CN111629848A - 金属注射成型的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备铸造体的方法。该方法包括以下步骤:制备一个或多个插入件;将该一个或多个插入件装备于注射成型工具的铸模中,以使得通过该一个或多个插入件或通过该一个或多个插入件与该铸模一起,形成与该铸造体的形状相对应的腔;使用包含可烧结材料的粉末的模塑料填充该腔;通过固化该模塑料制备生坯件;从该注射成型工具中移开由该生坯件和该一个或多个插入件组成的中间产物;从该中间产物中移除该一个或多个插入件;对该生坯件脱脂;以及烧结该生坯件。

Description

金属注射成型的方法
技术领域
本申请涉及一种用于金属注射成型的方法,用于制备具有复杂几何形状的金属成型件,以及一种用于制备金属螺旋件的方法。
背景技术
根据现有技术,通常在金属注射成型或简称为“MIM”(metal injection molding,MIM)中使用注射成型工具,其中,通过分段腔、滑动件或芯部件,实现复杂成型件的成型。然而,这种技术不能用于实现任意复杂的几何形状,因为成型件必须通过打开工具并拉动芯部来脱模。
发明内容
本申请的目的是通过金属注射成型工艺制备复杂的金属成型件。这一目的通过根据权利要求1所述的方法实现。根据从属权利要求以及说明书和附图,会得到可能的实施例。
因此,本申请提出了一种用于制备具有复杂几何形状的成型件的方法,其中,一个或多个插入件装备于注射成型工具的模具中,以使得通过该一个或多个插入件或该一个或多个插入件与该模具一起形成与该成型件的形状相对应的腔。
为此目的,制备填充有粉末的模塑料,包括诸如有机粘合剂等粘合剂以及由可烧结材料制成的粉末,以制备出烧结的成型件。例如,可以使用金属粉末来制备金属成型件,并且尤其可以使用铜粉、铝粉、钢粉、钛粉和/或贵金属粉末,例如铂粉。在一实施例中,可使用高纯度铜粉。为了由合金材料制备成型件,也可以使用由诸如铝合金等金属合金制成的粉末。为了由合金材料制备成型件,可以使用预合金粉末,或者可以提供元素粉末的混合物。在另一实施例中,也可以使用中间合金,在中间合金中添加一种或多种元素粉末。
本申请还涉及一种用于制备金属螺旋件的方法。该方法也可以以与前述方法不同的方式使用,在前述方法中,提供一个或多个插入件。申请人保留还要求保护该用于制备螺旋件的方法的权利,该方法与所提出的用于制备具有复杂几何形状的成型件的方法的其余特征不同,也就是说,特别是不包括所描述的插入件。两种方法在可能的实施例中组合。
根据现有技术,诸如线圈或弹簧之类的金属螺旋件通过缠绕诸如圆线或异形线之类的线而产生。在工业制造中,缠绕过程是自动化的,尤其是用于简单的螺旋件和大批量而言,其缠绕过程是在特殊的卷绕机上进行的。然而,自动卷绕系统仅能有限程度地用于小型精密线圈、具有高填充率的线圈、或者对刚度有特殊要求的情况,例如,这会导致制备期间的高复杂性和高成本。
为了根据本申请的方法制备金属螺旋件,在注射成型工具中提供螺旋形腔。
该腔填充有模塑料,模塑料中包含由可烧结材料制成的粉末。通过固化模塑料,制备出生坯,随后将生坯从注射成型工具中移开。随后将生坯脱脂并烧结。
通过采用注射成型工艺将螺旋件制备为成型体,就螺旋件几何形状而言,可以实现增加的灵活性。通过潜在使用插入件,可以进一步提高灵活性。
螺旋形腔可以由注射成型工具的模具形成。然而,它也可以由设置在模具中的一个或多个插入件形成,或者由一个或多个插入件与注射成型工具的模具一起形成。这些插入件尤其可以是具有本申请中描述的特性的前述插入件。
为了制备螺旋件,制备填充有粉末的模塑料,包括诸如有机粘合剂等粘合剂以及由可烧结材料制成的粉末,以制备出烧结的成型件。例如,可以使用金属粉末来制备金属成型件,并且尤其可以使用铜粉、铝粉、钢粉、钛粉和/或贵金属粉末,例如铂粉。在一实施例中,可使用高纯度铜粉。为了由合金材料制备成型件,也可以使用由诸如铝合金等金属合金制成的粉末。为了由合金材料制备成型件,可以使用预合金粉末,或者可以提供元素粉末的混合物。在另一实施例中,也可以使用中间合金,在中间合金中添加一种或多种元素粉末。
有利地,以下描述的实施例可以可选地与本申请中描述的所有方法结合使用。
在一实施例中,使用由金属粉末和陶瓷粉末制成的粉末混合物,以制备金属陶瓷结构。
