Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung von dreidi
mensionalen Objekten, die mittels der Stereolithographie erzeugt
worden sind, indem flüssige Monomere bzw. Oligomere von Acrylaten
mit Epoxiden oder anderen chemisch reaktiven Stoffen durch UV- oder
Laser-Strahlung schichtweise zu einem festen Polymer vernetzt wor
den sind.The invention relates to a method for the aftertreatment of dreidi
dimensional objects created using stereolithography
have been made by liquid monomers or oligomers of acrylates
with epoxides or other chemically reactive substances by UV or
Laser radiation crosslinked in layers to form a solid polymer
they are.
In verschiedenen Industriezweigen ist eine Reduzierung der Entwick
lungszeit für neue Erzeugnisse wesentlich, um die Marktposition des
jeweiligen Unternehmens gegenüber Wettbewerbern halten bzw. verbes
sern zu können. Dieses Ziel ist mit konventioneller Entwicklungstä
tigkeit, die einen relativ langen Zeitraum von ersten Studien über
zahlreiche virtuelle Zwischenstufen bis zur Aufnahme einer Serien
fertigung erfordert, kaum zu erreichen. Deshalb kommen zunehmend
Verfahren des sog. "Rapid Prototyping" zur Anwendung, mit denen
sich die Entwicklungszeiten im Vergleich zur konventionellen Ent
wicklungstätigkeit erheblich vermindern lassen und mit denen oft
mals eine noch bessere Erzeugnisqualität erreicht wird.In various branches of industry there is a reduction in development
time for new products essential to the market position of the
hold respective company against competitors or
to be able to learn. This goal is with conventional development teams
activity over a relatively long period of time from initial studies
numerous virtual intermediate stages up to the start of a series
manufacturing requires hardly to be achieved. Therefore come increasingly
"Rapid prototyping" methods for use with which
development times compared to conventional Ent
significantly reduce development activities and often with them
even better product quality is achieved.
Für Aufgaben des Rapid Prototyping ist z. B. die Stereolithographie
auf Basis der Photopolymerisation geeignet, mit der dreidimensiona
le Objekte durch lokal begrenzte chemische Reaktionen erzeugt wer
den können. Hierbei werden flüssige Monomere bzw. Oligomere (Acry
late oder Epoxidharze) durch UV- oder Laser-Strahlung zu einem fe
sten Polymer vernetzt. Der Aufbau des dreidimensionalen Objektes
erfolgt schichtweise. Sobald eine Schicht photochemisch erzeugt und
auspolymerisiert ist, wird neues, noch flüssiges Material auf diese
Schicht aufgetragen und nachfolgend ebenfalls auspolymerisiert, so
dass eine weitere Schicht entsteht. Für die Stereolithographie sind
zahlreiche technische Lösungen verfügbar, die z. B. aus WO 92/11 577 A1
und DE 44 14 775 A1 bekannt sind.For rapid prototyping tasks, e.g. B. stereolithography
Suitable on the basis of photopolymerization, with the three-dimensional
objects are generated by locally limited chemical reactions
that can. Liquid monomers or oligomers (Acry
latex or epoxy resins) by UV or laser radiation to a fe
most polymer cross-linked. The structure of the three-dimensional object
takes place in layers. Once a layer is photochemically generated and
is polymerized, new, still liquid material on this
Layer applied and then also polymerized, see above
that another layer is created. For stereolithography
numerous technical solutions available, e.g. B. from WO 92/11 577 A1
and DE 44 14 775 A1 are known.
Unabhängig von der jeweils konkreten Verfahrens- und Gerätetechnik
hat sich die Stereolithographie grundsätzlich bewährt. Nachdem ihre
Anwendung zunächst auf die Herstellung von Prototypen im Entwick
lungsprozeß beschränkt war, wird diese Technik nunmehr auch für die
Serienfertigung interessant. Die lediglich geringe mechanische Sta
bilität der dreidimensionalen Objekte kann z. B. durch Tempern er
höht werden. Da die photochemischen Eigenschaften der verwendeten
Harze nicht durch Zusätze verändert werden dürfen, können aller
dings bisher nur Harze in der Eigenfarbe verarbeitet werden. Bei
der Fertigung von Prototypen ist es für den Entwicklungsingenieur
somit schwierig, insbesondere bei kleinen oder geometrisch stark
gegliederten Teilen die exakten Konturen eindeutig zu erkennen. Für
die Serienfertigung genügen solche farblosen Teile zumindest dann
nicht den Anforderungen, sofern sie beim bestimmungsgemäßen Ge
brauch des Erzeugnisses sichtbar sind und bestimmte Designansprüche
erfüllen sollen.Regardless of the specific process and device technology
stereolithography has basically proven itself. After their
First applied to the production of prototypes in development
development process was restricted, this technology is now also used for
Series production interesting. The low mechanical sta
bility of the three-dimensional objects z. B. by annealing it
be raised. Because the photochemical properties of the used
Resins may not be changed by additives, everyone can
So far, only resins in their own color have been processed. at
manufacturing prototypes it is for the development engineer
thus difficult, especially with small or geometrically strong
structured parts to clearly recognize the exact contours. For
Such colorless parts are sufficient for series production at least
not the requirements, provided that they are in accordance with the intended Ge
of the product and certain design requirements
should meet.
