DE102009047237A1

DE102009047237A1 - Verfahren, Vorrichtung und Mittel zum Herauslösen von Stützmaterial in dreidimensional gedruckten Modellen

Info

Publication number: DE102009047237A1
Application number: DE102009047237A
Authority: DE
Original assignee: Metallschleiferei Schulz 78112 GmbH; METALLSCHLEIFEREI SCHULZ GmbH
Current assignee: Metallschleiferei Schulz 78112 GmbH; METALLSCHLEIFEREI SCHULZ GmbH
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-08-18
Also published as: DE102009047237A9

Abstract

Eine Spülflüssigkeit zum Lösen von Stützmaterial aus einem dreidimensionalen Druck, welcher Stützmaterial und Baumaterial umfasst, enthält eine wässrige Lösung von Industriereiniger, welcher 5–15% nichtionische Tenside, 5–10% Glykole und < 5% Natriumhydroxid umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spülflüssigkeit zum Herauslösen von Stützmaterial in dreidimensional gedruckten Modellen.
Um beispielsweise Prototypmodelle oder Kleinserien herzustellen wurden in der Vergangenheit sogenannte 3D-Drucker entwickelt. Dabei werden mittels 3D-Drucker Schicht für Schicht, von unten nach oben, funktionelle 3D-Modelle aus einem festen Wachsmaterial oder auch Kunststoff aufgebaut. Man spricht dabei auch von Rapid Prototyping.
Das feste Baumaterial liegt beispielsweise in Drahtform vor und wird einem Extrusionskopf zugeführt, dort verflüssigt und in dünnen Schichten spurweise durch eine Düse extrudiert und auf eine Grundplatte aufgebracht. Das Baumaterial verbindet sich durch thermisches Verschmelzen und wird beim Abkühlen verfestigt. Um Unterschneidungen oder freitragende Teile zu realisieren, werden Stützkonstruktionen, die herausgebrochen werden können „gedruckt” oder der Drucker verfüllt spätere Hohlräume oder Unterschneidungen mit einem Stützmaterial, das später durch Auswaschen entfernt wird.
Ein von der Firma 3D Systems vertriebenes 3D-Drucksystem, welches unter der Bezeichnung ProJet vertrieben wird, verwendet als Baumaterial und Stützmaterial Wachse mit unterschiedlichen Schmelzpunkten. Die Materialien sind unter dem Handelsnamen VisiJet erhältlich. Das Stützmaterial muss anschließend mit einem temperierten Ölbad als Spülflüssigkeit ausgewaschen werden.
Nachteilig bei der bisher eingesetzten Spülflüssigkeit ist insbesondere der hohe apparative Aufwand mit einer notwendigen Ultraschalleinstrahlung. Außerdem sind mehre Schritte notwendig, da von dem behandelten 3D-Modell der verbleibende Ölfilm zusätzlich entfernt werden muss.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Formulierung für eine Spülflüssigkeit zum Entfernen von Stützmaterial in gedruckten 3D-Modellen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Spülflüssigkeit nach Anspruch 1 gelöst.
Demgemäß ist eine Spülflüssigkeit zum Lösen von Stützmaterial aus einem dreidimensionalen Druck, welcher Stützmaterial und Baumaterial umfasst, vorgesehen, wobei die Spülflüssigkeit eine wässrige Lösung von Industriereiniger, welcher 5–15% nichtionische Tenside, 5–10% Glykole und < 5% Natriumhydroxid enthält, umfasst.
Als nichtionische Tenside werden Tenside verstanden, die keine dissoziierbaren funktionellen Gruppen enthalten und sich daher in Wasser nicht in Ionen auftrennen. Infrage kommen beispielsweise übliche Polyalkylenglykolether, Fettalkoholpropoxylate, Alkylglucoside, Alkylpolyglucoside, Oktylphenolethoxylate oder Nonylphenolethoxylate. Als Glykole werden zweiwertige Alkohole bezeichnet, die sich vom Ethylenglykol ableiten. Man spricht auch von 1,2-Diole oder vicinale Diolen. In dem Industriereiniger können zum Beispiel Ethylenglykol und Propylenglykol verwendet werden. Außerdem können auch Derivate des Ethylenglykols, wie z. B. Methylglykol (Ethylenglykolmonomethylether) sowie weitere Diole, deren Hydroxygruppen nicht vicinal angeordnet sind, wie Trimethylenglykol oder Neopentylglykol in dem Glykolbestadteil auftreten.
Vorzugsweise wird der Industriereiniger in einem Mischungsverhältnis von 1 zu 100 mit Wasser verdünnt.
