DE102016001026A1

DE102016001026A1 - Reflektierendes Verbrauchsmaterial für den 3D-Druck

Info

Publication number: DE102016001026A1
Application number: DE102016001026.6A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-10-05

Abstract

Verbrauchsmaterial für den 3D-Druck, insbesondere für das Strang-Ablege-Verfahren (FDM), das SLS-Lasersintern und 3DP-Verfahren, gefüllt mit reflektierenden Füllstoffen, vorzugsweise mit retro-reflektierenden Füllstoffen z. B. High-Index-Glasperlen.

Description

Schweißdrähte für 3D-Drucker nach dem FDM können diverse funktionelle Füllstoffe wie etwa Carbonfasern, magnetische Partikel, Talkum, Kalziumcarbonat etc. oder organische Partikel oder Fasern z. B. Holz enthalten.
Reflektierende Pigmente, besonders in Form von Glasperlen werden für

1. Reflektierenden Straßenbelag,
2. reflektierende Folien (Verkehrszeichen)
3. als reflektierende Farbe/Paste (Siebdruck)
4. reflektierender Farbspray, z. B. auch solcher, welcher einmalig auf Kleidung gesprayt, von dieser abwaschbar ausgeführt ist.

Der Effekt der Reflektion, besser der, der Retro-Reflektion kommt jedoch nur zum Tragen, wenn sich die jeweiligen Füllstoffe auch an der, der Strahlenquelle zugewandten Oberfläche befinden. Sind die Füllstoffe bedeckt (durch Wasser oder sei es auch nur eine transparente Lackschicht) so ist der Effekt extrem minimiert oder gleich null.
Reflektierende Spritzgußartikel sind aus diesem theoretischem Mangel (die Füllstoffe werden vom Kunststoff umhüllt) an retro-reflektierendem Effekt nicht gängig.
Bei eigenen Versuchen zeigte sich, daß eine thermoplastische Mischung, welche mehr als 50% gew. reflektierende Füllstoffe enthält, geeignet ist, mittels 3D-Druck Objekte mit reflektierender Oberfläche zu drucken. Hierfür wurde in Filament (sinnvoll von 1–3 mm) mittels Extrusion (Verfahren 1) erzeugt und dieses mit einem 3D-Drucker (I3, Fa. Achatz Industries, NL) verdruckt (Verfahren 2).
Erstaunlicherweise war schon nach V1 der Filamentdraht nicht glatt beschaffen (glatte Kunststoffoberfläche eines Filamentes, welches durch eine Düse gepresst wird) sondern bildete eine rauhe Oberfläche (es ragen die Mikro-Glasperlen, der Füllstoff heraus). Diese Oberfläche zeigte unerwarteter Weise schon einen retro-reflektiven Effekt (Test mit Taschenlampe).
Auch V2 führte zu einem reflektierenden Druckobjekt. Der Fachmann würde vermuten, daß bei V1 und später bei V2 der Kunststoff, da vollständig geschmolzen, sich als negativ für die Reflektionsfähigkeit erweißt, da er die Perlen umhüllen würde.
Die Perlen sitzen dennoch fest an den Kunststoff (Binder) gebunden, einige besonders hervortretende Perlen lösen sich jedoch.
Es zeigte sich weiterhin, daß ein reflektierendes Filament, welches nicht Extrudiert (V1), sondern in einer Pressform (V3) erzeugt wurde und eine glatte Oberfläche aufweißt, im folgenden Vorgang V2 (also 3D-Druck) wiederum ein Objekt erzeugt, welches retroreflektierend ist.
Es kann die Schlussfolgerung gezogen werden, daß auch ein glattes Filament (mit reflektierenden Füllstoffen gefüllt, aber selbst nur sehr gering reflektierend) nach dem Ausstritt aus der Düse des 3D-Druckers ein reflektierendes Objekt erzeugt, weil sich nach dem Austritt eine rauhe Oberfläche mit erhabenen reflektierenden Glassperlen bildet.
Reflektierende Füllstoffe (Mikro-Glassbeads) sind teuer, besonders solche, die zur Erhöhung des Effektes der Reflektion mit einer halbseitigen, optisch reflektierenden Schicht versehen sind.

