise können mehrere Borsten mit Längen zwischen 0.5 und 100 mm vorgesehen sein. Die Borsten einer Vorrichtung können dabei sowohl gleiche als auch unterschiedliche Längen aufweisen. Der Durchmesser der Borsten liegt typischerweise zwischen 50 pm und 10 mm. Die Borsten einer Vorrichtung können dabei sowohl gleiche als auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Geometrie der Borstenform kann im Querschnitt rund, oval, rechteckig, dreieckig, sternenförmig oder als Kreuz ausgebildet sein. Ovale und runde Formen können darüber hinaus auch zusätzliche Einkerbungen aufweisen. Die Borstenenden können planare oder planar geneigte Abschlüsse aufweisen oder eine konkave oder konvexe Wölbung zeigen.

[0036] Bei der Bürste kann es sich beispielsweise um eine antreibbare Bürste handeln. Dazu kann die Bürste zusätzlich eine Lagerbüchse umfassen, über welche die Bürste drehbar gelagert werden kann. Alternativ ist auch eine oszillierbare Bürste denkbar.

[0037] Es ist auch möglich laser-gesinterte Bürsten zum Schleifen, Polieren, Entgraten, Strukturieren, Verrunden oder Unterzweigen von Werkstücken zu erhalten.

[0038] Die Vorrichtung eignet sich zur Bearbeitung von Werkstücken aus verschiedenen Materialien, beispielsweise Metall oder Metalllegierungen, besonders Aluminium und Stahl; Holz, Glas oder Saphir.

[0039] Bei der Form der Bürsten kann es sich um Zirkularbürsten, beispielsweise Walzenbürsten und Schaftrundbürsten sowie Reagenzglasbürsten; Tellerbürsten; Innenbürsten, beispielsweise Rohrbürsten; oder Schaftpinselbürsten handeln.

[0040] Eine laser-gesinterte Bürste hat den Vorteil, dass diese individuell und ohne grossen Arbeitsaufwand herstellbar ist.

[0041] Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Schleifen oder Polieren, insbesondere einer Vorrichtung wie vorhergehend beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte: - Bereitstellen eines Materials enthaltend ein Polymer oder Polymergemisch und abrasive Partikel, - Beschicken eines 3D-Druckers mit dem Material, - Verfestigen einzelner Materialschichten auf Basis eines Programms zur Festlegung einer Geometrie der Vorrichtung.

[0042] Der 3D-Drucker wird derart beschickt, dass die Vorrichtung zum Schleifen oder Polieren mindestens zwei Bereiche mit je einem unterschiedlichen Anteil, insbesondere Gewichtsprozent, oder unterschiedlichen Verteilung der abrasiven Partikel aufweist.

[0043] Die abrasiven Partikel können zumindest in einem Teil des Polymers oder Polymergemischs verteilt werden. Vorzugsweise weist dieser Teil mindestens zwei Bereiche mit einem unterschiedlichen Anteil, insbesondere Gewichtsprozent, oder einer unterschiedlichen Verteilung der abrasiven Partikel auf. Es ist denkbar, dass das Polymer oder Polymergemisch als getrennte Materialien vorliegt und bei der Beschickung entsprechend geschichtet wird. Die Beschickung des 3D-Druckers kann aber auch mit einem fertigen Materialgemisch, beispielsweise in Form einer Materialkartusche, erfolgen. In der Materialkartusche können die einzelnen Schichten aus Polymer oder Polymergemisch und/oder abrasiven Partikeln vorgeschichtet sein.

[0044] Als 3D-Drucker kommen vor allem Drucker zum Lasersintern, Laserschmelzen oder Multi-Jet-Fusion-Drucker zum Einsatz. Aber auch 3D-Drucker die beispielsweise mit dem «Additive Layer Manufacturing»-Verfahren arbeiten, sind denkbar.

[0045] Zur Festlegung der Geometrie können Programme verwendet werden, welche die Ausgabe eines 3D-Modells liefern. Bei diesem Programmen handelt es sich typischerweise um CAD-Programme, wie beispielsweise Solidworks, Geomagic Design, Inventor.

[0046] Das Verfahren hat den Vorteil, dass die Vorrichtung einfach herstellbar ist und verschiedene Materialien eingesetzt werden können. Die Geometrie der Vorrichtung kann individuell je nach beabsichtigter Anwendung bestimmt werden.

