DE102010013544A1

DE102010013544A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Erzeugnisses durch Urformen aus flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverigem, körnigem, festem Material und/oder dessen Kompositionszuständen

Info

Publication number: DE102010013544A1
Application number: DE201010013544
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr.rer.nat. Hirsch Nikita; Prof. Dr.rer.nat. Tarasov Boris; Roland Gschwinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Gschwinder Roland De; Hirsch Nikita Prof Dr Dr Rer Nat De
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-09-29
Also published as: DE212011100068U1; WO2011117137A3; WO2011117137A2

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses durch Urformen (Spritzgießen, Pressen) aus flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverigem, körnigem und/oder festem Material und/oder dessen Kompositionszuständen mittels einer Form ist dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Aktivierung, und/oder Mobilisierung, und/oder Steuerung von quantummechanischen und/oder quantumchemischen Effekten und Kräften und/oder deren beliebiger Kombinationen eine bessere Kompaktierung, Urformung und Vorsinterung des Vorerzeugnisses als auch eine Vorentbinderunuren als auch der Sinterzeiten als auch der Urformdrücke erreicht und die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung von Erzeugnissen beliebig komplexer Formen durch Urformen (Spritzgießen, Pressen) aus flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverförmigem, körnigem und/oder festem Material und/oder dessen Kompositionszuständen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem des Anspruchs 31.
STAND DER TECHNIK
Bei allen bekannten Urformverfahren aus Materialien in flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverförmigem, körnigem und/oder festem Zustand und/oder deren Kompositionszuständen werden folgende Technologieschritte verwendet:

– Materialaufbereitung
– Urformen oder Formgebung = Herstellung von so genannten „Grünlingen oder Grünteilen”
– Entbindern = Herstellung von so genannten „Braunlingen” (aus Metallpulver) oder „Weißlingen” (aus Keramikpulver)
– Sintern
– Folgeprozesse, unter anderem Entfernung der Spritzgusskanäle usw.

Bei der Materialaufbereitung werden verschiedene Materialzustände der Bestandteile als auch verschiedene Werkstoffe zusammen mit verschiedenen Bindermitteln möglichst homogen vermischt, um ein Spritzgussgemisch oder Extrusionsgemisch zu bekommen. Als Binder kommen oft verschiedene Wachse, Polyolefine, Polyalkohole, Polycaprolactone, Polyvinylalkohole und andere Polymerlösungen und flüssige Polymere, Algenwassergemische, Zellulosewassergemische, Thermoplaste und andere zum Einsatz.
Werkstoffgemische, oder so genannte „Feedstocks”, werden in oben genannter Weise vorbereitet, um dann in speziellen Werkzeugen urgeformt, extrudiert oder eingespritzt zu werden. Dadurch erfolgt die Formgebung und eine erste Verdichtung bei Umgebungstemperatur. Nach dem Urform-, Extrusions- und/oder Spritzgussprozess werden die Erzeugnisse in Form von so genannten „Grünteilen” aus dem Werkzeug entfernt.
Der nächste technologische Schritt umfasst die Entbinderung (Entfernung) der Bindermittel. Die Entbinderung erfolgt durch thermisches, katalytisches und/oder Extraktionsentbindern (Lösungsmittelentbindern). Zum Beispiel kommen bei der thermischen Entbinderung die Vorerzeugnisse (Grünteile) für mehrere Stunden in einen Ofen, um eine möglichst beschädigungsfreie und langsame Entbinderung zu gewährleisten. Bei der Entbinderung werden ca. 60–90% des Bindermittels aus dem Grünling entfernt. Nach erfolgter Entbinderung wird das Formteil lediglich durch den gezielt eingestellten Restbindergehalt zusammengehalten (Backbone). Der Gewichtsverlust vom Grünling zum entbinderten Bräunling oder Weißling beträgt ca. 5–15%.
Die nach der Entbinderung entstandenen halbfertigen Erzeugnisse, so genannte „Braunteile” im Fall von Metallpulvern oder „Weißteile” im Fall von Keramikpulver, weisen unterschiedliche Porositäten und sehr geringe mechanische Festigkeiten auf. Diese halbfertigen Erzeugnisse müssen deswegen mit sehr hoher Sorgfalt zum Sintern gebracht werden.
Das Sintern umfasst einen speziellen physikalischen Prozess; dieser erfolgt durch die thermische Behandlung in einem speziellen Ofen oder durch Lasersintern oder durch Plasmasintern oder durch selbst erhaltendes chemisches Sintern oder durch Mikrowellensintern. Die Sintertemperaturen und Sinterzeiten sind von den Werkstoffen abhängig und erreichen manchmal bis zu 2700°C oder höher und können bis zu mehreren Stunden oder Tage dauern.
In manchen Fällen erfolgt nach dem letzten Vorgang (Sintern) noch ein Kalibrieren des Erzeugnisses, in der Regel bei Bedarf einer sehr hohen Maßgenauigkeit, welches durch den nicht exakt berechenbaren Volumenverlust des reinen Sinterns erreichbar ist. Dabei wird das quasi fertige Erzeugnis noch einmal unter hohem Druck in eine Form gepresst. Somit ist eine hohe Maßhaltigkeit oder z. B. die Einhaltung der technischen Toleranzen (Form- und Lagetoleranz) möglich.
Bei allen bekannten nassmechanischen und/oder trockenpulvermechanischen Verfahren treten zahlreiche Schwierigkeiten bezüglich Qualität, Freiheit der Gestaltung, Reproduzierbarkeit und Wahl der Zusammensetzung der Werkstoffe und Bindermitteln als auch der Blasenbildung beim Mischen von Pulvern mit Binder- und/oder Lösungsmittel auf.
Bindermittellösungen weisen meistens nicht ausreichende für die Kompaktierung notwendige Viskositäten auf, weswegen alle bekannten Feedstocks nicht ausreichende Fließeigenschaften besitzen.