In einem LaserSinterProzess werden thermoplastische Pulver oder Metalle schichtweise zu Objekten aufgebaut. Auch hier ist die Fertigung von reflektierenden Teilen möglich. Jedoch können die thermoplastischen Pulver hierfür nicht durch Ausfällung oder Vermahlung entstehen. Ein reflektierendes Pulver bestünde hierfür aus reflektierenden Glasperlen, welche mit einer dünnen transparenten thermoplastischen Schicht überzogen wurden. Diese Schicht dient der Verklebung der einzelnen Glasperlen durch Anschmelzen, angeregt durch die Wärmestrahlung des verwendeten Lasers. Legende

Fig. 1a	Querschnitt eines Filament-Drahtes, kreisrund, mit glatter Oberfläche 10; Unmaßstäblich dargestellt die Füllung mit halbseitig verspiegelten Glasperlen. Die glatte Oberfäche resultiert aus der Herstellungs-Prozedur V3, durch Pressen einer Rohmasse oder mittels Spitzguß.
Fig. 1b	Querschnitt eines Filament-Drahtes, rund, mit rauher Oberfläche 11, sichtbar die kugelsegmentartigen Erhebungen aus hervortretenden Glaskugeln. Die raue Oberfäche resultiert aus der Herstellungs-Prozedur V2, der Profil-Extrusion (Drahtextrusion)
Fig. 1c	Querschnitt wie in Fig. 1b, mit rauher Oberfläche 11, H ist die Erhebung aus der Kreislinie des Filamentes
Fig. 2	Darstellung des Effektes der Retro-Reflektion, am Beispiel einer halbseitig verspiegelten Glaskugel
Fig. 3	Symbolisch: spiralförmig aufgewickeltes Filament für FDM-Drucker
Fig. 4	Symb. Filament, stabförmig, kreisrund
Fig. 5a	Symb. Filament-Querschnitt, annähernd oval
Fig. 5b	Symb. Filament-Querschnitt, annähernd rechteckig
Fig. 6	Darstellung des Effektes der Retro-Reflektion am Filament (Querschnitt) für den 3D-Druck in der Lieferform, vor der Verwendung zum 3D-Druck
Fig. 7	Schematisch: FDM-Druck; erfindungsgemäßes Filament (14), mit Druckkopf (3) und Ausstrittsdüse (4), darunter gedrucktes Objekt, welches mit Licht angestrahlt wird. Die Lichtstrahlen werden zurückgeworfen.
Fig. 8	Halbseitig verspiegelte Glas-Kugel mit transparenter Schicht (5) ge-coated, diese Schicht dient als Bindemittel, vorzugsweise thermoplastisch aufschmelzbar/sinterbar
Fig. 9	Pulvermischung für SLS-Verfahren bestehend aus sinterbarem Korn (9) und reflektierenden Füllstoff in kugelform (8)
1	halbseitige Spiegelschicht auf einer Glaskugel
2	Glaskugel mit hohem Brechungsindex
3	Kühlrippen des hotends
4	Austrittsdüse
5	Transparente Schicht auf einer Reflex-Perle, auch die halbseitige Spiegelschicht bedeckend,
6	Halbseitige Spiegelschicht
7	Oberfläche der Glasperle
8	Glasperle
9	sinterbares Korn, bsp. aus PA12
10	glatte Oberfläche eines Filament-Drahtes,
11	Querschnitt eines Filament-Drahtes, rund, mit rauher Oberfläche 11, sichtbar die kugelsegmentartigen Erhebungen aus hervortretenden Glaskugeln
H	Erhebung aus der Kreislinie des Filamentes