在一实施例中,有机粘合剂包括至少一种热塑性聚合物。在一实施例中,有机粘合剂还可以包括可以有意溶解的增塑剂和/或可以有意分解的第二聚合物。例如,第二聚合物可以是热分解或催化分解的。
在不同的实施例中,有机粘合剂还可包含附加组分,例如表面活性剂、相增容剂、润湿剂,低聚物、短链聚合物和/或其他增塑剂。
在不同的实施例中,有机粘合剂的组成取决于粉末的组成,从而避免粘合剂与粉末产生化学反应,并且例如用于实现对于粉末足够的润湿。
取决于模塑料的组成,可以实现不同的材料特性,例如特定的导电性。
在一实施例中,模塑料可以例如包括钢粉,例如用于制备钢弹簧。在一实施例中,模塑料还可以包括例如由高导电性铜制成的铜粉,例如用于制备铜线圈。
例如,将填充有粉末的模塑料混合,然后优选在高剪切力下均质化。这可以通过使用剪切辊或挤出机,例如通过使用双螺杆挤出机来进行。然而,模塑料的混合和/或均质化也可以通过捏合或通过捏合和挤出的组合来进行。
在该方法的一个步骤中,通过将模塑料注入腔中,腔填充有金属粉末填充的模塑料。在一实施例中,注射的模塑料的温度为至少50℃,优选为至少100℃,特别优选为至少120℃,并且温度不超过300℃,优选不超过250℃,特别优选不超过200℃。
之后,通过模塑料的固化来制备生坯。模塑料的固化通常通过模塑料的冷却来进行。生坯与一个或多个插入件一起形成中间产物。中间产物从注射成型工具中移开。
在随后的步骤中,移除一个或多个插入件。插入件通常会在此过程中被破坏。
在一步骤中,粘合剂通过使生坯脱脂,例如通过化学、催化和/或热脱脂,而移除。
在一步骤中,通过烧结使成型件致密化,其中成型件可以被赋予所期望的最终形状。
在一实施例中,首先移除一个或多个插入件,然后对生坯进行脱脂并烧结。如果不存在插入件,则在一实施例中,将生坯从注射成型工具的腔中移开,并且如果需要的话,对其进行后处理、脱脂和烧结。
在一实施例中,移除和脱脂在同一步骤中进行。在一实施例中,一个或多个插入件可以在热脱脂过程中通过烧尽的方式移除。
在一实施例中,在移除一个或多个插入件的下游的步骤中,对生坯进行机械冲洗,以从生坯中移除一个插入件或多个插入件的残留物。
在一实施例中,在移除一个或多个插入件之前或之后,然而优选在烧结之前,对生坯进行机械后处理。这允许将生坯的毛刺、浇口结构或其他不期望的部分相对较容易处理地从生坯机械移除,或者从待处理的生坯的表面机械移除。例如,这实现了经济地移除毛刺或边缘以及进行后处理,并且可以实现工具寿命长以及甚至在工具的制备和插入件的制造中具有更大的公差。毛刺或浇口结构或其他不期望的部分的移除可以自动方式或手动地进行,例如通过刀、地毯切割机或手术刀进行。
插入件优选地被设计用于根据本申请的方法中,以避免在注射模塑料的压力下以及由于注射模塑料的热输入而变形。因此,一个困难是提供一种在可移除的情况下能够承受机械和热负荷的插入件。
为此目的,可以对插入件进行材料测试。插入件可由水溶性物质或可被水介质分解的物质制成。
为此目的,插入件可以由热固性聚合物制备,特别是具有可水解裂解的官能度的热固性聚合物,例如,酯、酸酐或氨基甲酸酯。
插入件也可以由热塑性复合材料制备,例如包含水溶性材料的复合材料。特别地,可以使用具有例如陶瓷颗粒或盐颗粒的夹杂物等微粒夹杂物的水溶性热塑性聚合物。
在另一实施例中,也可以使用由盐或具有低熔点的金属或金属合金制成的插入件。
也可以使用由诸如PMMA等热塑性聚合物制成的插入件,或由包含这种热塑性聚合物的复合材料制成的插入件。
插入件可以例如通过成型、注射成型或反应注射成型来制备。插入件也可以通过轧制工艺或通过成形工艺来制备。插入件也可以通过增材制造工艺来制备,例如通过立体光刻、直接光处理或数字光处理、选择性激光烧结、选择性激光熔化、熔融沉积成型或熔丝制造、多喷射成型、粘合剂喷射或层压制品成型。插入件也可以通过减材制造工艺来制备或后加工,例如机加工或铣削。
在一些实施例中,有利地使用由可化学移除的材料制成的插入件,例如通过将其溶解在溶剂中或通过聚合物的化学裂解和分解产物的溶解而移除。
插入件的制备过程可以根据有关插入件的要求进行调整。例如,可以在可能的制备过程中使用反应性物质混合物或热塑性材料。在两种情况下,都可以有利地通过增材工艺进行制备。