Hinzu kommt auch eine begrenzte maximale Wandstärke der Erzeugnisse (z. B. max. 5–10 mm für Metallpulverspritzguss), da sonst die Bindermittel nicht mehr vollständig entfernt werden können.
Sehr nachteilig ist das Auftreten von Bindermittelrückständen (z. B. Kohlenstoff), die nach dem ”Ausbrennen” des Bindermittels im Erzeugnis verbleiben und dessen Zusammensetzung unkontrolliert beeinträchtigen.
Das bekannte Urformen oder Spritzgießen ist oft Ursache für Fehler, die erst am gesinterten Erzeugnis erkennbar werden, wie zum Beispiel Risse, Lunker, Spannungen im Erzeugnis, mechanische Verzüge oder Verformungen, Legierungsveränderungen oder C-Gehalt.
Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung der Erzeugnisse aus mehreren unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen benötigt man mehrere Spritzgussschritte oder Extrusionsschritte.
Um die genannten Nachteile zu überwinden sind mehrere unterschiedliche Vorschläge gemacht worden.
Der Vorschlag einiger Patente, wie zum Beispiel WO2000020351A und EP0559215A , zur Erreichung einer besseren Kompaktierung sowie Entbinderung ist das Erhöhen der Temperaturen beim Sintern.
WO2007066969 A beschreibt das Sintern bei Vakuum, um Reste von Bindermitteln zu entfernen. Solche besondere thermische Behandlungen sind sehr aufwendig und brauchen viel Energie und Zeit; zum Beispiel ergibt die vorgeschlagene Aufheizung von 700°C bis zu 1250°C mit einer Aufheizungsgeschwindigkeit von 5°C pro Stunde eine 110stündige Behandlungszeit.
US7012036A beschreibt ein Verfahren, welches eine Kompaktierung eines Vorerzeugnisses in einem Gummischlauch mit einem isostatischen Druck von 1400 bar und danach eine Sinterung bei einer Temperatur von circa 1700°C vorsieht.
US 20050082702A beschreibt die Herstellung von Kompositionserzeugnissen, bestehend aus einer metallischen oder keramischen Matrix, welche eine hohe Schmelztemperatur aufweist, durch eine Imprägnierung mit anderen Werkstoff- und Bindermittelgemischen und einer nachträglichen Sinterung. Solche Verfahren benötigen mehrere technologische Schritte und sind sehr kostenaufwendig und uneffektiv.
US20040265161A beschreibt die Kompaktierung von Pulvern durch Anwendung von Druckwellen, die mittels Gasexplosionen erzeugt werden. Das ist ein sehr kostenintensives und gefährliches Verfahren, welches sehr komplexe Urformenmaschinen mit speziellen Explosionsschutzeinrichtungen voraussetzt.
Zur Theorie der bekannten Prozesse:
Entscheidende Eigenschaften für die Formgebung oder das Urformen von Erzeugnissen aus pulverbasierenden Werkstoffgemischen oder „Feedstocks” ist das Fließverhalten und das Packungsverhalten der Gemische aus Pulverpartikel und Bindermittel. Diese Eigenschaften werden durch Volumenkräfte (Masse) und Oberflächenkräfte (Anziehung und Abstoßung zwischen den Pulverteilchen) bestimmt. Je kleiner die Pulverteilchen sind, umso mehr werden die Pulvereigenschaften durch die Oberflächenkräfte geprägt.
Die Erzeugung der stabilen Suspensionen von Gefügewerkstoffen und Bindermittelmischungen spielt bei der Formgebung eine bedeutende Rolle. Unter stabilen Suspensionen versteht man gut dispergierte Pulveraufschlämmungen, in denen sich die Partikel nicht zusammenlagern. Hohe Stabilität wird erreicht, wenn die. gegenseitige Annäherung von Partikeln durch Brownsche Bewegungen (thermische kinetische Energie) nicht in den Bereich der Van-der-Waals Anziehung führt.
Zwischen Teilchen gleichen Materials wirken immer Van-der-Waals Anziehungskräfte; ihre Reichweite ist sehr gering. Sie bewirken ungeordnetes Zusammenhaften der Partikel und eine relativ niedrige Packungsdichte.
Die Formgebung von Bauteilen aus Pulvern wird behindert durch die Anziehungskräfte und die Form der Partikel (Ecken, Kanten, Rauhigkeit). Das zeigt sich insbesondere bei feinen und trockenen Pulvern.
Die Wirkung der Van-der-Waals Anziehung kann vermindert oder kompensiert werden durch Aufladung der Partikel (elektrostatische Abstoßung) und/oder durch Beschichtung der Partikel mit Polymeren, die eine gegenseitige Berührung der Patrtikeloberflächen behindert (sterische Hinderung). Die Wechselwirkungen zwischen den Partikeln werden wesentlich durch die unterschiedlichen Reichweiten der Anziehungs-, Abstoßungs- und Hinderungskräfte bestimmt.
Das Sintern neben der Formgebung oder Urformen ist der Kern einer pulvertechnologischen Fertigung von Erzeugnissen. In diesem Prozessschritt entsteht aus geformtem Pulver das Erzeugnis mit seinen wesentlichen Eigenschaften.
Das Sintern ist die Verdichtung von Grünkörpern unter bestimmten physikalischen Anwendungen, wie zum Beispiel, Wärmebehandlung durch den Diffusionstransport von Atomen. Die Körner wachsen zusammen, die Porosität sinkt, und fast immer findet Kornwachstum (Vergröberung der Körner) statt. Die treibende Kraft ist die Verringerung der Oberflächen- und Grenzflächenenergie. In vielen polykristallinen Werkstoffen findet der Atomtransport beim Sintern ausschließlich in der festen Phase statt, in manchen tritt während des Sinterns ein flüssige Phase auf.
