DE102017003495A1 - Process for the production and modeling of shaped articles by layer melting of metal and ceramic powder filled filaments - Google Patents
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Abstract
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin dass Metall- oder Keramikpulver mit einem organischen Bindemittel vermischt und anschließend zu einem festen Filament extrudiert werden. Dieses Filament wird anschließend in einem Schichtschmelz-Verfahren zu einem frei bestimmbaren Formkörper modelliert. Nachfolgend wird das organische Bindemittel chemisch entfernt und die verbleibende Metall- oder Keramikstruktur in einem thermischen Verfahren verdichtet. The core idea of the present invention is that metal or ceramic powder are mixed with an organic binder and then extruded into a solid filament. This filament is then modeled in a layer-melting process to form a freely determinable shaped body. Subsequently, the organic binder is chemically removed and the remaining metal or ceramic structure is densified in a thermal process.
Description
Für die Herstellung von metallischen oder keramischen Bauteilen mit komplexen Geometrien aus schwer zu bearbeitenden Werkstoffen wie beispielsweise Edelstahl, Hartmetall oder Titan stehen bisher nur spanabhebende Verfahren und ausgewählte spanlose Fertigungsverfahren zur Verfügung. Bei der spanabhebenden Fertigung führt eine komplexe Geometrie zu sehr langen Bearbeitungszeiten und einem hohem Zerspanungsgrad. Die jeweils geforderten Werkstoffe können zu einem übermäßigen Werkzeugverschleiß führen.For the production of metal or ceramic components with complex geometries made of difficult-to-machine materials such as stainless steel, carbide or titanium, so far only machining methods and selected non-cutting manufacturing processes are available. In machining, a complex geometry leads to very long machining times and a high degree of machining. The materials required in each case can lead to excessive tool wear.
Wird ein derartiges Bauteil mit einen alternativen spanlosen Formgebungsprozess gefertigt, stehen in der Regel das Feinguss- und das Metal injection Molding-Verfahren (MIM) zur Verfügung. Feinguss eignet sich aufgrund der hohen Toleranzen und geringen Oberflächengüte nur für einen kleinen Teil der Anwendungen. MIM hingegen ist ein modernes Fertigungsverfahren welches die hervorragenden Eigenschaften metallischer Werkstoffe mit den komplexen Gestaltungsmöglichkeiten der Kunststofftechnologie vereint. Die Formgebung durch das Spritzgießen von Metallpulvern eröffnet ein Höchstmaß an Freiheit hinsichtlich Geometrie und Werkstoff, das weit über den Möglichkeiten der spanenden und schmelzmetallurgischen Gestaltung liegt. Die Anwendung teurer, hochfester Legierungen, korrosionsbeständiger oder anderer hochwertiger Edelstähle wird möglich, da keine Kosten durch nachgelagerte Zerspanung anfallen. MIM-Bauteile zeichnen sich durch hohe Genauigkeiten, Materialdichte und Oberflächengüte aus. Nachteilig sind die entstehenden Werkzeugkosten sowie die lange Entwicklungszeit welche mit der Herstellung der Formen verbunden ist. Es ist daher nicht verwunderlich, dass immer mehr Unternehmen den industriellen Einsatz von additiven FertigungsTechnologien evaluieren. Diese Verfahren sind in der Prototypen-Herstellung seit langem eingeführt, die Anwendung in der Serie ist bisher noch selten, da in der Serienfertigung deutlich höhere Ansprüche hinsichtlich Prozesssicherheit, Prozessüberwachung, Nachverfolgbarkeit und Datenaustausch gestellt werden als bei der Prototypenherstellung.If such a component is manufactured using an alternative non-cutting shaping process, the investment casting and the metal injection molding method (MIM) are generally available. Precision casting is only suitable for a small part of the applications due to its high tolerances and low surface quality. MIM, on the other hand, is a modern manufacturing process that combines the outstanding properties of metallic materials with the complex design possibilities of plastics technology. The shaping by the injection molding of metal powders opens a maximum of freedom in terms of geometry and material, which is far beyond the possibilities of metal cutting and fusion metallurgical design. The use of expensive, high-strength alloys, corrosion-resistant or other high-grade stainless steels is possible because no costs are incurred by downstream machining. MIM components are characterized by high accuracies, material density and surface quality. A disadvantage is the resulting tooling costs and the long development time which is associated with the production of the molds. It is therefore not surprising that more and more companies are evaluating the industrial use of additive manufacturing technologies. These processes have long been introduced in prototype production, and their use in series production is still rare, as mass production places significantly higher demands on process reliability, process monitoring, traceability and data exchange than on prototype production.
