DE102017126189A1

DE102017126189A1 - Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch Gießen oder Spritzgießen

Info

Publication number: DE102017126189A1
Application number: DE102017126189.3A
Authority: DE
Inventors: Edward James Balaschak; Ryan Thomas Fava
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2018-05-09
Also published as: US20180126590A1

Abstract

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ein Verfahren zum Kombinieren von Schlickerkomponenten, um ein festes Objekt zu formen. Verschiedene bestimmte Ausführungsbeispiele enthalten ein Verfahren umfassend: Kombinieren einer ersten Schlickerkomponente (110) mit einer zweiten Schlickerkomponente (112), um einen homogenisierten Schlicker zu bilden, wobei die erste Schlickerkomponente (110) aufweist: einen Katalysator und einen Vinylbinder, und wobei die zweite Schlickerkomponente (112) aufweist: einen Siloxanbinder und wobei zumindest eine von der ersten Schlickerkomponente (110) und der zweiten Schlickerkomponente (112) ein Partikelgemisch aufweist; Einbringen des homogenisierten Schlickers in eine Gussform (102, 202, 302) und Aushärten des homogenisierten Schlickers in der Gussform (102, 202, 302,) um das feste Objekt zu formen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Keramikformen und Keramikherstellen und genauer auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen eines mehrteiligen Schlickers und Formen eines gegossenen Objekts.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Gießen enthält das Einfüllen oder Einspritzen eines flüssigen Materials in eine Form oder Gussform, um ein gegossenes Objekt zu formen. Das Objekt kann aus Metall, Keramik oder Plastik sein. Ein gegossenes Objekt kann außerdem das maschinelle Bearbeiten erforderlich machen, um komplexe Gestalten zu erreichen. Komplexe Gestalten sind durch das maschinelle Bearbeiten und andere abtragende Techniken schwierig und teuer herzustellen.
Ein Beispiel des Gießens ist das schlickerbasierte Gießen. Das schlickerbasierte Gießen kann verwendet werden, um feste Objekte, d.h. feste keramische Objekte aus einem fluidischen Schlicker zu gießen. Schlickerbasierte Gießverfahren sind zur Herstellung von komplexen oder filigranen Objekten mit einer höheren Dichte nützlich verglichen mit pulverbasierten additiven Herstellungsverfahren. Zum Beispiel ist das schlickerbasierte Gießen zum Formen von keramischen Kernen von Turbinenkomponenten, wie etwa Turbinenschaufeln, Leitapparaten und dergleichen nützlich. Diese Kerne werden in dem Gießverfahren der endgültigen metallischen Turbinenkomponente verbraucht.
Ein schlickerbasiertes Gießverfahren enthält das Einspritzen eines Schlickers in die Gussform, die eine Objektverteilausnehmungr in der Gestalt des gewünschten endgültigen Objekts aufweist. Wenn ein Keramikschlicker verwendet wird, kann dieses Verfahren Keramikeinspritzgießen genannt werden. Aktuelle schlickerbasierte Gießverfahren verwenden einen Schlicker, der bei sehr niedrigen Temperaturen gelagert werden muss, d.h. zwischen -20°F (-29°C) und -40°F (-40°C). Der Schlicker muss kühl gehalten werden, um flüssig zu bleiben. Wenn die Temperatur ansteigt, verursachen chemische Reaktionen das Härten des Schlickers. Ein solches Kühlen ist teuer. Auch werden solche Schlicker in kleinen Wegwerfbehältern oder Kartuschen gelagert, transportiert und verwendet. Die Verwendung von den kleinen Wegwerfbehältern oder Kartuschen ist ineffizient und erhöht sowohl die Material- als auch die Arbeitskosten weiter.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der Offenbarung stellt eine Vorrichtung zum Formen eines Objekts bereit. Die Vorrichtung enthält: wenigstens zwei Behälter zum Speichern von Materialkomponenten; eine Mischeinrichtung mit einem Einlass und einem Auslass, wobei der Einlass der Mischeinrichtung fluidisch mit den wenigstens zwei Behältern verbunden ist; und eine Gussform, die fluidisch mit dem Auslass der Mischeinrichtung verbunden ist, wobei die Gussform eine Objektverteilausnehmung aufweist, wobei die Mischeinrichtung und die Gussform eine einzige Einheit sind, die von den wenigstens zwei Behältern abnehmbar ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung stellt eine Vorrichtung zum Speichern von Schlickerkomponenten und zum Formen eines Objekts bei ungefähr Raumtemperatur bereit. Die Vorrichtung enthält: wenigstens zwei Behälter zum Speichern der Schlickerkomponenten; eine Mischeinrichtung mit einem Einlass und einem Auslass, wobei der Einlass der Mischeinrichtung fluidisch mit den wenigstens beiden Behältern verbunden ist; und eine Gussform, die fluidisch mit dem Auslass der Mischeinrichtung verbunden ist, wobei die Gussform eine Objektverteilausnehmung aufweist, wobei die Mischeinrichtung und die Gussform eine einzige Einheit sind, die von den beiden Behältern abnehmbar ist.