[0047] Das Verfestigen der einzelnen Materialschichten kann optisch erfolgen, bevorzugt mittels Lasersintern oder Infrarot-Schmelzen.

[0048] Die Materialien liegen bevorzugt als Pulver vor. Beim Lasersintern wird das Pulver mittels Lasers lokal gesintert (selektives Lasersintern), d.h. gerade so stark erhitzt, dass sich die oberflächenbenachbarten Partikel verbinden. Es ist auch denkbar, selektives Laserschmelzen anzuwenden. Das Pulver wird mittels Laser lokal aufgeschmolzen, sodass sich umliegende Partikel verbinden. Beim Multi-Jet-Fusion-Verfahren wird eine Binderflüssigkeit in das Pulverbett gedrückt. Mittels Infrarot-Energiequellen über dem Pulverbett wird dann in einem weiteren Schritt die jeweilige Schicht verschmolzen.

[0049] Die Geometrie der Vorrichtung ist vorzugsweise eine Bürste oder ein Pinsel. Bei der Form der Bürsten kann es sich um Zirkularbürsten, beispielsweise Walzenbürsten und Schaftrundbürsten sowie Reagenzglasbürsten; Tellerbürsten; Innenbürsten, beispielsweise Rohrbürsten; oder Schaftpinselbürsten handeln. Die Geometrie der Borstenform kann im Querschnitt rund, oval, rechteckig, dreieckig, sternenförmig oder als Kreuz ausgebildet sein. Ovale und runde Formen können darüber hinaus zusätzliche Einkerbungen aufweisen. Die Borstenenden können planare, planar geneigt, konvex oder konkav gewölbt sein. Die Borsten können Längen von 0.5 bis 100 mm aufweisen. Es können je nach Anwendung, verschiedene Bürsten und Pinselformen hergestellt werden. Bürsten eignen sich insbesondere zur Bearbeitung von grösseren Werkstücken. Pinsel sind besonders für die Bearbeitung von kleinen Werkstücken, welche beispielsweise in Uhren eingebaut werden, geeignet.

[0050] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schleifen oder Polieren, die durch optische Bearbeitung, insbesondere Lasersintern oder Infrarot-Schmelzen, durch vorstehendes Verfahren erhältlich ist.

[0051] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Bürste umfassend einen Borstenhalter und Borsten. Das Verfahren umfasst die Schritte: - Bereitstellen eines Materials enthaltend ein Polymer oder Polymergemisch und abrasive Partikel, - Beschicken eines 3D-Druckers mit dem Material, - Verfestigen einzelner Materialschichten auf Basis eines Programms zur Festlegung einer Geometrie der Vorrichtung.

[0052] Der Drucker kann ein Lasersinter-Drucker oder ein Multi-Jet-Fusion-Drucker. Zumindest der Borstenhalter und die Borsten können lasergesintert oder mittels Multi-Jet-Fusion hergestellt werden. Vorzugsweise werden der Borstenhalter und die Borsten einteilig mit einem der beiden Verfahren hergestellt.

[0053] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Materialkartusche zur Beschickung eines 3D-Laser-Druckgeräts zur Herstellung einer dreidimensionalen Vorrichtung zum Schleifen oder Polieren, insbesondere einer Vorrichtung wie vorhergehend beschrieben, mittels optischer Bearbeitung. Die Materialkartusche enthält ein Polymer oder Polymergemisch und abrasive Partikel. Die abrasiven Partikel liegen zumindest in einem Teil des Polymers oder Polymergemisches anteilig oder verteilt vor, insbesondere in einer Menge von 1 bis 80 Gewichtsprozent.

[0054] Eine solche Materialkartusche zeichnet sich dadurch aus, dass ein 3D-Drucker ohne grossen Aufwand bestückt werden kann. Der Herstellungsprozess der dreidimensionalen Vorrichtung wird beschleunigt. Zudem ermöglicht eine solche Materialkartusche ein sauberes Arbeiten und verhindert die Aufwirbelung von Pulver oder Pulvergemischen bei der Bestückung. Darüber hinaus wird der Transport vereinfacht.

[0055] Der zumindest eine Teil kann mindestens zwei Bereiche mit einem unterschiedlichen Anteil, insbesondere Gewichtsprozent, oder einer unterschiedlichen Verteilung der abrasiven Partikel aufweisen. Es sind auch mehrere Bereiche mit unterschiedlichem Anteil oder Verteilung der abrasiven Partikel denkbar. Es ist auch möglich, dass in zumindest einem Teil des Polymers oder Polymergemisches keine abrasiven Partikel enthalten sind.