Additive Fertigungsverfahren beziehungsweise der 3D-Druck sind in den letzten Jahren weit fortgeschritten, so dass heute auch qualitativ hochwertige Bauteile und Komponenten aus verschiedenen Metallen gedruckt werden können. Zahlreiche Anwendungen, beispielsweise aus der Luftfahrtindustrie und Medizintechnik, verdeutlichen, dass additive Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Serienteilen völlig neue Möglichkeiten hinsichtlich Produktdesign, Effizienz, Geschwindigkeit und Flexibilität bieten. Durch Verfahren wie „3D Metal Printing“ bietet sich erstmals die Möglichkeiten der Konstruktion metallischer Bauteile mit Hohl- und Gitterstrukturen sowie Auskragungen. Zu 3D Metal Printing zählen die bekannten Verfahren wie Laser Melting, Lasersintern und Elektronenstrahlschmelzen. Anhand erfolgreicher Anwendungen kann heute demonstriert werden, dass die Auslegung metallischer Bauteile nicht mehr länger von den Restriktionen der Fertigungstechnologie, sondern der Bauteilfunktionalität geleitet wird - vorausgesetzt Entwickler sind sich der Gestaltungsfreiheit der generativen Technologien und der daraus resultierenden Möglichkeiten bewusst und wenden diese gezielt an.Additive manufacturing processes or 3D printing have progressed far in recent years, so that today high-quality components and components made of different metals can be printed. Numerous applications, for example from the aerospace industry and medical technology, illustrate that additive manufacturing processes in the production of series parts offer completely new possibilities in terms of product design, efficiency, speed and flexibility. By methods such as "3D metal printing" offers the possibilities of the construction of metallic components with hollow and lattice structures as well as projections. 3D metal printing includes the well-known processes such as laser melting, laser sintering and electron beam melting. Based on successful applications, it is now possible to demonstrate that the design of metallic components is no longer guided by the restrictions of manufacturing technology, but component functionality - provided that developers are aware of the design freedom of the generative technologies and the resulting possibilities and apply them selectively.
Die erfindungsgegenständlichen Ideen beziehen sich auf eine neuartige generative Fertigungstechnologie, welche die Vorteile der generativen Fertigung mit einem Entbinderungs- und Sinterprozess kombiniert. Der Prozess besteht aus zwei Phasen - dem additiven Aufbau von Grünteilen aus extrusionsbasierten metall- oder keramikgefüllten Filamenten einerseits und dem anschließenden Entbindern, Sintern und Nachbearbeiten dieser Teile andererseits. Das den einzelnen Erfindungen zugrundeliegende Verfahren zeichnet sich im Vergleich zu pulverbasierten generativen Verfahren durch einfaches Materialhandling und niedrige Kosten aus. Der Aufbau eines 3D-Druckers für metall -oder keramikgefüllte Filamente ist allerdings deutlich anspruchsvoller als der eines Drucker für herkömmliche Kunststoff-Filamente und die entsprechende Prozessführung ist komplexer.The inventive ideas relate to a novel generative manufacturing technology that combines the benefits of additive manufacturing with a debinding and sintering process. The process consists of two phases - the additive construction of green parts from extrusion-based metal- or ceramic-filled filaments on the one hand and the subsequent debindering, sintering and reworking of these parts on the other hand. The method underlying the individual inventions is characterized by simple material handling and low costs compared to powder-based generative methods. The construction of a 3D printer for metal- or ceramic-filled filaments, however, is significantly more demanding than that of a printer for conventional plastic filaments and the corresponding process control is more complex.
