DE102017207764A1 - Method and device for producing a three-dimensional composite structure according to a printing method - Google Patents

Method and device for producing a three-dimensional composite structure according to a printing method Download PDF

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Yasin-Safa Barut
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Abstract

Vorgeschlagen wird u.a. ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur (1) nach einem Druckverfahren, mit folgenden Schritten,a) Auftragen einer ersten Schicht (10) aus pulverförmigem und/oder körnigem Material (6) auf eine vertikal verstellbare Aufbauplattform (4),b) selektives Tränken der ersten Schicht (10) mit einem Bindemittel (11) entsprechend der Gestalt der herzustellenden Verbundstruktur (1), undc) schichtweises Auftragen zumindest einer weiteren Schicht (10) aus pulverförmigem und/oder körnigem Material (6), wobei eine jede weitere Schicht (10) entsprechend der Gestalt der herzustellenden Verbundstruktur (1) selektiv mit besagtem Bindemittel (11) getränkt und die Aufbauplattform (4) um die jeweilige Schichtdicke abgesenkt wird, wobei entwederd1) eine jede selektiv mit Bindemittel (11) getränkte Schicht (10) aus pulverförmigem und/oder körnigem Material (6) oderd2) ein aus zwei oder mehr selektiv mit Bindemittel (11) getränkten Schichten (10) aus pulverförmigem und/oder körnigem Material (6) bestehender Schichtaufbau (20) infolge Wärmeeintrag selektiv verfestigt wird, und wobei siche) der Wärmeeintrag durch Bestrahlung mit hochenergetischen Mikrowellen (19) ergibt und die Aufbauplattform (4) als Mikrowellenantenne (13) zumindest einer Mikrowellenvorrichtung (12) verwendet wird.Suggested is u.a. a method for producing a three-dimensional composite structure (1) according to a printing method, comprising the following steps: a) applying a first layer (10) of pulverulent and / or granular material (6) to a vertically adjustable build-up platform (4), b) selective impregnation the first layer (10) with a binder (11) corresponding to the shape of the composite structure (1) to be produced, and c) layered application of at least one further layer (10) of pulverulent and / or granular material (6), wherein each further layer (10) 10) is impregnated selectively with said binder (11) in accordance with the shape of the composite structure (1) to be produced, and the build platform (4) is lowered by the respective layer thickness, either (d) each selectively impregnated with binder (11) layer (10) of powdered and / or granular material (6) or d2) a layer (10) of pulverulent and / or of two or more selectively impregnated with binder (11) the granular material (6) of existing layer structure (20) is selectively solidified due to heat input, and where e) the heat input by irradiation with high-energy microwaves (19) results and uses the building platform (4) as a microwave antenna (13) at least one microwave device (12) becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur nach einem Druckverfahren gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs 6 der Erfindung betrifft dieselbe ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des besagten Herstellungsverfahrens.The invention relates to a method for producing a three-dimensional composite structure according to a printing method according to the combination of features of claim 1 of the invention. According to the combination of features of claim 6 of the invention further relates to an apparatus for performing said manufacturing method.

Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur nach einem Druckverfahren mittels sogenannter 3D-Drucker sind seit geraumer Zeit in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. So beschreibt die CN 203282709 U einen 3D-Drucker des sogenannten Typs Schmelzabscheidung, bei dem computergestützt nach einem sogenannten FDM-Verfahren (FDM = Fused Deposition Modeling) Schicht für Schicht schmelzfähiger Kunststoff auf eine Oberfläche aufgebracht und mittels einer Heizeinrichtung geschmolzen wird. Die Heizvorrichtung kann durch eine infrarot-, laser- und/oder mikrowellenbasierte Heizvorrichtung gebildet sein. Die US 2015/0054204 A1 beschreibt ein System zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels eines 3D-Druckers nach besagtem FDM-Verfahren (FDM = Fused Deposition Modeling), welcher mehrere Druckköpfe zur Abscheidung von beispielsweise zwei oder mehr verschiedenen Materialien, wie Metall und/oder Keramik, in Pulverform aufweist. Der 3D-Drucker weist darüber hinaus eine Hochleistungs-Mikrowellen-Quelle mit einer Strahlungsformungseinheit auf, die oberhalb eines zu erhitzenden Werkstücks angeordnet ist. Sobald das besagte Material auf dem Werkstück abgeschieden ist, wird die Strahlungsformungseinheit mittels einer Steuereinheit derart gesteuert, dass das abgeschiedene Material erwärmt und mit dem Werkstück verschmolzen wird. Die US 2016/0096327 A1 beschreibt einen 3D-Druck nach besagtem FDM-Verfahren (FDM = Fused Deposition Modeling), bei dem auf einer höhenverstellbaren Bauplatte einer isolierten Baukammer Schicht für Schicht thermisch verfestigbare Materialien, wie Polymere und Hochtemperatur-Thermoplaste abgeschieden werden. Hierzu ist zumindest eine erste Heizvorrichtung, beispielsweise in Form von Heizschlangen nahe des Druckkopfes und nahe einer oberen Wand der Baukammer angeordnet, welche die Luft innerhalb der Kammer durch Wärmestrahlung und Konvektion erwärmt. Um ein Verziehen des zu bildenden dreidimensionalen Körpers durch undefinierte Abkühlung desselben zu vermeiden, ist eine zweite Heizvorrichtung vorgesehen, die die Bauplatte erwärmt. Die US 2016/0297142 A1 beschreibt ein 3D-Druckverfahren, bei dem eine oder mehrere Tinten, wie eine Thermopolymer-Tinte, eine Nano-Füllstoff-Tinte und eine Thermopolymer / Nano-Füllstoff-Tinte hergestellt werden, ein Objekt durch Abscheiden von abwechselnden Schichten besagter Tinten gedruckt und die Schichten einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt werden, wodurch das Thermopolymer schmilzt. Der Aufbau des dreidimensionalen Objektes erfolgt auf einer höhenverstellbaren Bauplattform. Die DE 102 35 434 A1 beschreibt einen 3D-Druck nach besagtem FDM-Verfahren (FDM = Fused Deposition Modeling), bei dem mittels eines pulverförmigen Aufbaumaterials und eines Klebers ein dreidimensionales Objekt schichtweise hergestellt wird, indem Schichten des Aufbaumaterials an den Querschnitt des Objekts entsprechenden Stellen miteinander verbunden werden. Darüber hinaus wird mit dieser Druckschrift ein Schichtaufbau auf einer höhenverstellbaren Bauplattform beschrieben, wobei der Materialauftrag selektiv mittels eines Lasers verfestigt wird, indem das Pulver gesintert wird. Alternativ oder in Kombination mit dem vorbeschriebenen Verfahren, kann beispielsweise auch eine Einrichtung zum Verfestigen des Pulvers mittels eines Klebstoffs vorgesehen sein.Methods and devices for producing a three-dimensional composite structure according to a printing method by means of so-called 3D printers have been known for quite some time in various embodiments. That's how it describes CN 203282709 U a 3D printer of the so-called type melt deposition, in which computer-supported by a so-called FDM (FDM = Fused Deposition Modeling) layer by layer meltable plastic is applied to a surface and melted by a heater. The heating device may be formed by an infrared, laser and / or microwave-based heating device. The US 2015/0054204 A1 describes a system for producing a three-dimensional object by means of a 3D printer according to said FDM (Fused Deposition Modeling) method, which has a plurality of print heads for depositing, for example, two or more different materials, such as metal and / or ceramic, in powder form. The 3D printer further includes a high power microwave source having a radiation shaping unit disposed above a workpiece to be heated. Once the said material is deposited on the workpiece, the radiation shaping unit is controlled by means of a control unit such that the deposited material is heated and fused to the workpiece. The US 2016/0096327 A1 describes a 3D printing according to said FDM (FDM = Fused Deposition Modeling) method in which heat-settable materials such as polymers and high-temperature thermoplastics are deposited layer by layer on a height-adjustable structural panel of an insulated building chamber. For this purpose, at least a first heating device, for example in the form of heating coils near the print head and near an upper wall of the building chamber is arranged, which heats the air within the chamber by heat radiation and convection. In order to avoid distortion of the three-dimensional body to be formed by undefined cooling thereof, a second heating device is provided which heats the building board. The US 2016/0297142 A1 describes a 3D printing process in which one or more inks such as a thermopolymer ink, a nano-filler ink, and a thermopolymer / nano-filler ink are prepared, an object printed by depositing alternating layers of said inks, and the layers be exposed to microwave radiation, whereby the thermopolymer melts. The construction of the three-dimensional object takes place on a height-adjustable construction platform. The DE 102 35 434 A1 describes a 3D printing according to said FDM (Fused Deposition Modeling) method, in which a three-dimensional object is produced in layers by means of a powdered building material and an adhesive, by connecting layers of the building material to places corresponding to the cross section of the object. In addition, this document describes a layer structure on a height-adjustable construction platform, wherein the material application is selectively solidified by means of a laser by the powder is sintered. Alternatively or in combination with the method described above, for example, a device for solidifying the powder by means of an adhesive may be provided.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein im Hinblick auf den Stand der Technik alternatives Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur nach einem Druckverfahren anzugeben, welches aufwandsreduziert ist und einen erhöhten Produktionsumsatz ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to provide a process, which is alternative with respect to the prior art, for producing a three-dimensional composite structure according to a printing process, which is labor-intensive and permits an increased production turnover. It is another object of the invention to provide a suitable device for carrying out the method according to the invention.

Das Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur nach einem Druckverfahren, zeichnet sich demnach durch folgende Schritte aus:

  • a) Auftragen einer ersten Schicht aus pulverförmigem und/oder körnigem Material auf eine vertikal verstellbare Aufbauplattform,
  • b) selektives Tränken der ersten Schicht mit einem Bindemittel entsprechend der Gestalt der herzustellenden Verbundstruktur, und
  • c) schichtweises Auftragen zumindest einer weiteren Schicht aus pulverförmigem und/oder körnigem Material, wobei eine jede weitere Schicht entsprechend der Gestalt der herzustellenden Verbundstruktur selektiv mit besagtem Bindemittel getränkt und die Aufbauplattform um die jeweilige Schichtdicke abgesenkt wird, wobei entweder
  • d1) eine jede selektiv mit Bindemittel getränkte Schicht aus pulverförmigem und/oder körnigem Material oder
  • d2) ein aus zwei oder mehr selektiv mit Bindemittel getränkten Schichten aus pulverförmigem und/oder körnigem Material bestehender Schichtaufbau infolge Wärmeeintrag selektiv verfestigt wird, und wobei sich
  • e) der Wärmeeintrag durch Bestrahlung mit hochenergetischen Mikrowellen ergibt und die Aufbauplattform als Mikrowellenantenne zumindest einer Mikrowellenvorrichtung verwendet wird.
The process for producing a three-dimensional composite structure according to a printing process is thus characterized by the following steps:
  • a) applying a first layer of powdery and / or granular material to a vertically adjustable build-up platform,
  • b) selectively impregnating the first layer with a binder according to the shape of the composite structure to be produced, and
  • c) layer-by-layer application of at least one further layer of pulverulent and / or granular material, wherein each further layer is selectively impregnated with said binder according to the shape of the composite structure to be produced and the construction platform is lowered by the respective layer thickness, either
  • d1) any layer of pulverulent and / or granular material which is selectively impregnated with binder or
  • d2) a layer structure consisting of two or more layers of pulverulent and / or granular material selectively impregnated with binder is selectively solidified as a result of heat input, and wherein
  • e) results in the heat input by irradiation with high-energy microwaves and the build platform is used as a microwave antenna at least one microwave device.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur nach einem Druckverfahren vorgeschlagen, welches bei minimiertem Aufwand einen erhöhten Produktionsumsatz ermöglicht.It is proposed a method for producing a three-dimensional composite structure according to a printing method, which allows an increased production turnover with minimal effort.

Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims describe preferred developments or refinements of the invention.

Danach wird vorteilhaft als pulverförmiges und/oder körniges Material ein Mineralsand, insbesondere Quarz- und/oder Korund-Sand, verwendet, welcher äußerst kostengünstig und leicht verarbeitbar ist. Als Bindemittel kommt bevorzugt ein wasser- oder lösungsmittelbasiertes Bindemittel, insbesondere ein anorganisches Bindemitte zur Anwendung, woraus ebenfalls minimierte Kosten resultieren. Wie die Erfindung weiter vorsieht, erfolgt der Aufbau der einzelnen, mit einem Bindemittel getränkten Schichten zur Herstellung der Verbundstruktur bevorzugt in einem zumindest auftragseitig der Aufbauplattform offen ausgebildeten sowie metallisch abgeschirmten Gehäuse, wobei das Gehäuse im Hinblick auf den Schritt e) erst während des Wärmeeintrags durch Bestrahlung mit hochenergetischen Mikrowellen zur metallischen Abschirmung verschlossen wird. Hierdurch ist der Fertigungsaufwand besonders vereinfacht, da die Mittel zum Auftragen des pulverförmigen und/oder körnigen Materials und zum selektiven Tränken desselben außerhalb des Gehäuses anordenbar sind. Besonders vorteilhaft ist das vorstehende Verfahren zur Herstellung eines Sandkerns, insbesondere verlorenen Sandkerns, für Gießereizwecke einsetzbar.Thereafter, a mineral sand, in particular quartz and / or corundum sand, is advantageously used as a powdery and / or granular material, which is extremely inexpensive and easy to process. The binder used is preferably a water-based or solvent-based binder, in particular an inorganic binder, which also results in minimized costs. As the invention further provides, the structure of the individual, impregnated with a binder layers for producing the composite structure is preferably carried out in an at least on the order side of the build platform open and metallic shielded housing, the housing with respect to the step e) only during the heat input through Irradiation with high-energy microwaves is closed for metallic shielding. As a result, the production cost is particularly simplified since the means for applying the powdery and / or granular material and for the selective soaking thereof can be arranged outside of the housing. Particularly advantageous is the above method for producing a sand core, in particular lost sand core, used for foundry purposes.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein metallisch abgeschirmtes Gehäuse vorgesehen ist, in welchem eine vertikal verstellbare Aufbauplattform für schichtweise auf dieselbe aufzutragendes pulverförmiges und/oder körniges Material angeordnet ist, wobei zumindest eine außerhalb des Gehäuses angeordnete, jedoch über die Aufbauplattform translatorisch und parallel zu derselben verstellbare erste Einrichtung zum schichtweisen Auftragen des besagten pulverförmigen und/oder körnigen Materials, zumindest eine außerhalb des Gehäuses angeordnete, jedoch über die Aufbauplattform translatorisch und parallel zu derselben verstellbare zweite Einrichtung zum selektiven Tränken einer jeden aufgetragenen Schicht pulverförmigen und/oder körnigen Materials mit einem wasser- oder lösungsmittelbasierten Bindemittel, und zumindest eine Mikrowellenvorrichtung zum Trocknen der selektiv getränkten Schichten pulverförmigen und/oder körnigen Materials, welche Mikrowellenvorrichtung eine Mikrowellenantenne aufweist, die durch die Aufbauplattform gebildet ist, vorgesehen sind. Hierdurch ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur nach einem Druckverfahren vorgeschlagen, welche bei minimiertem Aufwand einen erhöhten Produktionsumsatz ermöglicht.The device for carrying out the method is characterized in that a metal-shielded housing is provided in which a vertically adjustable build platform for layered on the same applied powdery and / or granular material is arranged, wherein at least one arranged outside of the housing, but on the Build-up platform translationally and parallel to the same adjustable first means for applying coating of said powdery and / or granular material, at least one disposed outside the housing, but on the build platform translationally and parallel to the second adjustable means for selectively soaking each applied layer powdery and / or granular material with a water- or solvent-based binder, and at least one microwave device for drying the selectively soaked layers of powdery and / or granular Materia 1, which microwave device has a microwave antenna formed by the build platform. As a result, an apparatus for producing a three-dimensional composite structure according to a printing method is proposed, which allows an increased production turnover with minimal effort.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die zumindest eine verstellbare zweite Einrichtung wenigstens ein Abdeckelement zum Schließen des metallisch abgeschirmten Gehäuses auf, wodurch die Umgebung des Gehäuses vor nachteiliger Strahlenbelastung geschützt ist. Darüber hinaus ist durch diese Maßnahme eine optimale Wärmeverteilung und Trocknung der mit Bindemittel getränkten Schichten oder des getränkten Schichtaufbaus gewährleistet. Bevorzugt ist dabei das wenigstens eine Abdeckelement derart mit der zumindest einen verstellbaren zweiten Einrichtung verbunden, dass in einer dem Tränken zumindest einer letzten aufgetragenen Schicht pulverförmigen und/oder körnigen Materials mit dem Bindemittel folgenden Betriebsstellung der zweiten Einrichtung das Gehäuse mittels des wenigstens einen Abdeckelements verschlossen ist.According to an advantageous development of the device according to the invention, the at least one adjustable second device has at least one cover element for closing the metal-shielded housing, whereby the environment of the housing is protected against adverse radiation exposure. In addition, this measure ensures optimal heat distribution and drying of the layers impregnated with binder or of the impregnated layer structure. In this case, the at least one cover element is preferably connected to the at least one adjustable second device such that the housing is closed by means of the at least one cover element in an operating position of the second device following the impregnation of at least one last applied layer of pulverulent and / or granular material ,

Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:

  • 1 bis 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer äußerst schematischen Schnittdarstellung mit der Verdeutlichung einzelner Verfahrensschritte zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur nach einem Druckverfahren gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung,
  • 5 und 6 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer äußerst schematischen Schnittdarstellung mit der Verdeutlichung einzelner Verfahrensschritte zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur nach einem Druckverfahren gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung, und
  • 7 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer äußerst schematischen Schnittdarstellung mit der Illustration der nach den beiden Ausführungsvarianten hergestellten fertigen Verbundstruktur.
The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments schematically illustrated in the drawings. However, it is not limited to these, but covers all embodiments defined by the claims. Show it:
  • 1 to 4 the device according to the invention in an extremely schematic sectional view with the clarification of individual process steps for producing a three-dimensional composite structure according to a printing method according to a first advantageous embodiment of the invention,
  • 5 and 6 the device according to the invention in an extremely schematic sectional view with the explanation of individual process steps for producing a three-dimensional composite structure according to a printing method according to a second advantageous embodiment of the invention, and
  • 7 the apparatus of the invention in an extremely schematic sectional view with the illustration of the finished composite structure produced according to the two embodiments.

Gemäß den 1 bis 7 weist besagte Vorrichtung zur Herstellung der in 7 gezeigten fertigen Verbundstruktur 1 nach einem Druckverfahren respektive 3D-Druckverfahren einen Hubtisch 2 auf, welcher mittels eines Antriebs 3, insbesondere Elektroantriebs, vertikal bzw. höhenverstellbar ist. Auf dem Hubtisch 2 ist eine Aufbauplattform 4 angeordnet. Die Aufbauplattform 4 ist in einem metallisch abgeschirmten Gehäuse 5 der Vorrichtung vertikal verstellbar geführt. Aufbauseitig der Aufbauplattform 4, d.h., nach oben hin ist das Gehäuse 5 zunächst offen ausgebildet. Auf die Aufbauplattform 4 wird im Betrieb der Vorrichtung durch die Öffnung 5a des Gehäuses 5 hindurch ein pulverförmiges und/oder körniges Material 6 aufgetragen.According to the 1 to 7 has said device for producing the in 7 shown finished composite structure 1 after a printing process or 3D printing a lift table 2 on, which by means of a drive 3 , in particular electric drive, vertical or height-adjustable. On the lift table 2 is a building platform 4 arranged. The construction platform 4 is in a metallic shielded case 5 the device is guided vertically adjustable. Structural side of the construction platform 4 , ie, upwards is the case 5 initially open. On the construction platform 4 is in operation of the device through the opening 5a of the housing 5 through a powdery and / or granular material 6 applied.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das pulverförmige und/oder körnige Material 6 durch einen Mineralsand, insbesondere einen Quarz- und/oder Korund-Sand gebildet, woraus mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich beispielgebend ein Sandkern, insbesondere verlorener Sandkern, für Gießereizwecke hergestellt wird bzw. werden soll.According to this embodiment, the powdery and / or granular material 6 formed by a mineral sand, in particular a quartz and / or corundum sand, from which with the device according to the invention and the method according to the invention, by way of example only, a sand core, in particular a lost sand core, is or will be produced for foundry purposes.

