DE102017217842A1

DE102017217842A1 - Method for producing three-dimensional components, printing device for carrying out the method

Info

Publication number: DE102017217842A1
Application number: DE102017217842.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Findeisen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-10-07
Also published as: DE102017217842B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen (12), Druckvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Es ist vorgesehen, dass bei der Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen (12) mittels Schichtaufbautechnik eine gezielte Beeinflussung der Eigenschaften erreicht wird. Dies soll zudem mit einem kostengünstigen Verfahren erreicht werden. Dazu ist vorgesehen, die Menge an Binder beziehungsweise Bindemittel (26) lokal innerhalb einer zu bedruckenden Teilfläche zu variieren. Die Erfindung schließt zudem eine Druckvorrichtung zum Ausüben des Verfahrens ein.The invention relates to a method for producing three-dimensional components (12), printing device for carrying out the method. It is envisaged that in the production of three-dimensional components (12) by means of layer construction technique a targeted influencing of the properties is achieved. This should also be achieved with a low-cost method. For this purpose, it is provided to vary the amount of binder or binder (26) locally within a partial area to be printed. The invention also includes a printing device for practicing the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen mittels Schichtaufbautechnik sowie eine Druckvorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren sowie eine Druckvorrichtung zum Ausüben des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise dem Oberbegriff von Anspruch 9. Die Grundprinzipien dieses Fertigungsverfahrens beziehungsweise einer derartigen Druckvorrichtung sind zum Beispiel aus der DE 10 2016 223 732 A1 und der DE 10 2015 103 726 A1 bekannt.The invention relates to a method for the production of three-dimensional components by means of layer construction technique as well as a printing device for the practice of this method. In particular, the present invention relates to a method and a printing apparatus for practicing the method according to the preamble of claim 1 or the preamble of claim 9. The basic principles of this manufacturing method or such a printing device are, for example, from DE 10 2016 223 732 A1 and the DE 10 2015 103 726 A1 known.

Der 3D-Druck als Fertigungsverfahren etabliert sich zunehmend als ein Verfahren zur industriellen Fertigung von Bauteilen. Innerhalb dieser technischen Entwicklung werden Anlagetechnik, Prozessparameter und Werkstoffe sehr schnell weiterentwickelt. Beim 3D-Druckverfahren nach der Variante „Binder-Jeting“ wird lokal Binder mit Hilfe eines Druckkopfes auf ein Pulverbett aufgetragen. Dabei wird mittels der Druckköpfe bezogen auf eine Fläche eine konstante Menge an Binder aufgetragen. Folglich besitzen die gedruckten Bauteile, beispielsweise Sandkerne, über den Querschnitt konstante Eigenschaften.3D printing as a manufacturing process is increasingly establishing itself as a process for the industrial production of components. Within this technical development, plant technology, process parameters and materials are being developed very quickly. In the Binder-Jeting 3D printing process, local binder is applied to a powder bed using a print head. In this case, a constant amount of binder is applied by means of the print heads relative to a surface. Consequently, the printed components, for example sand cores, have constant properties over the cross section.

In der DE 10 2016 223 732 A1 wird unter anderem beschrieben, dass ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines Gießereisandkerns verwendet wird. Dabei wird in Schichten gedruckt, indem auf eine Schüttschicht bestehend aus einem Sandgemisch mit zusätzlichem Aerogel in relevanten Bereichen ein Bindemittel eingebracht wird. Insbesondere werden die Schichten also dadurch gebildet, dass in den geometrierelevanten Bereichen sowohl ein Aktivator als Bestandteil des Sandgemisches als auch ein aufzutragendes Bindemittel verwendet wird, um somit ein Gießereisandkern herzustellen. Eine Beeinflussung des zu fertigenden Produkts wird dabei durch Hinzufügen des Aerogels in das Sandgemisch erreicht. Letztendlich wird somit erreicht, dass der Gießereisandkern vorteilhaft in nachfolgenden Arbeitsverfahren einer Gießerei besser verarbeitet werden kann. Insbesondere können die Gussteile auf diese Weise leichter entkernt werden. Als nachteilig könnte bei dieser technischen Lösung angesehen werden, dass eine zusätzlich benötigte Komponente die Kosten des Herstellungsverfahrens ungewünscht erhöht und außerdem eine weitere mögliche Fehlerquelle in den Arbeitsschritten gesteuert werden muss. Auch können komplexere Bauteile mit einem entsprechend umfassenden Datensatz nur allgemein beeinflusst werden.In the DE 10 2016 223 732 A1 Among other things, it is described that such a method is used to produce a foundry sand core. It is printed in layers by a binder on a bulk layer consisting of a sand mixture with additional airgel in relevant areas is introduced. In particular, the layers are thus formed by using both an activator as constituent of the sand mixture and a binder to be applied in the regions relevant to geometry, in order to produce a foundry sand core. An influence of the product to be manufactured is achieved by adding the airgel in the sand mixture. Ultimately, it is thus achieved that the foundry sand core can be advantageously processed better in subsequent operations of a foundry. In particular, the castings can be easily gutted in this way. A disadvantage could be considered in this technical solution that an additional component required undesirable increases the cost of the manufacturing process and also another possible source of error must be controlled in the steps. Even more complex components with a correspondingly comprehensive data set can only be influenced in general terms.