Der erste Schritt des erfindungsgegenständlichen Verfahrens ist die Herstellung eines sogenannten Feedstocks. Zur Herstellung des Feedstocks wird zunächst Metall- oder Keramikpulver entsprechend der gewünschten Legierung miteinander vermengt. Anschließend werden thermoplastische Kunststoffe und Additive beigemischt und mit dem Pulvermix homogenisiert. In einem Extrusionsprozess wird diese Masse zu einem flexiblen Filament verarbeitet. Hierbei wird das Ausgangsmaterial in einem Extruder aufgeschmolzen, vor einer Förderschnecke verdichtet, über eine Düse zu einem Filament mit definierten (beispielsweise rundem) Querschnitt geformt und anschließend abgekühlt. In einer vorteilhaften Ausführung weist dieses Filament einen Querschnitt von 1 bis 3 mm auf.The first step of the process according to the invention is the production of a so-called feedstock. To produce the feedstock, metal or ceramic powder is first mixed together according to the desired alloy. Subsequently, thermoplastic materials and additives are added and homogenized with the powder mix. In an extrusion process, this mass is processed into a flexible filament. In this case, the starting material is melted in an extruder, compressed in front of a screw conveyor, formed via a nozzle into a filament having a defined (for example round) cross section and then cooled. In an advantageous embodiment, this filament has a cross section of 1 to 3 mm.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird dieses metall- oder keramikgefüllte Filament in einem Prozess der Schmelzschichtung zu einem frei definierbaren Körper modelliert. Das entstehende Formteil (Grünteil) besteht aus Metal- oder Keramikpulver und organischen Bindemitteln. Es zeigt die Geometrie des späteren finalen Bauteils in einem skalierten Maßstab, d.h. es verfügt über ein um den Bindemittelgehalt vergrößertes Volumen. Es hat in einer vorteilhaften Ausführung einen Anteil von ca. 2 bis 30 Prozent Binder und 70 bis 98 Prozent Metall- oder Keramikpulver. Es verfügt bei sachgerechter Herstellung über eine Festigkeit ähnlich thermoplastischer Kunststoffteile und eine homogene Pulververteilung mit oder ohne Ausrichtung der einzelnen Partikel.In a second process step, this metal- or ceramic-filled filament is modeled in a process of melt stratification into a freely definable body. The resulting molding (green part) consists of metal or ceramic powder and organic binders. It shows the geometry of the later final component on a scaled scale, ie it has a volume increased by the binder content. It has in an advantageous embodiment, a share of about 2 to 30 percent binder and 70 to 98 percent metal or ceramic powder. It is more appropriate Production via a strength similar to thermoplastic plastic parts and a homogeneous powder distribution with or without orientation of the individual particles.
Die erfindungsgegenständlichen Ideen beziehen sich auf die Handhabung und Förderung des metallgefüllten Filaments im und am 3D-Drucker, die thermische Prozessführung im Drucker sowie die anschließende Nachbearbeitung des im Drucker modellierten Formteils (Grünteils). Die Ideen basieren auf den Besonderheiten des zuvor geschilderten neuartigen generativen Verfahrens: Da das metall- oder keramikgefüllte Filament im Gegensatz zu den heute hinlänglich bekannten Kunststoff-Filamenten, schwer, gut wärmeleitend und gleichzeitig mechanisch instabil ist sind für dessen Verarbeitung folgende besonderen Vorkehrungen zu treffen:
- 1. Das auf einen Rolle aufgewickelte Filament kann aufgrund seines hohen Eigengewichts und seiner geringen Festigkeit nicht von einer konventionellen Spule heruntergezogen werden ohne seinen Querschnitt zu verändern oder zu zerreißen. Vielmehr muss die Abwickelspule aktiv angetrieben und je nach Abwickelgrad des Filaments mit der Förderbewegung des Druckers synchronisiert werden.