Der Industriereiniger kann ferner bis zu 5% Komplexbildner enthalten. Zum Beispiel ist Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) als Komplexbildner geeignet.
Außerdem kann der Industriereiniger ferner bis zu 5% Amine enthalten.
Es wird ferner die Verwendung einer wässrigen Lösung eines Industriereinigers, welcher 5–15% nichtionische Tenside, 5–10% Glykole und < 5% Natriumhydroxid enthält, zum Lösen von Stützmaterial aus einem dreidimensionalen Druck, welches Stützmaterial und Baumaterial umfasst, vorgeschlagen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt dabei:
1: eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Entfernen von Stützmaterial mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spülflüssigkeit; und
2: eine Schnittdarstellung der Vorrichtung zum Entfernen von Stützmaterial.
Beispiel 1 (herkömmliche Entfernung des Stützmaterials):
Ein Prototypdruck, der schichtweise aus wachsartigem Stützmaterial und Produkt- oder Baumaterial aufgebaut ist, wird gemäß bekannter dreidimensionaler Druckverfahren hergestellt. Das Stützmaterial ist vom Typ VisiJet S100, S200, oder S300 und besteht zu 60% bis 100% aus hydroxiliertem Wachs. Das Baumaterial ist vom Typ VisiJet CPX200 oder CP200 und besteht zu 60% bis 100% aus Paraffin. Das Baumaterial hat eine Dichte von 0,85–0,91g/cm³ und einen Schmelzpunkt von etwa 60–70°C, und das Stützmaterial hat ebenfalls eine Dichte von 0,85–0,91 g/cm³ aber einen Schmelzpunkt von etwa 55–65°C.
Das Stützmaterial dient dazu, Unterschneidungen und beliebige Freiformflächen aus dem Baumaterial zu realisieren. Dazu wird zunächst der Druck von seiner Grundplatte entfernt, indem er in einem Backofen kurz auf 70°C erhitzt wird. Anschließend wird, um das Stützmaterial aus dem 3D-Druck zu entfernen, dasselbe mit Mineralöl herausgelöst. Alternativ wird ein Pflanzenöl verwendet. Der Druck wird daher bei 60°C ± 1°C über 4 bis 5 Stunden in ein Ölbad unter Einwirkung von Ultraschall gestellt. Das heiße Öl löst das Stützmaterial ab. Anschließend muss ein handelsübliches Seifenmittel verwendet werden, um das Öl abzuwaschen.
Beispiel 2 (Herauslösen des Stützmaterials mit Industriereiniger):
Es wird „Easy Clean D”, ein Industriereiniger, der von der Firma Metallschleiferei Schulz GmbH 78112 St. Georgen erhältlich ist, gebrauchsfertig in einer Menge von 20 Litern bereitgestellt. Der Industriereiniger enthält 5–15% nichtionische Tenside, 5–10% Glykole, < 5% Natriumhydroxid, < 5% Komplexbildner und < 5% Amine. Es ergibt sich ein zu > 70 Gew.-% entaromatisiertes, aliphatisches Kohlenwasserstoffgemisch (Naphta) mit < 0,1% Benzol. Der verwendete Industriereiniger ist flüssig und hat eine gelbliche Farbe, wobei der Flammpunkt 62°C, der Siedebereich bei 193–245°C und die Zündtemperatur bei > 200°C liegt. Der Dampfdruck ist bei 20°C 1 hPa, die Dichte 0,839 g/cm³, die Löslichkeit in Wasser < 1 g/l und die Viskosität bei 40°C ist 2,8.
Der bereitgestellte Industriereiniger wird im Verhältnis 1 zu 100 mit Wasser verdünnt und als Spülflüssigkeit zum Entfernen von Stützmaterial in einem dreidimensional gedruckten Prototypmodell verwendet. Es wird der gleiche 3D-Druck wie aus Beispiel 1 untersucht.
Dazu wird die Spülflüssigkeit in ein Becken von etwa 70 cm Höhe, 70 cm Breite und 40 cm Tiefe gegeben. In einen Zeitraum von etwa 40 Minuten wird die Spülflüssigkeit auf 55 Grad Celsius gebracht. Von seiner Grundplatte wird der 3D-Druck mit einem 70°C heißen Metallblech von etwa 1 mm Dicke gelöst. Anschließen wird der das Bau- und Stützmaterial umfassende Druck in das Becken gegeben. Ein Magnetrührer bei etwa 190 U/min und/oder eine Umwälzpumpe unterstützt das Herauslösen des Stützmaterials aus dem Druck. Nach bereits 5 Minuten lösen sich Teile des Stützmaterialwachses. Abhängig von der Größe und Geometrie des 3D-Drucks sind nach 10 Minuten bis 2,5 Stunden alle Reste von Stützmaterial von dem Baumaterial entfernt. Die Temperatur des Spülflüssigkeitsbades wird zwischen 50°C und 60°C gehalten.
