DE10129179B4 - Verbundkörper, hergestellt nach einem LOM-Verfahren, und Verfahren zur Herstellung von LOM-Verbundkörpern - Google Patents

Verbundkörper, hergestellt nach einem LOM-Verfahren, und Verfahren zur Herstellung von LOM-Verbundkörpern Download PDF

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Abstract

Verbundkörper, hergestellt nach einem LOM-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper mehrere Schichten aus thermoplastischen Polymerschaum aufweist, wobei mindestens eine tafelförmige Schicht aus einem Partikelschaum-Block geschnitten ist, und die Oberflächen der Schichten durch Wärmeeinwirkung miteinander verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper, hergestellt nach einem LOM-Verfahren und ein Verfahren zur Herstellung eines LOM-Verbundkörpers.
  • Für unterschiedlichste Anwendungen, beispielsweise in der Kunststofftechnik, dem Formenbau oder dem Automobilbau, werden insbesondere in verschiedenen Phasen der Produktentwicklung Modelle und Prototypen des späteren Produktes schnell und kostengünstig benötigt. Für die Herstellung dieser Körper, die das gesamte Produkt oder Teile des Produktes mit möglichst hoher Konturengenauigkeit modellieren sollen, bedient man sich des sog. „Rapid Prototypings", welches auf einer Papier-Schicht-Technologie basiert. Dieses Papier-Schicht-Verfahren das sog. „Laminated object manufacturing" (LOM) eignet sich besonders für kleinvolumige Körper im vorgenannten Sinne. Bei diesen LOM-Verfahren wird computergestützt die dreidimensional vorliegende CAD-Zeichnung in Höhenschnitte zerlegt. Die Kontur des jeweiligen Höhenschnittes wird dann, beispielsweise mit einem Laserdrucker, auf ein Blatt aus Papier mit einer definierten Papierstärke aufgebracht. Anschließend erfolgt in einem Laminierprozeß das Verbinden, beispielsweise durch Verkleben, dieser Blätter zu einer Schicht. Mittels eines Lasers, eines Schneidplotters oder einer anderen an sich bekannten Art und Weise wird dann oder bei jedem Blatt einzeln die Kontur genau ausgeschnitten. Die vorgenannten Schritte werden wiederholt bis alle Höhenschnitte abgearbeitet sind.
  • Nach dem Erreichen der gewünschten Körperhöhe liegt ein kompakter Papierstapel vor, aus dem der Körper nachfolgend entformt wird. Durch den Einsatz von Klebstoffen ist eine sortenreine Wiederverwertung des LOM-Verbundkörpers nicht möglich. Bei großvolumigen Körpern ist dieses Verfahren und das Handling des LOM-Verbundklörpers aufgrund der relativ hohen Dicht des verwendeten Papiers außerdem aufwendig.
  • Aus der DE 19900963 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen wenigstens einer dreidimensionalen Struktur bekannt, wobei zum Erziel der Strukturen einzelne Schichten übereinander angeordnet und miteinander kraftschlüssig verbunden werden, und die Schichten entsprechend einer durch ein CAD-Programm vorgegebenen Geometrie durch ein Bearbeitungswerk strukturiert werden. Bei diesem bekannten Verfahren wird wenigstens eine Struktug aus schichtweisem Fügen thermoplastiscsher Kunststoff erhalten, die als Folien diskontinuierlich übereinander angeordnet werden.
  • Aus der DE 19808569 A1 ist ein Verfahren zum raschen Erzeugen eines Bauteils aus Folienlaminat bekannt, bei dem die Folien miteinander verbunden und mit Hilfe eines Laserstrahls beschnitten werden. Bei dem Verfahren wird das Bauteil aus Folien gebildet, die mit Hilfe eines Klebers miteinander verbunden werden. Die Aktivierung des Klebers erfolgt durch eine beheizte Walze, die in Kontakt mit der Folie gebracht wird.
  • Aus der DE 3711470 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Modells bekannt, das aus einer Vielzahl von Scheiben zusammengesetzt ist, die Modellkonturen aufweisen und aus Plattenwerkstoff durch materialabtragende Bearbeitung hergestellt werden.
  • Der Plattenwerkstoff wird mit Laserstrahlen geschnitten Aus der WO95/145/72 A1 ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem dreidimensionale Gegenstände aus Schichten hergestellt werden, die vorher bearbeitet worden sind. In dieser Druckschrift ist auch die Anwendung von Schaumschichten genannt.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es einen Verbundkörper der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der sortenrein aufgebaut ist und eine geringere Dichte als Papier besitzt und sich einfach und effektiv herstellen lässt.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, Schichten aus Partikelschaum zu verwenden und liegt das Besondere darin, dass die Schichten aus Partikelschaum-Blöcken geschnitten werden. Die Schichten werden durch Wärmeeinwirkung miteinander verbunden.
  • Partikelschaum besitzt eine vergleichsweise geringe Dichte, beispielsweise beträgt die Dichte regelmäßig 20 bis 80 Gramm pro Liter für expandiertes Polypropylen (EPP). Ein Schaumstoff im Sinne der Erfindung ist dabei eine feinverteilte gasförmige Phase in einem matrixgebenden Festsstoff. Die Oberflächen der Schichten aus Partikelschaum lassen sich durch Wärmeeinwirkung sicher und formstabil miteinander verbinden. Die Maßhaltigkeit der Höhenschichten von LOM-Verbundkörpern wird erfindungsgemäß dadurch erreicht. Dass tafelförmige Schichten mit einer exakt definierten Höhe eingesetzt werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass die durch Verschweißen stoffschlüssig miteinander verbundenen Schichten auf PP-Material basieren. Verbundkörper im Sinne der Erfindung sind Körper, die mehrere tafelförmige Schichten aufweisen, wobei die äußere Schicht eine Deckschicht sein kann, die nicht aus Partikelschaum besteht, aber das Kriterium der Sortenreinheit weitestgehend erfüllt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen LOM-Verbundkörpers, wobei zumindest die innenliegenden Schichten des LOM-Verbundkörpers aus Partikelschaum bestehen.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Lost-Form-Bauteiles für die Gießereitechnik erläutert:
  • Der sog. "verlorene Kern" wird mittels CAD in Höhenschnitte aufgeteilt. Eine computergesteuerte Wasserstrahlanlage schneidet die Kontur aus diesen Schichten aus. XPS-Schichten und die tafelförmige EPS-Schichten werden abwechselnd mittels Flammkaschierung aufeinander kaschiert. Die vorbeschriebene Verfahrensweise kann zweckmäßigerweise bei der Herstellung von Lost-Form-Bauteilen in kleiner Stückzahl angewendet werden, da hierdurch auf teure Formteilwerkzeuge verzichtet werden kann.
  • Die eingesetzten EPS-Schichten besitzen eine geringere Dichte als die XPS-Schichten und bilden daher beim Lost-Form-Verfahren weniger Vergasungsprodukte.