- 2. Die Förderung des Filaments in Richtung des Druckkopfes erfordert eine sehr genau dosierte Zugkraft und einen gut verteilten Kraftschluss zwischen Antriebseinheit und Filament. Der erfindungsgegenständliche Vortrieb sieht für das Förderrad eine formschlüssige Formgebung abgestimmt auf den Durchmesser bzw. die Kontur des Filaments vor, so dass sich eine maximale Kontaktfläche zwischen Rad und Filament ergibt. Das Förderrad kann durch weitere Förderräder, die durch ein Getriebe angetrieben sind unterstützt werden. Dadurch sinkt der Anpressdruck des einzelnen Förderades und der Vorschub des Filamentes wird genauer.
- 3. Das vergleichsweise schwere, gut wärmeleitende und leicht zu deformierende Filament wird im Druckkopf aufgeschmolzen und schichtweise als sogenannte „Raupe“ auf dem Formteil als Schmelzschicht abgelegt. Der Filamentvorschub ebenso wie der Filamentdurchmesser werden sensorisch erfasst und mit den Druckparametern koordiniert. Dadurch werden Druckfehler vermieden. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Filaments wird der Abschnitt des Filaments welcher sich unmittelbar vor dem Schmelzabschnitt befindet unzulässig warm und somit derart instabil, dass die Fördereinheit das Filament deformieren oder gar zerreißen könnte. Um dies zu verhindern sieht das erfindungsgegenständliche Verfahren eine Thermobarriere bzw. eine Kühlung zwischen der Schmelzzone und der Förderzone des Filaments vor.
- 4. Bei Nutzung metallgefüllter Filamente leitet der schichtweise entstehende Formkörper aufgrund seines hohen Füllgrades die von dem Schmelzelement eingeleitete Wärme wirksam in die darunterliegenden Schichten des Formkörpers. Beim Drucken von Auskragungen oder feinen Geometrien kann diese Wärme aber nicht mehr hinreichend schnell abgeführt werden. Als Folge schmilzt das Bauteil in diesen Bauzonen lokal auf und verliert die gewünschte Form. Um dies zu verhindern sieht das erfindungsgegenständliche Verfahren eine Kühlung der Druckzone bzw. der unmittelbar abgelegten Druckraupe vor.
- 5. Um einen thermisch bedingten Verzug des Bauteils zu vermeiden kann das Bauteil abhängig von seiner Geometrie durch in der Grundplatte bzw. der Umrandung eingebrachte Infrarot-Dioden gleichmäßig erwärmt werden. Hierzu wird eine Infrarot-Aufnahme des entstehenden Formkörper gemacht und entsprechend des thermischen Profils eine selektive Ansteuerung der IR-Dioden bewirkt bis das Bauteil gleichmäßige Temperaturen an allen geometrischen Konturen aufweist. Gleichzeitig dient die Infrarotaufnahme zur Baufortschrittskontrolle, da sie einen permanenten Abgleich zwischen Soll - und Ist-Daten des Bauteils durchführt. Bei Auftreten eines Druckfehlers wird der Maschinenbediener informiert und/oder der Prozess gestoppt.
- 6. Die Genauigkeiten moderner 3D-Drucker bewegen sich im Bereich von ein bis zwei Hunderstel Millimeter. Die von der Schmelzdüse erzeugte „Raupe“ hat in einer vorteilhaften Ausführung eine Breite von 0,1 bis 1,0 mm. Für eine eng tolerierte Fertigung ist es notwendig die Steuerung des Druckers um die halbe Raupenbreite zu korrigieren. Die entstehende Schmelzschichtstufe an der Außenkontur wird durch eine anschließende erfindungsgemäße mechanische Glättung beseitigt. Diese Formkorrektur wird in den Algorithmus der Druckersteuerung mit aufgenommen.