Ein Vorteil des zweiten Beispiels besteht darin, dass die Temperatur einerseits niedriger als beim ersten herkömmlichen Beispiel gehalten werden kann und damit eine Energieeinsparung erzielt wird. Andererseits ist es nicht notwendig, einen engen Temperaturbereich für das Spülmittel einzuhalten, vielmehr genügt ein Bereich von 10°C. Außerdem erfolgt das Herauslösen des Stützmaterials schneller als konventionell. Dennoch ist es unproblematisch, beispielsweise einen 3D-Druck über Nacht in der Spülflüssigkeit zu behandeln. Auch nach 10 Stunden Einwirkzeit des aus Industriereiniger hergestellten Spülflüssigkeit wird das Baumaterial nicht angegriffen. Insofern sind weniger Überwachungs- und Regelungsmechanismen notwendig. Es ist auch keine aufwändige Ultraschalleinstrahlung erforderlich, die bei üblichen Ölbädern eingesetzt werden.
Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Spülvorrichtung 1, um dreidimensionale Drucke von Stützmaterial zu befreien. Es ist ein erstes Becken 2 als Spülbecken vorgesehen, das eine Größe von beispielsweise 20–60 Litern hat. ein zweites kleineres Becken 3 dient als Filterbecken. Man erkennt anhand der Schnittansicht der 2, dass das Spülbecken 2 und das Filterbecken 3 miteinander verbunden sind. Beide Becken 3, 4 lassen sich durch Deckel 4, 5 abdecken. Ferner ist eine Haltevorrichtung 6 vorgesehen, die erlaubt ein gedrucktes Modell mit seiner Grundplatte zu befestigen und anschließend mit einem heißen Metallblech abzulösen. Der Druck wird dann in das Spülbecken gesetzt, in dem gemäß dem Beispiel 2 eine Spülflüssigkeit eingefüllt ist.
Die 2 zeigt eine Schnitt durch die Spülvorrichtung 1. Um eine Bewegung der Spülflüssigkeit zu erzielen ist ein Magnetrührer 8, 9 als mechanische Rühreinrichtung vorgesehen. Ein unter dem Spülbecken 2 vorgehaltener Magnet 9 rotiert mit Umdrehungen zwischen 100 und 2000 U/min. Dadurch wird der im Becken 2 vorliegende Quirl 8 bewegt und rotiert ebenfalls. Es sind auch andere Rühreinrichtungen, wie fest auf einer Achse, die in das Spülbecken ragt, montierte Rührbesen, denkbar. Es kann über eine nicht dargestellte Pumpe ein Teil der Spülflüssigkeit durch eine Verbindung 7 in das Filterbecken 3 geleitete werden. Das Filterbecken 3 hat eine niedrigere Temperatur als das Spülbecken 2, sodass in der Spülflüssigkeit gelöstes Wachs (Stützmaterial) ausflockt, und entfernt werden kann. Das ausgeflockte Stützmaterial 13 sammelt sich am Boden des Filterbeckens 3. Das Filterbecken kann bei Raumtemperatur betrieben werden. Die Temperaturen und die Rührgeschwindigkeiten werden von einer Steuereinrichtung 10 gesteuert. Dazu ist zum Beispiel der Magnetrührer 9 mit einer Heizplatte ausgestattet, bzw. eine Heizplatte ist integriert. Bekannte Thermostateinrichtungen können eingesetzt werden.
Optional ist eine Haube 11 vorgesehen, die die Becken 2, 3 abdecken. Es kann zudem eine Heizung 12 in die Haube integriert sein, um zum Beispiel den zu behandelnden 3D-Druck in der Halteeinrichtung 6 (vgl. 1) vorzuwärmen.

Claims

Spülflüssigkeit zum Lösen von Stützmaterial aus einem dreidimensionalen Druck, welcher Stützmaterial und Baumaterial umfasst, aufweisend: eine wässrige Lösung von Industriereiniger, welcher 5–15% nichtionische Tenside, 5–10% Glykole und < 5% Natriumhydroxid enthält.
Spülflüssigkeit nach Anspruch 1, wobei der Industriereiniger in einem Mischungsverhältnis von 1 zu 100 mit Wasser verdünnt ist.
Spülflüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Industriereiniger ferner bis zu 5% Komplexbildner enthält.
Spülflüssigkeit nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Industriereiniger ferner bis zu 5% Amine enthält.
Verwendung einer wässrigen Lösung eines Industriereinigers, welcher 5–15% nichtionische Tenside, 5–10% Glykole und < 5% Natriumhydroxid enthält, zum Lösen von Stützmaterial aus einem dreidimensionalen Druck, welcher Stützmaterial und Baumaterial umfasst.