DE102015107330A1

DE102015107330A1 - Production of feeder inserts in 3D printing

Info

Publication number: DE102015107330A1
Application number: DE102015107330.7A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Ortlauf; Jörg Schäfer; Thomas Schäfer
Original assignee: GTP Schaefer Giesstechnishe Produkte GmbH
Current assignee: GTP Schaefer Giesstechnishe Produkte GmbH
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2035-05-12
Also published as: DE102015107330B4

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem einen inneren Hohlraum als Speiservolumen aufweisenden Speiserkorpus bestehenden Speisereinsatzes zum Einsetzen in eine beim Gießen von Metallen verwendete Gießform, wobei der Speisereinsatz aus einem exothermen oder einem isolierenden Material oder aus einer Kombination dieser Materialien besteht und mittels des schichtweisen Auftrags des Materials oder der Materialien mit oder ohne den Einsatz eines zusätzlichen Bindersystems mittels eines datengesteuerten 3D-Druckers hergestellt wird.A method for producing a feeder insert comprising a feeder body having an inner cavity as a feeder volume for insertion into a mold used in the casting of metals, the feeder insert being made of an exothermic or an insulating material or a combination of these materials, and by means of the layered application of the Material or materials is produced with or without the use of an additional binder system using a data-driven 3D printer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem einen inneren Hohlraum als Speiservolumen aufweisenden Speiserkorpus bestehenden Speisereinsatzes, welcher aus einem exothermen oder einem isolierenden Material oder aus einer Kombination dieser beiden Materialien besteht.The present invention relates to a method for producing a feeder insert consisting of a feeder body having an inner cavity as feeder volume, which feeder consists of an exothermic or an insulating material or a combination of these two materials.

Bekannte Speisereinsätze bestehen entweder vollständig jeweils aus einem exothermen oder einem isolierenden Material oder sind mit zwei aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Schalen aufgebaut, beispielsweise mit einer den Speiserhohlraum umschließenden Innenschale aus exothermen Material und einer aus isolierendem Material bestehenden Außenschale. Derzeit werden derartige Speisereinsätze in einem oder mehreren Fertigungsschritten in sogenannten Kernschießmaschinen geschossen, indem das beispielsweise exotherme Material einschließlich eines zugesetzten Binders in einem die Form des Speisereinsatzes abbildenden Formkasten eingeschossen und anschließend der geschossene Speisereinsatz durch Begasung mit einem geeigneten Gas oder durch Wärmebehandlung zu seiner Aushärtung gebracht wird. Entsprechendes gilt auch für den Einsatz eines isolierenden Materials, wobei ein auf dieses Isoliermaterial abgestimmter Binder zum Einsatz kommt. Soll ein zweischaliger, aus exothermem und isolierendem Mantel bestehender Speisereinsatz gefertigt werden, so ist eine zweistufige Fertigung erforderlich. Schließlich können Speiser auch im sogenannten Saugverfahren hergestellt werden, bei welchem das in einer Suspension vorliegende exotherme oder isolierende Fasermaterial durch ansaugendes Aufnehmen aus der Suspension in die Form des Speisereinsatzes gebracht wird.Known feeder inserts either consist entirely of an exothermic or an insulating material or are constructed with two shells made of different materials, for example with an inner shell of exothermic material enclosing the feeder cavity and an outer shell consisting of insulating material. Currently, such feeder inserts are shot in one or more manufacturing steps in so-called core shooters by the example exothermic material including an added binder shot in a shape of the feeder insert molding box and then brought the shot feeder insert by gassing with a suitable gas or by heat treatment to its curing becomes. The same applies to the use of an insulating material, wherein a binder adapted to this insulating material is used. If a double-shell, consisting of exothermic and insulating jacket feeder insert are made, so a two-stage manufacturing is required. Finally, feeders can also be produced by the so-called suction method, in which the exothermic or insulating fiber material present in a suspension is brought into the form of the feeder insert by suction absorption from the suspension.