Des Weiteren ist aus der DE 10 2015 103 726 A1 bekannt, 3D-Drucker mit einer zusätzlichen Reinigungsvorrichtung bereit zu stellen, um somit ein betriebssicheres Verfahren zu Gewähr leisten. Insbesondere sollen damit Verstopfungen des Ausgabematerials am Druckkopf zuverlässig verhindert werden. Insofern wird hier indirekt darauf verwiesen, dass eine gleichmäßige Ausgabe eines Bindemittels am Druckkopf wünschenswert ist. Der gewürdigte Stand der Technik in diesem Dokument unterscheidet dementsprechend in Bereiche mit nichtverfestigtem Partikelmaterial und in Teilbereiche, in welchen entsprechend nicht-verfestigtes Partikelmaterial verfestigt wird, um somit ein zu fertigendes Bauteil herzustellen. Allgemein wird dabei ein selektives Aufdrucken von Behandlungsmitteln genannt, welches wahlweise entsprechend den Vorgaben des Bauteils auf das nicht-verfestigte Partikelmaterial aufgedruckt wird. Dabei bezieht sich das selektive Aufdrucken vor allem auf die Tatsache, dass - im Gegensatz zu dem bedruckten Material - das restliche nicht-verfestigte Material nicht selektiert wird und somit als loses Material verbleibt. Mit anderen Worten bringt dieses Verfahren ein allgemein verfestigtes Bauteil hervor, welches von dem nicht-verfestigten Partikelmaterial gestützt und umgeben ist. Eine gezielte Differenzierung im Aufbau des zu fertigenden Bauteils ist nicht vorgesehen. Dadurch ist es bisher nicht möglich, die Eigenschaften des Bauteils, beispielsweise von Sandkernen, lokal differenziert zu beeinflussen.Furthermore, from the DE 10 2015 103 726 A1 It is known to provide 3D printers with an additional cleaning device in order to guarantee a reliable process. In particular, this should reliably prevent clogging of the output material on the print head. In this respect, it is indirectly referred to here that a uniform output of a binder on the printhead is desirable. Accordingly, the appreciated prior art in this document distinguishes between unconsolidated particulate matter regions and subregions in which non-solidified particulate matter is correspondingly solidified to produce a component to be manufactured. In general, a selective printing of treatment agents is mentioned, which is optionally printed on the non-solidified particulate material in accordance with the specifications of the component. In this case, the selective printing refers above all to the fact that - in contrast to the printed material - the remaining non-solidified material is not selected and thus remains as a loose material. In other words, this method produces a generally solidified component supported and surrounded by the non-solidified particulate material. A targeted differentiation in the structure of the component to be manufactured is not provided. As a result, it has hitherto not been possible to influence the properties of the component, for example of sand cores, locally differentiated.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und eine Druckvorrichtung zum Ausüben eines solchen Verfahrens bereit zu stellen, welches kostengünstig eine individuelle Beeinflussung des zu fertigenden Bauteils erlaubt.The invention is based on the object of providing a method for producing a component and a printing device for carrying out such a method, which allows cost-effective individual influencing of the component to be manufactured.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen mittels Schichtaufbautechnik bereit gestellt wird, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Pulverbettes umfassend ein Ausgangsmaterial, selektives Auftragen eines Bindemittels mittels eines Druckkopfs auf eine Teilfläche einer Schicht des Ausgangsmaterials, einen Ausrichtungsschritt zur Ausrichtung des Pulverbettes und des Druckkopfs zueinander, selektives Auftragen des Bindemittels mittels des Druckkopfes auf eine Teilfläche einer nächstfolgenden Schicht, Wiederholen der zuvor genannten Schritte bis das gewünschte Bauteil hergestellt ist, wobei die Menge des Bindemittels während des selektiven Auftragens auf eine Teilfläche lokal innerhalb dieser Teilfläche in zumindest einer Schicht variiert wird.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that a method for the production of three-dimensional components by layer construction technique is provided, comprising the following steps: Providing a powder bed comprising a starting material, selectively applying a binder by means of a print head on a partial surface of a layer of the starting material, an alignment step of aligning the powder bed and printhead with each other, selectively applying the binder by means of the printhead to a partial surface of a next successive layer, repeating the foregoing steps until the desired component is made, wherein the amount of binder is local during selective application to a partial surface within this subarea is varied in at least one layer.