Ein noch weiterer Aspekt der Offenbarung stellt eine Gussform zum Gießen eines festen Objekts bereit. Die Gussform enthält: eine Objektverteilausnehmung mit einem Einlass; und eine Mischeinrichtung mit einem Einlass und einem Auslass, wobei der Auslass der Mischeinrichtung fluidisch mit dem Einlass der Objektverteilausnehmung verbunden ist und wobei der Einlass der Mischeinrichtung dazu eingerichtet ist, fluidisch mit einer Fluidquelle verbunden zu sein.
Ein noch weiterer Aspekt der Offenbarung stellt ein Verfahren zum Kombinieren von Schlickerkomponenten zum Formen eines festen Objekts bereit, wobei das Verfahren umfasst: Kombinieren einer ersten Schlickerkomponente mit einer zweiten Schlickerkomponente, um einen homogenen Schlicker zu bilden, wobei die erste Schlickerkomponente aufweist: einen Katalysator und einen Vinylbinder und wobei die zweite Schlickerkomponente aufweist: einen Siloxanbinder und wobei wenigstens eine von der ersten Schlickerkomponente und der zweiten Schlickerkomponente ein Partikelgemisch aufweist; Einbringen des homogenisierten Schlickers in eine Gussform; und Aushärten des homogenisierten Schlickers in der Gussform, um das feste Objekt zu formen.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren außerdem das Lagern der ersten Schlickerkomponente bei ungefähr Raumtemperatur in einem ersten Behälter und das Lagern der zweiten Schlickerkomponente bei ungefähr Raumtemperatur in einem zweiten Behälter umfasst.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die erste Schlickerkomponente und die zweite Schlickerkomponente vor dem Schritt des Kombinierens bei ungefähr Raumtemperatur flüssig und stabil sind.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass der Schritt des Kombinierens und der Schritt des Aushärtens ungefähr zwischen Raumtemperatur und ungefähr 60°C ausgeführt werden.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass der Schritt des Kombinierens das Mischen der ersten Schlickerkomponente mit der zweiten Schlickerkomponente bei einem volumetrischen Verhältnis im Bereich von 1:1 bis 1:10 umfasst.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass der Schritt des Kombinierens das Mischen der ersten Schlickerkomponente mit der zweiten Schlickerkomponente bei einem volumetrischen Verhältnis von 11:14 umfasst.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Partikelgemisch ein Keramikgemisch aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die erste Schlickerkomponente einen ersten Anteil des Keramikgemischs aufweist und dass die zweite Schlickerkomponente einen zweiten Anteil des Keramikgemischs aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die erste Schlickerkomponente ungefähr 16 Gew.% Venylbinder, ungefähr 84% ersten Anteils des Keramikgemischs und ungefähr 0,0018 Gew.% Katalysator aufweist; und dass die zweite Schlickerkomponente ungefähr 16 Gew.% Siloxanbinder und ungefähr 84 Gew.% zweiten Anteils des Keramikgemischs aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die wenigstens eine erste Schlickerkomponente und die zweite Schlickerkomponente zwischen 30 Gew.% und 95 Gew.% des Keramikgemischs aufweisen.
Ein noch weiterer Aspekt der Offenbarung stellt ein festes Objekt bereit, das unter Verwendung eines schlickerbasierte Gussverfahrens geformt wurde, wobei das feste Objekt aufweist: wenigstens einen Abschnitt, der geformt wurde durch: Kombinieren einer ersten Schlickerkomponente mit einer zweiten Schlickerkomponente, um einen homogenisierten Schlicker zu bilden, wobei die erste Schlickerkomponente aufweist: einen Katalysator, einen Vinylbinder, und wobei die zweite Schlickerkomponente aufweist: einen Siloxanbinder, und wobei wenigstens eine von der ersten Schlickerkomponente und der zweiten Schlickerkomponente ein Partikelgemisch aufweist; Einbringen des homogenisierten Schlickers in eine Gussform; und Aushärten des homogenisierten Schlickers in der Gussform, um das feste Objekt zu formen.
Das feste Objekt, das unter Verwendung eines schlickerbasierten Gießverfahrens geformt wurde, kann irgendeine Ausführungsform des oben erwähnten Verfahrens verwenden.
Die veranschaulichten Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind dazu eingerichtet, die hierin beschriebenen Probleme und/oder andere, nicht erläuterte Probleme zu lösen.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale der Offenbarung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Offenbarung leichter verstanden werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsbeispiele der Offenbarung darstellen, in denen:

1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Formen eines Objekts mit einer Gussform aufweisend eine Objektverteilausnehmung entsprechend Ausführungsbeispielen der Offenbarung zeigt.
2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Formen eines Objekts mit einer Gussform aufweisend eine Prüfabschnittverteilausnehmung und eine Objektverteilausnehmung entsprechend Ausführungsbeispielen der Offenbarung zeigt.
3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Formen eines Objekts mit einer Gussform aufweisend einen statischen Mischer, eine Prüfabschnittverteilausnehmung und eine Objektverteilausnehmung entsprechend Ausführungsbeispielen der Offenbarung zeigt.