Außerhalb des Gehäuses 5 sind Verschiebeführungen 7 für eine translatorisch und parallel zur und über die Aufbauplattform 4 verstellbare erste Einrichtung 8 zum schichtweisen Auftragen des besagten pulverförmigen und/oder körnigen Materials 6 auf die Aufbauplattform 4 sowie für eine ebenfalls translatorisch und parallel zur und über die Aufbauplattform 4 verstellbare zweite Einrichtung 9 zum selektiven Tränken einer jeden aufgetragenen Schicht 10 aus pulverförmigem und/oder körnigem Material 6 mit einem insbesondere anorganischen Bindemittel 11 vorgesehen. Das Bindemittel 11 ist ein bevorzugt wasser- oder lösungsmittelbasiertes Bindemittel 11 (??? - bitte ein Beispiel angeben). Aus dem selektiven Tränken der Schichten 10 pulverförmigen und/oder körnigen Materials 6 ergeben sich je Schicht 10 sozusagen bedruckte (getränkte) Schichtbereiche 10a und unbedruckte (ungetränkte) Schichtbereiche 10b.Outside the case 5 are shift guides 7 for a translational and parallel to and over the build platform 4 adjustable first device 8th for the layered application of said powdery and / or granular material 6 on the construction platform 4 as well as for translational and parallel to and over the build platform 4 adjustable second device 9 for selectively soaking each applied layer 10 made of powdery and / or granular material 6 with a particular inorganic binder 11 intended. The binder 11 is a preferred water or solvent based binder 11 (??? - please give an example). From the selective soaking of the layers 10 powdery and / or granular material 6 arise per shift 10 Printed (soaked) layer areas, so to speak 10a and unprinted (non-saturated) layer areas 10b ,

Darüber hinaus verfügt die Vorrichtung über eine Mikrowellenvorrichtung 12 zum Trocken der selektiv mit Bindemittel 11 getränkten Schichten 10 aus pulverförmigem und/oder körnigem Material 6. Die Mikrowellenvorrichtung 12 ist durch ein sogenanntes Magnetron gebildet, welche eine an sich bekannte und demnach nicht im Detail dargestellte Vakuum-Laufzeitröhre zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich umfasst. Die Mikrowellenvorrichtung 12 ist vorliegend ebenfalls auf dem Hubtisch 2, jedoch außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet und mit der bevorzugt metallenen Aufbauplattform 4 derart elektrisch verbunden, dass diese als Mikrowellenantenne 13 der Mikrowellenvorrichtung 12 fungiert.In addition, the device has a microwave device 12 to dry selectively with binder 11 soaked layers 10 made of powdery and / or granular material 6 , The microwave device 12 is formed by a so-called magnetron, which comprises a known per se and therefore not shown in detail vacuum runtime tube for generating electromagnetic radiation in the microwave range. The microwave device 12 is also present on the lift table 2 but outside the case 5 arranged and with the preferred metal build platform 4 electrically connected such that these as a microwave antenna 13 the microwave device 12 acts.

Wie den 1 bis 7 noch zu entnehmen ist, weist die verstellbare zweite Einrichtung 9 zum selektiven Tränken einer jeden aufgetragenen Schicht 10 aus pulverförmigem und/oder körnigem Material 6 ein Abdeckelement 14 zum Schließen des metallisch abgeschirmten Gehäuses 5 auf. Das Abdeckelement 14 ist derart mit der besagten zweiten Einrichtung 9 verbunden, dass in einer dem Tränken zumindest einer letzten aufgetragenen Schicht 10 aus pulverförmigem und/oder körnigem Material 6 mit dem Bindemittel 11 folgenden Betriebsstellung der zweiten Einrichtung 9 das Gehäuse 5 mittels des Abdeckelements 14 zumindest im Hinblick auf die Beschränkung der elektromagnetischen Strahlung auf das Innere des Gehäuses 5 verschlossen ist.Like that 1 to 7 can still be seen, has the adjustable second device 9 for selectively soaking each applied layer 10 made of powdery and / or granular material 6 a cover element 14 for closing the metal-shielded housing 5 on. The cover element 14 is so with the said second device 9 connected, that in a the impregnation of at least one last applied layer 10 made of powdery and / or granular material 6 with the binder 11 following operating position of the second device 9 the housing 5 by means of the cover element 14 at least with regard to the restriction of the electromagnetic radiation to the interior of the housing 5 is closed.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer insbesondere in 7 äußerst schematisch gezeigten fertigen Verbundstruktur 1 nach einem Druckverfahren anhand der vorbeschriebenen Vorrichtung erläutert.Hereinafter, the inventive method for producing a particular in 7 extremely schematically shown finished composite structure 1 explained by a printing method with reference to the device described above.

Variante 1 (Fig. 1 bis 4):Variant 1 (FIGS. 1 to 4):

Danach wird gemäß einem ersten vorteilhaften Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur 1 bzw. zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels der ersten Einrichtung 8 zum schichtweisen Auftragen pulverförmigen und/oder körnigen Materials 6 zunächst eine erste Schicht 10 aus besagtem Material 6, vorliegend beispielgebend Quarz- und/oder Korund-Sand als Formsand zur Herstellung eines verlorenen Sandkerns für Gießereizwecke, auf die um eine Schichtdicke nach unten verfahrene Aufbauplattform 4 aufgetragen. Gemäß 1 wird dazu die erste Einrichtung 8 von einer ersten Betriebsstellung 15 respektive Ausgangsstellung translatorisch und parallel zur und über die Aufbauplattform 4 hinweg in eine zweite Betriebsstellung 16 in Richtung der sich in ihrer ersten Betriebsstellung 17 respektive Ausgangsstellung befindlichen zweiten Einrichtung 9 zum selektiven Tränken der Schicht 10 mit Bindemittel 11 verfahren.Thereafter, according to a first advantageous method for producing a three-dimensional composite structure 1 or for operating the device according to the invention by means of the first device 8th for layered application of powdery and / or granular material 6 first a first shift 10 from said material 6 , Exemplary quartz and / or corundum sand as foundry sand for the production of a lost sand core for foundry purposes, on the built-up by a layer thickness down building platform 4 applied. According to 1 becomes the first institution 8th from a first operating position 15 respectively initial position translational and parallel to and over the build platform 4 in a second operating position 16 in the direction of getting in their first operating position 17 respectively starting position located second device 9 to selectively soak the layer 10 with binder 11 method.