Deshalb werden die mittels Stereolithographie erzeugten dreidimen
sionalen Objekte nach ihrer Fertigstellung oftmals mit einem Farb
auftrag versehen, wobei die Farbe z. B. durch Sprühen oder durch
Tauchen aufgebracht wird. Diese zusätzliche Farbschicht verändert
jedoch Parameter der behandelten Teile. So entstehen maßliche Ände
rungen, indem die Farbschicht auf der Außenkontur größere Außenmaße
bewirkt, während sich bei Durchbrüchen und ähnlichen Ausgestaltun
gen der freie Durchlaßquerschnitt reduziert. Weiterhin können die
Farbschichten, die andere mechanische Eigenschaften aufweisen als
das auspolymerisierte Harz, bei der Erprobung bzw. weiteren Handha
bung beschädigt werden. Ferner ist es möglich, dass durch den Farb
auftrag chemische Reaktionen zwischen dem Stereolithographieharz
und der Farbe auftreten, in derem Ergebnis sich die Materialeigen
schaften ändern, so dass sich z. B. eine verminderte Festigkeit des
gesamten dreidimensionalen Objektes ergeben kann.That is why the three dimen created by stereolithography
sional objects often with one color after their completion
provided order, the color z. B. by spraying or by
Diving is applied. This additional layer of color changed
however parameters of the treated parts. So dimensional changes arise
by adding a layer of paint on the outer contour of larger outer dimensions
causes while breakthroughs and similar designs
reduced the free passage cross section. Furthermore, the
Color layers that have different mechanical properties than
the polymerized resin during testing or further handling
exercise can be damaged. It is also possible that by the color
order chemical reactions between the stereolithography resin
and the color, as a result of which the material is unique
changes so that z. B. a reduced strength of the
entire three-dimensional object.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Nachbehandlung von
dreidimensionalen Stereolithographieteilen zu schaffen, mit dem ei
ne farbige Gestaltung derartiger Teile ohne Verschlechterung ihrer
Eigenschaften erreicht wird.The object of the invention is a method for the aftertreatment of
to create three-dimensional stereolithography parts with the egg
ne colored design of such parts without deterioration of their
Properties is achieved.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das dreidimensionale Objekt in einer
Farbflotte aus Säurefarbstoffen oder kationischen Farbstoffen gela
gert wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2
bis 4 beschrieben.The task is solved by the three-dimensional object in a
Color liquor from acid dyes or cationic dyes gela
is gert. Advantageous embodiments are in claims 2
to 4 described.
Durch diese Verfahrenstechnik diffundieren die Farbstoffe in das zu
behandelnde dreidimensionale Objekt ein, ohne dass sich die Maße
und Oberflächeneigenschaften verändern. Sofern das Verfahren für
Prototypen verwendet wird, werden für den Entwicklungsingenieur die
Strukturen besser erkennbar als bei einem transparent diffusen
Teil. Wird das Verfahren hingegen für die Serienfertigung benutzt,
können insbesondere dekorative Effekte realisiert werden, indem das
Teil eingefärbt wird. Weiterhin hat sich überraschend gezeigt, dass
das Verweilen der Stereolithographieteile in der Farbflotte einen
ähnlichen Effekt bewirkt wie das bisher übliche Tempern, die Sprö
digkeit wird vermindert. Gleichzeitig werden negative Auswirkungen
auf Folgeprozesse, z. B. auf die Fertigung einer Silikonform unter
Verwendung des derart behandelten Stereolithographieteils, ausge
schlossen. Zusammenfassend bewirkt die vorgeschlagene Nachbehand
lung eine Veredlung von dreidimensionalen Objekten, die mittels der
Stereolithographie erzeugt worden sind.
Through this process technology, the dyes diffuse into the
Treating three-dimensional object without changing the dimensions
and change surface properties. Provided the procedure for
Prototypes will be used for the development engineer
Structures more recognizable than with a transparent diffuse
Part. However, if the process is used for series production,
In particular, decorative effects can be realized by the
Part is colored. Furthermore, it has surprisingly been found that
the lingering of the stereolithography parts in the paint bath
effects similar to the usual annealing, the brittle
efficiency is reduced. At the same time, negative effects
on subsequent processes, e.g. B. on the manufacture of a silicone mold
Use of the stereolithography part treated in this way
closed. In summary, the proposed aftertreatment brings about
a refinement of three-dimensional objects that are created using the
Stereolithography have been generated.