- 7. Eine optimale Oberflächengüte des späteren gesinterten Bauteils ergibt sich wenn besonders fein fraktionierte Metallpulver verwendet werden. Diese feinen Pulver sind aber aufgrund des höheren Bearbeitungsaufwandes spürbar teurer als gröber fraktionierte Pulver. Das erfindungsgegenständliche Druckverfahren sieht vor mit Hilfe mehrerer Druckköpfe die Randzonen eines Bauteils mit fein fraktionierten Filamenten und die Kernzone mit grob fraktionierten Filamenten zu drucken. Die gleiche Methode kann genutzt werden, um funktionale Schichten aus speziellen Werkstoffen an Stellen des Bauteils anzubringen, an denen sie benötigt werden, z.B. Lager oder Rasten. Darüber hinaus sieht das erfindungsgegenständliche Verfahren vor den Kernbereich zum Zweck der Materialersparnis mit einer Anordnung von kleineren und größeren Hohlkammern zu durchsetzen. Diese Hohlkammern können durch ein FEM-Programm hinsichtlich Größe und Anordnung optimiert werden.
- 8. Bei Bauteilen mit unterschiedlichen lokalen Anforderungen können verschiedene Metalle mit ähnlichem Schmelzpunkt aber unterschiedlichen Eigenschaften über mehrere Druckköpfe in einem sogenannten Multimaterial-Bauteil kombiniert werden. Dies gilt auch für keramische Werkstoffe.
- 9. Für den anschließenden Sinterprozess müssen die Formkörper mit einer mitsinternden Unterlage gedruckt werden um einen Verzug durch das Anhaften der Bauteile auf der Aufstandsfläche des Ofens zu vermeiden. Besitzt das zu sinternde Bauteil keine ebene Auflagefläche, müssen die Formkörper während des Sinterprozesses durch eine mitsinternde Unterlage gestützt werden, um einen Verzug infolge der Schwerkraft zu vermeiden. Diese Unterlage wird separat oder gemeinsam mit dem Bauteil gedruckt. Die Unterlage kann in der erfindungsgegenständlichen Ausführung als Vollkörper oder als eine Gitterstruktur gedruckt werden. Sie wird nach dem Sintervorgang verworfen. Zwischen Unterlage und Werkstück ist ein Trennmittel vorzusehen.
- 10. Alternativ zu einer mitsinternden Unterlage kann eine Sinterauflage aus einem höherschmelzenden Werkstoff - in der Regel Keramik - gedruckt werden. Diese Auflagen dienen zur Abstützung überhängender Abschnitte des Bauteils und werden wiederverwendet. Sie sind in einer vorteilhaften Ausführung als Strebenstruktur und/oder als Rollen ausgeführt. Zwischen Stütze und Bauteil ist ein Trennmittel vorzusehen.
- 11. Nach Entnahme aus dem Drucker weist das Formteil (Grünteil) eine verfahrenstypische Schmelzschichtstufung auf. Ist die Stufung technisch oder ästhetisch nicht erwünscht, so sieht das erfindungsgegenständliche Verfahren eine Strahlung mit einem weichen Strahlmittel wie beispielsweise PE-Granulat oder dem Bauteile-identischen Feedstock vor. Durch dieses Strahlverfahren werden die Stufen geglättet.
- 12. Um die Festigkeits- und andere Eigenschaften eines Bauteils optimal zu definieren wird eine Slicer-Software genutzt die es ermöglicht eine gradierte Form des Infills zu erzeugen. Das bedeutet, dass der Übergang von der äußeren Hülle zu den Hohlkammerstrukturen nicht abbrupt sondern allmählich verläuft.
