DE102008021644A1 - Producing arbitrary structured final products, comprises producing raw products with colored surface by three-dimensional printer, postprocessing the raw products in a rotating device, and coating a surface of the raw products by plastic - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beliebig gestalteten Endprodukten, wobei die Herstellung von Rohprodukten mittels einer Rapid-Prototyping-Maschine und eine Nachbearbeitung zu den entsprechenden Endprodukten vorgesehen ist.The The present invention relates to a process for the preparation of arbitrarily designed end products, whereby the production of raw products by means of a rapid prototyping machine and a post-processing provided to the corresponding end products is.
Stand der TechnikState of the art
Den hier genannten Rapid-Prototyping/Manufacturing-Maschinen ist gemeinsam, dass sie ein generatives Herstellungsverfahren verwenden, das heißt Objekte werden mittels der Rapid-Prototyping/Manufacturing-Maschinen insbesondere durch das Auftragen von vielen Schichten zu einem dreidimensionalen physikalischen Objekt aufgebaut. Eine Ausprägung dieser Maschinen sind die 3D-Drucker der Firma Z-Corp/Contex.The here mentioned rapid prototyping / manufacturing machines is common, that they use a generative manufacturing process, ie objects in particular by means of the rapid prototyping / manufacturing machines by applying many layers to a three-dimensional one built physical object. An expression of these machines are the 3D printers of the company Z-Corp / Contex.
Bei Z-Corp 3D-Druckern findet beispielsweise Polymergipspulver Verwendung, das durch Härter und Druckfarbe während des Druckvorgangs abbindet. Andere Basismaterialien sind zum Beispiel Kunststoffe, kunststoffbeschichteter Formsand, Metall- oder Keramikpulver.at For example, Z-Corp 3D printers use polymer powdered powders, that by hardener and Printing ink during of the printing process sets. Other base materials are, for example, plastics, plastic-coated foundry sand, metal or ceramic powder.
Das Druckerzeugnis kann zunächst jedoch nur als Rohprodukt bezeichnet werden, da es sehr instabil ist, meist farblich viel zu blass ist und eine nicht homogene, poröse Oberfläche hat.The Printed product can initially however, only be referred to as a crude product, as it is very unstable is usually too pale in color and has a non-homogeneous, porous surface.
Das Rohprodukt ist jedoch sehr saugfähig für geeignete Flüssigkeiten, ohne dass dessen Farben dabei verlaufen. Diese Saugfähigkeit wird von den existierenden Nachbearbeitungstechniken ausgenutzt, um die Stabilität des Rohproduktes zu erhöhen.The However, crude product is very absorbent for suitable Liquids, without its colors being lost. This absorbency is exploited by the existing post-processing techniques, for stability of the crude product.
Eine Technik ist das Tränken mit einem Sekundenkleber, entweder durch tauchen oder durch Betropfen. Eine weitere das Tränken mit einem Zweikomponenten-Kunststoff, z. B. einem Epoxyd-Harz oder Poly-Urethan, durch Pinseln oder Tauchen. Des weiteren gibt es die Möglichkeit des Tränkens mit Wachs durch Tauchen. Im Rapid-Prototyping-Fachjargon wird „tränken” auch „infiltrieren” genannt.A Technology is soaking with a superglue, either by dipping or by dripping. Another soaking with a two-component plastic, z. As an epoxy resin or Poly-urethane, by brushing or dipping. Furthermore, there are the possibility of drinking with wax by diving. In rapid-prototyping jargon, "soaking" is also called "infiltrating".
Die Oberflächenqualität ist bei allen Verfahren matt und verkratzt beziehungsweise verschmutzt leicht.The Surface quality is included matt and scratched or lightly soiled.
Oft ist die Oberfläche, wie sie durch den Stabilisierungsprozess entsteht, für Prototypen in ihrer Qualität ausreichend. Um sie trotzdem zu verbessern, wird Lack in mehreren Schichten mittels Sprühtechniken (Sprühdose oder Sprühpistole) aufgetragen. Die Oberfläche wird dadurch glänzend und geringfügig robuster.Often is the surface, as it arises through the stabilization process, for prototypes in their quality sufficient. To improve it anyway, paint is in several Layers by means of spraying techniques (Spray can or spray gun) applied. The surface This makes it shiny and slightly robust.
Ohne
Lackierung haben Objekte, die mit den bekannten Verfahren nachbearbeitet
wurden, die bereits genannten Probleme der Mattigkeit, Kratz- und Verschmutzgefahr.