Charakteristisch für den Sinterprozess ist, dass hierbei nicht alle Komponenten aufschmelzen und somit die äußere Form erhalten bleibt. Die Verdichtung darf lediglich zu einer möglichst gleichmäßigen und reproduzierbaren Schwindung führen. Im Laufe dieses Prozesses soll ein homogener und rissfreier Werkstoff mit möglichst feinkristallinem Gefüge und bestimmter (in vielen Fällen möglichst geringer) Porosität entstehen.
Festphasensintern findet bei Temperaturen statt, die unterhalb des Schmelzpunktes der am niedrigsten schmelzenden Komponente liegen.
Beim Flüssigphasensintern muss mindestens eine Komponente einen geringen Schmelzanteil bilden. Eine andere Möglichkeit bietet das Sintern durch viskoses Fließen, wobei in diesem Fall ein hoher Schmelzanteil vorliegt.
Reaktionssintern zeichnet sich dadurch aus, dass eine neue Phase (aus der Übergangsschmelze, die sich zunächst gebildet hat) entsteht.
Die Sintervorgänge in der festen Phase. Die geometrische und mikroskopische Veränderung des Grünkörpers während des Sinterns können in drei Stufen eingeteilt werden:
Im Anfangsstadium bilden die einzelnen Pulverpartikel so genannte Sinterhälse an den Berührungsstellen zu ihren Nachbarn. Die Hälse an den Kontaktstellen wachsen, es werden mit der Zeit weitere Kontakte gebildet, die Poren zwischen den Partikeln sind über Kanäle vollkommen miteinander verbunden. Während sich die Porenform wegen des Halswachstums ändert, bleibt das Porenvolumen annähernd konstant. Die Kinetik in diesem Stadium wird dominiert von unterschiedlichen Krümmungsradien. Man betrachtet das Anfangsstadium meist als beendet, wenn eine Dichte von etwa 60–70% der theoretischen Dichte (theoretisch maximal erreichbare Dichte; alle Poren verschwunden) erreicht ist.
Im Zwischenstadium wachsen an allen Kontaktstellen Korngrenzen heran; sie ersetzen fest-gasförmige Grenzflächen. Die Porenstruktur wird ”weicher”, es bilden sich Porenkanalstrukturen mit teilweise zylindrischem Querschnitt. Erst in diesem Stadium setzt ein starker Schrumpfungsvorgang ein, wobei ein Großteil des vorhandenen Porenvolumens eliminiert wird. Die Korngröße ist wenig größer als die anfängliche, die Sinterrate sinkt kontinuierlich ab. Im späten Zwischenstadium werden Poren voneinander isoliert; dies kann mit starkem Kornwachstum einhergehen. Das Zwischenstadium ist beendet, wenn alle Poren voneinander isoliert und geschlossen sind (man spricht von 'geschlossener' Porosität); dies ist bei etwa 92% der theoretischen Dichte erreicht.
Im Endstadium entscheidet der Wettlauf zwischen Verdichtung und Vergröberung des Gefüges darüber, welche Dichte der Sinterkörper erreicht. Nur Poren an Korngrenzen oder Poren in Tripelpunkten (Poren mit drei und mehr angrenzenden Körnern) haben eine reelle Chance stark zu schrumpfen. Wachsen die Körner zu schnell, werden Poren im Korninneren eingeschlossen und haben kaum noch Möglichkeiten weiter zu schrumpfen. Ob Poreneliminierung oder Kornwachstum dominieren, hängt vom vorherrschenden Diffusionsmechanismus ab.
Thermodynamik und Kinetik des Sinterns. Treibende Kraft für das Sintern, für Halswachstum, Formänderung der Poren, Schrumpfung und Kornwachstum ist die Verringerung der Oberflächen- und Grenzflächenenergie, als Teil der freien Gibbs Energie G δG = gsδAs + gbδAb (1), wobei gs, gb die spezifische Oberflächenenergie bzw. Korngrenzenergie und As bzw. Ab die gesamte Oberfläche bzw. Korngrenzfläche des Sinterkörpers sind. Atomarer Transport findet statt bei Unterschieden des chemischen Potentials von Atomen bzw. Leerstellen. Das unterschiedliche chemische Potential Δμ im Sinterkörper ist verknüpft mit lokal unterschiedlichen Krümmungen der Körner. Mathematisch lässt sich dies formulieren als Δμ = ΔK·gsΩ (2), wobei ΔK der Unterschied der Oberflächenkrümmung zwischen zwei Stellen im Sinterkörper und Ω das Volumen der atomaren Spezies ist. Die Krümmung skaliert dabei mit 1/Korngröße. Das Verhältnis von chemischem Potential zum Volumen Ω ist das Sinterpotential σΣ (Einheit MPa) ΔΩμ = σΣ (3).
Typische Aktivierungsenergien für die Diffusion in Oxiden liegen im Bereich von 200–600 kJ/mol.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, das bzw. die die Nachteile der vorbeschriebenen Verfahren/Vorrichtung vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem derartigen Verfahren/Vorrichtung die im Anspruch 1 bzw. 31 angegebenen Merkmale vorgesehen.
Die Kompaktierung und Bildung der Metallpulver- oder Keramikpulverstrukturen oder deren Kompositionen erfolgt durch Van-der-Waals Kräfte oder auf Nano-Basis durch Casimir-Kräfte.
Es ist möglich, basierend auf Quantums-mechanischen Berechungen zu zeigen, dass durch Anwendung der periodischen Casimir-Kräfte die Verbundkräfte von keramischen wie auch metallischen Teilchen sich bei der Kompaktierung und der Sinterung erhöhen. Deswegen braucht man auch einen periodischen Energieeinfluss, um die periodischen Casimir-Kräfte zu aktivieren. Dadurch kann der notwendige Energieaufwand für den Kompaktierungsvorgang und den Sintervorgang deutlich reduziert werden. Die Aktivierung der wechselwirkenden Casimir-Kräften wird durch einen Energieeinfluss erzeugt. Die wechselwirkende Casimir-Kräfte könnten, insbesondere durch die Anwendung spezieller Folgen gepulster Energieeinflüsse, wesentlich beeinflusst und gesteuert sein.