Mit dem bekannten Herstellungsverfahren ist der Nachteil verbunden, dass jeweils für die Herstellung der von der Gießereiindustrie in unterschiedlichen Formen und Abmessungen nachgefragten Speisereinsätze einzelne Formen hergestellt und vorgehalten werden müssen, wodurch die Produktion von Speisereinsätzen in jeweils größtmöglichen Stückzahlen bedingt ist. Dem gegenüber ist ein immer stärkeres Bedürfnis der Gießereiindustrie zu erkennen, für komplizierte Gussteilgeometrien auch zunehmend Sonderbauformen von Speisereinsätzen einsetzen zu können, die nicht in einer ausreichend großen Stückzahl benötigt werden, um dafür auch entsprechende Formen herstellen und vorhalten zu können. Es kommt hinzu, dass sich manche der von der Gießereiindustrie gewünschten Bauformen von Speisereinsätzen auf den herkömmlichen Schieß- oder Sauganlagen aufgrund der geometrischen Gestaltung des Speiserkorpus, beispielsweise bei erforderlichen Hinterschneidungen, nicht herstellen lassen.The disadvantage associated with the known production method is that individual molds have to be manufactured and kept in each case for the production of the feeder inserts in different shapes and dimensions demanded by the foundry industry, whereby the production of feeder inserts is conditioned in the largest possible quantities. On the other hand, an ever increasing need of the foundry industry to recognize for complicated casting geometries also increasingly special types of feeder inserts to use, which are not needed in a large enough number of pieces in order to produce and maintain appropriate shapes. It should be added that some of the desired by the foundry industry types of feeder inserts on the conventional shooting or suction systems can not be produced due to the geometric design of the feeder body, for example, with necessary undercuts.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Speisereinsätzen anzugeben, welches bereits für geringe Stückzahlen wirtschaftlich einsetzbar und flexibel bezüglich der Gestalt der nachgefragten Speisereinsätze ist.The invention is therefore based on the object to provide a method for the production of feeder inserts, which is already economically feasible for small quantities and flexible in terms of the shape of the requested feeder inserts.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.The solution to this problem arises, including advantageous refinements and developments of the invention from the content of the claims, which are adjusted to this description.

Die Erfindung sieht im Einzelnen ein Verfahren vor, bei welchem die aus einem exothermen oder einem isolierenden Material oder aus einer Kombination dieser beiden Materialien bestehenden Speisereinsätze mittels des schichtweisen Auftrags des Materials oder der Materialien mit oder ohne den Einsatz eines zusätzlichen Bindersystems mittels eines datengesteuerten 3D-Druckers hergestellt werden. Hierbei sind als Bindersysteme unter anderem, flüssige, unter Wärmeeinwirkung oder auch gasförmig aushärtende Binder bekannt. Die im Einzelfall erforderliche Einwirkung von Wärme und/oder eines entsprechenden Gases kann während oder im Anschluss an den Druckvorgang erfolgen.More particularly, the invention provides a method in which the feeder inserts consisting of an exothermic or an insulating material or a combination of these two materials are deposited by means of the layered application of the material or materials with or without the use of an additional binder system by means of a data-controlled 3D machine. Printer be made. Among others, liquid, heat or gaseous binders are known as binder systems. The required in individual cases exposure to heat and / or a corresponding gas can take place during or after the printing process.

Die Fertigungstechnik der Herstellung von Gegenständen mittels eines 3D-Druckers ist an sich bekannt. Hierbei werden die Gegenstände in einem 3D-Drucker schichtweise aufgebaut. Dieser Aufbau erfolgt datengesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen, wobei bei dem Aufbau physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse stattfinden. Soweit als typische Werkstoffe für die Anwendung dieses generativen Fertigungsverfahrens Kunststoffe, Sand, Kunstharze, Keramiken und Metalle genannt werden, schlägt die Erfindung nunmehr auch den Einsatz von exothermen und/oder isolierenden Materialien einschließlich eines geeigneten Bindersystems vor, sodass mit diesem Material auf den an sich bekannten 3D-Druckern Speisereinsätze hergestellt werden können. Mit diesem Fertigungsverfahren ist der Vorteil verbunden, dass auch Kleinserien von Speisereinsätzen wirtschaftlich hergestellt werden können und dass auch die Fertigung von komplexen Bauformen von Speisereinsätzen ermöglich ist.The production technology of the production of objects by means of a 3D printer is known per se. Here, the objects are built up in layers in a 3D printer. This structure is data-controlled from one or more liquid or solid materials according to predetermined dimensions and shapes, wherein physical or chemical hardening or melting processes take place in the structure. Insofar as plastics, sand, synthetic resins, ceramics and metals are mentioned as typical materials for the application of this generative manufacturing process, the invention now also proposes the use of exothermic and / or insulating materials including a suitable binder system, so that with this material on the per se known 3D printers feeder inserts can be produced. With this manufacturing method has the advantage that even small series of feeder inserts can be produced economically and that also the production of complex types of feeder inserts is possible.

Vorzugsweise liegen die Materialien für die Herstellung von Speisereinsätzen in pulverförmiger Form mit einer auf das Druckverfahren abgestimmten Kornverteilung vor. Die Körnung der Rohstoffe bzw. der einzelnen Rohstoffbestandteile einer exothermen und/oder isolierenden Mischung muss auf das anzuwendende Druckverfahren derart abgestimmt werden, dass zum einen das pulverförmige Gemisch gleichmäßig dünn mechanisch und schichtweise aufgetragen werden kann, und dass zum anderen ein eingesetzter Binder eine stabile Verbindung der einzelnen Körner der Rohstoffmischung sicherstellen kann.Preferably, the materials for the production of feeder inserts are in powder form with a coordinated to the printing process grain distribution. The grain size of the raw materials or of the individual raw material constituents of an exothermic and / or insulating mixture must be matched to the applicable printing process such that on the one hand the powdery mixture can be applied uniformly thin mechanically and in layers, and on the other hand, an inserted binder is a stable compound can ensure the individual grains of the raw material mixture.