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Formen eines festen keramischen Objekts entsprechend Ausführungsbeispielen der Offenbarung zeigt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen dieser Offenbarung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sind dazu bestimmt, nur typische Aspekte der Offenbarung darzustellen und sollte daher nicht als den Bereich der Offenbarung beschränkend angesehen werden. In den Zeichnungen stellen gleiche Nummerierungen gleiche Elemente zwischen den Zeichnungen dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen wird Bezug genommen auf eine Anzahl von Begriffen, die definiert sein sollen durch die nachfolgenden Bedeutungen:
„Optional“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der nachfolgend beschriebene Umstand auftreten kann oder nicht und dass die Beschreibung Beispiele enthält, in denen das Ereignis auftritt und in denen es nicht auftritt. Optionale Merkmale können in der Maschine oder der Vorrichtung selbst vorhanden sein oder nicht und die Beschreibung enthält Beispiele, in denen das Merkmal vorhanden ist und in denen es nicht vorhanden ist.
Wie es hierin angegeben ist, stellt die Offenbarung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Formen eines Objekts bereit. Die Vorrichtung kann verwendet werden, um ein keramisches Objekt zu formen unter Verwendung eines schlickerbasierten Gießens oder Spritzgießens. Die Vorrichtung kann auch verwendet werden, um ein anderes festes Objekt als das keramische Objekt zu formen, wie etwa ein Plastikobjekt oder ein Metallobjekt. Die Offenbarung stellt auch chemische Zusammensetzungen von Schlickerkomponenten bereit, die bei ungefähr Raumtemperatur fluidisch (flüssig) sind.
Wie angegeben, umfasst das Gießen das Einfüllen oder Einspritzen eines flüssigen Materials in eine Form oder Gussform, um ein gegossenes Objekt zu formen. Eine Art des Gießens ist als Wachsausschmelzgießen bekannt, bei dem eine Form um ein flüchtiges Wachsmuster herum gebildet wird. Nachdem das Wachs weggeschmolzen ist, wird ein flüssiges Material, Plastik, Metall, Keramik, usw., in die Form gegossen und ermöglicht, hart zu werden oder auszuhärten. Heute können Formen alternativ additiv hergestellt werden, z.B. dreidimensional gedruckt werden. Additiv hergestellte Formen können billiger und präziser gemacht werden als typische Wachsausschmelzgießformen, insbesondere wenn die Gestalt der Form häufig verändert wird, z.B. während des Testens.
Wie es angegeben ist, enthält das additive Herstellen (AM) eine große Vielfalt von Verfahren zur Herstellung eines Objekts durch das sukzessive Hinzufügen von Material, anstelle des Entfernens von Material. Als solches kann das additive Herstellen komplexe Geometrien ohne die Verwendung von irgendwelchen Werkzeugen und mit wenig oder keinem Abfallmaterial erzeugen. Anstelle des maschinellen Bearbeitens von Objekten aus soliden Materialrohlingen, von denen viel weggeschnitten und weggeworfen wird, ist das einzige Material, das beim additiven Herstellen verwendet wird, das, dass erforderlich ist, um das Objekt zu gestalten.
Wie es angegeben ist, ist ein Beispiel des Gießens ein schlickerbasiertes Gießen (auch Spritzgießen genannt). Schlickerbasiertes Gießen kann verwendet werden, um solide Objekte, d.h. solide keramische Objekte, aus einem fluidischen Schlicker zu formen. Schlickerbasiertes Gießverfahren sind zur Herstellung von komplexen oder filigranen Objekten mit einer höheren Dichte nützlich verglichen mit pulverbasierten additiven Herstellungsverfahren. Zum Beispiel ist das schlickerbasierte Gießen zum Bilden von keramischen Kernen von Turbinenkomponenten, wie etwa Turbinenschaufeln, Turbinenleitapparate und dergleichen nützlich.
Ein schlickerbasiertes Gießverfahren enthält das Einspritzen eines Schlickers in eine Gußform mit einer Objektverteilausnehmung in der Gestalt des gewünschten endgültigen Objekts. Aktuelle schlickerbasierte Gießverfahren verwenden einen Schlicker, der bei sehr geringen Temperaturen, d.h. zwischen -20°F (-29°C) und -40°F (-40°C) gelagert werden muss. Der Schlicker muss gekühlt gehalten werden, um fluidisch zu bleiben. Wenn die Temperatur ansteigt, verursachen chemische Reaktionen das Härten des Schlickers. Eine solche Kühlung ist teuer. Auch werden solche Schlicker in kleinen Wegwerfbehältern oder Kartuschen gelagert, transportiert und verwendet. Die Verwendung von kleinen Wegwerfbehältern oder Kartuschen ist ineffizient und erhöht sowohl die Materialkosten als auch die Arbeitskosten weiter.