Der notwendige Energieeinfluss wird durch die Anwendung der gepulsten steuerbaren Energieeinbringungseinheit, wie zum Beispiel ein oder mehrerer Ultraschallstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer Megaschallstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer Gigaschallstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer Mikrowellenstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer Laserstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer magnetfelderzeugender Elemente und/oder ein oder mehrere ein elektrostatisches Feld erzeugender Elemente und/oder ein oder mehrere druckerzeugender Elemente und/oder deren beliebiger Kombinationen.
Die druckerzeugenden Elemente, die dem Erzeugen gepulster Drücke dienen, können in verschiedener Weise ausgebildet sein, beispielsweise als pneumatischer, hydraulischer, gasdynamischer gepulster Druckerzeuger, ultraschall- oder megaschallgepulster Druckerzeuger, gepulster Laserdruckerzeuger, gepulster magnetostriktiver Druckerzeuger, gepulster Plasmadruckerzeuger, gepulster thermostriktiver Druckerzeuger, gepulster chemischer Druckerzeuger, Druckerzeuger, mittels mikroskopischer Explosionen, Elektroentladungsdruckerzeuger.
Die Anwendung der gepulsten Energieeinflüsse erzeugt beim Urformen eine fast ideale homogene Verteilung zum Sintern bestimmter Bestandteile in ganzen Urformvolumina, erzeugt eine deutlich höhere Kompaktierung und reduziert dadurch die für die Kompaktierung benötigten Drücke, initiiert erstes Vorsintern durch Erleichterung der chemischen Bindungen, beschleunigt deutlich die Entbinderungs- und Sinterprozesse, sichert dadurch die ideale Dichte der Erzeugnisse und reduziert deutlich die Sintertemperatur.
Die Anwendung der periodischen Energieeinflüsse durch die Anwendung der steuerbaren Energieeinflüsse initiiert auch einige chemische Reaktionen mit Bindemittelstoffen und erzeugt dadurch schon beim Urformen Entbinderung.
In einigen besonderen Fällen findet die komplette Entbinderung und wesentliche Sinterung beim Urformen statt. Dadurch reduziert sich die Sintertemperatur deutlich.
Unter Sintern wird hier ein thermisches Sintern verstanden, einschließlich selbstausbreitendes Sintern (Self Heating Sintering oder Self-Propagating High-Temperature Synthesis), Explosionssintern und hydrathermisches Sintern, Mikrowellensintern sowie Ultraschallsintern und Lasersintern.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist darüber hinaus weitere Vorteile im Vergleich mit den bekannten Verfahren auf.
Zum einen wird eine deutlich höhere Kompaktierung des Erzeugnisses beim Urformen erreicht. Zum anderen werden die Oberflächenqualitäten und die Festigkeitseigenschaften deutlich verbessert.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das neue erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit entsteht, die Höhe des angewendeten Druckes um mindestens 10 bis 500 bar zu reduzieren.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Sintertemperatur deutlich um bis zu 900°C reduziert werden kann.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Nachteile von unzureichenden Viskositäten der Materialgemische, des so genannten „Feedstocks” (Materialbestandteilszustände und verschiedene Werkstoffe, die zusammen mit verschiedenen Bindermitteln am besten homogen vermischt werden), und/oder der Verbundstoffe überwunden werden und so das erste Mal die Möglichkeit entsteht, ideale Dichten im ganzen Volumen des gesinterten Erzeugnisses zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die gezielte Steuerung der Porenentwicklung erreicht wird. Dadurch wird eine genaue Bestimmung der Porengröße (von 0,1 nm bis 800 μm) oder eine komplette Eliminierung von Poren möglich.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren poröse Erzeugnisse (zum Beispiel poröse Knochenimplantate und andere) in einem technologischen Schritt hergestellt werden können. Dies war bei den bekannten Verfahren nur durch zusätzliche Anwendungen bei gleichzeitiger deutlicher Kostenerhöhung möglich.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit besteht, die Erzeugnisse ohne Wanddickenbegrenzung zu produzieren. Bei bekannten Verfahren ist die Wanddicke der produzierbaren Erzeugnissen durch den Entbinderungsprozess begrenzt, normalerweise maximal bis 10 mm, da sonst der Binder nicht vollständig entfernt werden kann.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit besteht, die Erzeugnisse aus mehreren verschiedenen Werkstoffen mit verschiedenartigen Eigenschaften (zum Beispiel Partikelgröße) und deren Kombinationen zusammen ohne zusätzliche Urformschritte zu produzieren.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren das erste Mal die Möglichkeit besteht, die Entbinderung schon bei der Umformung mindestens teilweise durchzuführen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das neue erfindungsgemäße Verfahren auch definierte Geometriestrukturen in die Oberfläche eingeprägt werden können. Derartige Strukturen liegen insbesondere im Mikrobereich und können so beispielsweise für verbesserte Reibeigenschaften des Erzeugnisses dienen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das neue erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit bietet, die superplastische Erzeugnisse in einem technologischen Schritt herzustellen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren schwer herstellbare strukturelle Kompositionswerkstoffstrukturen, auch strukturelle poröse Kompositionswerkstoffstrukturen, wie zum Beispiel im Fall der Turbinen- oder Gasturbinenblätterherstellung, die einen porösen Kern mit metallischen oder keramischen Wänden haben, oder poröse Knochenimplantate in einem Urformprozess hergestellt werden können.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die verschiedenen Teile eines Erzeugnisses unterschiedliche Härte- und Festigkeitseigenschaften aufweisen können, wie zum Beispiel, dass ein inneres Teil eine höhere Härte und Festigkeit gegenüber dem äußeren Teil durch die Anwendung einer speziell ausgerichteten Druckimpulsefolge und eines dazu passenden Bindermittelgemisches aufweist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ein schrittweiser Energieeintrag, eine Nivellierung der Temperaturerhöhung und die Erhöhung der Teilchenverbundkräfte bis hin zur Vorsintertemperatur und Vorsinterverbundkraft gewährleistet werden, so dass die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig erzeugt und verteilt werden.