在一些实施例中,特别是当插入件由反应性物质混合物制成时,可以化学移除插入件。这可以例如通过溶解在适当的溶剂中或通过聚合物的化学裂解和分解产物的溶解来进行。这可以是有利的,特别是在大的成型件或高壁厚的情况下,因为化学移除过程可以被控制,从而可以避免由于气体释放太快而造成的成型件损坏。然而,在可能的实施例中,插入件也可以被热移除。
例如,插入件可以通过选择性激光烧结、选择性激光熔化、熔融沉积成型或熔丝制造来制备。应当注意,表述“选择性激光熔化”主要是从金属加工中得知的。但是,该方法也可以用于制备本文示出的具有所描述特性的插入件。热塑性材料可以用在这些方法中,例如,插入件是通过这些材料加成制备的。取决于材料,插入件可以是化学可溶的或不溶的。例如,可以使用可溶于丙酮的材料,例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚乳酸(PLA)。也可以使用水溶性聚合物,例如聚乙酸乙烯酯(PVA),其经常用作丝印刷中的可溶性载体结构。还可以使用仅能热排出的不溶性聚合物,例如聚酰胺(PA)或聚丙烯(PP)。
例如,插入件也可以通过基于光的增材制造工艺制备,例如通过立体光刻、直接光处理、数字光处理或多喷射成型。该方法使用反应性材料,例如称为树脂的材料,其由于光诱导的化学反应而发生交联。在可实现的印刷精度方面,这些方法是优选的,因为基于光的方法实现的溶解通常大于上述增材工艺实现的溶解。丙烯酸酯例如用作反应性材料,但是也可以使用环氧树脂。由此形成的插入件通常由三维交联的聚合物组成,该聚合物通常不溶,因此通过热分解或化学裂解移除。
由于使用了可裂解的化学官能(例如上述的酸酐、酯、氨基甲酸酯),三维交联聚合物的三维网络可以分解成小的分子化合物,然后可以溶解。优选使用碱性介质来移除插入件,例如,在存在酯的情况下,这会导致皂化并引起酸酐中的水解裂解。在本申请的含义内同样不排除对氨基甲酸酯的裂解。在所述方法的可能的实施例中,官能团的有意裂解导致插入件发生化学降解并从与原料的组合中移除。
所描述的通过化学裂解移除插入件的一个优点是可以避免插入件的溶胀。通过这种方式,原料破裂的风险以及因此由于机械翘曲而损坏原料部分的风险较低。
如上所述,插入件也可以通过粘结剂喷射来制备。将粘合剂印刷到粉末床中,从而将粉末颗粒粘合成所期望的几何形状。在聚合物的情况下,例如使用热塑性粉末。所用的粘合剂例如是用于聚合物类型的溶剂或反应性体系,其由于固化步骤而在粉粒之间产生粘合作用。在一实施例中,类似于反应性材料,可以在化学过程中克服由粉末颗粒之间的粘合剂引起的粘附,从而移除插入件。这意味着粘合剂例如使用适当的溶剂溶解,或在适当的液体介质中化学裂解。然后可以将松散的粉末颗粒冲洗掉。在这种情况下的一个特别的优点是,相对较少的材料需要化学裂解。与使用固体材料的工艺相比,该工艺因此凭借其速度与众不同。然而,在通过粘合剂喷射制备的插入件的情况下,也可以使用可溶材料,然后将其溶解而移除。
此外,若干插入件可以通过与上述方法相同或不同的方法来制备,并且可以可拆卸地或不可拆卸地彼此连接,例如接合以形成单个插入件。然后,将插入件整合在一起,必要时与注射成型工具的模具一起,从而界定腔。
在一实施例中,插入件以加成方法制备为单独的部件,从而避免组合多个插入件,并提高了该方法的经济效率。
由于插入件的不同的可能制造方法以及这些制造方法的组合,实现了成型件的制备中优越的灵活性。甚至可以实现复杂的几何形状,例如具有切槽、通孔、通道或开口的几何形状。另外,可以使用不同的材料,这些材料可以以不同的方式移除。
插入件可以设计成使得所使用的注射成型工具的模具(其中插入有插入件)部分地有助于成型件的形状,例如通过预先限定外部边界或也预先限定形状的其他部分的模具。然而,插入件也可以构造成使得注射成型工具的模具对成型件的形状没有任何影响,而是形状仅由插入件确定。
例如,插入件构造成使得其外部边界适应于注射成型工具的模具。在一实施例中,避免了模塑料与注射成型工具之间的接触,以避免模塑料与注射成型工具的粘附。
插入件和/或模具包括区域或开口,模塑料可以通过该区域或开口或在其中被注入腔中。
上述用于插入件的制造方法以及插入件在注射成型工具中的使用允许小批量地经济地制造小型试用系列,其中,这些插入件不需要具有任何特定的形状。
一个或多个插入件可以通过将中间产物放置在水性介质中以溶解一个或多个插入件而移除。然而,一个或多个插入件也可以通过基于酸或碱的催化或通过水解而分解。在另一实施例中,一个或多个插入件可以通过烧尽的方式移除。