Die Erfindung kann in verschiedenen Ausführungen realisiert werden.
Sofern beispielsweise für die Entwicklung eines neuen Staubsaugers
strömungstechnische Untersuchungen am Lüfterrad beabsichtigt sind,
kann der Prototyp eines derartigen Lüfterrades zunächst mittels der
Stereolithographie hergestellt werden. Dabei werden in an sich be
kannter Weise flüssige Monomere bzw. Oligomere von Acrylaten oder
Epoxidharzen durch UV- oder Laser-Strahlung schichtweise zu einem
festen Polymer vernetzt, bis die Endkontur erreicht ist. Nunmehr
wird das Lüfterrad aus der Stereolithographieeinheit entnommen, das
Stützgewebe sowie unvernetztes Harz werden entfernt und nachfolgend
wird das Lüfterrad in einer Farbflotte aus Säurefarbstoffen oder
kationischen Farbstoffen gelagert. Bezüglich der Behälter zur Auf
nahme der Farbflotte bestehen keine besonderen Forderungen. Es muß
lediglich gewährleistet werden, dass das Lüfterrad vollständig von
der Farbflotte benetzt wird. Diese Farbflotte weist Temperaturen
zwischen 40° und 70° Celsius auf. Die Verweilzeit des Lüfterrades
in der Farbflotte liegt zwischen einer Stunde und fünf Stunden.
Hierbei kann die Verweilzeit bei 70° Celsius lediglich eine Stunde
betragen, während sie bei Temperaturen von 40° Celsius etwa fünf
Stunden beträgt. Unabhängig von der konkreten Temperatur der Farb
flotte und der Verweildauer erfolgt das Färben ohne zusätzliche
Druckbeaufschlagung, die Farbflotte weist also Umgebungsdruck auf.The invention can be implemented in different versions.
If, for example, for the development of a new vacuum cleaner
fluidic investigations on the fan wheel are intended,
can the prototype of such a fan wheel first by means of
Stereolithography can be produced. Thereby be in itself
known liquid monomers or oligomers of acrylates or
Epoxy resins in layers of UV or laser radiation
solid polymer cross-linked until the final contour is reached. Now
the fan wheel is removed from the stereolithography unit
Support fabrics and uncrosslinked resin are removed and subsequently
the fan wheel is in a dye bath made of acid dyes or
cationic dyes stored. Regarding the containers for opening
There are no special requirements for the use of the paint fleet. It must
only ensure that the fan wheel is completely off
the liquor is wetted. This fleet of colors has temperatures
between 40 ° and 70 ° Celsius. The dwell time of the fan wheel
the color fleet is between one hour and five hours.
The residence time at 70 ° Celsius can only be one hour
while they are around five at temperatures of 40 ° Celsius
Hours. Regardless of the specific temperature of the color
brisk and the residence time the dyeing takes place without additional
Pressurization, the ink fleet therefore has ambient pressure.
Diese Nachbehandlung bewirkt eine Einfärbung des Lüfterrades. Hier
bei diffundieren Farbpigmente bis in eine gewisse Tiefe in das Teil
ein. Aufgrund der Eigenschaften von Säurefarbstoffen bzw. kationi
schen Farbstoffen erfolgt die Bindung des Farbstoffes an das ver
netzte Harz hauptsächlich durch physikalische Effekte, so dass sich
keine Veränderung der Materialeigenschaften ergibt. Nachdem die
Verweilzeit erreicht ist, wird das Lüfterrad aus der Farbflotte
entnommen. Nachfolgend wird überschüssiger Farbstoff abgewaschen,
wobei das Lüfterrad eine bleibende Färbung behält. Das Lüfterrad
kann sofort verwendet werden oder im Rahmen einer weiteren Proto
typenerprobung auch mechanisch bearbeitet, erneut eingefärbt oder
sonstigen Bearbeitungsschritten unterzogen werden.This post-treatment causes the fan wheel to be colored. here
with color pigments diffuse into the part to a certain depth
on. Due to the properties of acid dyes or cationi
The dyes are bound to the ver
wetting resin mainly through physical effects, so that
there is no change in the material properties. after the
When the dwell time is reached, the fan wheel is removed from the paint fleet
taken. Excess dye is then washed off,
whereby the fan wheel remains a permanent color. The fan wheel
can be used immediately or as part of another proto
Type testing also mechanically processed, recolored or
undergo other processing steps.