Diese Offenbarung beschreibt eine Vorrichtung und eine Verfahren zum Mischen von Schlickerkomponenten, die bei ungefähr Raumtemperatur fluidisch sind, sowie die chemischen Zusammensetzungen der Schlickerkomponenten selbst. Es ist möglich, die Effizienz zu erhöhen und die Kosten für das schlickerbasierte Gießen zu senken, weil die Schlickerkomponenten keine Kühlung erfordern. Die Schlickerkomponenten können in größeren Containern, wie etwa Tanks oder Fässern gelagert werden, im Unterschied zu den kleinen Kartuschen, die aktuell erforderlich sind aufgrund des Kühlbedarfs. Außerdem ist die skalierte Lagerfähigkeit effizienter, zumindest weil nur eine Menge des erforderlichen Materials zum Formen eines Teils ausgegeben wird. Aktuell enthalten die Kartuschen vorgegebene Mengen des Schlickers. Wenn ein Teil nur eine Teilkartusche benötigt, ist der in der Kartusche verbleibende Schlicker verschwendet. Wenn ein Teil mehr als eine Kartusche benötigt, müssen die Kartuschen gewechselt werden, während das Teil hergestellt wird. Der Kartuschenwechsel erfordert Zeit und kann eine unerwünschte Unterbrechung des Schlickerflusses einbringen, was das endgültige Objekt beeinträchtigen kann.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 100 zum Formen eines Objekts mit einer Gussform 102 aufweisend eine Objektverteilausnehmung 104 entsprechend Ausführungsbeispielen der Offenbarung. Die Vorrichtung 100 zum Formen des Objekts kann verwendet werden, um wenigstens zwei Materialkomponenten 110, 112 zu homogenisieren und die homogenisierten Komponenten in die Gussform 102 einzuspritzen. Die Materialkomponenten 110, 112 können durch Pumpen (nicht gezeigt) oder irgendein anderes bekanntes oder später entwickeltes Mittel zur Bewegung von unter Druck stehenden Fluiden eingespritzt werden. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Offenbarung mit zwei Materialkomponenten 110, 112 zur Einfachheit, jedoch versteht es sich, dass die Vorrichtung 100 zum Formen des Objekts irgendeine Anzahl von Materialkomponenten aufweisen kann. Die Figuren zeigen zur Einfachheit eine einzige Gussform 102, jedoch versteht es sich, dass die Vorrichtung 100 zum Formen des Objekts irgendeine Anzahl von Gussformen 102 aufweisen kann. Die Vorrichtung 100 zum Formen des Objekts kann wenigstens zwei Behälter 106, 108 zum Lagern der wenigstens zwei Materialkomponenten 110, 112 aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält ein erster Behälter 106 die erste Materialkomponente 110 und der zweite Behälter 108 enthält die zweite Materialkomponente 112. Die erste Materialkomponente 110 und die zweite Materialkomponente 112 können irgendwelche Materialien enthalten, die homogenisiert werden müssen. Ein Ausführungsbeispiel wird beschrieben, bei dem die erste und die zweite Materialkomponente 110, 112 keramische Schlicker sind, jedoch können die erste und die zweite Materialkomponente 110, 112 keramische Schlicker, Plastik, Abdichtmassen, Bauklebstoffe, metallische Schlicker, usw. enthalten.
Die Vorrichtung 100 zum Formen des Objekts enthält eine Mischeinrichtung 114 mit einem Einlass 116 und einem Auslass 118. Der Einlass 116 kann fluidisch mit dem ersten Behälter 106 und dem zweiten Behälter 108 durch Schläuche, Rohre, Leitungsverbindungen, Ventile oder irgendwelche anderen bekannten oder später entwickelten Mittel zum Steuern der Strömung von fluidischen Materialien verbunden sein. Die Mischeinrichtung 114 kann einen statischen Mischer, einen sich bewegenden Mischer oder irgendein heute bekanntes oder später entwickeltes Mittel zum Mischen von fluidischen Materialien enthalten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Mischeinrichtung 114 ein statischer Mischer. Der Auslass 118 kann fluidisch mit der Gussform 102 verbunden werden (schattiert dargestellt).
Die Gussform 102 kann eine Objektverteilausnehmung 104 aufweisen. Die Objektverteilausnehmung 104 enthält einen Teil der Gussform 102, der gestaltet ist, um mit der gewünschten endgültigen Gestalt des zu formenden Objekts übereinzustimmen. Die homogenisierten Materialkomponenten werden in die Objektverteilausnehmung 104 eingespritzt, um das Objekt zu formen. Die Gussform 102 kann durch maschinelles Bearbeiten, abtragendes Herstellen, additives Herstellen, Spritzgießen oder irgendein heute bekanntes oder später entwickeltes Mittel zum Bilden einer Gussform 102 hergestellt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Gussform 102 durch additives Herstellen gebildet.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 200 zum Formen eines Objektes mit einer Gussform 202 aufweisend eine Prüfabschnittverteilausnehmung 220 und eine Objektverteilausnehmung 204 entsprechend Ausführungsbeispielen der Offenbarung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Objektverteilausnehmung 204 mit der Prüfabschnittverteilausnehmung 220 als eine einzige Gussform 202 (schattiert dargestellt) hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die Prüfabschnittverteilausnehmung 220 einen Einlass 222, der fluidisch mit dem Auslass 118 der Mischeinrichtung 114 verbunden ist, und einen Auslass 224, der fluidisch mit der Objektverteilausnehmung 204 verbunden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Prüfabschnittverteilausnehmung 220 in der Gussform 202 hergestellt, so dass die Prüfabschnittverteilausnehmung 220 sich mit homogenisierten Komponenten füllt und einen Prüfabschnitt (nicht gezeigt) desselben Materials, wie das geformte Objekt, bereitstellt. Ein solcher Prüfabschnitt kann zu Materialtests übermittelt werden, um die Eigenschaften des geformten Objekts selbst zu bestimmen.