DE102016005710A1

DE102016005710A1 - Filament und Polymergemisch für den FDM 3D-Druck zur Erzeugung von temporären Hilfs-Strukturen

Info

Publication number: DE102016005710A1
Application number: DE102016005710.6A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-09
Filing date: 2016-07-09
Publication date: 2018-01-11

Abstract

Filament für den FDM 3D-Druck zur Erzeugung von temporären Hilfs-Strukturen, die sich in Wasser anlösen, vom Druckobjekt lösen und als unlöslicher Rückstand im Wasser verbleiben.

Description

Verbrauchsmaterialien für 3D Druck bestehen aus einem Polymer oder einer Polymermischung und werden im Falle der FDM Methode aufgeschmolzen und zu einem Objekt schichtweise niedergelegt. Bekannt sind für das FDM Verfahren:

1. Stützmaterialien, die temporär beim Schichtaufbau verwendet, nach dem Druck durch vollständiges Auflösen in einem Lösemittel (Wasser) wieder entfernt werden.
2. Stützmaterialien aus dem Polymer HIPS, die temporär beim Schichtaufbau verwendet, nach dem Druck durch vollständiges Auflösen in einem Lösemittel (bsp. D-Limonene) wieder entfernt werden.
3. Polymergemische für den 3D Druck zur Erzeugung von Objekten mit Poren-Strukturen, bestehend aus strukturbildenden, nämlich das nutzbare Objekt bildenden Komponenten, sowie aus mit Wasser herauslösbaren Polymer-Bestandteilen, DE 10 2013 011 243 A1 .
4. Bekannt sind weiterhin Kunststoffe, aus denen wasserlösliche Salze heraus extrahiert werden können.

Bekannt sind für das FDM Verfahren:
1	Nachteil: Verwendet werden in der boomenden 3D-Druck Endanwender Industrie zumeist preiswerte PVOH's mit geringen Temperatur-Standfestigkeiten. Z. B. mit Vicat A von nur ca. 60–70°C. Teurere wasserlösliche Polymere werden meist nur im industriellen High-End Bereich genutzt. Vorteile: Vollständiges, rückstandsfreies Auflösen. Entsorgung über das Abwasser meist unproblematisch.
2	Nachteil: Das Lösemittel D-Limonen ist teuer und hinterläßt am nutzbaren Bau-Objekt einen langanhaltenden Geruchs-Schleier, ist schwer zu entsorgen und muß in verschiedenen Konzentrationsstufen zur Weiterverwendung aufbewahrt werden. Vorteil: Mit HIPS als Support-Material können Bauteile aus bsp. ABS in einem beheizten Bauraum gebaut werden, ohne das wegen der hohen Temperatur > 100°C die Support-Struktur (aus HIPS) erweicht, instabil wird, oder sich gar vom eigentlichen Bauteil löst. HIPS und ABS haben ähnliche Erweichungs-Bereiche (100°C).

Aufgabe der Erfindung:
Es gilt ein Support-Material zu finden, welches

1. so preiswert wie PVOH,
2. dessen Spül-Flüssigkeit leicht zu entsorgen ist,
3. dessen Erweichungstemperatur im gleichen Bereich liegt, wie das des Objekt-Materials, um im beheizten Bauraum verwendet zu werden,
4. möglichst wenig Spuren, nach seiner Entfernung, am Bauobjekt hinterläßt.

Die Aufgabe wird gelöst, durch Nutzung eines Polymer-Gemisches nach Ansprüchen 1–5.

Dieses wird als Filament (Pps) zum Erstellen einer Stützstruktur verwendet, welche nach Einlegen in Wasser sich anlöst, wobei Polymer-Bestandteile herausgelöst werden und wodurch die Stütz-Struktur so instabil wird, daß sie sich mit einfachsten Mitteln vom Bauobjekt lösen äßt.

Fig. 1	FDM-Druck aus nutzbarem Objekt 1 und Supportstruktur 2, eingelegt in ein Wasser-Becken
Fig. 2	die erweichte Supportstruktur 2 ist instabil, bröselig, und kann mittels Pinsel, Druckluft entfernt werden.
Fig. 3	die Supportstruktur kann mechanisch stückweise oder in einem entfernt werden
1	3D Druckobjekt, FDM, lagerweise aufgebaut, durch eine Supportstruktur (2) wird ermöglicht, daß Überhänge gedruckt werden können
2	Support-Struktur
3	Rückstand, hier bröselig dargestellt; es kann aber auch ein schleimiger Rückstand sein

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013011243 A1 [0001]

Claims

Material und Verfahren zur Erstellung und Nachbehandlung eines aus einem oder mehreren Filamenten 3D gedruckten Objektes, gekennzeichnet dadurch, daß das Objekt oder ein Teil des Objektes, mit einem Lösungsmittel 1 benetzt oder in dieses eingetaucht wird, wodurch die löslichen Polymer-Anteile eines Filament-Polymers (Pps) durch die Wirkung des Lösemittels ganz oder teilweise ausgewaschen werden und porenartige Strukturen wie a) brüchige, bröselige oder schleimige, b) faserige oder c) schwammartige gebildet werden.
Material und Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die verbliebenen, porenartigen Strukturen aus dem Polymer (Pps) durch mechanische Einwirkung wie: • wegpinseln • weg-pusten mit Druckluft • wegschleudern/zentrifugal • abschütteln, vom nicht ausgewaschenen (nicht angelösten) Bauteil entfernt werden, vorzugsweise vom Bauteil aus einem nicht in Lösmittel 1 löslichen Polymer (Pns).
Material und Verfahren nach Anspruch 1–2, gekennzeichnet dadurch, daß • ein Teil des Objektes aus einem nicht in Lösmittel 1 löslichen Polymer (Pns) gedruckt wird • ein weiterer Teil des Objektes aus einem in Lösemittel 1 teilweise löslichen Polymer (Pps), wobei aus dem Polymer (Pps) Hilfs-Strukturen (Support) gedruckt werden, die vom Objekt aus dem nicht-löslichen Polymer (Pns) abgelöst werden.
Material und Verfahren nach Anspruch 1–3, gekennzeichnet dadurch, daß die Strukturen aus dem Polymer Pps in Lösemittel 1 nicht völlig auflösbar sind, und einen in L1 nicht lösbaren Rückstand, nach dem Trocknen ein Feststoff, hinterlassen. Es verbleibt ein in L1 unlösbarer Rückstand von mindestens 10–30%, vorzugsweise 30–50%, besonders bevorzugt 50–90% seiner nicht angelösten Ausgangsmasse.
Material und Verfahren nach Anspruch 1–4, gekennzeichnet dadurch, daß das Polymer Pps aus einer Mischung A + B • eines in Wasser löslichen Polymers A und eines in Wasser un-löslichen Polymers B besteht, • wobei A ein Thermoplast, vorzugsweise ein PA, ABS, PLA, ein TPE oder TPU ist • wobei B, ein wasserlösliches oder in einer basischen Lösung lösliches Thermoplast PVOH, Kuraray) ist, oder ein • wobei B kein Polymer, sondern ein in Wasser lösliches Salz ist.