DE102014104596A1

DE102014104596A1 - Aufbau einer Diffusionsbarriere in einem schlickerbasierten additiven Fertigungsprozess zur Herstellung eines keramischen Grünkörpers

Info

Publication number: DE102014104596A1
Application number: DE102014104596.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Günster; Andrea Zocca; Thomas Mühler; Jürgen Heinrich
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM; Technische Universitaet Clausthal
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM; Technische Universitaet Clausthal
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: DE102014104596B4

Abstract

Additives Verfahren zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten keramischen Grünkörpers, umfassend einen Kern und zumindest eine Außenfläche, auf der Grundlage eines virtuellen Modells des Grünkörpers, umfassend: (A) Erzeugen einer Sequenz von Schnitten durch das virtuelle Modell, umfassend Schnittflächen benachbarter virtueller Schnitte; (B) Ermitteln von Anteilen einer jeden Schnittfläche, die zu einer Außenfläche des Grünkörpers gehören; (C) Erzeugen einer Keramikpulverschicht mittels Schlickerauftrag; (D1) Modifizieren eines ersten Teils der Keramikpulverschicht über eine gesamte Dicke der Keramikpulverschicht, wobei der erste Teil den ermittelten Anteilen entspricht, während ein verbleibender zweiter Teil der Keramikpulverschicht nicht modifiziert wird; (E) Wiederholtes Erzeugen einer Keramikpulverschicht auf der zuvor erzeugten und zumindest teilweise modifizierten Keramikpulverschicht; (F) Wiederholen der Schritte C und D für alle mit den vorgegebenen Schnitten definierten Schichten; (G) Freistellen des Grünkörpers.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der additiven Fertigung und betrifft die Herstellung keramischer Grünkörper, wie sie beispielsweise beim Rapid Prototyping zur Anwendung kommt. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zum formfreien Aufbau eines dreidimensionalen keramischen Grünkörpers.
Derartige Verfahren werden auch als generative Verfahren oder als Additive Fertigung bezeichnet. Hierbei wird der Grünkörper Schicht für Schicht mittels einer flüssigen Dispersion keramischer Partikel, auch Schlicker genannt, aufgebaut und die Struktur mittels Laser in die jeweilige Schicht geschrieben oder über einen Druckkopf gedruckt. Diese schlickerbasierten Verfahren werden als Lagenweise Schlicker Deposition (LSD) Verfahren bezeichnet. Das LSD Verfahren bringt keramische Grünschichten über ein an das Foliengießen angelehntes Verfahren auf und verwendet – vergleichbar zum Selective Laser Sintering (SLS) einen Laser oder – vergleichbar zum 3D Drucken einen Druckkopf zur lokalen Verfestigung/Versinterung der keramischen Grünschichten [1][2][3][4]. Auf die Offenbarung der Druckschriften US 6,827,988 B2 , bzw. in EP 1 266 878 A1 wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen und das in diesen Druckschriften beschrieben Verfahren zur Herstellung von keramischen Formkörpern wird vorliegend durch Verweis vollumfänglich einbezogen. Das dort beschriebene (LSD-)Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers umfasst ein Sintern von ausgewählten Stellen eines keramischen Materials mit einem Laserstrahl zur Bildung des Formkörpers, gekennzeichnet durch Auftragen von mindestens einer Schicht einer flüssigen Suspension oder plastischen Masse, Trocknen der jeweils aufgetragenen Schicht und Sintern der jeweils getrockneten Schicht mit dem Laserstrahl an ausgewählten Stellen zur Bildung des Formkörpers.
In derzeit bekannten generativen Rapid-Prototyping-Verfahren für keramische Bauteile werden Ersatzmaterialien, wie beispielsweise spezielle Kunststoffe oder Metalle, mit einem Feststoffanteil von bis zu 60 Volumen-% eingesetzt. Deren Verwendung ist entsprechend dem Stand der Technik für den optimalen Generierprozeß zwingend.
Der wesentlich preisgünstigere Einsatz konventioneller keramischer Massen, wie sie z.B. in der industriellen Massenproduktion keramischer Bauteile zum Einsatz kommen, ist im Hinblick auf die Qualität des Bauteils in aller Regel nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Besagte konventionelle keramische Massen weisen in der Regel einen geringen Anteile an organischen Additiven unterhalb von 3 Masse % auf. Verfahren, die die Herstellung von keramischen Prototypen in ausreichender Qualität aus reinen keramischen Pulvern oder Massen erlauben, gibt es derzeit nur bedingt: [5][6][7][8].
Additive Verfahren, die den Aufbau keramischer Grünkörper zum anschließenden Sintern mit Eigenschaften vergleichbar zu konventionell hergestellten Grünkörpern umfassen, sind derzeit nicht bekannt.
Andererseits kann mittels additiver Fertigung nur die Generierung eines Grünkörpers mit Eigenschaften, die vergleichbar zu denen eines konventionell hergestellten Grünkörper sind, zur Darstellung eines keramischen Bauteils führen, dessen Eigenschaften vergleichbar mit jenen eines konventionell hergestellten keramischen Bauteils sind.
Vor diesem Hintergrund werden ein additives Fertigungsverfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 11, sowie die Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 13 vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten keramischen Grünkörpers vorgeschlagen. Der Grünkörper umfasst einen Kern, umfassend ungesintertes keramisches Pulver und hat zumindest eine Außenfläche. Das Fertigungsverfahren basiert auf einem virtuellen Modell des Grünkörpers. Die einzelnen Verfahrensschritte sind:

A– Erzeugen einer Sequenz von Schnitten durch das virtuelle Modell, umfassend Schnittflächen benachbarter virtueller Schnitte;
B– Ermitteln von Anteilen einer jeden Schnittfläche, die zu einer Außenfläche des Grünkörpers gehören;
C– Erzeugen einer Keramikpulverschicht mittels Schlickerauftrag;
D1– Modifizieren eines ersten Teils der Keramikpulverschicht über eine gesamte Dicke der Keramikpulverschicht, wobei der erste Teil den ermittelten Anteilen entspricht, während ein verbleibender zweiter Teil der Keramikpulverschicht nicht modifiziert wird;
E– Wiederholtes Erzeugen einer Keramikpulverschicht auf der zuvor erzeugten und zumindest teilweise modifizierten Keramikpulverschicht;
F– Wiederholen der Schritte C und D für alle mit den vorgegebenen Schnitten definierten Schichten;
G– Freistellen des Grünkörpers.