- 13. Zur Verhinderung des Tropfens (Oozen) nach Aufheizen des Filaments auf Drucktemperatur wird eine verschließbare Druckerdüse verwendet. Der Verschluss wird in einer vorteilhaften Ausführung piezoelektrisch, elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt.
- 1. The wound onto a roll filament can not be pulled down by a conventional coil without its cross section to change or tear due to its high weight and low strength. Rather, the supply reel must be actively driven and synchronized with the conveying movement of the printer, depending on the unwinding degree of the filament.
- 2. The promotion of the filament in the direction of the print head requires a very precisely metered tensile force and a well-distributed adhesion between the drive unit and filament. The inventive propulsion provides for the feed wheel a form-fitting shape matched to the diameter or the contour of the filament, so that there is a maximum contact surface between the wheel and filament. The conveyor wheel can be supported by further conveyor wheels, which are driven by a gear. As a result, the contact pressure of the individual conveying wheel decreases and the advance of the filament becomes more accurate.
- 3. The comparatively heavy, good heat-conducting and easily deformable filament is melted in the print head and layered as a so-called "bead" placed on the molding as a melt layer. The filament feed as well as the filament diameter are sensory detected and coordinated with the pressure parameters. This avoids misprints. Due to the high thermal conductivity of the filament, the portion of the filament which is located immediately before the melting section becomes unduly warm and thus unstable so that the conveyor unit could deform or even tear the filament. To prevent this, the process according to the invention provides for a thermal barrier or cooling between the melting zone and the conveying zone of the filament.
- 4. When using metal-filled filaments, the layered body resulting due to its high degree of filling conducts the heat introduced from the melting element effectively in the underlying layers of the molding. When printing overhangs or fine geometries, however, this heat can no longer be dissipated sufficiently quickly. As a result, the component melts locally in these building zones and loses the desired shape. In order to prevent this, the method according to the invention provides for cooling the pressure zone or the directly deposited print bead.
- 5. In order to avoid a thermally induced distortion of the component, the component can be uniformly heated depending on its geometry by introduced in the base plate or the border infrared diodes. For this purpose, an infrared image of the resulting molded body is made and, in accordance with the thermal profile, a selective control of the IR diodes is effected until the component has uniform temperatures at all geometrical contours. At the same time, the infrared image serves to monitor the progress of the construction site, as it performs a permanent comparison between the nominal and actual data of the component. If a printing error occurs, the machine operator is informed and / or the process is stopped.
- 6. The accuracies of modern 3D printers are in the range of one to two hundredths of a millimeter. The "bead" produced by the melt nozzle has, in an advantageous embodiment, a width of 0.1 to 1.0 mm. For a tightly tolerated production, it is necessary to correct the control of the printer by half the bead width. The resulting melt layer step on the outer contour is eliminated by a subsequent mechanical smoothing according to the invention. This shape correction is included in the printer control algorithm.
- 7. An optimal surface quality of the later sintered component results when very finely fractionated metal powders are used. However, these fine powders are noticeably more expensive than coarser fractionated powders because of the higher processing costs. The printing process according to the invention provides for printing the edge zones of a component with finely fractionated filaments and the core zone with coarsely fractionated filaments with the aid of a plurality of print heads. The same method can be used to attach functional layers of special materials to locations where they are needed, such as bearings or notches. In addition, the method according to the invention provides for Core area for the purpose of saving material with an arrangement of smaller and larger hollow chambers to enforce. These hollow chambers can be optimized by a FEM program in terms of size and arrangement.
- 8. For components with different local requirements, different metals with similar melting point but different properties can be combined over multiple print heads in a so-called multi-material component. This also applies to ceramic materials.
- 9. For the subsequent sintering process, the moldings must be printed with a mitsinternden pad to avoid a delay caused by the adhesion of the components on the footprint of the furnace. If the component to be sintered does not have a plane bearing surface, the shaped bodies must be supported by a mitsinternde pad during the sintering process in order to avoid a delay due to gravity. This document is printed separately or together with the component. The pad can be printed in the embodiment of the invention as a solid body or as a grid structure. It is discarded after the sintering process. Between pad and workpiece, a release agent is provided.