在一实施例中,一个插入件或者多个插入件在溶解过程中经历溶胀,并且弹性粘合剂用作填充有粉末的模塑料,其容许一个插入件或多个插入件的变形,并在移除一个插入件后恢复至其原始形状。
在一实施例中,如上所述,螺旋件,即诸如线圈或弹簧等的螺旋体,在该方法中通过以下方式来制备,即:通过构造一个或多个插入件,使得一个或多个插入件,以及必要时在其中布置有插入件的注射成型工具,预定义一个螺旋形腔。通过这种方式,可以制备出具有任意横截面几何形状或可变横截面的螺旋件,这些螺旋件不能通过缠绕来制备出。特别地,可以制备出具有非圆形绕组轮廓的螺旋件。
填充有模塑料并且预定义期望的螺旋形成型体的形状的腔可以具有复杂的几何形状。下文列出了这种复杂几何形状的若干示例。这些可以彼此组合。其他几何形状也是可能的,并且根据螺旋件的预期用途对于本领域技术人员将是显而易见的。
线圈参数或螺旋件参数,例如节距和每长度的匝数,可以通过适当形状的腔有意设置。
由螺旋件或由螺旋件的匝数界定的内部中空空间可以在与螺旋件的纵向方向正交的平面中具有复杂的横截面。具体地,内部中空空间可以具有通过缠绕无法实现或仅通过缠绕难以实现的横截面。由成型的螺旋件的匝数界定的内部中空空间可以具有圆形或非圆形的横截面和/或沿着螺旋件的纵向方向可变的横截面。横截面可以具有恒定或可变的半径,或恒定或可变的边长,并且例如可以是圆形、椭圆形、矩形或多边形。
同样可以通过所描述的方法在正交于纵向方向的平面中设置外部螺旋件尺寸。外部螺旋件尺寸可以具有例如圆形、椭圆形或矩形形状。在正交于纵向方向的平面中,螺旋件的范围可以例如在0.5cm×0.5cm和10cm×10cm之间。例如,矩形螺旋件的外部尺寸可以在1cm×3cm和3cm×8cm之间。在两个空间方向上的更大或更小的尺寸同样是可能的。
此外,金属螺旋件可以具有复杂的绕组横截面轮廓。绕组横截面轮廓表示材料本身的横截面,对应于例如用于缠绕线圈的电线的电线横截面。绕组横截面轮廓例如可以是矩形的,这将使缠绕更困难或不可能,但是对以本文提出的方法实现的螺旋件的制造没有任何不利影响。绕组横截面轮廓也可以是多边形或椭圆形的,具有凹口和/或缺口和/或沿着其长度是可变的。螺旋件的节距和/或螺旋件的缠绕方向可以沿着纵向方向变化。
作为提出的螺旋件的制备的结果,所描述的可能变化的复杂的内部中空空间的绕组横截面或表面横截面、可能变化的外部螺旋件尺寸以及可能变化的线圈参数可以以组合形式存在。例如,可以实现矩形绕组横截面轮廓,该矩形绕组横截面轮廓具有沿螺旋件变化的边长,以及沿线圈的纵向方向具有成角度的行进(progression)和可变的节距。
为了设定期望的弹簧刚度,可以例如为金属粉末选择某些材料或合金,并且可以设定弹簧的期望的节距或绕组厚度或绕组横截面几何形状。
通过所提出的方法制备的线圈或螺旋件可以具有例如0.1mm至2mm之间的绕组厚度。
在一实施例中,制备出壁厚小于200μm,优选小于150μm的螺旋件。
通过这种方式制备的线圈的填充系数例如大于65%,优选大于75%,特别优选大于85%。在一实施例中,填充系数大于90%,例如95%。
在一实施例中,插入件包括例如手柄、缺口、凹部或其他几何结构,这不影响腔的形状并简化中间产物的处理。例如,中间产物可以通过这种手柄或这种几何结构用手抓握或借助于工具抓握并移动。
根据本申请的方法允许通过制造不同的插入件来制备具有不同几何形状的成型体,其中不同的插入件可以插入到相同的注射成型工具中。插入件可以通过这样的方式来制造,以使得其腔具有不同的行进,但是其外轮廓是相同的,从而使得不同的插入件在注射成型工具中具有空间。
附图说明
在附图中示出了实施例。在附图中:
图1示出了用于注射成型工具中的金属注射成型的插入件;
图2示出了中间产物,其包括图1的插入件和生坯;以及
图3示出了在移除插入件之后图2的生坯。
具体实施方式
图1示出了根据本申请的插入件1。插入件1具有螺旋形腔1.1,用于制备用于电动机的线圈,例如用于电动自行车电动机的线圈。插入件1通过数字光处理由热固性聚合物一体制成。插入件1可以插入到注射成型工具(未示出)中,以使得注射成型工具包围插入件1。随后,可以将模塑料注射到注射成型工具和腔中。