Ein weiterer Vorteil ist aufgrund höherer Festigkeit das bessere Handling der Halbprodukte(-zeuge).
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Bindermittelentfernung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Anwendung überkritischer Flüssigkeiten die komplette Entbinderung und die komplette Bindermittelspuren-Eliminierung erreicht wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Kompaktierung, Vorsinterung und Bindermittelentfernung im gesamten Formraum gleichmäßig erzeugt, verteilt und beschleunigt wird, und zwar durch Anwendung einer oder mehrerer Ultraschallimpulse mit vorzugsweise unterschiedlicher Leistung und/oder Impulsdauer, die durch einen schrittweisen Energieeintrag eine Nivellierung der Temperaturerhöhung und der Erhöhung der Teilchenverbundkräfte bis hin zur Vorsintertemperatur und Vorsinterverbundkraft gewährleisten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 2 bis 30 bzw. 32 bis 47.
Des weiteren bezieht sich die Erfindung nach dem Verfahren und/oder mit der Vorrichtung hergestellte Erzeugnisse gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 48 bis 50.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
1 und 2 in schematischer Seitenansicht jeweils eine Vorrichtung zum Herstellen eines Erzeugnisses durch Urformen (Spritzgießen, Pressen) aus einem Material, das in einem flüssigen, breiigen, pastenförmigen, pulvrigen, körnigen und/oder festen Zustand und/oder einem gemischten Zustand vorhanden ist, gemäß zweier Ausführungsbeispiele vorliegender Erfindung.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 10 zum Herstellen eines Erzeugnisses durch Spritzgießen aus einem Material bestimmten Ausgangszustandes besitzt eine Pressschnecke 11 in einem Gehäuse 21, das mit einem Trichter 22 versehen ist, durch den in den Innenraum 23 des Gehäuses 21, in welchem die Pressschnecke 11 rotierend gelagert ist, eine Mischung 12 aus dem verwendeten Material (Werkstoff) und einem Bindermittel eingebracht wird. Das Bindermittel kann aus einer beim Spritzgießen üblichen und auf das zu verarbeitende Material abgestimmten Substanz sein. Das beim Spritzgießen verwendete Material (Werkstoff) kann in flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulvrigem, körnigem und/oder festem Zustand und/oder dessen Kompositionszuständen bestehen und mit dem Bindermittel vermischt eingebracht werden. Es versteht sich, dass statt einer rotierend angetriebenen Pressvorrichtung eine solche vorgesehen sein kann, die linear angetrieben ist.
Durch die rotierend angetriebene Pressschnecke 11 wird die Werkstoff-Bindermittel-Mischung 12 in axialer Richtung des Gehäuses 21 zu einer oder mehreren Spritzdüsen 13 gebracht, während welchen Vorganges die Mischung 12 unter von der Pressschnecke 11 aufgebrachtem Druck verdichtet wird. Das mit der oder den Spritzdüsen 13 bestückte Ende des Gehäuses 21 ist mit dem ortsfesten Teil 14 einer Spritzgussform 25 verbunden, zwischen welchem ortsfesten Teil 14 und einer in Richtung des Doppelpfeiles A zum Öffnen und Verschließen der Spritzgussform 25 beweglichen Teiles 16 ein Spritzgussraum 26 bzw. Formraum angeordnet ist, in welchem das gespritzte Erzeugnis 15 hergestellt wird.
Im Bereich der Spritzdüse 13 oder dem Spritzgussraum 26 mündet radial eine nicht im einzelnen dargestellte Druckleitung, deren anderes Ende mit einem Erzeuger 17 von gepulsten Drücken verbunden ist. Diese Druckimpulse werden dem in der Spritzdüse 13 oder der Spritzgussform aufgrund der Pressschnecke 11 vorhandenen Druck auf die Mischung 12 überlagert. Auf die Spritzdüse(n) 13 wirkt (wirken) ferner ein Abdichter 18, der beispielsweise als Rückschlagventil bei Materialien sehr hoher Viskosität und bei Druck im Spritzgussraum 26 ausgebildet sein kann.
Die in der 2 dargestellte Vorrichtung 110 zum Herstellen eines Erzeugnisses beispielsweise eines Dentalblanks 115 durch Pressen aus einem Material bestimmten Ausgangszustandes besitzt ein vertikal bzw. axial bewegliches Werkzeugoberteil 116 mit einer Matrize 127 und einem ortsfesten Werkzeugunterteil 114 mit einer Matrizenausnehmung 128, das beispielsweise hydraulisch angetrieben ist. In die Matrizenausnehmung 128, die den Formraum darstellt, wird eine Mischung 112 aus dem verwendeten Material (Werkstoff) und einem Bindermittel eingebracht. Das Bindermittel kann aus einer beim Pressen üblichen und auf das zu verarbeitende Material abgestimmten Substanz sein. Das beim Spritzgießen verwendete Material (Werkstoff) kann in flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulvrigem, körnigem und/oder festem Zustand und/oder dessen Kompositionszuständen bestehen und mit dem Bindermittel vermischt eingebracht werden.
In der Matrizenausnehmung 128 wird die Werkstoff-Bindermittel-Mischung 112 in axialer Richtung durch das Beaufschlagen mit der Matrize 127 durch den aufgebrachten Druck verdichtet.
Im Bereich der Matrizenausnehmung 128 münden vorzugsweise zwei radial verlaufende Druckleitungen 129, 130, deren anderes Ende mit jeweils einem Erzeuger 117, 118 von gepulsten Drücken verbunden ist. Diese Druckimpulse werden dem in der gefüllten Matrizenausnehmung 128 aufgrund der Matrize 127 vorhandenen Druck auf die Mischung 112 überlagert.
