DE102015107330B4

DE102015107330B4 - Production of feeder inserts in 3D printing

Info

Publication number: DE102015107330B4
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: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2035-05-12
Also published as: DE102015107330A1

Abstract

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 Material oder aus einer Kombination von exothermen Material und isolierenden Material besteht und mittels des schichtweisen Auftrags des Materials oder der Materialien mit Einsatz eines zusätzlichen Bindersystems mittels eines datengesteuerten 3D-Druckers hergestellt wird.A method for producing a feeder insert consisting of a feeder body having an inner cavity as a feeder volume for insertion into a casting mold used in the casting of metals, wherein the feeder insert consists of an exothermic material or a combination of exothermic material and insulating material and by means of the layered application of the Material or the materials is produced with the use of an additional binder system by means of a data-controlled 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 a feeder volume, which feeder insert 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 made of exothermic material and an outer shell made of insulating material. At present, such feeder inserts are shot in one or more production steps in so-called core shooting machines, in that the exothermic material including an added binder is shot into a molding box that depicts the shape of the feeder insert and then the closed feeder insert is hardened by gassing with a suitable gas or by heat treatment will. The same also applies to the use of an insulating material, with a binder tailored to this insulating material being used. If a double-shell feeder insert consisting of an exothermic and insulating jacket is to be manufactured, a two-stage manufacturing process is required. Finally, feeders can also be produced using the so-called suction process, in which the exothermic or insulating fiber material present in a suspension is brought into the shape of the feeder insert by suction 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 known manufacturing method has the disadvantage that individual shapes have to be manufactured and kept available for the manufacture of the feeder inserts required by the foundry industry in different shapes and dimensions, which means that the feeder inserts must be produced in the largest possible quantities. On the other hand, there is an increasing need in the foundry industry to be able to use increasingly special designs of feeder inserts for complicated cast part geometries, which are not required in a sufficiently large number in order to be able to produce and keep corresponding shapes for them. In addition, some of the designs of feeder inserts desired by the foundry industry cannot be produced on conventional shooting or suction systems due to the geometrical design of the feeder body, for example if undercuts are required.

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 of specifying a method for producing feeder inserts which can be used economically even for small quantities and which is flexible with regard to the shape of the feeder inserts in demand.

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 results, including advantageous refinements and developments of the invention, from the content of the patent claims, which follow this description.

Die Erfindung sieht im Einzelnen ein Verfahren vor, bei welchem die aus einem exothermen Material oder aus einer Kombination von exothermen Material und isolierenden Material bestehenden Speisereinsätze mittels des schichtweisen Auftrags des Materials oder der Materialien mit 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.The invention specifically provides a method in which the feeder inserts consisting of an exothermic material or a combination of exothermic material and insulating material are produced by applying the material or materials in layers with the use of an additional binder system by means of a data-controlled 3D printer . Known binder systems here are, inter alia, liquid binders that harden under the action of heat or also gaseous binders. The action of heat and / or a corresponding gas required in the individual case 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 manufacturing technology of the manufacture of objects by means of a 3D printer is known per se. 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 specified dimensions and shapes, with physical or chemical hardening or melting processes taking place during the structure. As far 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. This manufacturing process has the advantage that small series of feeder inserts can also be manufactured economically and that it is also possible to manufacture complex designs of feeder inserts.

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.The materials for the production of feeder inserts are preferably in powder form with a particle size distribution tailored to the printing process. The grain size of the raw materials or the individual raw material components of an exothermic and / or insulating mixture must be matched to the printing process to be used in such a way that, on the one hand, the powdery mixture can be applied evenly thinly mechanically and in layers, and on the other hand, a binder used creates a stable connection of 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 suggested 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.If an insulating material is used, it is provided that the process temperature during the 3D printing process is set in such a way that the insulating effect of the material used is not impaired. In particular when using an insulating material, according to the invention, the application of material in layers is to be set in such a way that no binder bridges increasing the heat conduction within the feeder insert are formed in the finished feeder insert.

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 in such a way that, on the one hand, the feeder insert produced with it has sufficient strength and / or that the feeder insert is provided with regard to the separation of the material forming the feeder body from the end of the casting process Metallic feeder residue remaining in the feeder cavity has 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 also offers the possibility of introducing cavities of the most varied of designs into the wall of the feeder body surrounding the inner cavity with the printing process. 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 the loose substance mixture remaining in a cavity produced by means of the printing process can be removed from this cavity, preferably shaken out, so that the cavity is 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 of the subject matter of these documents disclosed in the above description, the patent claims and the abstract can be essential for the implementation of the invention in its various embodiments, individually as well as in any combination with one another.

Claims

Process for the production of a feeder insert consisting of a feeder body having an inner cavity as a feeder volume for insertion into a casting mold used in the casting of metals, wherein the feeder insert consists of an exothermic material or a combination of exothermic material and insulating material and by means of the layer-by-layer application of the Material or the materials is produced with the use of an additional binder system by means of a data-controlled 3D printer.

Procedure according to Claim 1 , in which the materials are in powder form with a particle size distribution tailored to the printing process.

Procedure according to Claim 1 or 2 , in which, when using an exothermic material, the process temperature during the 3D printing process is kept below the ignition temperature of the exothermic material.

Procedure according to Claim 1 or 2 , in which when an insulating material is used, the process temperature during the 3D printing process is set in such a way that the insulating effect of the material used is not impaired.

Procedure according to Claim 1 or 4th , in which, when an insulating material is used, the material application in layers is set in such a way that no binder bridges increasing the heat conduction within the feeder body are formed in the finished feeder insert.

Method according to one of the Claims 1 until 5 , in which the binder system used in the production of the feeder insert is such that on the one hand there is sufficient strength of the feeder insert produced with it and / or that on the other hand the feeder insert with regard to the separation of the material forming the feeder body from the after completion of the casting process into the Metallic feeder residue remaining in the feeder cavity has favorable decay properties.

Method according to one of the Claims 1 until 6th , in which cavities are introduced into the wall of the feeder body surrounding the inner cavity.