Vorteile dieses Verfahrens bestehen einerseits in einer erheblichen Verkürzung der zur Herstellung des Grünkörpers benötigten Zeit, da ausschließlich jene Teile eines sequentiell, Schicht für Schicht durch Auftrag eines Keramikschlickers aufgebauten Keramikpulverbettes modifiziert werden, die Anteile der Oberfläche des Grünkörpers, d.h. eine den Kern umhüllende Außenfläche bilden. Im Falle der Verwendung einer gedruckten Tinte wird also die insgesamt zum Drucken benötigte Zeit vermindert. Im Falle der Verwendung eines fokussierten Laserstrahls, der schichtweise eine lokale Verfestigung der Keramikpulverschicht bewirkt, wird die zum Schreiben mit dem Laserstrahl benötigte Zeit verkürzt. Effektiv unterscheidet sich also nur die künftige Außenhaut des zu erzeugenden Grünkörpers in der Keramikpulverpackung vom Rest des sequentiell in geschlossenen Schichten (d.h. mittels LSD-Technik) aufgebrachten Keramikpulvers mittels sequentiellem Auftragen eines Schlickers. Der Grünkörper wird in dem Moment als solcher sichtbar, wenn die außerhalb der erzeugten Außenhaut liegenden Anteile der Keramikpulverpackung mit Hilfe eines Lösungs- bzw. Dispersionsmittels entfernt werden. Da das Lösungs- bzw. Dispersionsmittel die Außenhaut nicht durchdringen kann, bleibt der von der Außenhaut umschlossene Anteil des Keramikpulverbettes in seiner ursprünglichen Dichte erhalten. Der erhaltene Grünkörper entspricht so weitestgehend einem mittels konventioneller Form-Gussverfahren oder Pulverpressen aus konventionellem Keramikschlicker gewonnenen Grünkörper. Er unterscheidet sich lediglich durch eine verfahrensbedingt einstellbar dünne Oberflächenhaut, die durch den modifizierten Keramikschlicker gebildet ist.
Der nach dem sequentiellen Modifizieren der beschriebenen Anteile aller virtuellen Schnittebenen des Grünkörpers durchgehend modifizierte Oberfläche, umschließt einen nicht modifizierten Kern und trennt diesen durchgängig von einem umgebenden, nicht modifizierten äußeren Keramikpulverbett. Während der Fertigung stellt dieses äußere Pulverbett einen zuverlässigen mechanischen Schutz (Stützung) des im Entstehen begriffenen Grünkörpers dar. Die modifizierte Oberfläche wirkt als Diffussionsbarriere für ein zur Freistellung des Grünkörpers aus dem Keramikpulverbett benutztes Lösungsmittel.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten keramischen Grünkörpers vorgeschlagen. Der Grünkörper umfasst einen Kern, der ungesintertes keramisches Pulver umfasst. Er hat zumindest eine den Kern umgebende Außenfläche, beispielsweise eine Kugeloberfläche, oder – im Falle eines Quaders – sechs, den Kern umschließende jeweils viereckige Außenflächen die zusammen die Oberfläche des Quaders bilden. Das Fertigungsverfahren basiert auf einem virtuellen Modell des Grünkörpers. Die Verfahrensschritte sind:

C– Erzeugen einer Keramikpulverschicht mittels Schlickerauftrag (LSD);
D2– Modifizieren eines ersten Teils der Keramikpulverschicht über eine gesamte Dicke der Keramikpulverschicht, wobei der erste Teil durch einen Umriss des Kerns in einer korrespondierenden Schicht des virtuellen Modells definiert ist, während ein zweiter Teil der Keramikpulverschicht außerhalb des Umrisses des Kerns nicht modifiziert wird;
E– Wiederholtes Erzeugen einer Keramikpulverschicht auf der zuvor erzeugten und zumindest teilweise modifizierten Keramikpulverschicht;
F– Wiederholen der Schritte C und D2 für alle im virtuellen Modell definierten Schichten;
G– Freistellen des Grünkörpers;