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 300 zum Formen eines Objekts mit einer Gussform 302 aufweisend einen statischen Mischer 314, einer Prüfabschnittverteilausnehmung 320 und einer Objektverteilausnehmung 304 entsprechend Ausführungsbeispielen der Offenbarung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der statische Mischer 314 mit dem Objektverteilausnehmung 304 als eine einzige Gussform 302 (schattiert dargestellt) hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine optionale Prüfabschnittverteilausnehmung 320 auch als Teil der Gussform 302 hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Einlass 316 des statischen Mischers 314 fluidisch mit dem ersten Behälter 106 und dem zweiten Behälter 108 durch Schläuche, Rohre, Leitungsverbindungen, Ventile oder irgendein heute bekanntes oder später entwickeltes Mittel zur Steuerung der Strömung von Fluidmaterial verbunden. Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist die erhöhte Betriebszeit und das einfachere Reinigen, weil das gesamte kombinierte Material innerhalb der Gussform 302 enthalten sein kann. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel wird das Aushärten der Materialien nur in der Gussform 302 stattfinden. Die übrige Produktionsausrüstung, wie etwa die erste Behälter 106 und der zweite Behälter 108 oder irgendwelche Schläuche, Rohre, Leitungsverbindungen oder Ventile werden kein ausgehärtetes Material enthalten. Ein anderer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist die Gestaltungsflexibilität. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann ein bestimmter statischer Mischer 314 aus einer Mehrzahl von Mischerausgestaltungen ausgewählt werden, um mit einer bestimmten Objektverteilausnehmung 304 die beste Leistung zu bringen. Der ausgewählte statische Mischer 314 kann als Teil der Gussform 302 durch maschinelles Bearbeiten, abtragendes Herstellen, additives Herstellen, Spritzgießen oder irgendein heute bekanntes oder später entwickeltes Mittel zur Bildung einer Gussform hergestellt werden.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum Formen eines festen keramischen Objekts entsprechend Ausführungsbeispielen der Offenbarung. Bei einem Ausführungsbeispiel sind eine erste Materialkomponente 110 und eine zweite Materialkomponente 112 keramische Schlickerkomponenten. Im Block 402 wird die erste Schlickerkomponente 110 in einem ersten Behälter 106 bei ungefähr Raumtemperatur gelagert. Die zweite Schlickerkomponente 112 wird in einem zweiten Behälter 108 bei ungefähr Raumtemperatur gelagert. Die chemische Zusammensetzung der ersten Schlickerkomponente 110 und der zweiten Schlickerkomponente 112 ermöglichen es, den Schlickerkomponenten bei ungefähr Raumtemperatur fluidisch zu bleiben.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die erste Schlickerkomponente ein Silikonmonomer und/oder Silikonoligomer mit einer Alkenylfunktionsgruppe (ein Vinylbinder) und einen Katalysator aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Silikonmonomer und/oder das Silikonoligomer mit einer Alkenylfunktionsgruppe ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus 1,3-Divinyl-Tetramethyldisiloxan, Hexavinyldisiloxan, 1,3-Divinyltetraphenyldisiloxan, 1,1,3-Trivinyltrimethyldisiloxan, 1,3-Tetravinyldimethyldisiloxan, 1,3,5-Trivinyl-1,3,5-Tri-Methylcyclotrisiloxan, 1,3,5,7-Tetravinyl-1,3,5,7-Tetramethylcyclotetrasiloxan, 1,3-Divinyloctaphenylcyclopentasiloxan und Mischungen davon. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält das Silikonmonomer und/oder Silikonoligomer mit einer Alkenylfunktionsgruppe 1,3,5,7-Tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxan. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält der Katalysator einen Platinkatalysator. Der Platinkatalysator wird die Polymerisation (Aushärten) beim Vorhandensein des Silikonmonomers und/oder Silikonoligomers mit einer Alkenylfunktionsgruppe nicht initiieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Schlickerkomponente 112 ein Silikonmonomer und/oder Silikonoligomer mit einer Hydridfunktionsgruppe (ein Siloxanbinder) aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Silikonmonomer und/oder Silikonoligomer mit der Hydridfunktionsgruppe aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus Poly(Methylhydrogen)Siloxan, Poly[(Methylhydrogen)-Co-(Dimethyl)]Siloxan; 1,3,5,7-Tetramethylcyclotetrasiloxan, 1,3,5,7,9-Decamethylcyclopentasiloxan, zyklische Methylhydrogensiloxane; Tetrakis(Dimethylsiloxy)Silan, Hydridodimethylsiloxy-Silikat [HSi (CH₃)₂O_1/2]₂(SiO₂) und Mischungen davon. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Silikonmonomer und/oder Silikonoligomer mit einer Hydridfunktionsgruppe Methylhydrogenpolysiloxan aufweisen. Der Platinkatalysator wird die Polymerisation beim Vorhandensein eines Silikonmonomers und/oder Silikonoligomers mit einer Hydridfunktionsgruppe initiieren. Als solches findet die Polymerisation (Aushärtung) statt, wenn die erste Schlickerkomponente 110 mit der zweiten Schlickerkomponente 112 gemischt wird.