Im Anschluss daran wird gemäß 2 die erste Einrichtung 8 in ihre erste Betriebsstellung 15 zurückgefahren (vgl. gestrichelte Darstellung der ersten Einrichtung 8). Gleichzeitig mit dieser Maßnahme oder im Anschluss daran wird die zweite Einrichtung 9 ebenfalls translatorisch und parallel zur und über die mit der ersten Schicht 10 aus besagtem Material 6 beaufschlagte Aufbauplattform 4 hinweg geführt, wobei entsprechend der gewünschten Gestalt der herzustellenden Verbundstruktur 1 selektiv besagtes Bindemittel 11 auf die erste Schicht 10 aufgetragen und diese selektiv mit Bindemittel 11 getränkt wird (vgl. gestrichelte Darstellung der zweiten Einrichtung 9). Die zweite Einrichtung 9 erreicht eine zweite Betriebsstellung 18 neben der in ihrer ersten Betriebsstellung 15 befindlichen ersten Einrichtung 8 (vgl. 3).After that, according to 2 the first device 8th in her first operating position 15 reduced (see dashed line of the first device 8th ). Simultaneously with this action or following it becomes the second facility 9 also translational and parallel to and over with the first layer 10 from said material 6 acted upon construction platform 4 led away, according to the desired shape of the composite structure to be produced 1 selectively said binder 11 on the first layer 10 applied and these selectively with binder 11 is drowned (see dashed line of the second device 9 ). The second device 9 reaches a second operating position 18 next to in their first operating position 15 located first device 8th (see. 3 ).

Wie bereits oben beschrieben, ist mit der zweiten Einrichtung 9 ein Abdeckelement 14 zum Schließen des metallisch abgeschirmten Gehäuses 5 derart verbunden, dass in der dem Tränken der aufgetragenen Schicht 10 aus pulverförmigem und/oder körnigem Material 6 mit dem Bindemittel 11 folgenden zweiten Betriebsstellung 18 der zweiten Einrichtung 9 das Gehäuse 5 mittels des Abdeckelements 14 verschlossen ist.As already described above, with the second device 9 a cover element 14 to the Closing the metallic shielded housing 5 connected so that in the impregnation of the applied layer 10 made of powdery and / or granular material 6 with the binder 11 following second operating position 18 the second device 9 the housing 5 by means of the cover element 14 is closed.

Ist dieser Zustand erreicht, wird die erste, selektiv mit Bindemittel 11 getränkte Schicht 10 pulverförmigen und/oder körnigen Materials 6 bzw. der sozusagen bedruckte Schichtbereich 10a der Schicht 10 durch Wärmeeintrag selektiv verfestigt. Der Wärmeeintrag ergibt sich infolge Bestrahlung mit hochenergetischen Mikrowellen 19 der oben bereits beschriebenen Mikrowellenvorrichtung 12, wobei die metallene Aufbauplattform 4 als Mikrowellenantenne 13 fungiert (vgl. 3). Anschließend wird die zweite Einrichtung 9 samt Abdeckelement 14 wieder in ihre erste Betriebsstellung 17 respektive Ausgangsstellung zurückgeführt und demnach das Gehäuse 5 wieder geöffnet (vgl. 4).When this condition is reached, the first becomes selective with binder 11 soaked layer 10 powdery and / or granular material 6 or the printed layer area, so to speak 10a the layer 10 solidified by heat input selectively. The heat input results from irradiation with high-energy microwaves 19 the microwave device already described above 12 , wherein the metal building platform 4 as a microwave antenna 13 acts (cf. 3 ). Subsequently, the second device 9 including cover element 14 back to her first operational position 17 respectively initial position returned and therefore the housing 5 reopened (cf. 4 ).

Hieran schließen sich dann weitere gleichartige Verfahrensschritte zur schichtweisen Darstellung der gewünschten Gestalt der herzustellenden Verbundstruktur 1 an, wobei die Aufbauplattform 4 schichtweise noch unten verfahren wird. Im Ergebnis ergibt sich eine fertige, verfestigte Verbundstruktur 1, wie sie in 7 gezeigt ist.This is followed by other similar process steps for the layered representation of the desired shape of the composite structure to be produced 1 on, with the build platform 4 layer by layer is still moved down. The result is a finished, consolidated composite structure 1 as they are in 7 is shown.