Außerdem
sind die Objekte weder gegen Spritzwasser noch gegen UV-Licht ausreichend
geschützt.
Des weiteren haben sie folgende spezifischen Probleme:
Mit
Sekundenkleber infiltriert ergibt sich keine hohe Stabilität und Farbverluste
durch Nässe
sind möglich. Auch
bei Zweikomponenten-Kunststoffen treten starke Farbverluste durch
Nässe auf,
wenn nur die Infiltration angewendet wird. Wachs liefert das am
wenigsten stabile Resultat und schmilzt ab 60°C.Without painting objects that have been reworked by the known methods, the aforementioned problems of dullness, scratching and dirt hazard. In addition, the objects are not sufficiently protected against splashing water or against UV light. Furthermore, they have the following specific problems:
Infiltrated with superglue results in no high stability and color losses due to moisture are possible. Even with two-component plastics, strong color losses through wetness occur when only infiltration is used. Wax provides the least stable result and melts from 60 ° C.
Um widerstandsfähige Objekte mit einer ansprechenden Oberfläche zu erhalten, ist mit dem bisherigen Stand der Technik eine Lackierung notwendig.Around tough To get objects with an appealing surface is with the Prior art, a painting necessary.
Manuelles Sprühlackieren, insbesondere bei kleinen Objekten, ist jedoch eine zeitaufwendige, fehleranfällige Technik, die außerdem Geschick des Bearbeiters erfordert – und dadurch teuer ist.Manually spray painting, especially for small objects, however, is a time consuming, error-prone Technique, as well Skill of the engineer requires - and therefore is expensive.
Vorliegende ErfindungPresent invention
Um die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von beliebig gestalteten Endprodukten, wobei die Herstellung von Rohprodukten mittels einer Rapid-Prototyping-Maschine und eine Nachbearbeitung zu den entsprechenden Endprodukten vorgesehen ist, zu schaffen, wobei die Endprodukte eine verbesserte Struktur bzw. Oberfläche aufweisen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, durch welches Endprodukte mit einer kratzfesten Oberfläche in kostengünstiger Art und Weise herstellbar sind.Around It is the task to avoid the disadvantages of the prior art the present invention, a method for the production of any designed final products, whereby the production of raw products by means of a rapid prototyping machine and a post-processing to provide the corresponding end products, wherein the end products have an improved structure or surface. In particular, it is an object of the present invention, a method provide by which end products with a scratch-resistant surface in cheaper Way are manufacturable.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die mittels Rapid-Prototyping/Manufacturing-Maschinen, insbesondere 3D-Druckern, hergestellten Rohprodukte zu stabilisieren und mit einer robusten und gleichzeitig ansprechenden Oberfläche zu versehen.Further It is an object of the invention by means of rapid prototyping / manufacturing machines, in particular 3D printers to stabilize and produce manufactured crude products To provide a robust and appealing surface.
Diese Aufgabe bzw. Aufgaben wird bzw. werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.These Task or tasks is or will be by a procedure with the Features according to claim 1 solved. Further advantages emerge from the subclaims.
Insbesondere
ist das Verfahren zur Herstellung von beliebig gestalteten Endprodukten
vorteilhaft, wobei das Verfahren zumindest folgende Verfahrensschritte
aufweist:
Herstellung zumindest eines Rohprodukts, vorzugsweise
einer Vielzahl von Rohprodukten, mittels einer Rapid-Prototyping-Maschine,
insbesondere 3D-Drucker,
Nachbearbeitung von zumindest einem
Rohprodukt, vorzugsweise einer Vielzahl von Rohprodukten, in einer
Dreheinrichtung, wobei die Dreheinrichtung die Rohprodukte und einen
Kunststoff oder Lack umfasst, welche insbesondere aus Polyurethanen,
Epoxydharze oder PU-Lacke aufgebaut sind und welche sich vorzugsweise
in flüssiger
Form zusammen mit den Rohprodukten in der Dreheinrichtung befindet,
und
wobei zumindest die Oberfläche
der Rohprodukte mittels einer kontinuierlichen oder unterbrochenen Rotation
der Dreheinrichtung von dem sich in der Dreheinrichtung befindenden
Kunststoff überzogen wird,
um entsprechende Endprodukte mit einer mit Kunststoff ummantelten
Oberfläche
jeweils aus einem Rohprodukt zu erhalten.In particular, the process is advantageous for the production of arbitrarily designed end products, the process having at least the following process steps:
Production of at least one crude product, preferably a large number of raw products, by means of a rapid prototyping machine, in particular a 3D printer,
Post-processing of at least one crude product, preferably a plurality of raw products, in a rotating device, wherein the rotating device comprises the crude products and a plastic or paint, which are in particular composed of polyurethanes, epoxy resins or PU paints and which is preferably in liquid form together with the raw products in the rotating device,
and wherein at least the surface of the crude products is coated by means of a continuous or interrupted rotation of the rotating device of the located in the rotating device plastic to obtain corresponding end products with a plastic-coated surface each of a crude product.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher und kostengünstiger Art und weise Endprodukte mit einer besonders kratz und stoßfesten Oberfläche erzeugt werden.Especially it is advantageous that by the inventive method in a simple and cost-effective Fashion end products with a particularly scratch and impact resistant surface be generated.
