DE102009061069A1 - Rinsing fluid, useful to release support material from three-dimensional printing comprising the material and building material, comprises aqueous solution of industrial cleaner comprising non-ionic surfactant, glycol and sodium hydroxide - Google Patents

Rinsing fluid, useful to release support material from three-dimensional printing comprising the material and building material, comprises aqueous solution of industrial cleaner comprising non-ionic surfactant, glycol and sodium hydroxide Download PDF

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Abstract

Rinsing fluid comprises an aqueous solution of industrial cleaner comprising 5-15% non-ionic surfactant, 5-10% glycol and less than 5% of sodium hydroxide.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spülflüssigkeit zum Herauslösen von Stützmaterial in dreidimensional gedruckten Modellen.The present invention relates to a rinsing liquid for dissolving support material in three-dimensionally printed models.

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.For example, to produce prototype models or small batches, so-called 3D printers have been developed in the past. In this process, 3D printers are used to build functional 3D models from solid wax material or plastic, layer by layer, from bottom to top. This is also referred to as 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.The solid building material is present, for example, in wire form and is fed to an extrusion head where it is liquefied and extruded in thin layers by way of a nozzle and applied to a base plate. The building material combines by thermal fusion and is solidified on cooling. To realize undercuts or cantilevered parts, support structures that can be broken out are "printed" or the printer backfills later cavities or undercuts with a backing material which is later removed by washing.

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.A 3D printing system distributed by the company 3D Systems, which is marketed under the name ProJet, uses waxes with different melting points as building material and support material. The materials are available under the trade name VisiJet. The support material must then be washed out with a tempered oil bath as rinsing liquid.

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.A disadvantage of the previously used rinsing liquid is in particular the high expenditure on equipment with a necessary ultrasound irradiation. In addition, several steps are necessary because of the treated 3D model of the remaining oil film must be additionally removed.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Formulierung für eine Spülflüssigkeit zum Entfernen von Stützmaterial in gedruckten 3D-Modellen bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide an improved formulation for a rinse fluid for removing support material in 3D printed models.

Diese Aufgabe wird durch eine Spülflüssigkeit nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a rinsing liquid according to claim 1.

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.Accordingly, a rinsing liquid for releasing support material from a three-dimensional pressure comprising support material and building material is provided, the rinse liquid containing an aqueous solution of industrial cleaner containing 5-15% nonionic surfactants, 5-10% glycols and <5% sodium hydroxide, includes.

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.Nonionic surfactants are understood as meaning surfactants which contain no dissociable functional groups and therefore do not separate into ions in water. For example, conventional polyalkylene glycol ethers, fatty alcohol propoxylates, alkylglucosides, alkylpolyglucosides, octylphenol ethoxylates or nonylphenol ethoxylates are suitable. Glycols are divalent alcohols derived from ethylene glycol. This is also known as 1,2-diols or vicinal diols. In the industrial cleaner, for example, ethylene glycol and propylene glycol can be used. In addition, derivatives of ethylene glycol, such as. As methyl glycol (ethylene glycol monomethyl ether) and other diols whose hydroxy groups are not vicinally arranged, such as trimethylene glycol or neopentyl occur in the Glykolbestadteil.

Vorzugsweise wird der Industriereiniger in einem Mischungsverhältnis von 1 zu 100 mit Wasser verdünnt.Preferably, the industrial cleaner is diluted in a mixing ratio of 1 to 100 with water.

Der Industriereiniger kann ferner bis zu 5% Komplexbildner enthalten. Zum Beispiel ist Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) als Komplexbildner geeignet.The industrial cleaner may also contain up to 5% complexing agent. For example, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) is suitable as a complexing agent.

Außerdem kann der Industriereiniger ferner bis zu 5% Amine enthalten.In addition, the industrial cleaner may further contain up to 5% of amines.

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.There is also proposed the use of an aqueous solution of an industrial cleaner containing 5-15% nonionic surfactants, 5-10% glycols and <5% sodium hydroxide for dissolving support material from a three-dimensional pressure comprising support material and building material.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and the embodiments of the invention described below.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt dabei:In the following the invention will be explained in more detail by means of examples and with reference to the figures. It shows:

1: eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Entfernen von Stützmaterial mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spülflüssigkeit; und 1 a perspective view of a device for removing support material with an embodiment of the rinsing liquid according to the invention; and

2: eine Schnittdarstellung der Vorrichtung zum Entfernen von Stützmaterial. 2 : A sectional view of the device for removing support material.

Beispiel 1 (herkömmliche Entfernung des Stützmaterials):Example 1 (conventional removal of the support material):

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 0,85–0,91 g/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.A prototype printing constructed in layers of waxy support material and product or construction material is known in the art produced three-dimensional printing process. The support material is of the VisiJet S100, S200 or S300 type and consists of 60% to 100% hydroxiluted wax. The building material is of the type VisiJet CPX200 or CP200 and consists of 60% to 100% paraffin. The building material has a density of 0.85-0.91 g / cm 3 and a melting point of about 60-70 ° C, and the support material also has a density of 0.85-0.91 g / cm 3 but a melting point from about 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.The support material serves to realize undercuts and any free-form surfaces of the building material. For this purpose, the pressure is first removed from its base plate by briefly heating to 70 ° C in an oven. Then, to remove the support material from the 3D print, it is dissolved out with mineral oil. Alternatively, a vegetable oil is used. The pressure is therefore placed at 60 ° C ± 1 ° C for 4 to 5 hours in an oil bath under the influence of ultrasound. The hot oil dissolves the support material. Then a commercial soap product must be used to wash off the oil.