Die Vorteile dieses Verfahrens, das eine alternative Beschreibung des zuvor beschriebenen Verfahrens umfasst, sind die bereits zuvor geschilderten Vorteile.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der beschriebenen additiven Fertigungsverfahren wird vorgeschlagen, das Freistellen durch Entfernen des zweiten Teils der Keramikpulverschichten vorzunehmen, wobei das Freistellen bevorzugt mit Hilfe eines von außen in das Keramikschlickerbett eingebrachten Lösungs- bzw. Dispersionsmittels erfolgt, in dem sich der zweite Teil des Keramikpulverbetts auflöst und/oder dispergierbar ist.
Vorteile ergeben sich aus der besonders strukturschonenden Freistellung. Außerdem kann der nicht abgetragene, chemisch und thermomechanisch völlig unveränderte Keramikschlicker durch simples Eindicken (beispielsweise allein mittels Wasserentzug) wieder auf die prozesstypische Viskosität eingestellt werden. Die zur Erzeugung des Keramikschlickers verwendeten keramischen Massen und das zur Aufschlämmung verwendete Prozesswasser können weitestgehend verlustfrei genutzt werden. Das reduziert anfallende Kosten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen additiven Fertigungsverfahrens beträgt die Dichte des Grünkörpers, angegeben in g/ cm³ einen Wert der 60% bis 70%, insbesondere 63 % bis 67 %, vorzugsweise 65 ± 1 % der Dichte, die jener des dicht gesinterten, für den Keramikschlicker verwendeten keramischen Materials entspricht. Diese Dichte wird üblicherweise als theoretische Dichte bezeichnet. Die verbleibenden 30 bis 40%, bzw. 33 bis 37% bzw. 35 ± 1 % gehen auf das Porenvolumen im Grünkörper zurück.
Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich aus der Verfügbarmachung von Grünkörpern, die – selbst wenn additiv gefertigt – einem mittels konventionellem Schlickerguß gefertigten Grünkörper (Formguß) hinsichtlich Dichte und thermomechanischen Eigenschaften weitestgehend gleichen. Dementsprechend ist ein nach dem Sintern des additiv gefertigten Grünkörpers erhaltener Prototyp weitestgehend identisch mit einem konventionell aus der seriellen Fertigung erhaltenen Sinterkörper. Daraus ergeben sich letztendlich verringerte Kosten einer Produktoptimierung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens umfasst das Modifizieren ein Sintern des Keramikpulvers mittels Laserstrahlung und/oder ein Hydrophobieren von im Keramikpulver vorliegenden Partikeln.
Vorteile dieser lokalen Modifikation, die sich wie zuvor geschildert auf diejenigen Anteile des mittels Schlickerauftrag erzeugten Pulverbetts beschränkt, die an der Ausbildung der Oberfläche des Grünkörpers beschränkt, bestehen im Aufbau einer geschlossenen Diffusionsbarriere für das zum Freistellen verwendete Fluid.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens wird die zum Modifizieren des ersten Anteils der Pulverschicht verwendete Laserstrahlung kontinuierlich, diskontinuierlich und/oder gepulst appliziert.
Vorteile ergeben sich aus der erleichterten Anpassung des Energieeintrages über die gesamte Dicke der jeweiligen Schicht. Konturen können scharf geschrieben werden, die unerwünschte Sinterung benachbarter Abschnitte unterbleibt, eine Überhitzung kann vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen das Hydrophobieren des ersten Teils des Keramikpulverbetts durch Auftragen eines Modifizierungsmittels zu erreichen, wobei das Modifizierungsmittel in Form einer Lösung in einem bei Raumtemperatur flüchtigen Lösungsmittel vorliegt.
Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich daraus, dass das Modifizierungsmittel gewissermaßen als Druckertinte mit einem angepassten Druckerkopf aufgebracht werden kann. Daraus ergeben sich die mit dem jeweiligen Druckverfahren erreichbaren Vorteile. Beispielsweise sind Tintenstrahldruckverfahren für ihre Effizienz und Präzision bekannt. Ein und dieselben Areale einer Keramikpulverschicht können mehrfach angefahren und sequentiell bedruckt werden, wenn das im vorausgehenden Schritt aufgetragene Modifizierungsmittel die gewünschte Tiefe in der Schicht erreicht hat. Ebenso können sequentiell chemisch identische Tinten mit unterschiedlicher, beispielsweise sequentiell wachsender Viskosität aufgedruckt werden, um die gewünschte Barriere zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Modifizierungsmittel ein Silan, ein Siloxan, ein Wachs und/oder eine Seife.
Derartige Modifizierungsmittel sind für ihre vorteilhaften Eigenschaften zur Hydrophobierung mineralischer Oberflächen aus dem Bautenschutz bekannt. Seifen, insbesondere Calcium- oder Magnesium-Salze von Fettsäuren stellen schwer in Wasser lösliche Verbindungen dar, die ebenfalls die erfindungsgemäß bevorzugte Wirkung als Diffusionsbarriere erfüllen, besonders billig und umweltschonend sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Hydrophobieren ausgewählt unter: – Auftragen einer polymerisationsfähigen Mischung, die beim Polymerisieren hydrophobe Eigenschaften ausbildet; – Auftragen einer Dispersion und/oder einer kolloidalen Lösung, umfassend ein hydrophobes Harz, insbesondere ein Silikonharz; – Auftragen eines Gels, umfassend ein Modifizierungsmittel ausgewählt unter einem Silan, einem Siloxan, einem Wachs, einer Seife, oder einer Kombination von zumindest zwei der genannten Stoffe.
Vorteile bestehen in der Bereitstellung von Alternativen, die je nach Anwendungsszenario einsetzbar sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Harz-Partikel der genannten Dispersion bzw. der genannten kolloidalen Lösung eine mittlere Partikelgröße von 5 nm bis 1 µm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung eines keramischen Grünkörpers vorgeschlagen, das ein schichtweises Definieren des Grünkörpers mittels 3D-Druck in einem schichtweise aufgebauten Pulverbett mit einem Hydrophobierungsmittel als Drucktinte umfasst. Dabei durchdringt das Hydrophobierungsmittel jeweils bedruckte Anteile einer Keramikpulverbettschicht und hydrophobiert diejenigen Bereiche der Pulverbettschicht, die Konturen von 2D-Projektionsflächen und in einer Pulverbettschicht (Grünkörperbettschicht) verlaufende Teilflächen eines virtuellen Modells des Grünkörpers umfassen. Der fertig gedruckte Grünkörper zeichnet sich somit durch seine durchgehend hydrophobierte äußere Oberfläche aus. Diese hydrophobe, den nicht modifizierten (weil nicht bedruckten) Kern des Grünkörpers umgebende Schicht trennt den Grünkörper vom restlichen Pulverbett außerhalb der Konturen des Grünkörpers ab.
Es ergeben sich die bereits geschilderten Vorteile, insbesondere eine die Prozessmedien (Keramikmasse, Wasser-Keramikschlicker) schonende Arbeitsweise; die verkürzten Herstellungszeiten eines Grünkörpers, die Verwendbarkeit von kommerziell verfügbaren (konventionellen) keramischen Schlicker, die deutlich verbesserte Übertragbarkeit der an Prototypen ermittelten Versuchswerte auf Formgußteile, verringerte Kosten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird vorgeschlagen, die zur Erzeugung einer Diffusionsbarriere genutzte Drucktinte durch die Verwendung eines fokussierten Laserstrahls zu ersetzen, wobei der Laserstrahl lokal die Pulverbettschicht über die Tiefe jeweils einer Schicht erhitzt, sodass die erhitzten Anteile der Keramikpulverschicht gesintert werden und der resultierende Grünkörper eine durchgehend gesinterte Oberfläche aufweist, die einen nicht gesinterten Kern des Grünkörpers von einem ihn umgebenden Pulverbett trennt.
Besondere Vorteile dieser Ausführungsform beruhen auf den breiten technologischen Möglichkeiten der modernen Lasertechnologie. Partikeln der jeweiligen Keramikpulverschicht können beispielsweise durch kurzpulsige hochenergetische Laserstrahlung angeschmolzen oder versintert werden. Die erhaltene Diffusionsbarriere ist in ihrer lateralen Ausdehnung lokal begrenzbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, die beschriebenen Verfahren zur Fertigung im Rapid Prototyping einzusetzen, insbesondere einen Prototypen eines keramischen Bauteils herzustellen, wobei der Prototyp einen gesinterten Grünkörper umfasst, und der Grünkörper schichtweise ausgehend von einem konventionellen Keramikschlicker mit einem Anteil organischer Zuschlagstoffe von maximal 5 %, bevorzugt ≤ 3 Masse-% wie hier beschrieben erzeugt wurde.
Vorteile dieser Ausführungsform bestehen in der hohen erreichbaren Dichte der Grünkörper, die jener beim Schlickerformguß erhältlichen Grünkörper gleicht.
Die beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden.
Um auf dem Wege eines additiven Fertigungsverfahrens wie dem 3D-Druck ein Bauteil im Grünkörperzustand zu generieren, das einem Grünkörper gleicht, der aus konventionellem keramischen Schlicker gefertigte wurde, darf das Volumen des Bauteils während des 3D-Drucks keiner Wärmebehandlung ausgesetzt oder mit hohen Konzentrationen an organischem Material beladen werden. Erfindungsgemäß wird daher nur die Kontur des Bauteils im Pulverbett gesintert bzw. mittels Druck modifiziert. Die so gegenüber dem nicht modifizierten Schlicker des schrittweise in aufeinanderfolgenden Schichten aufgebauten Pulverbetts modifizierte Kontur dient als Diffusionsbarriere, um nach Beendigung des Aufbaus, das von der Kontur umschlossene Grünkörperbauteil aus dem Grünköperblock herauslösen zu können. Für gewöhnlich löst man ein mittels eines LSD Verfahrens aufgebautes Bauteil mittels Wasser aus dem Grünkörperblock. Jedoch können auch andere Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische verwendet werden. Um dies für ein Grünkörperbauteil zu erreichen, muss die erzeugte Barriere undurchlässig für das verwendete Lösungsmittel, beispielsweise wasserundurchlässig sein. Eine wasserundurchlässige Barriere ist erreichbar durch ein Verschließen aller Poren einer Packung, beispielsweise mittels Sintern, oder durch das gezielte Modifizieren der Partikeln, sodass eine Benetzung mit Wasser verhindert wird.
Demgemäß wird vorgeschlagen, mittels Laserstrahlung schichtweise dicht gesinterte Barrierewände zu erzeugen oder durch schichtweises Drucken hydrophoben organischen Materials eine entsprechende Barriere zu erzeugen. Dabei wird betont, dass die erzeugte Barriere keine Halte- bzw. Stützfunktion erfüllt, sondern ausschließlich der Trennung des durch Schlickerauftrag erzeugten Grünkörperblocks von dem herauszulösenden Grünkörperbauteil dient. Die herausgelöste Grünkörperstruktur ist, dadurch dass das Pulver verfahrensbedingt stark vorverdichtet wurde, absolut selbsttragend. Um aus dem Grünkörper ein gesintertes Bauteil zu erzeugen muss der Grünkörper gebrannt werden. Da der Gefügezustand des mittels additiven Aufbaus generierten Grünlings dem eines konventionell hergestellten Grünkörpers entspricht, ist der Brand bei vergleichbaren Bedingungen (Temperatur, Zeit) möglich. Hierdurch kann das spezielle Know-how des Sinterns klassisch dargestellter Keramikgrünkörper für den entsprechenden Werkstoff zum Einsatz kommen.
Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile.
1 zeigt schematisch das dem beschriebenen Verfahren zu Grunde liegende Prinzip der Erzeugung einer Diffusionsbarriere gemäß den Konturen eines Formkörpers in einer Schicht;
2 zeigt schematisch einen aus dem Grünkörperblock herausgelösten Grünkörper während unterschiedlicher Prozessstadien.
Insbesondere zeigt 1 die perspektivische Ansicht einer Einzelschicht eines Pulverbettes zum schichtweisen Aufbau eines Zylinders (Prismas) mit einem Querschnitt in Form des Buchstabens „F“ – für „Formteil“: In ein mit konventionellem keramischen Schlicker erzeugtes sequentiell schichtweise aufgebautes Pulverbett 1 wurde mit einem (hier nicht gezeigten Laser) die äußere Kontur 2 einer Schicht 1a des zukünftigen Grünkörpers 3 eingeschrieben. Der von der Kontur 2 umgebene Anteil 1a des Pulverbetts 1 weist vor der Entnahme und vor dem Brennen des von der Kontur 2 umschriebenen Grünkörpers 3 exakt die gleiche stoffliche Zusammensetzung und Dichte auf, wie der übrige Teil des Bettes 1. Werden gemäß dem Grundprinzip der hier beschriebenen additiven Fertigung via schichtweisem Aufbau mehrere aufeinanderfolgende Schichten mit der Kontur „F“ versehen, ergibt sich – vorausgesetzt die Boden- und Deckfläche des resultierenden F-Prismas wurden vollflächig genauso modifiziert, wie zuvor die Kontur – nach dem Entfernen des äußeren Pulverbetts ein Grünkörper 3, der zum Brennen (Sintern) bereitsteht.
Ein solcher Grünkörper 3 ist in 2 gezeigt. Insbesondere zeigt die 2A den lediglich an seiner Basisfläche (verdeckt) und den seitlichen Wandungen mit der Barriereschicht 2 versehenen Grünkörper 3. Die den Grünkörper ausmachende hochdichte Pulverpackung 1a, die durch schichtweisen Auftrag entstand, weist dieselbe Packungsdichte auf, wie das außerhalb der geschrieben Kontur liegende Pulver der Pulverschicht. Zu Zwecken der Visualisierung ist das den im Entstehen begriffene Formkörper 3 umgebende restliche Pulverbett 1a nicht dargestellt. In 2A ist der freigestellte Grünkörper nach vollständiger Ausbildung der somit auch vollständig geschlossenen Diffusionsbarriere 2 gezeigt. Die erzeugte Hülle 2 lässt auf Grund ihrer Barrierewirkung nicht zu, dass das zum Freistellen genutzte Fluid, beispielsweise Wasser, in das innere Pulverbett, bzw. den Kern des Grünkörpers gelangt und die Schichten dort erneut aufschlämmt, während das Pulver des Pulverbetts außerhalb der Kontur vollständig benetzt, aufgeschlämmt und so schonend entfernt werden kann.
Bisherige Fertigungsverfahren von Prototypenfertigung gehen einen anderen Weg. Die zunehmende Anzahl an Produktvarianten, bei einer größeren Komplexität, lässt den Bedarf an Prototypen in der Fertigungsindustrie ständig wachsen. Unter dem Leitbegriff „Rapid Prototyping", „Rapid Manufacturing" oder „Additiver Fertigung" sind eine Vielzahl neuartiger Technologien mit gesteigerter Flexibilität entstanden. Die wesentlichen Merkmale dieser Verfahren sind die Erstellung von Prozesssteuerdaten aus CAD-Geometriedaten mit anschließender Steuerung von Bearbeitungseinrichtungen.
Diesen Verfahren sind folgende Merkmale gemein [1][9][10]:

1: Die Formgebung geschieht nicht durch Materialabtrag, sondern durch Zugabe von Material, oder durch den Phasenübergang eines Materials von flüssig nach fest bzw. es findet eine Kompaktierung eines pulverförmigen Ausgangsmaterials statt.
2: Fast alle Verfahren bauen Teilgeometrien aus Schichten endlicher Dicke direkt aus CAD-Daten auf, wobei diese Schichten virtuell durch einen sogenannten Slice-Prozess realisiert werden.

Die heute zur Verfügung stehenden Verfahren unterscheiden sich im Ausgangszustand der Materialien (fest, flüssig, gasförmig) bei der Schichtenaddition bzw. dem Bauprozess. Während in den 80er und 90er Jahren des vorangegangenen Jahrhunderts eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zur additiven Fertigung entwickelt wurden und die Flexibilität im Design prototypischer Bauteile im Vordergrund stand, steht nun die Fertigung von Bauteilen mit optimierten Eigenschaften im Fokus laufender Forschungsaktivitäten. Entsprechend dieser Entwicklung hat sich die Terminologie für diese Technologien von ursprünglich „Rapid Prototyping" zu heute „Additiver Fertigung" oder „Additive Manufacturing" gewandelt.
Zu den verbreitetsten Verfahren zählen:
Das Selective Laser Sintering (SLS) wurde ursprünglich für Pulver aus Nylon, Polycarbonat und Wachsen entwickelt und später auf Metall und Keramikpulver übertragen. In einem Reaktor werden Pulverschichten lokal versintert oder verschmolzen, wobei die Schmelztemperatur durch Einsatz von Lasern erreicht wird [11][12][13].
Bei der Multiphase Jet Solidification (MJS) werden Metallpulver-Bindergemische ähnlich dem Spritzgußverfahren durch computerkontrollierte verfahrbare Düsen zu Schichten verarbeitet, die dann wiederum das Bauteil aufbauen [14]. Die Stereolithographie verwendet flüssige UV-sensitive Polymere als Ausgangsmaterialien, die in einer Schicht lokal durch Lasereinstrahlung aushärten [15][16][17][18].
Ebenfalls flüssige Polymere als Ausgangsmaterial werden beim Solid Ground Curing (SGC) verwendet [14]. Dünne Polymerschichten härten nach Belichten durch UV-Strahlung an den gewünschten Stellen aus und bauen so ein Bauteil schichtweise auf.
Simultaneous shot peening (SSP) wird ein Verfahren genannt, bei dem die Oberfläche einer geeigneten Form durch Besprühen mit flüssigem Metall abgebildet wird [14]. Diese Abbildung kann beispielsweise als Teil eines Spritzgusswerkzeuges oder einer Pressform dienen.
Dem Multiphase Jet Solidification(MJS)-Prozess sehr ähnlich ist das Fused Deposition Modelling (FDM) [19]. Eine Düse wird NC-gesteuert über das höhenverstellbare aufzubauende Werkstück gefahren. Durch schichtenweises Abscheiden von geschmolzenem Material und entsprechendes Absenken der Plattform wird das Bauteil aufgebaut [14].
Laminated Object Manufacturing (LOM) wurde ursprünglich für die Herstellung von Komponenten aus Papier oder Kunststoff entwickelt. Ein Laser schneidet aus einzelnen Lagen die entsprechenden Bauteilschichten, die unter Verwendung von Klebern zum Werkstück zusammenlaminiert werden [20].
Am Beispiel von Al₂O₃ wurde das LOM-Verfahren in [21] beschrieben, bei dem mit Hilfe eine Lasers Folien geschnitten werden, die ihrerseits nach dem Doctor-Blade-Verfahren hergestellt wurden.
Das Lagenweise Schlickerdepositions(LSD)-Verfahren bringt keramische Grünschichten über ein an das Foliengießen angelehntes Verfahren auf und verwendet gleich dem Selective Laser Sintering (SLS) einen Laser zur lokalen Verfestigung/Versinterung der keramischen) Grünschichten [1][2][3].
Das indirekte 3D Printing verwendet Polymer-, Metall- oder Keramik-Pulver zum Auftragen von Schichten, die dann mittels lokalem Einspritzen eines Binders verfestigt werden. Zum Einspritzen des Binders kommen Technologien vergleichbar einem Tintenstrahldrucker zum Einsatz [22].
Das direkte 3D Printing verwendet mit Partikeln beladene Suspensionen, die mittels Druckkopftechnologien, vergleichbar einem Tintenstrahldrucker, lokal lagenweise auf ein Substrat aufgespritzt werden und durch die Verdampfung des Lösungsmittels zu festen Pulverstrukturen (Grünkörper) führen. Dieses Verfahren führt zu relativ hohen Dichten in den Pulverstrukturen (Gründichte), ist jedoch nicht für die kostengünstige Darstellung größerer Körper geeignet [23].
Generative Rapid-Prototyping-Verfahren für keramische Bauteile, wie sie sich zum derzeitigen Zeitpunkt am Markt befinden, setzen Ersatzmaterialien mit bis zu 60 Volumen-%, wie beispielsweise spezielle Kunststoffe oder Metalle ein. Beispielsweise die Stereolithographie, FDM. Die Verwendung dieser Ersatzmaterialien ist entsprechend dem Stand der Technik für den optimalen Generierprozeß des Prototypen zwingend.
Im Gegensatz dazu ist der Einsatz konventioneller keramischer Massen, die wesentlich preisgünstiger als die Ersatzmaterialien sind im Hinblick auf die Qualität des Bauteils in aller Regel nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Diese konventionellen keramischen Massen, wie sie z.B. in der industriellen Massenproduktion keramischer Bauteile zum Einsatz kommen, weisen lediglich geringe Anteile an organischen Additiven auf, in der Regel weniger als 3 Masse%..
Verfahren, die die Herstellung keramischer Prototypen in geforderter Qualität aus reinen keramischen Pulvern oder Massen erlauben, gibt es derzeit nur bedingt: [5], [6], [7], [8]. Additive Verfahren, die den Aufbau keramischer Grünkörper zum anschließenden Sintern mit Eigenschaften vergleichbar zu konventionell hergestellten Grünkörpern liefern, gibt es hingegen derzeit überhaupt nicht.
Das hier vorgeschlagene Verfahren zur formfreien Bauteilherstellung unterscheidet sich gegenüber allen bekannten dadurch, dass ein Bauteil im Volumen eines keramischen Grünkörpers durch seine äußere Hülle (Kontur) in Form einer Diffusionsbarriere für Lösungsmittel des Grünkörpers definiert wird. Das Bauteil stellt typischerweise keine dicht gesinterte Keramik dar. Es weist typischerweise eine Restporosität auf und besteht überwiegend aus nicht miteinander versinterten keramischen Partikeln. Es wird deshalb keramischer Grünkörper genannt.
Keines der bisher nach dem Stand der Technik bekannten Rapid Prototyping Verfahren eignet sich zur Generierung von Grünkörpern mit Eigenschaften vergleichbar einem konventionell hergestellten Grünkörper. Grünkörper mit Eigenschaften abweichend einem konventionell hergestellten Grünkörper erlauben in der Regel nicht oder nur mit großem technologischen Aufwand die Darstellung von keramischen Bauteilen, mit Eigenschaften vergleichbar einem konventionell hergestellten keramischen Bauteil. Als Beispiel sei ein keramischer Grünkörper, hergestellt mittels Selektivem Lasersintern (SLS) genannt. Die Sinterung mittels Laser führt zu einem Sintern der keramischen Partikel und zu einer Verfestigung der Pulverschüttung, jedoch wird durch die extremen Temperaturen durch eine Laserbestrahlung kein homogenes keramisches Gefüge generiert. Bisher werden im LSD Verfahren mittels Schlickerdeposition Grünschichten mit einer Dichte vergleichbar einem konventionellen Grünkörper generiert, jedoch führt das Lasersintern zu stark anisotropen Eigenschaften des Prototypen und u.U. zu Nebeneffekten durch eine lokal stark überhöhte Temperatur, wie Blasenbildung, unerwünschte Bildung glasiger oder keramischer Phasen, etc. Das LSD Verfahren liefert Bauteile, die nicht vergleichbar mit konventionell hergestellten Grünkörpern oder einer dicht gesinterten Keramik sind.