Variante 2 (Fig. 5 und 6):Variant 2 (Figures 5 and 6):

Die in den 5 und 6 dargestellte zweite Variante des Verfahrens zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur 1 bzw. zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterscheidet sich zur vorbeschriebenen ersten Variante im Wesentlichen dadurch, dass zunächst ein vollständiger Schichtaufbau 20 aus zwei oder mehr selektiv mit Bindemittel 11 getränkten Schichten 10 pulverförmigen und/oder körnigen Materials 6 erstellt wird, indem wie vorstehend beschrieben die erste und zweite Einrichtung 8, 9 bei entsprechender Materialabgabe translatorisch und parallel zur und über die Aufbauplattform 4 hinweg geführt werden und somit sozusagen bedruckte und unbedruckte Schichtbereiche 10a, 10b je Schicht 10 geschaffen werden.The in the 5 and 6 illustrated second variant of the method for producing a three-dimensional composite structure 1 or for operating the device according to the invention differs from the previously described first variant essentially in that initially a complete layer structure 20 of two or more selectively with binder 11 soaked layers 10 powdery and / or granular material 6 is created by the first and second means as described above 8th . 9 with appropriate material delivery translational and parallel to and over the build platform 4 be guided away and thus, so to speak, printed and unprinted layer areas 10a . 10b each shift 10 be created.

Ist, wie in 5 gezeigt, der Schichtaufbau 20 abgeschlossen und befindet sich die zweite Einrichtung 9 zum selektiven Tränken der letzten Schicht 10 pulverförmigen und/oder körnigen Materials 6 mit Bindemittel 11 in ihrer zweiten Betriebsstellung 18, in welcher das Gehäuse 5 mittels des Abdeckelements 14 verschlossen ist, wird der gesamte Schichtaufbau 20 selektiv verfestigt. Auch hier ergibt sich der Wärmeeintrag durch Bestrahlung mit hochenergetischen Mikrowellen 19 der oben bereits beschriebenen Mikrowellenvorrichtung 12, wobei die metallene Aufbauplattform 4 als Mikrowellenantenne 13 fungiert (vgl. 6). Im Ergebnis ergibt sich eine fertige, verfestigte Verbundstruktur 1, wie sie in 7 gezeigt ist.Is, as in 5 shown, the layer structure 20 completed and is the second facility 9 to selectively soak the last layer 10 powdery and / or granular material 6 with binder 11 in their second operating position 18 in which the housing 5 by means of the cover element 14 is closed, the entire layer structure 20 selectively solidified. Again, the heat input results from irradiation with high-energy microwaves 19 the microwave device already described above 12 , wherein the metal building platform 4 as a microwave antenna 13 acts (cf. 6 ). The result is a finished, consolidated composite structure 1 as they are in 7 is shown.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verbundstrukturcomposite structure
22
HubtischLift table
33
Antriebdrive
44
Aufbauplattformbuild platform
55
Gehäusecasing
5a5a
Öffnungopening
66
Materialmaterial
77
Verschiebeführungdisplacement guide
88th
erste Einrichtungfirst device
99
zweite Einrichtungsecond device
1010
Schicht (Material 6)Layer (material 6)
10a10a
bedruckter Schichtbereichprinted layer area
10b10b
unbedruckter Schichtbereichunprinted layer area
1111
Bindemittelbinder
1212
Mikrowellenvorrichtungmicrowave device
1313
Mikrowellenantennemicrowave antenna
1414
Abdeckelementcover
1515
erste Betriebsstellung (erste Einrichtung 8)first operating position (first device 8)
1616
zweite Betriebsstellung (erste Einrichtung 8)second operating position (first device 8)
1717
erste Betriebsstellung (zweite Einrichtung 9)first operating position (second device 9)
1818
zweite Betriebsstellung (zweite Einrichtung 9)second operating position (second device 9)
1919
Mikrowellemicrowave
2020
Schichtaufbaulayer structure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 10235434 A1 [0002]DE 10235434 A1 [0002]