[0056] Die einzelnen Bereiche liegen vorzugswiese als Schichten vor. Sind Bereiche mit unterschiedlichem Anteil an abrasiven Partikeln benachbart, so kann von einem Bereich zum nächsten eine kontinuierliche Zu- oder Abnahme des Anteils der abrasiven Partikel im Polymer- oder Polymergemisch erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können Bereiche mit höherem Anteil der abrasiven Partikel im Polymer oder Polymergemisch auf oder an Bereiche mit niedrigen Anteils der abrasiven Partikel im Polymer oder Polymergemisch oder Bereiche ohne abrasive Partikel geschichtet sein.

[0057] Die Materialkartusche kann weiter ein Gehäuse umfassen, im welchem die einzelnen Materialschichten geschichtet sind. Das Gehäuse kann beispielsweise aus einem Kunststoff oder Karton gefertigt sein.

[0058] Bei der optischen Bearbeitung erfolgt eine Härtung der einzelnen Materialschichten mittels Lasers oder Infrarotstrahlung.

[0059] Das Vorliegen von Bereichen mit unterschiedlichem Anteil oder unterschiedlicher Verteilung der abrasiven Partikel im Polymer oder Polymergemisch in der Materialkartusche ermöglicht es, eine aufwändige Bestückung des Druckers zu umgehen.

[0060] Das Polymer oder Polymergemisch und die abrasiven Partikel sind vorzugsweise ein Pulver und/oder Pulvergemisch. Das Polymer oder Polymergemisch kann eine mittlere Teilchengrösse von 1 bis 200 pm aufweisen. Die abrasiven Partikel können eine mittlere Teilchengrösse von 0.5 bis 500 pm aufweisen. Die abrasiven Partikel können aber auch als Nano-Partikel mit mittleren Teilchengrössen von 1 nm-1 pm vorliegen.

[0061] Das Polymer- oder Polymergemisch ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe: PEEK (Polyetheretherketon); PUR (Polyurethan); PA (Polyamid); PP (Polypropylen); POM (Polyoxymethylen); PE (Polyethylen) oder Kombinationen davon.

[0062] Die abrasiven Partikel sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe: Karbid, insbesondere Siliziumkarbid: Glas; Diamant, Korund; Kubisches Bornitrid; Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid; Tonerde; Kieselgur; Poliererde; Polierschiefer; Schlämmkreide; oder Kombinationen davon.

[0063] Das Pulver- oder Pulvergemisch ermöglicht eine leichte Handhabung des Materials. Die unterschiedlichen Korngrössen ermöglichen vielseitige Anwendungen.

[0064] Anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Einen Teil einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Polieren oder Schleifen in einer Schnittansicht ent lang einer Längsachse der Vorrichtung;

Fig. 2: zumindest einen Teil einer weiteren erfindungsgemässen Vorrichtung zum Polieren oder Schleifen in einer

Schnittansicht entlang der Längsachse gemäss Fig. 1 während der Bearbeitung eines Werkstückes;

Fig. 3: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in der Schnittansicht entlang der Längsachse gemäss Fig. 1;

Fig. 4: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in der Schnittansicht entlang der Längsachse gemäss Fig. 1;

Fig. 5: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in der Schnittansicht entlang der Längsachse gemäss Fig. 1;

Fig. 6A: ein Ausschnitt der Borsten einer erfindungsgemässen Vorrichtung in der Schnittansicht entlang einer Ebene der Längsachse der Borsten;

Fig. 6B: der Ausschnitt der Borsten aus Fig. 6A im Querschnitt senkrecht zur Achse durch die Borsten;

Fig. 7: verschiedene Geometrien der Schleifteile einer erfindungsgemässen Vorrichtung im Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Borsten.

Fig. 8: zeigt ein Flussdiagramm, welches die einzelnen Schritte eines erfindungsgemässen Verfahrens aufzeigt;

Fig. 9: eine erfindungsgemässe Materialkartusche in einer vereinfachten Darstellung.

Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche Teile. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Figur zwei mögliche Ausführungsformen umfassen kann.