Die Druckerzeuger 17 bzw. 117 und 118, die dem Erzeugen periodischer Drücke dienen, können in verschiedener Weise ausgebildet sein, beispielsweise als pneumatischer, hydraulischer, gasdynamischer, gepulster Druckerzeuger, als gepulster Ultraschalldruckerzeuger, gepulster magnetostriktiver Druckerzeuger, gepulster thermostriktiver Druckerzeuger, gepulster Plasmadruckerzeuger, gepulster Laserdruckerzeuger, gepulster chemischer Druckerzeuger und/oder durch Elektroentladungen und/oder Laser initiierter Entladungen und/oder gepulster mikroskopischer Explosionen.
Dabei können die Druckerzeuger 17 bzw. 117, 118 so ausgebildet sein, dass die Anzahl der Druckimpulse und/oder deren Kraft bzw. Energie und/oder deren Impulsdauer und/oder deren Zeitpunkt gesteuert werden kann. Die Form der Druckimpulse kann idealerweise etwa rechteckförmig oder etwa sägezahnförmig sein.
Beispielsweise ist bei beiden Ausführungsbeispielen die Anzahl der Druckimpulse ≥ 1, beispielsweise im Bereich von 1 bis 1000 Druckimpulse, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 500, jedoch am bevorzugten im Bereich von 1 bis 100 Druckimpulsen. Die Impulsdauer kann zwischen 1 ns und 30 Minuten, vorzugsweise zwischen 2 μs bis 10 Minuten, jedoch am bevorzugtesten zwischen 100 ms und 5 Minuten sein. Als Impulsabstand kommen Bereiche zwischen 1 ns und 30 Minuten, vorzugsweise zwischen 1 μs und 10 Minuten, am bevorzugten zwischen 100 ms und 5 Minuten in Frage.
Der erzeugte gepulste Druck wird dabei auf den Werkstoffgemisch-Feedstock übertragen, der sich in der Spritzgussform 25 befindet. Vorzugsweise werden die gepulsten Drücke zusammen mit dem Spritzguss- oder Pressdruck angewendet.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform werden die erzeugten gepulsten Drücke durch die Anwendung spezieller Membrane, die gemäß 1 beispielsweise in der Spritzgussform 25 oder in den Spritzgussdüsen 13 befinden, auf den Spritzgussraum 26 übertragen. Es ist aber auch möglich, die gepulsten Drücke, die durch Plasmadruckerzeuger und/oder laserinitiierte Entladungen und/oder mikroskopische Explosionen erzeugt werden, direkt zum Werkstoffgemisch 12 ohne Zwischenschaltung von Membranen zu bringen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde ferner am Beispiel einer Heißgas-Turbinenschaufel mit verschiedenen Werkstoffmischungen getestet, wie bspw.:

– Nickel-basierende Legierungen mit Tantal, Chrom, Hafnium;
– Nickel-Tantal Aluminiden;
– Chrom-Titan-Niobium-Aluminium;
– Chrom-Titan-Tantal-Aluminium; Nickel-Hafnium-Wolfram-Titan-Molybdän-Chrom-Zirkonium-Yttium Oxide;
– Oben genannte Kompositionen gemischt mit Keramiken.

Die Versuche haben gezeigt, dass Turbinenschaufeln inklusiv Sinterprozess in nur 50 Minuten herstellbar sind. Ein Vergleich der Sintertemperatur zum herkömmlichen Verfahren bei gleichen Werkstoffkompositionen zeigt eine Senkung der Temperatur um ca. 700°C.
Eine Qualitätsprüfung der Turbinenschaufeln hat eine ausgezeichnete Festigkeit, thermische Stabilität und Heißgasstandzeiten ergeben.
Mit einem ebenso guten Ergebnis wurden die Turbinenschaufeln auch mit einer keramischen Oberschicht hergestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde auch am Beispiel von keramischen Kompositionsteilen getestet, wie zum Beispiel, Aluminium-Oxide mit BN-Faser.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch die Möglichkeit Zahnräder mit unterschiedlichen Stoffeigenschaften wie zum Beispiel, innen leicht und außen hart herzustellen.
Die Herstellung von porösen Erzeugnissen wurde am Beispiel von Teilen gezeigt, die Ähnlichkeit mit metallische Schäumen besitzen. Dadurch wurden Strukturen wie, geschlossene und/oder offene metallische Schäume hergestellt.
Die gepulste Druckbeaufschlagung der Mischung 12, 112 in dem betreffenden Formraum zusätzlich zum Spritzguss- bzw. Pressdruck bzw. diesem überlagert kann durch andere gepulste steuerbare Energieeinflüsse bewirkt werden. Beispielsweise beinhalten speziellen Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse elektromagnetische Energie und/oder Schallenergie, wie Ultraschallenergie oder Megaschallenergie oder Gigaschallenergie. Des Weiteren beinhalten die spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüssen die elektromagnetischer Energie, beliebige Kompositionen an Ultraschallenergie und/oder Megaschallenergie und/oder Gigaschallenergie und/oder Mikrowellenenergie und/oder elektrostatische Energie und/oder Laserenergie von Photonenstrahlern und/oder phononenstrahlenden Laser und/oder deren Kombination und/oder gepulste Magnetfeldenergie und/oder Energie rotierender Magnetfelder. Auch können die spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse beliebige Kombinationen aus elektromagnetischer und mechanischer Energie beinhalten.