图2示出了中间产物,该中间产物包括图1中的插入件1以及由螺旋形腔1.1中固化的模塑料制成的生坯2。模塑料包括高导电性铜粉和弹性有机粘合剂。在其他实施例中,模塑料还可以包含不同的金属粉末,例如钢粉、铝粉或钛粉,或包含由合金制成的粉末。从注射成型工具中移开中间产物。在下一步骤中,插入件1通过水解的方式分解而移除。由于采用了模塑料的弹性有机粘合剂,容许分解期间插入件1的膨胀或变形,并且在插入件1完全分解之后,生坯2再次呈现出螺旋形腔1.1的形状。
图3示出了图2中的生坯2,其中,插入件1已经被移除。生坯2具有成型件所需的几何形状。在后处理步骤中,不期望的浇口结构、边缘或毛刺可以容易地从生坯2机械移除,且同时仍相对较容易处理。通过随后的脱脂,移除有机粘合剂,然后通过烧结使组件致密,由此赋予组件其净形状。通过采用注射成型工艺制备螺旋形生坯,生坯可以具有矩形的绕组横截面轮廓2.1和成角度的行进2.3,这是不能通过缠绕实现的。
除其他事项外,本申请涉及以下方面:
1、一种用于制备金属螺旋件的方法,包括以下步骤:
-在注射成型工具中提供螺旋形腔(1.1);
-使用包含由可烧结材料制成的粉末的模塑料填充所述腔(1.1);
-通过固化该模塑料制备生坯(2);从所述注射成型工具中移开所述生坯(2);对所述生坯脱脂(2);
-烧结所述生坯(2)。
2、根据方面1所述的方法,其中,所述螺旋形腔(1.1)由所述注射成型工具的模具和/或由一个或多个插入件(1)形成。
3、根据前述方面中任一项所述的方法,其中,所述模塑料包含用于制备钢弹簧的钢粉。
4、根据前述方面中任一项所述的方法,其中,所述模塑料包含用于制备铜线圈的铜粉,并且优选地包含用于制备高导电性铜线圈的高纯度铜。
5、通过根据前述方面中任一项所述的方法制备的金属螺旋件。
6、根据方面5所述的金属螺旋件,其中,所述螺旋为铜线圈或铝线圈或由铜合金或铝合金制成的线圈。
7、根据方面5所述的金属螺旋件,其中,所述螺旋件是钢弹簧。
8、根据方面5至7中任一项所述的金属螺旋件,其特征在于,由成型螺旋件的绕组界定的内部中空空间(2.2)具有非圆形的横截面。
9、根据方面5至8中任一项所述的金属螺旋件,其特征在于,由成型螺旋件的绕组界定的内部中空空间(2.2)沿着所述线圈的纵向方向3具有可变的横截面。
10、根据方面5至9中任一项所述的金属螺旋件,其特征在于,所述金属螺旋件具有非圆形的绕组横截面轮廓(2.1)。
11、根据方面5至10中任一项所述的金属螺旋件,其特征在于,所述金属螺旋件具有可变的绕组横截面轮廓(2.1)。
12、根据方面5至11中任一项所述的金属螺旋件,其特征在于,所述金属螺旋件沿着所述纵向方向(3)具有可变的节距和/或缠绕方向。

Claims (21)

1.一种用于制备成型体的方法,包括以下步骤:
-制备一个或多个插入件(1);
-将所述一个或多个插入件(1)装备于注射成型工具的模具中,以使得通过所述一个或多个插入件(1)或通过所述一个或多个插入件(1)与所述模具一起,形成与所述成型体的形状相对应的腔(1.1);
-用包含由可烧结材料制成的粉末的模塑料填充所述腔(1.1);
-通过固化所述模塑料制备生坯(2);
-从所述注射成型工具中移开包括所述生坯(2)和所述一个或多个插入件(1)的中间产物;
-从所述中间产物中移除所述一个或多个插入件(1);
-对所述生坯(2)脱脂;以及
-烧结所述生坯(2)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述方法是金属注射成型方法,和/或所述模塑料包括金属粉末。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述模塑料包括铜粉、钢粉或铝粉。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述插入件由热固性聚合物、热塑性聚合物、热塑性复合材料或盐制备。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,使用反应性物质混合物来制备所述一个或多个插入件(1)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述注入的模塑料的温度在50℃至300℃之间,优选地在100℃至250℃之间,并且特别优选地在120℃至200℃之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述一个或多个插入件通过增材制造工艺制备。