Im Block 404, wird die erste Schlickerkomponente 110 mit der zweiten Schlickerkomponente 112 kombiniert, um einen homogenisierten Schlicker zu bilden. Bei einem Ausführungsbeispiel weist zumindest eine von der ersten Schlickerkomponente 110 und der zweiten Schlickerkomponente ein Partikelgemisch auf. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Partikelgemisch ein Keramikgemisch oder ein Metallgemisch sein.
Der homogenisierte Schlicker kann ein keramischer Schlicker sein. Die Offenbarung offenbart einen keramischen Schlicker als Beispiel, obwohl es verstanden werden sollte, dass das beschriebene Verfahren auch auf andere Arten von Schlicker angewandt werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Kombinieren das Mischen der ersten Schlickerkomponente 110 mit der zweiten Schlickerkomponente 112 in einem statischen Mischer umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Kombinieren das Mischen der ersten Schlickerkomponente 110 mit der zweiten Schlickerkomponente 112 bei ungefähr Raumtemperatur umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die erste Schlickerkomponente 110 mit der zweiten Schlickerkomponente 112 bei einem volumetrischen Verhältnis im Bereich von 1:10 bis 10:1 (erste Schlickerkomponente 110: zweite Schlickerkomponente 112) kombiniert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die erste Schlickerkomponente 110 mit der zweiten Schlickerkomponente 112 bei einem volumetrischen Verhältnis von 11:14 kombiniert werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Schlickerkomponente 110 mit der zweiten Schlickerkomponente 112 bei einem volumetrischen Verhältnis von 1:1 kombiniert werden.
Im Block 406 wird der Schlicker homogenisiert. Der homogenisierte Schlicker wird in die Gussform 102 eingebracht, wobei die Gussform 102 eine Objektverteilausnehmung 104 in der Gestalt des gewünschten endgültigen Objekts aufweist. Wie vorstehend erläutert, kann die Gussform 102 durch maschinelles Bearbeiten, abtragendes Herstellen, additives Herstellen, Spritzgießen oder irgendein heute bekanntes oder später entwickeltes Mittel zur Bildung einer Gussform hergestellt werden. Wie vorstehend erläutert, kann die Gussform 202 bei einem Ausführungsbeispiel eine Prüfabschnittverteilausnehmung aufweisen. Wie vorstehend erläutert, kann die Gussform 302 einen statischen Mischer 314 aufweisen. In einem solchen Ausführungsbeispiel werden die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 in die Gussform 302 eingebracht, die den statischen Mischer 314 aufweist. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel werden die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 in die Gussform 302 vor dem Bilden eines homogenisierten Schlickers eingespritzt. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel werden die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 in der Gussform 302 kombiniert, bevor sie in die Objektverteilausnehmung 304 oder die optionale Prüfabschnittverteilausnehmung 320 gelangen. Wie es vorstehend beschrieben ist, ist eine einzige Gussform 102, 202, 302 beschrieben, jedoch versteht es sich, dass die Vorrichtung 100, 200, 300 zum Formen des Objekts irgendeine Anzahl von Gussformen 102, 202, 302 aufweisen kann. Die Gussformen 102, 202, 302 können unabhängig voneinander, alle gleichzeitig oder in irgendeiner Kombination gefüllt werden, ohne von den Lehren dieser Offenbarung abzuweichen.
Im Block 408 wird es dem homogenisierten Schlicker ermöglicht, bei ungefähr Raumtemperatur in der Gussform 102, 202, 302 auszuhärten. Sobald die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 zum homogenisierten Schlicker kombiniert sind, unterlaufen die Komponenten einer chemischen Reaktion (nachfolgend beschrieben), dass den homogenisierten Schlicker in der Gussform 102, 202, 302 schließlich aushärtet. Bei einem Ausführungsbeispiel findet das Aushärten 408 bei einer konstanten Temperatur mit Lagern 402 und Kombinieren 404 statt. Bei einem Ausführungsbeispiel findet das Lagern 402, das Kombinieren 404 und das Aushärten 408 bei ungefähr Raumtemperatur statt. Ein Vorteil des Aushärtens des homogenisierten Schlickers bei ungefähr Raumtemperatur, verglichen mit gekühltem Schlicker, ist dass die chemischen Reaktionen, die erforderlich sind, um den homogenisierten Schlicker zu härten, bei wärmeren Temperaturen schneller stattfinden. Temperaturen über Raumtemperatur können verwendet werden, um den Aushärteprozess zu beschleunigen. Bei einem Ausführungsbeispiel können Temperaturen bis zu ungefähr 60°C verwendet werden, um den Aushärtungsprozess zu beschleunigen. Als solchen wird eine Gussform 102, 202, 302, die mit Schlicker mit ungefähr Raumtemperatur gefüllt ist, schneller hart werden und aushärten als eine Gussform 102, 202, 302, die mit einem gekühlten Schlicker gefüllt ist. Beim Verwenden von Schlicker mit ungefähr Raumtemperatur wird kein zusätzliches Heizen oder Kühlen bei irgendeinem Schritt des Verfahrens benötigt.