Daraus ergibt sich das Erfordernis, ein Verfahren zur Fertigung eines Grünkörpers mittels Rapid Prototyping bereitzustellen, wobei der erhaltene Grünkörper sich möglichst nicht oder nur geringfügig von einem per Schlickerguß oder Pulverpressen erhaltenen keramischen Grünkörper unterscheidet.
Um ein Bauteil im Grünkörperzustand zu generieren, darf das Volumen des Bauteils keiner Wärmebehandlung ausgesetzt oder mit hohen Konzentrationen an organischem Material beladen werden. Daher wird vorgeschlagen, nur die äußere Oberfläche, bzw. die das Bauteil umschließende Kontur zu sintern bzw. durch einen Druckprozess zu modifizieren. Die geschlossene Kontur dient als Diffusionsbarriere, um nach Beendigung des Aufbaus, das von der Kontur umschlossene Grünkörperbauteil aus dem Grünköperblock herauslösen zu können. Für gewöhnlich löst man ein mittels LSD Verfahrens aufgebautes Bauteil mittels Wasser aus dem Grünkörperblock. Um dies für ein Grünkörperbauteil zu erreichen, muss die erzeugte Barriere wasserundurchlässig oder wasserabweisend sein. Dies kann durch dicht gesinterte Barrierewände mittels Laserstrahlung oder durch Drucken einer Barriere, umfassend ein hydrophobes Material, beispielsweise organisches Material, erreicht werden. Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die erzeugte Barriere keine Halte- bzw. Stützfunktion hat, sondern ausschließlich der Trennung des durch Schlickerauftrag erzeugten Grünkörperblocks von dem herauszulösenden Grünkörperbauteil dient. Die herausgelöste Grünkörperstruktur ist, dadurch dass das Pulver verfahrensbedingt stark vorverdichtet wurde, absolut selbsttragend.
Der wesentliche erfinderische Schritt liegt im schichtweisen Aufbau eines Grünkörpers mittels lagenweise Schlickerdeposition und der Generierung einer geschlossenen 3D Fläche (Hülle) mittels Laserstrahlung oder 3D Drucktechnologie, die den Grünkörper in zwei Volumenbereiche unterteilt: Ein erster Volumenbereich ist das zu generierende Bauteil. Der zweite Volumenbereich umgibt diesen ersten Volumenbereich nach außen. Beim Auflösen des Grünkörpers mit Wasser oder anderen Lösungsmittels fungiert diese Hülle als Barriere und verhindert das Eindringen von Lösungsmittel in den ersten Volumenbereich. Damit verhindert die Hülle das Auflockern, Auflösen bzw. Zerfallen des ersten Volumenbereichs, während der außen umgebende zweite Volumenbereich aufgelöst (aufgelockert, dispergiert, abgetragen und entfernt) wird. Erstmals können in einem generativen Herstellungsprozess, wie Rapid Prototyping, keramische Grünkörper generiert werden, deren Dichte vergleichbar oder sogar höher als die von konventionell hergestellten Grünkörpern ist.
Beim Erzeugen der beschriebenen Diffusionsbarriere mittels Lasersinterung und/oder Hydrophobierung wird eine den Grünkörper umgebende, ihn gewissermaßen definierende Hülle erzeugt, die eine Diffusionsbarriere für das Lösungsmittels darstellt, das zum Auflösen des nicht zum Grünkörper gehörenden Pulverbetts genutzt wird. Die Diffusionsbarriere verhindert das Eindringen des Lösungsmittels in die Grünkörperstruktur. Diese Hülle, welche die Diffusionsbarriere ist, entspricht zwar nicht dem Gefügezustand des restlichen Grünlings; beeinflusst jedoch weder Sinterschrumpf noch die Gefügehomogenität des Bauteils nach dem Brand.
Beim selektiven Lasersintern (SLS), das ein schichtweises Sintern des vollständigen Volumens (nicht nur der Kontur) des betreffenden Bauteils bewirkt, kommt es durch prozessbedingte Temperaturgradienten in den einzelnen Aufbauschichten zu inhomogenen Gefügeeigenschaften einzelner Schichten. Damit ist zwangsläufig auch das erzielte Bauteil inhomogen. Diese Inhomogenität bedingt mechanische Spannungen und ermöglicht Delaminationen im gesinterten, dem Pulverbett entnommenen Bauteil. Im Unterschied zum hier vorgeschlagenen Verfahren basiert das SLS-Verfahren typischerweise auf Sintern im Pulverbett, nicht auf dem selektiven Sintern im Pulverbett.
Im Unterschied zum SLS-Verfahren wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren dem (Grünkörper-)Bett ein Grünkörper entnommen, der lediglich eine gesinterte Kontur (Oberfläche) aufweist. Dieser Grünkörper kann nachfolgend konventionell zu einem Keramikbauteil gesintert werden. Spannungen innerhalb und zwischen benachbarten Schichten werden so von vornherein vermieden. Die Gefügeeigenschaften des nach dem vollständigen Sintern erhaltenen keramischen Prototyps sind grundsätzlich vergleichbar mit denen eines Bauteils, das konventionell durch Sintern eines mittels Gießform aus Schlicker erzeugten Grünkörpers hergestellt wurde. Damit ist der letztlich erzeugte Prototyp direkt vergleichbar mit einem konventionell und seriell hergestellten Bauteil.
Resultierende Vorteile liegen auf der Hand. Beispielsweise sind die thermomechanischen Eigenschaften des Prototyps aussagekräftig für das tatsächliche Bauteil. An Prototypen gewonnene Versuchsergebnisse entsprechen den bei serieller Fertigung zu erwartenden Resultaten. Die direkte Übertragbarkeit erhaltener Ergebnisse in die Praxis reduziert den Zeitaufwand für Entwicklungsarbeiten.
Eine weitere Zeitersparnis ergibt sich gegenüber der SLS-Fertigung des Prototypen durch Reduzierung der Laserarbeitszeit, da prinzipiell nur noch die Kontur der 2 dimensionalen Projektion des Bauteils in jeder aufgetragenen Schicht abgefahren werden muss. Die komplette Fläche der Projektion muss lediglich für Grund und Deckflächen abgefahren werden. Bei einem standardmäßigen Linienabstand von 0,1 mm, einer Verfahrgeschwindigkeit des Laserpunkts v über die Oberfläche von 100 mm/s und einer Bauteilgrundfläche von 100 mm × 100 mm, benötigt man für das Sintern der Kontur lediglich 4 s, für die Fläche jedoch 1000 s. Dies entspricht einem Faktor von 250. Erhöht sich die Grundfläche des Bauteils steigt dieser Faktor entsprechend an.
Das Schreiben der Diffusionsbarriere kann mit jedem beliebigen Laser erfolgen. Wesentliche Bedingung ist lediglich ein Ankoppeln der Laserwellenlänge an das zu sinternde Material oder Additive bei ausreichender Energiedichte der Laserstrahlung, um das Material auf Sintertemperatur zu erwärmen.
Bei der Erzeugung einer Lösungsmittelbarriere mittels 3D Printing wird in die Kontur bzw. entlang des Umrisses des Bauteils in der Schicht ein hydrophobes organisches Material gespritzt. Nach Herauslösen der dreidimensionalen Grünkörperstruktur kann das organische Material bei einer Temperatur herausgebrannt werden, die weit unter der Sintertemperatur T_sinter liegt. Im Folgenden kann das Teil wie ein konventionell hergestellter Grünling dicht gesintert werden.
Wesentliche Verfahrensmerkmale des vorgeschlagenen additiven Fertigungsverfahrens lassen sich kurz wie folgt zusammenfassen:

1. Bereitstellen eines Rapid Prototyping Verfahren mittels Selektivem Lasersintern keramischer Grünkörperschichten (und nicht loser Pulverschichten), wobei nur die Kontur der 2-dimensionalen Projektion des Bauteils in jeder aufgetragenen Schicht lasergesintert wird und nicht die komplette Fläche der Projektion;
2. Rapid Prototyping Verfahren mittels 3D Druck keramischer Grünkörperschichten (und nicht loser Pulverschichten), wobei nur die Kontur der 2-dimensionalen Projektion des Bauteils in jeder aufgetragenen Schicht gedruckt wird, und nicht die komplette Fläche der Projektion;
3. Generatives Verfahren zur Darstellung keramischer Prototypen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die generierten Prototypen bezüglich Dichte und Festigkeit vergleichbar zu konventionell hergestellten keramischen Grünkörpern sind.
4. Verfahren gemäß einem der Punkte 1 bis 3, wobei hoch kompaktierte Packungen keramischer Pulver erreicht werden, indem konventioneller Keramikschlicker schichtweise aufgetragen wird. Die Dichte des kompaktierten Pulvers des erhaltenen Grünkörpers beträgt ca. 65% einer bei dem eingesetzten keramischen Material theoretisch erreichbaren Dichte.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollten keinesfalls als einschränkend für die vorliegende Erfindung verstanden werden. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.
Zitierte Literatur

