DE102017207764A1 - Method and device for producing a three-dimensional composite structure according to a printing method - Google Patents
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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
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
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.
- 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
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 bis4 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 und6 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.
-
1 to4 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 and6 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
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das pulverförmige und/oder körnige Material
Außerhalb des Gehäuses
Darüber hinaus verfügt die Vorrichtung über eine Mikrowellenvorrichtung
Wie den
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer insbesondere in
Variante 1 (Fig. 1 bis 4):Variant 1 (FIGS. 1 to 4):
Danach wird gemäß einem ersten vorteilhaften Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Verbundstruktur
Im Anschluss daran wird gemäß
Wie bereits oben beschrieben, ist mit der zweiten Einrichtung
Ist dieser Zustand erreicht, wird die erste, selektiv mit Bindemittel
Hieran schließen sich dann weitere gleichartige Verfahrensschritte zur schichtweisen Darstellung der gewünschten Gestalt der herzustellenden Verbundstruktur
Variante 2 (Fig. 5 und 6):Variant 2 (Figures 5 and 6):
Die in den
Ist, wie in
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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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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