Auf diese Weise ist es möglich, die lokalen Eigenschaften des Bauteils zu beeinflussen. Je nachdem, welche Eigenschaften des Bauteils benötigt werden, kann innerhalb der zu bedruckenden Fläche eine Schicht lokal gezielt beeinflusst werden. So kann eine erhöhte Festigkeit gezielt in zumindest einer Schicht dadurch erreicht werden, dass lokal eine größere Menge an Bindemittel aufgetragen wird. Durch die variable Abgabe an Bindemittel mittels eines Druckkopfs kann lokal die Festigkeit des Bauteils frei variiert werden, sodass eine gewünschte Eigenschaft des Bauteils gezielt erreicht wird. Es kann zum Beispiel auch auf dem Pulverbett ein „Graustufenbild“ aufgedruckt werden. Damit wird in den Bereichen mit einer 100% Schwarzfärbung 100% der Bindermenge aufgedruckt. In den Bereichen mit beispielsweise einer Graustufe von 50% wird 50% einer Standardbindermenge aufgetragen. Eine Standardbindermenge kann dabei so verstanden werden, dass typischerweise eine Bindermenge von 0,5-5%/Masse eingesetzt wird. Beispielsweise kann diese Bindermenge von 0,5-5%/Masse bei Sandkernen eingesetzt werden.In this way it is possible to influence the local properties of the component. Depending on which properties of the component are required, a layer can be locally targeted influenced within the area to be printed. Thus, an increased strength targeted in at least a layer can be achieved by applying a larger amount of binder locally. Due to the variable release of binder by means of a printhead, the strength of the component can be freely varied locally, so that a desired property of the component is achieved in a targeted manner. For example, a "grayscale image" can also be printed on the powder bed. This will print 100% of the binder amount in areas with 100% black. For example, in areas with a 50% gray scale, 50% of a standard binder amount is applied. A standard amount of binder can be understood to mean that typically a binder amount of 0.5-5% / mass is used. For example, this binder amount of 0.5-5% / mass can be used in sand cores.

Somit kann folglich Bindemittel bewusst eingespart werden, sodass eine einfache Kostenreduktion bei einer gleichzeitigen individuellen Beeinflussung des zu fertigenden Bauteils herbeigeführt werden kann. Durch das selektive Aufbauen des Bauteils, nicht nur bezogen auf die bedruckten und nicht bedruckten Flächen, sondern auch lokal innerhalb der zu bedruckenden Fläche, können die Eigenschaften des Bauteils lokal eingestellt werden. In allen Dimensionen des Bauteils kann somit lokal innerhalb des zu bedruckenden Anteils des Ausgangsmaterials eine vorbestimmte Eigenschaft erreicht werden. Beispielsweise können die Bauteile Sandkerne sein. Somit können Sandkerne mit lokalen Eigenschaften hergestellt werden. In besonders filigranen Bereichen, in denen eine besonders hohe Festigkeit notwendig ist, können somit besonders hohe Festigkeiten erreicht werden. In diesen Bereichen können sehr hohe Bindemittelmengen aufgetragen werden. Hingegen können die Bindemittelmengen in Bereichen mit sehr großen Wandstärken oder Volumenanhäufungen deutlich reduziert werden. Auf diese Weise kann Bindemittel, beziehungsweise allgemein gesprochen Binder, eingespart werden. Dies führt wiederum dazu, dass das Entkernen der Gussteile von den Sandkernen deutlich unterstützt wird, da der Sandkern beziehungsweise das Bauteil gezielt mit den dafür notwendigen Eigenschaften während seiner Herstellung versehen wird. Auch ist es möglich, die Hülle des Sandkerns mit einer höheren Festigkeit zu versehen. Damit wird es möglich den Kern des Sandkernes einfacher zu entfernen und somit die Entkernbarkeit deutlich zu verbessern. Im extremsten Fall wird im Sandkern kein Bindemittel beziehungsweise Binderanteil aufgetragen. Thus, therefore, binders can be deliberately saved, so that a simple cost reduction can be brought about with simultaneous individual influencing of the component to be manufactured. By selectively building the component, not only with respect to the printed and non-printed areas, but also locally within the area to be printed, the properties of the component can be adjusted locally. In all dimensions of the component, a predetermined property can thus be achieved locally within the portion of the starting material to be printed. For example, the components may be sand cores. Thus, sand cores can be produced with local properties. In particularly delicate areas, in which a particularly high strength is necessary, thus particularly high strengths can be achieved. In these areas, very high binder amounts can be applied. On the other hand, the amounts of binder in areas with very large wall thicknesses or volume accumulations can be significantly reduced. In this way, binders, or generally speaking binders, can be saved. This in turn means that the coring of the castings is clearly supported by the sand cores, since the sand core or the component is specifically provided with the necessary properties during its production. It is also possible to provide the shell of the sand core with a higher strength. This makes it possible to remove the core of the sand core easier and thus improve the Entkernbarkeit significantly. In the most extreme case, no binder or binder content is applied in the sand core.