Soweit exothermes Material verarbeitet werden soll, ist vorgeschlagen, dass die Prozesstemperatur beim 3D-Druckvorgang unterhalb der Entzündungstemperatur des exothermen Materials gehalten wird.If exothermic material is to be processed, it is proposed that the process temperature during the 3D printing process be kept below the ignition temperature of the exothermic material.

Soweit ein isolierendes Material zum Einsatz kommt, ist vorgesehen, dass die Prozesstemperatur beim 3D-Druckvorgang so eingestellt wird, dass die Isolierwirkung des eingesetzten Materials nicht beeinträchtigt ist. Insbesondere beim Einsatz eines isolierenden Materials ist erfindungsgemäß der schichtweise Materialauftrag so einzustellen, dass in dem fertigen Speisereinsatz keine die Wärmeleitung innerhalb des Speisereinsatzes erhöhenden Binderbrücken gebildet sind.Insofar as an insulating material is used, it is provided that the process temperature during the 3D printing process is adjusted so that the insulating effect of the material used is not impaired. In particular, when using an insulating material according to the invention, the layered material application to be adjusted so that in the finished feeder insert no heat conduction within the feeder insert increasing binder bridges are formed.

Schließlich ist vorgesehen, dass das bei der Herstellung des Speisereinsatzes eingesetzte Bindersystem so geschaffen ist, dass einerseits eine ausreichende Festigkeit des damit hergestellten Speisereinsatzes gegeben ist und/oder dass andererseits der Speisereinsatz im Hinblick auf die Trennung des den Speiserkorpus bildenden Materials vom nach Abschluss des Gießvorganges in den Speiserhohlraum verbleibenden metallischen Speiserrest günstige Zerfallseigenschaften aufweist.Finally, it is provided that the binder system used in the manufacture of the feeder insert is created so that on the one hand sufficient strength of the feeder insert thus produced is given and / or that on the other hand, the feeder insert with regard to the separation of the feeder body forming material from after completion of the casting process having in the feeder cavity remaining metallic feeder remainder favorable disintegration properties.

Das erfindungsgemäße Druckverfahren zur Herstellung eines Speisereinsatzes bietet weiterhin die Möglichkeit, in die den inneren Hohlraum umschließende Wandung des Speiserkorpus Hohlräume der verschiedensten Ausbildung mit dem Druckvorgang einzubringen. Die Hohlräume erhöhen die Isolierwirkung des Speisereinsatzes. Bei einem diesbezüglich ausgebildeten Verfahren muss bei der geometrischen Gestaltung des Speisereinsatzes darauf geachtet werden, dass das in einem mittels des Druckvorganges hergestellten Hohlraum verbleibende lose Stoffgemisch aus diesem Hohlraum entfernt, vorzugsweise herausgeschüttelt werden kann, so dass der Hohlraum anschließend mit Luft gefüllt und somit die Isolierwirkung maximiert ist.The printing method according to the invention for producing a feeder insert furthermore offers the possibility of introducing cavities of the most diverse formations with the printing process into the wall of the feeder body enclosing the inner cavity. The cavities increase the insulating effect of the feeder insert. In a method designed in this regard, care must be taken in the geometric design of the feeder insert that removed in a cavity produced by the printing process loose substance mixture removed from this cavity, preferably shaken out, so that the cavity then filled with air and thus the insulating effect is maximized.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zusammenfassung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features disclosed in the foregoing description, the claims and the abstract of the subject matter of these documents may be essential individually as well as in any combination with each other for the realization of the invention in its various embodiments.

Claims

A method of making a feeder insert comprising a feeder body having an inner cavity as a feeder volume for insertion into a mold used in the casting of metals, the feeder insert being made of an exothermic or insulating material or a combination of these materials, and the layered application of the material or the materials are made with or without the use of an additional binder system using a 3D data-driven printer.

The method of claim 1, wherein the materials are in powdered form having a particle size distribution tailored to the printing process.

The method of claim 1 or 2, wherein when using an exothermic material, the process temperature in the 3D printing process is kept below the ignition temperature of the exothermic material.

The method of claim 1 or 2, wherein when using an insulating material, the process temperature is set in the 3D printing process so that the insulating effect of the material used is not impaired.

The method of claim 1 or 4, wherein when using an insulating material, the layered material application is adjusted such that in the finished feeder insert no heat conduction within the feeder body increasing binder bridges are formed.

Method according to one of claims 1 to 5, wherein the binder system used in the manufacture of the feeder insert is such that on the one hand sufficient strength of the feeder insert produced therewith is given and / or on the other hand, the feeder insert with respect to the separation of the feeder body forming Material of the remaining after completion of the casting process in the feeder cavity metallic feeder remainder favorable disintegration properties.

Method according to one of claims 1 to 6, wherein in the inner cavity enclosing wall of the feeder body cavities are introduced.