Erfindungsgemäß wird durch die Aktivierung und/oder Moblisierung und/oder Steuerung von quantummechanischen und/oder quantumchemischen Effekten und Kräften und/oder deren beliebigen Kombinationen eine bessere Kompaktierung, Urformung und Vorsinterung des Vorerzeugnisses als auch eine Vorentbinderung und deutliche Reduzierung der Sintertemperaturen als auch Sinterzeiten als auch Urformdrücken erreicht, wobei die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2000020351 A [0016]
EP 0559215 A [0016]
WO 2007066969 A [0017]
US 7012036 A [0018]
US 20050082702 A [0019]
US 20040265161 A [0020]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses durch Urformen (Spritzgießen, Pressen) aus flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverigem, körnigem und/oder festem Material und/oder dessen Kompositionszuständen mittels einer Form, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aktivierung und/oder Moblisierung und/oder Steuerung von quantummechanischen und/oder quantumchemischen Effekten und Kräften und/oder deren beliebiger Kombinationen eine bessere Kompaktierung, Urformung und Vorsinterung des Vorerzeugnisses als auch eine Vorentbinderung und deutliche Reduzierung der Sintertemperaturen als auch der Sinterzeiten als auch der Urformdrücke erreicht wird und dass die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung und/oder Mobilisierung und/oder Steuerung der quantummechanischen und/oder quantumchemischen Effekte und Kräfte durch die Anwendung spezieller Folgen gepulster steuerbarer Energieeinflüsse erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die speziellen Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse elektromagnetische Energie beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die speziellen Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse die elektromagnetische Energie, Ultraschallenergie oder Megaschallenergie oder Gigaschallenergie beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse die elektromagnetische Energie, Mikrowellenenergie oder elektrostatische Energie oder Laserenergie von Photonstrahlern und/oder phononstrahlenden Laser und/oder deren Kombination oder gepulste Magnetfeldenergie und/oder die Energie rotierender Magnetfelder beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse die elektromagnetische Energie, beliebige Kompositionen an Ultraschallenergie und/oder Megaschallenergie und/oder Gigaschallenergie und/oder Mikrowellenenergie und/oder elektrostatische Energie und/oder Laserenergie von Photonenstrahlern und/oder phononenstrahlenden Laser und/oder deren Kombination und/oder gepulste Magnetfeldenergie und/oder rotierenden Magnetfelder beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse beliebige Kombinationen aus elektromagnetischer und mechanischer Energie beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Energie unter anderem in Form von Druckenergie und/oder Schallenergie angewendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Druckimpulse von pneumatischen, hydraulischen, gasdynamischen, gepulsten Druckerzeugern, thermostriktiven Druckerzeugern, Plasmadruckerzeugern, Laserdruckerzeugern, chemischen Druckerzeugern, und/oder durch Elektroentladungen und/oder Laser initiierte Entladungen, und/oder von durch mikroskopische Explosionen gepulste Druckerzeugern erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallenergie beliebige Kombinationen aus Ultraschallenergie und/oder Megaschallenergie und/oder Gigaschallenergie beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse spezielle Folgen der elektromagnetischen Energie und mechanischen Energie und/oder deren Kombinationen in Form von einem oder mehreren Energieeinflussimpulsen kurzer Zeitdauer und hoher Intensität angewendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen schrittweisen Energieeintrag eine Nivellierung der Temperaturerhöhung und der Erhöhung der Teilchenverbundkräfte bis hin zur Vorsintertemperatur und Vorsinterverbundkraft gewährleistet wird und dass die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die speziellen Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse in beliebigen Kombinationen angewendet werden für eine bessere Kompaktierung, Urformung und Vorsinterung des Vorerzeugnisses als auch für die Vorentbinderung und die deutliche Reduzierung der Sintertemperaturen als auch für Urformdrücken und so durch einen schrittweisen Energieeintrag eine Nivellierung der Temperaturerhöhung und der Erhöhung der Teilchenverbundkräfte bis hin zur Vorsintertemperatur und Vorsinterverbundkraft gewährleisten, und dass die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 1 bis 10000 Energieeinflussimpulse, besser von 1 bis 5000, am besten 1 bis 500 Energieeinflussimpulse, mit einer Impulsdauer zwischen 1 Femtosec und 30 Minuten, besser 1 μs bis 10 Minuten, am besten zwischen 1 ns und 5 Minuten und einem Impulsabstand zwischen 1 μs bis 30 Minuten, besser von 1 ns bis 10 Minuten, am besten zwischen 100 ns und 5 Minuten angewendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Werkstoffkomposition eines Erzeugnisses und dessen benötigten Oberflächenzustandes die Anzahl an Energieeinflussimpulsen und/oder deren Intensität bzw. Leistung und/oder deren Dauer und/oder deren Zeitpunkt gewählt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der beim Urformen angewendeten Drücke um 10 bis 500 bar reduziert werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der beim Sintern angewendeten Sintertemperaturen um mindestens 10°C bis 800°C reduziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachteile von unzureichenden Viskositäten der Materialgemische, des so genannten ”Feedstocks” (Materialbestandteilszustände und verschiedene Werkstoffe die zusammen mit verschiedenen Bindemitteln am besten homogen vermischt werden), und/oder der Verbundstoffe überwunden werden und so das erste Mal die Möglichkeit entsteht, ideale Dichten im ganzen Volumen des gesinterten Erzeugnisses zu erreichen.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren und die Anwendung die überkritischen Flüssigkeiten die komplette Entbinderung und die komplette Bindermittelspuren-Eliminierung erreicht werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porenentwicklung gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porengröße von 0,1 nm bis 800 μm eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke der herstellbaren Erzeugnisse ohne Begrenzung ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Erzeugnisse aus mehreren verschiedenen Werkstoffen mit verschiedenartigen Eigenschaften, wie beispielsweise Partikelgröße und deren Kombination zusammen ohne zusätzliche Urformschritte produziert werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entbinderung bei der Umformung mindestens teilweise durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass poröse Strukturen aus Kompositionswerkstoffen, wie beispielsweise Erzeugnisse mit porösem Kern und metallischen oder keramischen Wänden, hergestellt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Erzeugnisse mit Teilen unterschiedlicher Härte- und Festigkeitseigenschaften hergestellt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindermittelentfernung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt und beschleunigt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das in die Oberfläche der Erzeugnisse definierte Geometriestrukturen eingeprägt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass derartige Strukturen insbesondere im Mikrobereich für beispielsweise verbesserte Reibeigenschaften des Erzeugnisses dienen.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Erzeugnisse mit superplastischen Eigenschaften in einem technologischen Schritt hergestellt werden.