- 10. As an alternative to a mitsinternden pad a sintering pad of a higher melting material - usually ceramic - are printed. These pads serve to support overhanging sections of the component and are reused. They are designed in an advantageous embodiment as a strut structure and / or as rollers. Between the support and component, a release agent is provided.
- 11. After removal from the printer, the molded part (green part) has a process-typical melt layer gradation. If the grading is technically or aesthetically undesirable, the method according to the invention provides radiation with a soft blasting agent such as, for example, PE granules or the component-identical feedstock. By this blasting process, the steps are smoothed.
- 12. In order to optimally define the strength and other properties of a component, a slicer software is used which makes it possible to generate a graded shape of the infill. This means that the transition from the outer shell to the hollow chamber structures does not break off but progresses gradually.
- 13. To prevent dripping (Oozen) after heating the filament to the pressure temperature, a sealable pressure nozzle is used. The closure is actuated piezoelectrically, electromagnetically, pneumatically or hydraulically in an advantageous embodiment.
Die nachfolgenden Verfahrensschritte der Entbinderung und Sinterung sind Stand der Technik. Das Gefüge der gesinterten Teile ermöglicht galvanische und elektrolytische Oberflächenveredelungen (Vernickeln, Elektropolieren etc.) ohne Vorbehandlungen. Beim Einsatzhärten werden Einsatzhärteverläufe erreicht deren Werte mit denen von Einsatzstählen vergleichbar sind. Das erfindungsgegenständliche Bauteil ist - soweit in seinen Spezifikationen vorgesehen - schweißbar. Der Veredelungsprozeß ist jedoch optional. Unmittelbar nach dem Sinterprozess kann auch direkt ein einbaufertiges Werkstück vorliegen.The subsequent process steps of debindering and sintering are state of the art. The structure of the sintered parts allows galvanic and electrolytic surface finishing (nickel plating, electropolishing, etc.) without pretreatment. For case hardening, case hardening characteristics are achieved whose values are comparable to those of case hardening steels. The inventive component is - as far as provided in its specifications - weldable. However, the refining process is optional. Immediately after the sintering process, a ready-to-install workpiece can also be present directly.
Abbildungen: Die Erfindung wird nachfolgend anhand der
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1 das erfindungsgemäße Verfahren zur Abwicklung eines metallgefüllten Filaments von einer kugel- bzw. rollengelagerten Rolle, deren Antriebsgeschwindigkeit fortlaufend auf die Fördergeschwindigkeit des nachgelagerten Verarbeitungsschritts sowie den sich verändernden Rollendurchmesser bzw. Abwicklungsgrad des Filaments abgestimmt werden -
2 das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorwärtsförderung der Filamente basierend auf einen oder mehreren kontaktschlüssigen Rädern mit einer auf den Filamentendurchmesser bzw. -querschnitt abgestimmten Formgebung -
3 das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorwärtsförderung der Filamente basierend auf einer oder mehreren kontaktschlüssigen Raupen bzw. Ketten mit einer auf den Filamentendurchmesser bzw. - querschnitt abgestimmten Formgebung -
4 die erfindungsgemäße Thermalbarriere welche die Temperatur des Filaments in dem beheizten Druckkopf abschirmt von der Temperatur des Filaments im Bereich unmittelbar vor dem Einzug in den Druckkopf -
5 das erfindungsgemäße System zum thermischen Ausgleich des die Druckraupe umgebenden Bauteils durch gasförmige und/oder flüssige Medien und/oder differenzielle elektromagnetische Strahlung -
6 der erfindungsgemäße Algorithmus zur Korrektur der Raupenbreite sowie der anschließenden Stufenglättung bei der Steuerung des Druckkopfes -
7 das erfindungsgemäße Verfahren zur Schmelzschichtung mit mehreren Druckköpfen welches fein fraktioniertes Filament in der Randzone und grob fraktioniertes Filament in der Kernzone eines Bauteils verarbeiten -