[1] T. Krause, S. Engler, J. Günster, J. G. Heinrich, "Process and a Device for Producing Ceramic Molds,". US.6,82.7,988, B2 (2004).
[2] J. Günster, S. Engler, J. G. Heinrich, "Forming of complex shaped ceramic products via layer-wise slurry deposition (LSD)," Bull. Eur. Ceram. Soc., 1 25–28 (2003).
[3] X. Tian, J. Günster, J. Melcher, D. Li, J. G. Heinrich, "Process parameters analysis of direct laser sintering-and-post-treatment of porcelain components using Taguchi’s method" J. Eur. Ceram. Soc., 29: 1903–15 (2009)
[4] ASTM F2792-10 Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies, ASTM, USA, (2012).
[5] W. Löschau, R. Lenk, S. Scharek, M. Teichgräber, S. Nowotny, C. Richter, "Prototyping of Complex-Shaped Parts and Tools of Si/SiC Ceramics by Selective Laser Sintering" Ceramics: Getting into the 2000`s, 9th Cimtech-World Ceramics Congress, Florence, vol. B, 567–573 (1998).
[6] Q. Lonné, N. Glandut, P. Lefort, "Surface densification of porous ZrB2-39 mol.% SiC ceramic composites by a laser process;" J. Eur. Ceram. Soc., 32: 955–963 (2012).
[7] Ph. Bertrand, F. Bayle, C. Combe, P. Goeuriot, l. Smurov, "Ceramic components manufacturing by selective laser sintering," Appl. Surf. Sci., 254: 898–992 (2007).
[8] A. Zocca, P. Colombo, J. Günster, T. Mühler, J. G. Heinrich, "Selective laser densification of lithium aluminosilicate glass ceramic tapes," Appl. Surf. Sci. 265: 610–614 (2013).
[9] Jensen, K.: State-of-the Art of Different Available and Coming RP-Systems. Proceedings of 2nd Scandinavian Rapid Prototyping Conference, Exhibition and Course", Aarhus, 1993.
[10] Sheng, X.; Tucholke, U. "On Triangulating Surface Models for SLA" Proceedings of the 2nd International Conference on RAPID Prototyping, Dayton, Ohio, 23–26.6.1991.
[11] Lakshminarayan, U., Zong, G., Richards, W., Marcus, H.: Solid Free Form Fabrication of Ceramics. Proceedings of the Symposium on Synthesis and Processing of Ceramics, Fall Meeting of the Material Research Society, Boston, Mass., Dec. 2–6, 1991.
[12] J. C. Nelson, S. Xue, J. W. Barlow, J. J. Beaman, H. L. Marcus, D. L. Bourell, "Model of the selective laser sintering of Bisphenol-A polycarbonate," Ind. Eng. Chem. Res. 32 2305–317 (1993).
[13] W. Cooke, R. A. Tomlinson, R. Burguete, D. Johns, G. Vanard, "Anisotropy, homogeneity and ageing in an SLS polymer," Rapid Prototyping Journal, 17 269–279 (2011).
[14] Pickering, Simon: Rapid Prototyping turns to PM for new Solutions. Met. Powd. Rep. 50 [3] (1995), 30–33.
[15] Pacheco, J. M.: Rapid Prototyping, MTIAC Report TA-91-01, Jan. 1991. Haase, B.: Stereolithography at Chrysler Motors, Microcad News, [8] 1990.
[16] Machlis, S.: Cubital Claims Advantages Over Stereolithography, Design News, 30 (1990).
[17] F. P. Jacobs, "Rapid prototyping and manufacturing fundamentals of stereolithography," Dearborn, SME (1992).
[18] M. L. Griffith, J. W. Halloran, "Freeform fabrication of ceramics via stereolithography," J. Am. Ceram. Soc. 79, 2601–608 (1996).
[19] M. A. Yardimci, S. Guceri, "Conceptual framework for the thermal process modeling of fused deposition," Rapid Prototyping Journal, 2: 26–30 (1996).
[20] Feygin, M., Hsieh, B., Melkanoff, M.: Laminated Object Manufacturing (LOM): A New Tool in the CIM World. Proceedings of PROLAMAT 1992, Tokyo, Japan, June 1992.
[21] Griffin, C., Danfenbach, J.D., McMillin, S.: Desktop Manufacturing: LOM vs. Pressing. Am. Ceram. Soc. Bull. 73 (1994), 109–113.
[22] Reinhold Melcher "Rapid Prototyping von Keramiken durch 3D-Drucken," Dissertation Erlangen 2009.
[23] J. Ebert, E. Ozkol, A. Zeichner, K. Uibel, O. Weiss, U. Koops, R. Telle, H. Fischer "Direct inkjet printing of dental prostheses made of zirconia," J. Dent. Res. 88 [7] 673–676 (2009).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6827988 B2 [0002]
EP 1266878 A1 [0002]