Vorrichtung (10, 110) zur Herstellung eines Erzeugnisses (15, 115) durch Urformen (Spritzgießen, Pressen) aus flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverigem, körnigem und/oder festem Material und/oder dessen Kompositionszustände mittels einer Form (25, 127), dadurch gekennzeichnet, dass die spezielle Folge an gepulsten steuerbaren Energieeinflüssen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, beispielsweise der Urformdruck oder Pressdruck aus vorzugsweise mehreren Energieeinflussimpulsen kurzer Zeitdauer und hoher Intensität bzw. Leistung besteht, dass für eine bessere Kompaktierung, Urformung und Vorsinterung des Vorerzeugnisses als auch für Vorentbinderung und die deutliche Reduzierung der Sintertemperaturen mehrere Energieeinflussimpulse mit vorzugsweise unterschiedlicher Intensität bzw. Leistung und/oder Energieeinflussimpulszeitdauer angewendet sind und so durch einen schrittweisen Energieeintrag eine Nivellierung der Temperaturerhöhung und der Erhöhung der Teilchenverbundkräfte bis hin zur Vorsintertemperatur und Vorsinterverbundkraft gewährleisten, und dass die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt sind.
Vorrichtung nach dem Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10, 110) ein Urformgerät und/oder eine beliebige, beispielsweise koaxiale oder hydrostatische Presse und/oder Extrusionsgerät und/oder Spritzgussgerät umfasst, die eine Einrichtung (17) zur Erzeugung eines gepulsten Energieeinflusses beinhaltet, von der der gepulste Energieeinfluss, beispielsweise in Form von Druckimpulsen auf die Werkstoffmischung, die urgeformt wird, übertragbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieeinflusserzeugungseinrichtung eine Druckerzeugungsanlageeinrichtung (17) zur Erzeugung der gepulsten Druckfolgen in Form einer hydraulischen, pneumatischen, magnetostriktiven, chemischen, explosiven oder Mikrowellen-, Plasma-, Schalldruckanlage (Ultraschall, Megaschall, Gigaschall) oder deren Kombinationen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieeinflusserzeugungseinrichtung elektromagnetische Energieerzeugungseinrichtung (17) und mindestens eine Ultraschallstrahlanlage oder mindestens eine Megaschallstrahlanlage oder mindestens eine Ultraschallstrahlanlage oder mindestens eine Gigaschallstrahlanlage oder mindestens eine Mikrowellenstrahlanlage oder mindestens eine Laserstrahlanlage oder mindestens eine magnetfelderzeugende Anlage oder mindestens eine ein elektrostatisches Feld erzeugende Anlage vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinflusserzeugungseinrichtung (17) eine oder mehrere ein oder mehrere beliebige Kombinationen von einen oder mehreren Ultraschall-Elementen und/oder einen oder mehreren Megaschallstrahl-Elementen und/oder einen oder mehreren Gigaschallstrahl-Elementen und/oder einen oder mehreren Mikrowellenstrahl-Elementen und/oder einen oder mehreren Laserstrahl-Elementen und/oder einen oder mehreren Magnetfeld erzeugenden Elementen und/oder einen oder mehreren elektrostatische Felder erzeugenden Elementen und/oder einen oder mehreren Druck erzeugenden Elementen beinhaltet.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckimpulse durch eine oder mehrere Membrane auf den Spritzgussraum (26) übertragbar sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Porenentwicklung steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porengröße von 0,1 nm bis 800 μm einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass mögliche Poren eliminierbar sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 31 bis 39, dadurch gekennzeichnet, das die Wanddicke der herstellbaren Erzeugnisse ohne Begrenzung ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 31 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass Erzeugnisse aus mehreren verschiedenen Werkstoffen mit verschiedenartigen Eigenschaften, wie beispielsweise Partikelgröße und deren Kombination zusammen ohne zusätzliche Urformschritte produzierbar sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 31 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Entbinderung bei der Umformung mindestens teilweise durchführbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 31 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche der Erzeugnisse definierte Geometriestrukturen einprägbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass derartige Strukturen insbesondere im Mikrobereich für beispielsweise verbesserte Reibeigenschaften des Erzeugnisses liegen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 31 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass poröse Strukturen aus Kompositionswerkstoffen herstellbar sind, wie bspw. Erzeugnisse mit porösem Kern und metallischen oder keramischen Wänden.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 31 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass Erzeugnisse mit Teilen unterschiedlicher Härte- und Festigkeitseigenschaften herstellbar sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 31 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindermittelentfernung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilbar und beschleunigbar ist.
Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30 hergestelltes Implantat, wie Zahn-, Knochen-, Weichgewebe- o. dgl. Implantat, welches eine erhöhte osseosese und auch osteosese Eigenschaft bzw. eine erhöhte Einwachseigenschaft aufweist.
Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30 hergestellte Dentalblanks jeglicher Geometrie mit oder ohne spezieller Maschinenaufnahme welche wesentlich verbesserte Verarbeitungseigenschaften und Stabilitäten aufweisen.
Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30 hergestellte bekannte und/oder unbekannte technische Bauteile, wie bspw. Turbinenschaufeln und deren Teile, Schrauben, Bremsscheiben, Zahnräder, Motorteile, Propeller (Rotoren), Formteile, Konstruktionsformträger (T-Träger und dergleichen), Karosserieformteile, Brennkammern, Druckbehälter, Schneidgeräte, -platten sowie Werkzeuge.