Ein Teil des erfinderischen Schrittes besteht darin, eine entsprechende Dreheinrichtung gemäß Anspruch 1 zur Nachbearbeitung zu verwenden bzw. eine optimierte Form des Trommel-Verfahrens zur Stabilisierung und Beschichtung der Roherzeugnisses einer Rapid-Manufacturing-Maschine, insbesondere eines 3D-Druckers, zu verwenden.One Part of the inventive step is a corresponding Rotary device according to claim 1 for post-processing or to use an optimized form of the Drum method for stabilizing and coating the raw product a rapid-manufacturing machine, in particular a 3D printer, to use.
Sowohl zum Stabilisieren als auch zum Beschichten wird das gleiche Material verwendet – dies ist ein Vorteil, jedoch nicht zwangsläufig notwendig. Als Material haben sich transparente Poly-Urethane und Epoxyd-Harze (Zweikomponenten-Gießkunststoffe) als geeignet erwiesen. Lacke oder ähnliches sind aber ebenso möglich. Diese Materialien werden im folgenden mit „Kunststoff” bezeichnet.Either to stabilize as well as to coat the same material used - this is an advantage, but not necessarily necessary. As a material have transparent poly-urethanes and epoxy resins (two-component casting resins) proved to be suitable. Paints or the like are also possible. These Materials are referred to below as "plastic".
Je nach gewünschter Oberfläche ist das Verfahren in einem oder mehreren Schritten anzuwenden.ever according to the desired surface the method is to be applied in one or more steps.
Anhand der nachfolgenden Zeichnungen sollen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung rein beispielhaft dargestellt und erläutert werden.Based The following drawings are intended to advantageous embodiments the invention are shown and explained purely by way of example.
Ausführungsform 1: Einmal Trommeln – fertigembodiment 1: Once drumming - done
Zuerst werden die Rohprodukte mittels eines Rapid-Prototyping/Manufacturing-Verfahrens Schicht für Schicht hergestellt. Insbesondere beim farbigen 3D-Druck wird hierbei bereits die Oberfläche mit einer Farbschicht versehen. Auf diese Weise werden insbesondere Fotos auf die Oberfläche des Rohproduktes projiziert und aufgetragen.First The raw products are layered by means of a rapid prototyping / manufacturing process for shift produced. In particular, the color 3D printing is already here the surface with a color layer provided. In this way, in particular Photos on the surface projected and applied the crude product.
Nach
der Herstellung der Rohprodukte mittels eines Rapid-Prototyping/Manufacturing-Verfahrens wird der
Kunststoff in einem Behälter
vermischt, wobei die Rohprodukte optional darin getränkt werden
können.
Danach werden die Rohprodukte zusammen mit dem Kunststoff in einer
sechs- oder achteckigen Trommel (
Die Füllsteine dienen dazu, den Kunststoff auch in den Vertiefungen im Werkstück zu verteilen und somit für einen gleichmäßigen Kunststoffauftrag zu sorgen. Die Füllsteine können hierbei eine spezielle Form haben, die für die Form des Rohproduktes optimiert ist. Auch unterschiedliche Füllsteinformen innerhalb eines Trommelvorgangs sind möglich. Anstelle von Füllsteinen können außerdem auch Stoffkugeln verwendet werden, oder beliebige andere Objekte, die in die Vertiefungen des Rohproduktes eindringen können.The filling stones serve to distribute the plastic in the recesses in the workpiece and thus for a uniform plastic job too to care. The filling stones can have a special shape that optimizes for the shape of the crude product is. Also different filling stone forms within a drum process are possible. Instead of fillers can Furthermore also used fabric balls, or any other objects, which can penetrate into the wells of the crude product.