[0065] Fig. 1 zeigt einen Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 in einer seitlichen Schnittansicht entlang einer Längsachse der Schleifteile. Bei der Vorrichtung 1 handelt es sich um einen Ausschnitt einer Tellerbürste. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Befestigungsteil 2 in Form eines Borstenhalters und zwei Schleifteile 3. Die Schleifteile 3 sind in Form von zwei Borsten 31 und 32 dargestellt. Das Befestigungselement 2 ist aus Polyamid mit etwa 5 Gewichtsprozent Keramikpartikeln 9a gebildet. Als Keramikpartikel 9a wurde Keramik mit KornlSO verwendet. Damit beträgt die mittlere Teilchengrösse der Keramikpartikel 9a 80 um. Die erste Borste 31 weist einen ersten Bereich 31a auf, der im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung aus Polyamid und Keramikpartikeln 9a wie das Befestigungsteil 2 aufweist. Ein zweiter Bereich 31b weist einen Anteil von 30 Gewichtsprozenten an Keramikpartikeln 9a im Polyamid auf. In der zweiten dargestellten Borste 32 ist der Bereich mit 30 Gewichtsprozenten an Keramikpartikeln 9a in einem Bereich 32b am Borstenende 5 zu finden. Ein grösserer Bereich 32a der Borste 32 weist nur 5 Gewichtsprozent Keramikpartikel 9a auf. Die Borstenenden 5 weisen einen planaren Abschluss 5a auf. Die zweite Borste 32 weist zudem eine Öffnung in Form eines Kanals 4.auf. Der Kanal 4 erstreckt sich vom Befestigungsteil 2 über die gesamte Länge L der Borste 32 bis zum Borstenende 5. Die Borsten haben eine Länge L von 12 mm und einen Durchmesser D von 1.5 mm. Der Kanal weist einen Durchmesser von 0.5 mm auf und ermöglicht das Durchleiten eines Kühlmittels oder beispielsweise Druckluft.

[0066] Fig. 2 zeigt zumindest einen Teil einer weiteren erfindungsgemässen Vorrichtung 1 in Form einer Tellerbürste bei der Bearbeitung eines Werkstückes 6. Die Borsten 33 und 34 weisen unterschiedlich grosse Bereiche, 33b und 34b, mit etwa 30 Gewichtsprozenten an Diamantpartikeln 9b im Polyamid auf. Die Bereiche 33a und 34a weisen 5 Gewichtsprozent Diamantpartikel 9b in Polyamid auf. Die Borstenenden 5 schleifen ein Werkstück 6 in Richtung 8. Das Werkstück 6 weist eine bearbeitete Oberfläche 7a und eine unbearbeitete Oberfläche 7b auf.

[0067] In Fig. 3 weisen die Borsten 35 und 36 einer weiteren erfindungsgemässen Vorrichtung 1 jeweils drei Bereiche 35a-35c mit unterschiedlichem Anteil Gewichtsprozent der abrasiven Partikel 9 auf. Die abrasiven Partikel 9 bestehen aus Keramikpartikeln 9a und Diamantpartikeln 9b.

[0068] In Fig. 4 weisen die Borsten 37 und 38 unterschiedliche Durchmesser auf. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung 1 kann eine Vielzahl an Borsten mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern umfassen. Die Öffnungen in Form von Kanälen 4 sind im Befestigungsteil 2 und zwischen den Borsten 37 und 38 angeordnet. Die Borstenenden 5 weisen beispielsweise

Claims (19)