Die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 sind bei ungefähr Raumtemperatur stabile Fluide (Flüssigkeiten). Als stabile Fluide bleiben die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 bei ungefähr Raumtemperatur min einem flüssigen Zustand. Die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 härten, wenn sie homogenisiert wurden, um eine feste Keramik zu bilden. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die erste Schlickerkomponente 110 einen Katalysator, einen Vinylbinder und einen ersten Teil eines Keramikgemischs. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der erste Teil des Keramikgemischs ein Metalloxid, wie etwa Silica (Siliziumdioxid), Aluminiumoxid, Mullit, Zirkon (Zirkonsilikat) oder dergleichen aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der erste Teil des Keramikgemischs Siliziumoxid aufweisen.
Die zweite Schlickerkomponente 112 kann einen Siloxanbinder und einen zweiten Teil des Keramikgemischs aufweisen. Der zweite Teil des Keramikgemischs kann ein Metalloxid, wie etwa Silica (Siliziumdioxid), Aluminiumoxid, Mullit, Zirkon (Zirkonsilikat) oder dergleichen aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Teil des Keramikgemischs Siliziumoxid aufweisen. Der erste und der zweite Teil des Keramikgemischs werden durch die Anwendung variieren und von der gewünschten Keramikzusammensetzung des endgültigen Objekts abhängen. Es sollte verstanden werden, dass die hierin offenbarten Keramikgemische lediglich Beispiele sind und diese Offenbarung nicht auf die beispielhaften hierin beschriebenen Keramikzusammensetzungen beschränkt ist. Ein Fachmann auf dem Gebiet sollte realisieren, dass alternative Keramikgemische, Formelbestandteilverhältnisse und Feststoffbeladungen verwendet werden können, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die erste Schlickerkomponente zwischen ungefähr 30 Gew.% und ungefähr 95 Gew.% Keramikgemisch. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die zweite Schlickerkomponente zwischen ungefähr 30 Gew.% und ungefähr 95 Gew.% Keramikgemisch. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die erste Schlickerkomponente 15,744 Gew.% Vinylbinder, 84,127 Gew.% ersten Anteils des Keramikgemischs und 0,0018 Gew.% Katalysator. Bei dem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die zweite Schlickerkomponente 112 15,774 Gew.% Siloxanbinder und 84,373 Gew.% zweiten Anteils des Keramikgemischs aufweisen.
Es wird vorweggenommen, dass die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 auch in mehr als zwei Komponenten aufgeteilt werden können. Der vorstehend beschriebene Schlicker kann in irgendeine Anzahl von Komponenten aufgeteilt werden, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Jedoch sind die vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen vorteilhaft, weil die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 bei ungefähr Raumtemperatur stabile Flüssigkeiten sind. Wie es vorstehend erläutert wurde, bestehen Effizienz-, Kosteneinsparungs- und Produktionsskalierungsvorteile, um in der Lage zu sein, die Schlickerkomponenten bei ungefähr Raumtemperatur zu lagern, kombinieren und auszuhärten. Außerdem haben die erste Schlickerkomponente 110 und die zweite Schlickerkomponente 112 bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ähnliche Viskositäten. Ein statischer Mischer ist effektiver, wenn er Flüssigkeiten mit ähnlichen Viskositäten mischt.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens von bestimmten Ausführungsbeispielen und ist nicht dazu bestimmt, für die Offenbarung beschränkend zu sein. Wie es hierin verwendet wird, sind die Einzahlformen „ein/eine/einer“ und „der/die/das“ dazu bestimmt, auch die Pluralformen zu umfassen, solange im Zusammenhang nicht deutlich etwas anderes angegeben ist. Es sollte außerdem verstanden werden, dass die Begriffe „aufweisen“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Abläufe, Elemente und/oder Objekte angeben, aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Abläufen, Elementen, Objekten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Wie es in dieser Offenbarung angegeben ist, sollte der Begriff „ungefähr“ interpretiert werden als +/- 10% des Wertes, den „ungefähr“ modifiziert. Wie es in dieser Offenbarung angegeben ist, sollte „ungefähr Raumtemperatur“ interpretiert werden als Temperatur, die kein Heizen oder Kühlen erfordert, um aufrechterhalten zu werden. „Ungefähr Raumtemperatur“, wie es in dieser Offenbarung verwendet wird, umfasst einen Bereich von 60°F bis 80°F (ungefähr 15°C bis ungefähr 27°C). Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Raumtemperatur 70°F (ungefähr 21°C) sein.
Die korrespondierenden Strukturen, Materialien, Aktionen und Äquivalente von allen Mitteln oder Schritten mit Funktionselementen in den nachfolgenden Ansprüchen sind dazu bestimmt, irgendeine Struktur, irgendein Material oder irgendeine Aktion zum Ausführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elemente zu umfassen, wie sie spezifisch beansprucht sind. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und der Beschreibung bereitgestellt, ist aber nicht dazu bestimmt, für die Offenbarung in der offenbarten Form abschließend oder beschränkend zu sein. Viele Abwandlungen und Variationen werden Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet offenbar, ohne von dem Bereich und dem Gedanken der Offenbarung abzuweichen. Das Ausführungsbeispiel wurde ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und die praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern und andere Fachleute auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Offenbarung für verschiedene Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Modifikationen, wie sie für die bestimmte angedachte Verwendung passend sind, zu verstehen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ein Verfahren zum Kombinieren von Schlickerkomponenten, um ein festes Objekt zu formen. Verschiedene bestimmte Ausführungsbeispiele enthalten ein Verfahren umfassend: Kombinieren einer ersten Schlickerkomponente 110 mit einer zweiten Schlickerkomponente 112, um einen homogenisierten Schlicker zu bilden, wobei die erste Schlickerkomponente 110 aufweist: einen Katalysator und einen Vinylbinder, und wobei die zweite Schlickerkomponente 112 aufweist: einen Siloxanbinder und wobei zumindest eine von der ersten Schlickerkomponente 110 und der zweiten Schlickerkomponente 112 ein Partikelgemisch aufweist; Einbringen des homogenisierten Schlickers in eine Gussform 102, 202, 302 und Aushärten des homogenisierten Schlickers in der Gussform 102, 202, 302, um das feste Objekt zu formen.