Beispiel 2 (Herauslösen des Stützmaterials mit Industriereiniger):Example 2 (extraction of the support material with industrial cleaner):

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.It is "Easy Clean D", an industrial cleaner, which is available from the company Metallschleiferei Schulz GmbH 78112 St. Georgen, ready to use in a quantity of 20 liters. The industrial cleaner contains 5-15% nonionic surfactants, 5-10% glycols, <5% sodium hydroxide, <5% complexing agents and <5% amines. The result is a> 70 wt .-% dearomatized, aliphatic hydrocarbon mixture (naphtha) with <0.1% benzene. The industrial cleaner used is liquid and has a yellowish color, with the flash point 62 ° C, the boiling range at 193-245 ° C and the ignition temperature at> 200 ° C. The vapor pressure is 1 hPa at 20 ° C, the density 0.839 g / cm 3 , the solubility in water <1 g / l and the viscosity at 40 ° C is 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.The provided industrial cleaner is diluted 1 to 100 with water and used as a rinsing fluid to remove support material in a three-dimensionally printed prototype model. The same 3D printing as in Example 1 is examined.

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.For this, the rinsing liquid is placed in a basin about 70 cm high, 70 cm wide and 40 cm deep. In a period of about 40 minutes, the rinse liquid is brought to 55 degrees Celsius. From its base plate, the 3D printing is solved with a 70 ° C hot metal sheet of about 1 mm thickness. Afterwards, the pressure covering the construction and support material is put into the tank. A magnetic stirrer at about 190 rpm and / or a circulating pump helps to dissolve out the support material from the pressure. After 5 minutes, parts of the support material wax dissolve. Depending on the size and geometry of the 3D printing, all remains of support material are removed from the build material after 10 minutes to 2.5 hours. The temperature of the rinsing liquid bath is maintained between 50 ° C and 60 ° C.

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.An advantage of the second example is that, on the one hand, the temperature can be kept lower than in the first conventional example and thus energy savings are achieved. On the other hand, it is not necessary to maintain a narrow temperature range for the rinse, but a range of 10 ° C is sufficient. In addition, the dissolution of the support material is faster than conventional. Nevertheless, it is not a problem, for example, to treat a 3D printing overnight in the rinsing liquid. Even after 10 hours of exposure to the rinsing liquid prepared from industrial cleaner, the building material is not attacked. In this respect, fewer monitoring and control mechanisms are necessary. There is also no expensive ultrasonic irradiation required, which are used in conventional oil baths.

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.The 1 shows a perspective view of a flushing device 1 to free three-dimensional prints of supporting material. It is a first pool 2 provided as a sink, which has a size of, for example, 20-60 liters. a second smaller pool 3 serves as a filter basin. It can be seen from the sectional view of 2 that the sink 2 and the filter basin 3 connected to each other. Both pools 3 . 4 can be closed by a lid 4 . 5 cover. Furthermore, a holding device 6 provided that allows a printed model with its base plate to attach and then replace with a hot metal sheet. The pressure is then placed in the sink, in the according to the example 2 a rinsing liquid is filled.

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.The 2 shows a section through the flushing device 1 , To achieve a movement of the rinsing liquid is a magnetic stirrer 8th . 9 provided as a mechanical stirring device. One under the sink 2 reproached magnet 9 rotates with revolutions between 100 and 2000 rpm. This will be the one in the pelvis 2 present whisk 8th moves and also rotates. There are also other stirring devices, as firmly on an axis that protrudes into the sink, mounted beater, conceivable. It can, via a pump, not shown, a part of the washing liquid through a connection 7 in the filter basin 3 be guided. The filter basin 3 has a lower temperature than the sink 2 so that wax (support material) dissolved in the rinsing liquid flocculates and can be removed. The flocced support material 13 collects at the bottom of the filter bowl 3 , The filter basin can be operated at room temperature. The temperatures and stirring speeds are controlled by a controller 10 controlled. This is, for example, the magnetic stirrer 9 equipped with a heating plate, or a heating plate is integrated. Known thermostatic devices can be used.

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.Optional is a hood 11 provided the pelvis 2 . 3 cover. There may also be a heater 12 integrated into the hood, for example, to be treated 3D printing in the holding device 6 (see. 1 ) preheat.

Claims (5)

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.Rinse liquid for dissolving support material from a three-dimensional pressure comprising support material and building material, comprising: an aqueous solution of industrial cleaner containing 5-15% nonionic surfactants, 5-10% glycols and <5% sodium hydroxide. Spülflüssigkeit nach Anspruch 1, wobei der Industriereiniger in einem Mischungsverhältnis von 1 zu 100 mit Wasser verdünnt ist.A rinse liquid according to claim 1, wherein the industrial cleaner is diluted with water in a mixing ratio of 1 to 100. Spülflüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Industriereiniger ferner bis zu 5% Komplexbildner enthält.The rinse liquid of claim 1 or 2, wherein the industrial cleaner further contains up to 5% complexing agent. Spülflüssigkeit nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Industriereiniger ferner bis zu 5% Amine enthält.A flushing liquid according to any one of claims 1-3, wherein the industrial cleaner further contains up to 5% of amines. 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.Use of an aqueous solution of an industrial cleaner containing 5-15% nonionic surfactants, 5-10% glycols and <5% sodium hydroxide for dissolving support material from a three-dimensional pressure comprising support material and building material.
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