Claims

Additives Verfahren zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten keramischen Grünkörpers, umfassend einen Kern und zumindest eine Außenfläche, auf der Grundlage eines virtuellen Modells des Grünkörpers, umfassend: A Erzeugen einer Sequenz von Schnitten durch das virtuelle Modell, umfassend Schnittflächen benachbarter virtueller Schnitte; B Ermitteln von Anteilen einer jeden Schnittfläche, die zu einer Außenfläche des Grünkörpers gehören; C Erzeugen einer Keramikpulverschicht mittels Schlickerauftrag; D1 Modifizieren eines ersten Teils der Keramikpulverschicht über eine gesamte Dicke der Keramikpulverschicht, wobei der erste Teil den ermittelten Anteilen entspricht, während ein verbleibender zweiter Teil der Keramikpulverschicht nicht modifiziert wird; E Wiederholtes Erzeugen einer Keramikpulverschicht auf der zuvor erzeugten und zumindest teilweise modifizierten Keramikpulverschicht; F Wiederholen der Schritte C und D für alle mit den vorgegebenen Schnitten definierten Schichten; G Freistellen des Grünkörpers.
Additives Verfahren zur Herstellung eines massiven keramischen Grünkörpers, umfassend einen Kern und zumindest eine Außenfläche, ausgehend von einem virtuellen Modell des Grünkörpers, umfassend: C Erzeugen einer Keramikpulverschicht mittels Schlickerdeposition; D2 Modifizieren eines ersten Teils der Keramikpulverschicht über eine gesamte Dicke der Keramikpulverschicht, wobei der erste Teil durch einen Umriss des Kerns in einer korrespondierenden Schicht des virtuellen Modells definiert ist, während ein zweiter Teil der Keramikpulverschicht außerhalb des Umrisses des Kerns nicht modifiziert wird; E Wiederholtes Erzeugen einer Keramikpulverschicht auf der zuvor erzeugten und zumindest teilweise modifizierten Keramikpulverschicht; F Wiederholen der Schritte C und D2 für alle im virtuellen Modell definierten Schichten; G Freistellen des Grünkörpers; wobei der erste Teil den Umriss des Kerns und eine von diesem Umriss umschlossene Teilfläche einer Oberfläche des Grünkörpers umfasst, wenn diese Teilfläche in der Keramikpulverschicht liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Freistellen ein Entfernen des zweiten Teils der wiederholt erzeugten Keramikpulverschicht umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Dichte des Grünkörpers 60% bis 70%, insbesondere 63 % bis 67 %, vorzugsweise 65 ± 1 % einer Dichte eines gesinterten, für den Keramikschlicker verwendeten keramischen Materials beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Modifizieren ein Sintern des Keramikpulvers mittels Laserstrahlung und/oder ein Hydrophobieren von den Keramikpulver umfassenden Partikeln umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Laserstrahlung beim Modifizieren des ersten Anteils der Pulverschicht kontinuierlich, diskontinuierlich und/oder gepulst appliziert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Hydrophobieren durch Auftragen eines Modifizierungsmittels erfolgt, das in Form einer Lösung in einem bei Raumtemperatur flüchtigen Lösungsmittel vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Modifizierungsmittel ein Silan, ein Siloxan, ein Wachs und/oder eine Seife umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Hydrophobieren ausgewählt ist unter: – Auftragen einer polymerisationsfähigen Mischung, die beim Polymerisieren hydrophobe Eigenschaften ausbildet; – Auftragen einer Dispersion und/oder einer kolloidalen Lösung, umfassend ein hydrophobes Harz, insbesondere ein Silikonharz; – Auftragen eines Gels, umfassend ein Modifizierungsmittel gemäß Anspruch 8.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Silikonharz eine mittlere Partikelgröße von 5 nm bis 1 µm aufweist.
Additives Verfahren zur Herstellung eines keramischen Grünkörpers, umfassend ein schichtweises Definieren des Grünkörpers mittels 3D-Druck in einem schichtweise aufgebauten Pulverbett mit einem Hydrophobierungsmittels als Drucktinte, wobei das Hydrophobierungsmittel jeweils bedruckte Anteile einer Keramikpulverbettschicht durchdringt und hydrophobiert, und wobei ausschließlich Konturen von 2D-Projektionsflächen und in einer Pulverbettschicht verlaufende Teilflächen eines virtuellen Modells des Grünkörpers gedruckt werden, sodass der gedruckte Grünkörper eine durchgehend hydrophobierte Oberfläche aufweist, die einen nicht bedruckten Kern des Grünkörpers von einem ihn umgebenden Pulverbett trennt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Funktion der Drucktinte durch eine mittels Laserstrahl erzeugte Erhitzung des Pulverbetts über die gesamte Schichtdicke ersetzt ist, sodass jeweils erhitzte Anteile der Keramikpulverschicht gesintert werden und der Grünkörper eine durchgehend gesinterte Oberfläche aufweist, die einen nicht gesinterten Kern des Grünkörpers von einem ihn umgebenden Pulverbett trennt.
Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Fertigung eines Prototyps eines Bauteils, wobei der Prototyp einen gesinterten Grünkörper umfasst.