Claims (9)

  1. Verbundkörper, hergestellt nach einem LOM-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper mehrere Schichten aus thermoplastischen Polymerschaum aufweist, wobei mindestens eine tafelförmige Schicht aus einem Partikelschaum-Block geschnitten ist, und die Oberflächen der Schichten durch Wärmeeinwirkung miteinander verbunden sind.
  2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verschweißen zumindest ein teilweiser Stoffschluss zwischen den Oberflächen der Schichten aus thermoplastischen Polymerschaum besteht.
  3. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbund durch Heiß-Kaschieren oder Verkleben zwischen den Oberflächen der Schichten aus thermoplastischem Polymerschaum besteht.
  4. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schicht aus thermoplastischem Polymerschaum auf einem PP-, PS-, PE-, PPO/PS- oder PET-Material basiert.
  5. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich tafelförmige Schichten aus Partikelschaum und extrudierte Schaumfolien aus einem PP-, PE- oder PS-Material abwechseln.
  6. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Verschweißen stoffschlüssig miteinander verbundenen Schichten auf EPS- oder EPP-Material basieren.
  7. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper eine Deckschicht aufweist, die mittels eines Flammspritzverfahrens aufgebracht ist.
  8. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die tafelförmige Schicht, die aus einem Partikelschaum-Block geschnitten ist, aus einem PP-, PS-, PE-, PPO/PS- oder PET-Material besteht.
  9. LOM-Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Innenschichten des im LOM-Verfahren hergestellten Verbundkörpers aus einem Partikelschaum-Block geschnitten werden.
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