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,插入件通过增材制造工艺由热固性材料或热塑性复合材料制备。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述一个或多个插入件(1)通过立体光刻、或直接光处理、或数字光处理或多喷射成型来制备。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中,所述一个或多个插入件(1)通过选择性激光烧结、或选择性激光熔化、或熔融沉积成型或熔丝制造来制备。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述一个或多个插入件由丙烯腈丁二烯苯乙烯ABS、或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、或聚乳酸PLA或聚乙酸乙烯酯PVA形成。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述一个或多个插入件(1)由三维交联的聚合物形成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述一个或多个插入件(1)通过将所述中间产物放置在水性介质中以溶解所述一个或多个插入件(1)而移除,或者其中,所述一个或多个插入件(1)通过基于酸或碱的催化或通过水解而分解。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述一个或多个插入件(1)通过溶解在溶剂中或通过化学裂解形成了所述一个或多个插入件的聚合物并溶解所述分解产物而化学移除。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述一个或多个插入件(1)通过粘合剂喷射来制备,并且所述一个或多个插入件(1)通过在溶剂中溶解用于所述粘合剂喷射的粘合剂、或通过在液体介质中化学裂解所述粘合剂而移除。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述腔(1.1)是螺旋形的。
17.根据前述权利要求中任一项的方法,其中填充有粉末的所述模塑料通过捏合和/或通过挤出,优选通过使用双螺杆挤出机,来制备。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述一个或多个插入件(1)在热脱脂过程中通过烧尽而分解。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法,还包括移除所述一个或多个插入件(1)的下游步骤,其中,对所述生坯(2)进行机械冲洗,以移除所述一个或多个插入件(1)的残留物。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法,还包括步骤:在烧结之前对所述生坯(2)进行机械后处理。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,针对相同的模具制备不同的插入件(1),以制备具有不同几何形状的成型体。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114406262A (zh) * 2020-10-28 2022-04-29 汉达精密电子(昆山)有限公司 粉末射出成型方法及其成型体

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020216203A1 (de) * 2020-12-17 2022-06-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Formanordnung und Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07304057A (ja) * 1994-05-13 1995-11-21 Toyo Mach & Metal Co Ltd 消失性中子を用いた射出成形方法