1. einen Anteil von 50 Gewichtsprozenten an abrasiven Partikeln 9 auf, umfassend Diamant- und Keramikpartikel mit einer mittleren Teilchengrösse von 40 pm. [0069] In Fig. 5 zeigen die Abschlüsse 5b der Borstenenden 5 eine konkave Wölbung. Es handelt sich um Rundborsten. Das Befestigungsteil 2 besteht nur aus Polymer ohne abrasive Partikel. [0070] Fig. 6A zeigt einen Ausschnitt der Borsten 3 in einer Schnittansicht entlang einer Ebene der Borstenlänge. Abrasive Partikel 9 liegen in einem Polymer 11 verteilt vor. Fig. 6B zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Achse durch die Borsten 3, einmal ohne Öffnung und einmal mit einer Öffnung in Form des Kanals 4. [0071] Fig. 7 zeigt mögliche Geometrien der Schleifteile, insbesondere Borsten, im Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Borsten. Die Borsten können im Querschnitt beispielsweise runde a), dreieckige b), ovale c), rechteckige d), sechskantige e), kreuzförmige f) oder sternenförmige g) Formen aufweisen. Die Länge der Borsten kann im Querschnitt unterschiedlich sein, wie in c) und 1) dargestellt. Ovale Formen können im Querschnitt zusätzliche Ausbuchtungen 12, wie in h) und i) dargestellt, aufweisen. Die Ausbuchtungen können beidseitig h) vorliegen oder nur einseitig j). Sternenförmige Formen können dreieckige Spitzen g) oder rechteckige Spitzen i) aufweisen. Die Formen im Querschnitt können zusätzliche Einkerbungen 10 aufweisen k). [0072] Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm, welches die einzelnen Schritte eines erfindungsgemässen Verfahrens aufzeigt. Ein Lasersinter-Drucker 29 wird wahlweise mit einer vorgeschichteten Materialkartusche 21 bestückt 14 oder die einzelne Materialschichten 22a-c werden in einen entsprechenden Raum des Druckers 29 geschichtet 15. Überein CAD-Programm 28 wir die Geometrie der dreidimensionalen Bürste in den Drucker gespeist 16. Nach Start 17 des Lasersinterverfahrens 30 werden zunächst die laserzusinternen Schichten bereitgestellt 18 und anschliessend lasergesintert 19. Die Schritte 18 und 19 werden bis zur Beendigung 20 des Verfahrens 30 und dem Erhalt des fertigen Produktes 31 abwechselnd durchgeführt. [0073] Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemässe Materialkartusche 21 in einer vereinfachten Darstellung. Die Materialkartusche 21 umfasst ein Gehäuse 23, in welchem die einzelnen Schichten 24-27 vorgeschichtet sind. Beispielsweise liegt eine erste Schicht 24 vor, die nur aus Polyamid besteht. Darauf folgt eine Schicht 25 mit Anteilen an Keramikpartikeln 9a und Diamantpartikeln 9b. Eine weitere Schicht 26 weist ebenfalls Keramikpartikel 9a und Diamantpartikel 9b auf, aber in geringere Menge als Schicht 25. Die letzte Schicht 27 besteht wieder nur aus Polyamid. Patentansprüche