Bezugszeichenliste

Vorrichtung zum Formen des Objekts	100
Gussform	102
Objektverteilausnehmung	104
erster Behälter	106
zweiter Behälter	108
erste Schlickerkomponente	110
erste Materialkomponente	110
zweite Schlickerkomponente	112
zweite Materialkomponente	112
Mischeinrichtung	114
Einlass	116
Auslass	118
Vorrichtung zum Formen des Objekts	200
Gussform	202
Objektverteilausnehmung	204
Prüfabschnittverteilausnehmung	220
Einlass	222
Auslass	224
Vorrichtung zum Formen eines Objekts	300
Gussform	302
Objektverteilausnehmung	304
statischer Mischer	314
Einlass	316
Prüfabschnittverteilausnehmung	320
Verfahren zum Formen einer festen Keramik	400
Block	402
Block	404
Block	406
Block	408

Claims

Verfahren zum Kombinieren von Schlickerkomponenten zum Formen eines festen Objekts, wobei das Verfahren umfasst: Kombinieren einer ersten Schlickerkomponente (110) mit einer zweiten Schlickerkomponente, um einen homogenisierten Schlicker zu bilden, wobei die erste Schlickerkomponente (110) aufweist: einen Katalysator und einen Vinylbinder, und wobei die zweite Schlickerkomponente (112) aufweist: einen Siloxanbinder, und wobei wenigstens eine von der ersten Schlickerkomponente (110) und der zweiten Schlickerkomponente (112) ein Partikelgemisch aufweist; Einbringen des homogenisierten Schlickers in eine Gussform (102, 202, 302); und Aushärten des homogenisierten Schlickers in der Gussform (102, 202, 302), um das feste Objekt zu formen.
Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend das Speichern der ersten Schlickerkomponente (110) bei ungefähr Raumtemperatur in einem ersten Behälter (106) und Speichern der zweiten Schlickerkomponente (112) bei ungefähr Raumtemperatur in einem zweiten Behälter (108).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Schlickerkomponente (110) und die zweite Schlickerkomponente (112) bei ungefähr Raumtemperatur vor dem Schritt des Kombinierens fluidisch und stabil sind.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Kombinierens und der Schritt des Aushärtens zwischen ungefähr Raumtemperatur und ungefähr 60°C stattfinden.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Kombinierens das Mischen der ersten Schlickerkomponente (110) mit der zweiten Schlickerkomponente (112) bei einem volumetrischen Verhältnis im Bereich von 1:1 zu 1:10 umfasst.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Kombinierens das Mischen der ersten Schlickerkomponente (110) mit der zweiten Schlickerkomponente (112) bei einem volumetrischen Verhältnis von 11:14 umfasst.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Partikelgemisch ein Keramikgemisch enthält und/oder wobei die erste Schlickerkomponente (110) einen ersten Teil des Keramikgemischs aufweist und die zweite Schlickerkomponente (112) einen zweiten Anteil des Keramikgemischs aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Schlickerkomponente (110) ungefähr 16 Gew.% Vinylbinder, ungefähr 84 Gew.% ersten Anteils des Keramikgemischs und ungefähr 0,0018 Gew.% Katalysator aufweist; und wobei die zweite Schlickerkomponente (112) ungefähr 16 Gew.% Siloxanbinder und ungefähr 84 Gew.% zweiten Anteils des Keramikgemischs aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei wenigstens eine von der ersten Schlickerkomponente (110) und der zweiten Schlickerkomponente (112) zwischen 30 Gew.% und 95 Gew.% Keramikgemisch aufweist.
Festes Objekt, das unter Verwendung eines schlickerbasierten Gießverfahrens geformt wurde, wobei das feste Objekt aufweist: wenigstens einen Abschnitt, der geformt wurde durch: Kombinieren einer ersten Schlickerkomponente (110) mit einer zweiten Schlickerkomponente (112), um einen homogenisierten Schlicker zu bilden, wobei die erste Schlickerkomponente (110) aufweist: einen Katalysator, einen Vinylbinder, und wobei die zweite Schlickerkomponente (112) aufweist: einen Siloxanbinder, und wobei wenigstens eine von der ersten Schlickerkomponente (110) und der zweiten Schlickerkomponente (112) ein Partikelgemisch aufweist; Einbringen des homogenisierten Schlickers in eine Gussform (102, 202, 302); und Aushärten des homogenisierten Schlickers in der Gussform (102, 202, 302), um das feste Objekt zu formen.