Claims

Verbrauchsmaterial für den 3D-Druck, insbesondere für das Strang-Ablege-Verfahren (FDM), das SLS-Lasersintern und 3DP-Verfahren, gekennzeichnet dadurch, daß dieses mit reflektierenden Füllstoffen, vorzugsweise mit retro-reflektierenden Füllstoffen, vorzugsweise High-Index-Glasperlen gefüllt ist.
Gefülltes Verbrauchsmaterial nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch daß, dieses eine Mischung aus 10–99%, vorzugsweise 55–90% (Gewicht) reflektierenden Füllstoff enthält.
Gefülltes Verbrauchsmaterial nach Anspruch 1–2, gekennzeichnet dadurch daß, dieses 1–90%, vorzugsweise 10–45% eines thermoplastisches Bindemittels enthält.
Thermoplastisches Bindemittel, nach Anspruch 1–3, gekennzeichnet dadurch daß, dieses aus einem a) Polyurethan, Polyamid, ABS, PLA, Polycarbonat, PVOH, Co-Polyesther oder Mischungen derselben oder aus einem b) sonstigen thermoplastischen Polymer-Blend besteht.
Reflektierender Füllstoff nach Anspruch 1–4, gekennzeichnet dadurch daß, dieses a) Glasperlen in den Größen 10–100 my, vorzugsweise 40–60 my, vorzugsweise High-Index-Perlen (Index 1,7 bis 1,9), oder b) mit einer halbseitigen, vorzugsweise metallischen Beschichtung (halbseitig verspiegelt) ausgestattete Glasperlen sind.
Verbrauchsmaterial für den 3D-Druck nach Anspruch 1–5, gekennzeichnet dadurch, daß dieses a) als Draht mit rundem, ovalen oder rechteckigen Querschnitt oder b) als Pulver für den Lasersinter-Druck geliefert wird.
Thermoplastisches Bindemittel, nach Anspruch 1–6, gekennzeichnet dadurch daß, dieses aus eine Lösemittel-Lösliche Komponente (vorzugsweise in Wasser löslich z. B. PVOH, vorzugsweise im Anteil 30–60%)) enthält, welche in einem nach dem 3D-Druck folgenden Prozeß (V3) aus dem Druck-Objekt teilweise (nur an der Oberfläche) oder herausgespült wird.
Verbrauchsmaterial für den 3D-Druck, nach Anspruch 1–7, insbesondere für das Laser-Sinterverfahren, gekennzeichnet dadurch daß, dieses a) ein Pulver, aus ge-coateten, reflektierenden oder retroreflektierende Glasperlen oder aus einer b) Mischung mehrerer Pulverkomponenten, vorzugsweise aus gecoateten oder nicht-gecoateten reflektierenden oder retroreflektierende Glasperlen und einem thermoplastischen, sinterfähigen Pulver, besteht, c) wobei die Pulvermischung b) 30–95%, vorzugsweise 55–90% reflektierende oder retroreflektierende Glasperlen enthält. d) wobei, die hüllende (coat) Schichtaus transparentem, thermoplastischem Polymer besteht.
Verbrauchsmaterial für den 3D-Druck nach Anspruch 1–8, gekennzeichnet dadurch daß, dieses, insbesondere für das 3DP-Verfahren, a) ein Pulver aus reflektierenden oder retroreflektierende Glasperlen ist, welches beim eigentlichen schichtweisen Druckverfahren mit einem Bindemittel aus Düsen zugeführt, benetzt wird.
Verbrauchsmaterial für den 3D-Druck nach Anspruch 1–9, gekennzeichnet dadurch, daß dieses auf seiner Oberfläche Erhebungen, vorzugsweise in Form von annährend Kugelsegmenten aufweißt, welche eine Ausdehnung von 1–80%, vorzugsweise 5–25% der Höhe eines Kugeldurchmessers der verwendeten Glasperlen haben.