US6547210B1 (en) * 2000-02-17 2003-04-15 Wright Medical Technology, Inc. Sacrificial insert for injection molding
CN101213070A (zh) * 2005-06-30 2008-07-02 维也纳科技大学 快速复制方法及其中所使用的可辐射固化组合物
US20130052074A1 (en) * 2011-08-31 2013-02-28 Eric Durocher Manufacturing of turbine shroud segment with internal cooling passages
CN104981219A (zh) * 2013-01-08 2015-10-14 实践粉体技术有限公司 高强度注塑模制的矫形装置
CN109414762A (zh) * 2016-07-08 2019-03-01 通用电气公司 金属物体和用于使用一次性模具制造金属物体的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2224366C (en) * 1996-12-11 2006-10-31 Ethicon, Inc. Meniscal repair device
DE19831315A1 (de) * 1998-07-13 2000-01-20 Ver Foerderung Inst Kunststoff Verfahren zur Herstellung von Prototypwerkzeugen mit dem Powder Injection Moulding Prozeß über ein Prototypwerkzeug aus Kunststoff
JP6589647B2 (ja) * 2016-01-15 2019-10-16 Tdk株式会社 フェライト焼結磁石
US11826949B2 (en) * 2016-11-14 2023-11-28 Desktop Metal, Inc. Particle stereolithography

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07304057A (ja) * 1994-05-13 1995-11-21 Toyo Mach & Metal Co Ltd 消失性中子を用いた射出成形方法
US6547210B1 (en) * 2000-02-17 2003-04-15 Wright Medical Technology, Inc. Sacrificial insert for injection molding
CN101213070A (zh) * 2005-06-30 2008-07-02 维也纳科技大学 快速复制方法及其中所使用的可辐射固化组合物
US20130052074A1 (en) * 2011-08-31 2013-02-28 Eric Durocher Manufacturing of turbine shroud segment with internal cooling passages
CN104981219A (zh) * 2013-01-08 2015-10-14 实践粉体技术有限公司 高强度注塑模制的矫形装置
CN109414762A (zh) * 2016-07-08 2019-03-01 通用电气公司 金属物体和用于使用一次性模具制造金属物体的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114406262A (zh) * 2020-10-28 2022-04-29 汉达精密电子(昆山)有限公司 粉末射出成型方法及其成型体
CN114406262B (zh) * 2020-10-28 2024-02-13 汉达精密电子(昆山)有限公司 粉末射出成型方法及其成型体

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