8 das erfindungsgemäße Verfahren zur Schmelzschichtung welche eine Anordnung von Hohlkammern verschiedener Größe in ein generativ erzeugtes Bauteil einbringt -
9 das erfindungsgemäße Verfahren zur Schmelzschichtung mit mehreren Druckköpfen, welches Filamente aus verschiedenen Materialien bzw. Füllstoffen in einer beanspruchungsgerechten Art und Weise im Formkörper anordnet -
10 das erfindungsgemäße Verfahren zur Schmelzschichtung, welches zusätzlich zum Bauteil eine mitsintemde Unterlage bzw. Stützstruktur aus einem zum Bauteil-Filament identischen Filament druckt -
11 das erfindungsgemäße Verfahren zur Schmelzschichtung, welches zusätzlich zum Bauteil eine Stützstruktur aus einem im Vergleich zum Bauteil höher schmelzenden Filament-Füllstoff druckt -
12 das erfindungsgemäße Verfahren zur Glättung der Schmelzschichtstufen mittels Strahlen durch Bauteile-identischen Feedstock -
13 das erfindungsgemäße Verfahren zur Schmelzschichtung, welches zusätzlich zum Bauteil eine Stützstruktur aus Kunststoff (Organik) druckt, welche später während der Lösemittelentbinderung wieder extrahiert wird
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1 the method according to the invention for unwinding a metal-filled filament from a ball-bearing roller whose driving speed is continuously adjusted to the conveying speed of the downstream processing step and the changing roll diameter or unwinding degree of the filament -
2 the inventive method for forward feeding of the filaments based on one or more contact wheels with a matched to the filament diameter or cross section shaping -
3 the method according to the invention for forward feeding of the filaments based on one or more contact-connected beads or chains with a shape adapted to the filament diameter or cross-section -
4 the thermal barrier of the present invention which shields the temperature of the filament in the heated printhead from the temperature of the filament in the region immediately prior to entry into the printhead -
5 the inventive system for thermal compensation of the component surrounding the print bead by gaseous and / or liquid media and / or differential electromagnetic radiation -
6 the inventive algorithm for correcting the bead width and the subsequent step smoothing in the control of the print head -
7 the inventive method for melt stratification with multiple printheads which process finely fractionated filament in the edge zone and coarsely fractionated filament in the core zone of a component -
8th the inventive method for melt stratification which introduces an arrangement of hollow chambers of different sizes in a generatively generated component -
9 the inventive method for melt stratification with multiple printheads, which arranges filaments of different materials or fillers in a claim-appropriate manner in the molding -
10 the inventive method for melt stratification, which prints in addition to the component a mitsintemde pad or support structure of a filament identical to the component filament -
11 the inventive method for melt stratification, which prints in addition to the component a support structure of a higher compared to the component filament filler -
12 the inventive method for smoothing the melt layer stages by means of beams through component-identical feedstock -
13 the inventive method for melt stratification, which prints in addition to the component a support structure made of plastic (organics), which is later extracted again during the Lösemittelentbinderung
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DE102018004248A1 (en) | 2018-01-10 | 2019-07-11 | Smart Metal Technologies GmbH | Production of special filaments with high degree of filling of metal and ceramic powders for single and multi-material components made of metal and / or ceramic via 3D printing |
DE102021204295A1 (en) | 2021-04-29 | 2022-11-03 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Gob applicator and method for producing molten metal gobs |
CN116657345A (en) * | 2023-04-13 | 2023-08-29 | 武汉纺织大学 | Basalt filament sizing warping dress replacement and method |
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- 2017-04-11 DE DE102017003495.8A patent/DE102017003495A1/en not_active Withdrawn
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