   1. Vorrichtung (1) zum Schleifen oder Polieren, umfassend ein Trägermaterial aus einem Polymer oder einem Polymergemisch und abrasive Partikel (9a, 9b), wobei die abrasiven Partikel (9a, 9b) zumindest in einem Teil des Trägermaterials verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens zwei Bereiche (31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b, 35a, 35b, 35c) mit unterschiedlichem Anteil, insbesondere Gewichtsprozent, oder unterschiedliche Verteilung der abrasiven Partikel (9a, 9b) aufweist.
2. 2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (1) ein Befestigungsteil (2) und mindestens ein Schleifteil (3) aufweist, wobei das Schleifteil (3) ein proximales Ende und ein distales Ende hat und das proximale Ende an das Befestigungsteil (2) anschliesst, wobei die mindestens zwei Bereiche (31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b, 35a, 35b, 35c) mit unterschiedlichem Anteil oder unterschiedlicher Verteilung der abrasiven Partikel (9a, 9b) im Schleifteil vorliegen.
3. 3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei das Schleif teil (3) am distalen Ende einen höheren Anteil oder eine höhere Verteilung der abrasiven Partikel (9a, 9b) aufweist als am proximalen Ende.
4. 4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Befestigungsteil (2) ein Borstenhalter ist und das Schleifteil (3) eine Borste (31,32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) ist.
5. 5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Öffnung (4) in Borstenrichtung aufweist, wobei die Öffnung bevorzugt innerhalb der Borste angeordnet ist und einen Durchmesser von 50 pm bis 4 mm aufweisen.
6. 6. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) einteilig ausgebildet ist.
7. 7. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) wenigstens teilweise laser-gesintert ist.
8. 8. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Polymer oder Polymergemisch ausgewählt ist aus der Gruppe: Polyetheretherketon; Polyurethan; Polyamid; Polypropylen; Polyoxymethylen; Polyethylen; oder Kombinationen davon.
9. 9. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die abrasiven Partikel (9a, 9b) ausgewählt sind aus der Gruppe: Karbid, insbesondere Siliziumkarbid; Glas, Diamant, Korund; Kubisches Bornitrid; Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid; Tonerde; Kieselgur; Poliererde; Polierschiefer; Schlammerde; oder Kombinationen davon.
10. 10. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die abrasiven Partikel (9a, 9b) eine mittlere Teilchengrösse von 0.5 bis 500 pm auf weisen.
11. 11. Laser-gesinterte oder mittels Multi-Jet-Fusion-Verfahren hergestellte Bürste umfassend einen Borstenhalter und Borsten (31,32, 33, 34, 35, 36, 37, 38), insbesondere umfassend ein Polymer oder Polymergemisch und abrasive Partikel (9a, 9b).
12. 12. Verfahren (13) zum Herstellen einer Vorrichtung (1) zum Schleifen oder Polieren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Schritte - Bereitstellen eines Materials enthaltend ein Polymer oder Polymergemisch und abrasive Partikel (21,22a, 22b, 22c), - Beschicken eines 3D-Druckers mit dem Material (14, 15), - Verfestigen (19) einzelner Materialschichten (18) auf Basis eines Programms (28) zur Festlegung einer Geometrie der Vorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass der 3D-Drucker (29) derart beschickt wird, dass die Vorrichtung (1) zum Schleifen oder Polieren mindestens zwei Bereiche (31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b, 35a, 35b, 35c) mit je einem unterschiedlichen Anteil, insbesondere Gewichtsprozent, oder einer unterschiedlichen Verteilung der abrasiven Partikel (9a, 9b) aufweist.
13. 13. Verfahren (13) nach Anspruch 12, wobei das Verfestigen (19) der einzelnen Materialschichten (18) optisch, insbesondere mittels Lasersintern oder Infrarot-Schmelzen, erfolgt.
14. 14. Verfahren (13) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Geometrie der Vorrichtung (1) eine Bürste oder ein Pinsel ist.
15. 15. Verfahren zum Herstellen einer Bürste umfassend einen Borstenhalter und Borsten, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Materials enthaltend ein Polymer oder Polymergemisch und abrasive Partikel (21,22a, 22b, 22c), - Beschicken eines 3D-Druckers mit dem Material (14, 15), - Verfestigen (19) einzelner Materialschichten (18) auf Basis eines Programms (28) zur Festlegung einer Geometrie der Vorrichtung (1), wobei der 3D-Drucker insbesondere ein Lasersinter-Drucker oder ein Multi-Jet Fusion-Drucker ist und zumindest der Borstenhalter und die Borsten lasergesintert oder mittels Multi-Jet-Fusion hergestellt werden.
16. 16. Vorrichtung (1) zum Schleifen oder Polieren, erhältlich durch optische Bearbeitung, insbesondere Lasersintern oder Infrarot-Schmelzen, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Materials enthaltend ein Polymer oder Polymergemisch und abrasive Partikel (21,22a. 22b, 22c), - Beschicken eines 3D-Druckers mit dem Material (14, 15), - Verfestigen einzelner Materialschichten (19) der Vorrichtung (1) mittels Lasersintern oder Infrarot-Schmelzen auf Basis eines Programms (28) zur Festlegung einer Geometrie der Vorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass der 3D-Drucker (29) derart beschickt (14, 15) wird, dass die Vorrichtung (1) zum Schleifen oder Polieren mindestens zwei Bereiche (31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b, 35a, 35b, 35c) mit je einem unterschiedlichen Anteil, insbesondere Gewichtsprozent, oder einer unterschiedlichen Verteilung der abrasiven Partikel (9a, 9b) aufweist.
17. 17. Materialkartusche (21) zur Beschickung eines 3D-Laser-Druckgeräts (29) zur Herstellung einer dreidimensionaler Vorrichtung (1) zum Schleifen oder Polieren, insbesondere einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mittels optischer Bearbeitung, enthaltend ein Polymer oder Polymergemisch und abrasive Partikel (9a, 9b), wobei die abrasiven Partikel (9a, 9b) zumindest in einem Teil des Polymers oder Polymergemisches anteilig, insbesondere in einer Menge von 1 bis 80 Gewichtsprozent, oder verteilt vorliegen.
18. 18. Materialkartusche (21) nach Anspruch 17, wobei der zumindest eine Teil mindestens zwei Bereiche mit einem unterschiedlichen Anteil, insbesondere Gewichtsprozent, oder einer unterschiedlichen Verteilung der abrasiven Partikel (9a, 9b) aufweist.
19. 19. Materialkartusche (21) nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Polymer oder Polymergemisch und die abrasiven Partikel (9a, 9b) ein Pulver und/oder Pulvergemisch ist und wobei das Polymer oder Polymergemisch eine mittlere Teilchengrösse von 1 bis 200 pm aufweist und die abrasiven Partikel eine mittlere Teilchengrösse von 0.5 bis 500 pm aufweisen.