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur (1) nach einem Druckverfahren, mit folgenden Schritten, a) Auftragen einer ersten Schicht (10) aus pulverförmigem und/oder körnigem Material (6) auf eine vertikal verstellbare Aufbauplattform (4), b) selektives Tränken der ersten Schicht (10) mit einem Bindemittel (11) entsprechend der Gestalt der herzustellenden Verbundstruktur (1), und c) schichtweises Auftragen zumindest einer weiteren Schicht (10) aus pulverförmigem und/oder körnigem Material (6), wobei eine jede weitere Schicht (10) entsprechend der Gestalt der herzustellenden Verbundstruktur (1) selektiv mit besagtem Bindemittel (11) getränkt und die Aufbauplattform (4) um die jeweilige Schichtdicke abgesenkt wird, wobei entweder d1) eine jede selektiv mit Bindemittel (11) getränkte Schicht (10) aus pulverförmigem und/oder körnigem Material (6) oder d2) ein aus zwei oder mehr selektiv mit Bindemittel (11) getränkten Schichten (10) aus pulverförmigem und/oder körnigem Material (6) bestehender Schichtaufbau (20) infolge Wärmeeintrag selektiv verfestigt wird, und wobei sich e) der Wärmeeintrag durch Bestrahlung mit hochenergetischen Mikrowellen (19) ergibt und die Aufbauplattform (4) als Mikrowellenantenne (13) zumindest einer Mikrowellenvorrichtung (12) verwendet wird.Method for producing a three-dimensional composite structure (1) according to a printing method, comprising the following steps, a) applying a first layer (10) of pulverulent and / or granular material (6) to a vertically adjustable build-up platform (4), b) selectively impregnating the first layer (10) with a binder (11) according to the shape of the composite structure (1) to be produced, and c) layer-by-layer application of at least one further layer (10) of powdery and / or granular material (6), wherein each further layer (10) according to the shape of the composite structure (1) selectively impregnated with said binder (11) and the build platform (4) is lowered by the respective layer thickness, either d1) a layer (10) of pulverulent and / or granular material (6) or each selectively impregnated with binder (11) or d2) a layer structure (20) consisting of two or more layers (10), which have been selectively impregnated with binder (11), of pulverulent and / or granular material (6) is selectively solidified as a result of heat input, and wherein e) the heat input by irradiation with high-energy microwaves (19) results and the building platform (4) as a microwave antenna (13) at least one microwave device (12) is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als pulverförmiges und/oder körniges Material (6) ein Mineralsand, insbesondere Quarz- und/oder Korund-Sand, verwendet wird.Method according to Claim 1 , characterized in that a mineral sand, in particular quartz and / or corundum sand, is used as the powdery and / or granular material (6). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel (11) ein wasser- oder lösungsmittelbasiertes Bindemittel (11), insbesondere anorganisches Bindemittel (11), verwendet wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the binder (11) is a water- or solvent-based binder (11), in particular inorganic binder (11), is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau der einzelnen, mit einem Bindemittel (11) getränkten Schichten (10) zur Herstellung der Verbundstruktur (1) in einem zumindest auftragseitig der Aufbauplattform (4) offen ausgebildeten sowie metallisch abgeschirmten Gehäuse (5) erfolgt, wobei das Gehäuse (5) im Hinblick auf den Schritt e) während des Wärmeeintrags (19) durch Bestrahlung mit hochenergetischen Mikrowellen zur metallischen Abschirmung verschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the structure of the individual, with a binder (11) impregnated layers (10) for producing the composite structure (1) in an at least on the order side of the building platform (4) open and metallic shielded housing ( 5), wherein the housing (5) with respect to the step e) during the heat input (19) is closed by irradiation with high-energy microwaves for metallic shielding. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Sandkerns, insbesondere verlorenen Sandkerns, für Gießereizwecke.Method according to one of the preceding claims for producing a sand core, in particular lost sand core, for foundry purposes. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem metallisch abgeschirmten Gehäuse (5), in welchem eine vertikal verstellbare Aufbauplattform (4) für schichtweise auf dieselbe aufzutragendes pulverförmiges und/oder körniges Material (6) angeordnet ist, mit zumindest einer außerhalb des Gehäuses (5) angeordneten, jedoch über die Aufbauplattform (4) translatorisch und parallel zu derselben verstellbaren ersten Einrichtung (8) zum schichtweisen Auftragen des besagten pulverförmigen und/oder körnigen Materials (6), mit zumindest einer außerhalb des Gehäuses (5) angeordneten, jedoch über die Aufbauplattform (4) translatorisch und parallel zu derselben verstellbaren zweiten Einrichtung (9) zum selektiven Tränken einer jeden aufgetragenen Schicht (10) pulverförmigen und/oder körnigen Materials (6) mit einem wasser- oder lösungsmittelbasierten Bindemittel (11), und mit zumindest einer Mikrowellenvorrichtung (12) zum Trocknen der selektiv getränkten Schichten (10) pulverförmigen und/oder körnigen Materials (6), welche Mikrowellenvorrichtung (12) eine Mikrowellenantenne (13) aufweist, die durch die Aufbauplattform (4) gebildet ist.Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, with a metallic shielded housing (5) in which a vertically adjustable build-up platform (4) for layer by layer on the same applied powdery and / or granular material (6) is arranged, with at least one outside the housing (5) arranged, but on the build platform (4) translationally and in parallel to the first adjustable means (8) for coating application of said powdery and / or granular material (6), arranged with at least one outside of the housing (5) but translationally via the building platform (4) and parallel to the same adjustable second means (9) for selectively impregnating each applied layer (10) of powdered and / or granular material (6) with a water or solvent based binder (11), and with at least one microwave device (12) for drying the se selectively soaked layers (10) of powdery and / or granular material (6), said microwave device (12) comprising a microwave antenna (13) formed by the building platform (4). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine verstellbare zweite Einrichtung (9) wenigstens ein Abdeckelement (14) zum Schließen des metallisch abgeschirmten Gehäuses (5) aufweist.Device after Claim 6 , characterized in that the at least one adjustable second device (9) has at least one cover element (14) for closing the metal-shielded housing (5). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abdeckelement (14) derart mit der zumindest einen verstellbaren zweiten Einrichtung (9) verbunden ist, dass in einer dem Tränken zumindest einer letzten aufgetragenen Schicht (10) pulverförmigen und/oder körnigen Materials (6) mit dem Bindemittel (11) folgenden Betriebsstellung (18) der zweiten Einrichtung (9) das Gehäuse (5) mittels des wenigstens einen Abdeckelements (14) verschlossen ist.Device after Claim 7 , characterized in that the at least one cover element (14) is connected to the at least one adjustable second device (9) in such a way that at least one last applied layer (10) of powdered and / or granular material (6) is impregnated with the Binder (11) following operating position (18) of the second device (9) the housing (5) by means of the at least one cover member (14) is closed.
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