Je nach Trommelgröße, Werkstückmenge und gewünschter Oberfläche sind Füllsteinmenge, Kunststoffmenge, Trommelzeit und ggf. Trommeltemperatur und Drehgeschwindigkeit anzupassen.ever according to drum size, workpiece quantity and desired surface are amount of filler, amount of plastic, Drum time and drum temperature and rotation speed if necessary.
Während des
Trommelvorgangs härtet
der Kunststoff und stabilisiert dadurch das Rohprodukt (
Die Rohprodukte werden nach dem Trommeln aus der Trommel entnommen. Es ist möglich, solange zu trommeln, bis sie ausgehärtet und trocken sind. Es ist auch möglich, das Trommeln zu beenden, sobald der Kunststoff angehärtet aber noch leicht flüssig ist.The Crude products are removed from the drum after drumming. It is possible as long as drum until it hardens and are dry. It is also possible, The drums stop as soon as the plastic hardens but still slightly liquid is.
Um die Rohprodukte zu trocknen, wenn die Oberfläche noch nicht vollständig gehärtet ist, werden Trockenöfen oder Konvektionsöfen verwendet. In diesem Schritt zieht sich die Oberfläche glatt und erhält so ein ansprechendes Aussehen und eine angenehme Haptik. Außerdem ist sie extrem kratzbeständig und wasserfest.Around to dry the crude products when the surface is not fully cured, become drying ovens or convection ovens used. In this step, the surface is smooth and receives Such a pleasing appearance and a pleasant feel. Besides that is she is extremely scratch resistant and waterproof.
Das Endprodukt ist erheblich robuster als bei allen anderen bekannten Verfahren, da die Kunststoffschicht an der Oberfläche zur Stabilisierung beitragen. Die Stabilisierung und Oberflächenbearbeitung erfolgt in einem Verfahren, das gut automatisierbar und gut skalierbar ist für große Werkstückmengen, und kein geschicktes oder umfangreich geschultes Personal erfordert.The End product is considerably more robust than any other known Procedure, as the plastic layer on the surface to Contribute to stabilization. The stabilization and surface treatment takes place in a process that is easy to automate and well scalable is for size Workpiece amounts, and no skilled or extensively trained staff required.
Eine Trommel ist außerdem preiswert in der Anschaffung und die Investionskosten sind dadurch sehr gering.A Drum is as well inexpensive in the acquisition and the investment costs are very high low.
Ausführungsform 2: Einmal Trommeln mit vorherigem Infiltrierenembodiment 2: One time drumming with previous infiltration
Feine Strukturen im 3D-Roherzeugnis können bei alleinigem „Einmal-Trommeln” unter Umständen abpoliert werden – z. B. werden Spitzen abgeflacht, ähnlich wie beim Schmirgeln.Fine Structures in the 3D raw product can with sole "once-drums" under circumstances be polished off - z. B. tips are flattened, similar like sanding.
Abhilfe
schafft das vorhergehende infiltrieren mit anschließendem Trocknen,
wodurch noch keine Oberfläche
auf das Rohprodukt aufgetragen wird (
In
Erst
nach der Infiltration erfolgt das Trommeln. Scharfe Kanten bleiben
so erhalten. Durch das Trommel wird die harte Kunststoff Oberfläche (
Durch die Verwendung eines Kunststoffes, sowohl zum Infiltrieren, wie auch zum Oberflächenauftrag, ergibt sich eine hervorragende Bindung der Schichten.By the use of a plastic, both for infiltration, as well also for surface application, This results in an excellent bonding of the layers.
Ausführungsform 3: Mehrmaliges Trommelnembodiment 3: repeated drumming
Durch wiederholtes Trommeln der Rohprodukte kann die Oberfläche Schicht für Schicht noch glänzender gemacht werden. Mit jeder Kunststoffschicht wird es außerdem „dicker” und dadurch stabiler und robuster.By Repeated tumbling of the crude products can surface the layer for shift even brighter be made. With every layer of plastic it also gets "thicker" and thus more stable and robust.
Die einzelnen Trommelvorgänge können entweder bis zum völligen aushärten des Kunststoffes erfolgen, oder die Rohprodukte können noch leicht nass sein und zwischen den Trommelungen, zum Beispiel in einen Ofen, getrocknet werden. Auch eine Mischform ist möglich.The single drum operations can either until complete Harden of the plastic, or the raw products may still be light be wet and between the beats, for example in an oven, be dried. Also a mixed form is possible.
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