Somit werden der Entkernungsprozess und auch der Aufbereitungsprozess deutlich verbessert. Mit anderen Worten wird durch den lokalen Binderauftrag eine lokale Eigenschaftsbeeinflussung des Bauteils beziehungsweise Sandkerns ermöglicht. Folglich kann das Entkernungsverhalten bei Sandkernen lokal beeinflusst werden.Thus, the Entkernungsprozess and the preparation process are significantly improved. In other words, the local binder order enables a local property influence of the component or sand core. Consequently, the coring behavior of sand cores can be influenced locally.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, eine Druckvorrichtung zum Ausüben dieses Verfahrens bereit zu stellen, welche ein Pulverbett umfassend ein Ausgangsmaterial und zumindest einen Druckkopf zum selektiven Auftragen eines Bindemittels auf eine Teilfläche des Ausgangsmaterials umfasst, wobei die Menge des Bindemittels während des selektiven Auftragens mittels des Druckkopfs auf die Teilfläche lokal innerhalb dieser Teilfläche variierbar ist. Dadurch, das während des selektiven Auftragens mittels des zumindest einen Druckkopfes auf die Teilfläche die Menge des Bindemittels, beziehungsweise des Binders, lokal frei variiert wird, kann kostengünstig eine individuelle Beeinflussung des zu fertigenden Bauteils erreicht werden. Es kann somit nicht nur die Standardmenge des aufzutragenden Bindemittels variiert werden, um kostengünstig zu produzieren, sondern gleichermaßen eine gewünschte Eigenschaft des Bauteils, beispielsweise eines Sandkerns, erzielt werden.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided to provide a printing apparatus for practicing this method comprising a powder bed comprising a starting material and at least one print head for selectively applying a binder to a partial surface of the starting material, wherein the amount of the binder during the selective Ordering by means of the print head on the sub-area locally within this sub-area is variable. The fact that during the selective application by means of the at least one print head on the part surface, the amount of the binder, or the binder, locally varies freely, an individual influence of the component to be manufactured can be achieved inexpensively. Thus, not only can the standard amount of binder to be applied be varied to produce inexpensively, but equally a desired property of the component, such as a sand core, can be achieved.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.

So ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Menge des Bindemittels während des selektiven Auftragens auf eine Teilfläche lokal innerhalb dieser Teilfläche in zumindest zwei Schichten variiert wird. Auf diese Weise ist es noch besser möglich, das zu fertigende Bauteil während des Herstellungsprozess mit den gewünschten Eigenschaften zu versehen. Somit kann beispielsweise ein Bauteil in Form eines Sandkerns derart geschaffen werden, dass aufeinanderfolgende aufzudruckende Schichten lokal gezielt mit den benötigten Eigenschaften des Bauteils ausgestattet werden. Dabei können die aufzutragenden Mengen des Bindemittels jeglichen gewünschten Effekt in das zu druckende Bauteil, beispielsweise in einen Sandkern, implementieren. Mit anderen Worten können die somit aufgrund einer gewünschten Eigenschaft des Bauteils hergestellten Schichten sich gegenseitig in ihrer Eigenschaft auf jegliche Weise unterstützen, sodass eine gezielte Festigkeit oder sonst ein Merkmal des Bauteils hergestellt werden kann.Thus, in one embodiment of the invention, it is provided that the amount of the binder is varied locally during this selective application to a partial area within this partial area in at least two layers. In this way it is even better possible to provide the component to be manufactured during the manufacturing process with the desired properties. Thus, for example, a component in the form of a sand core can be created in such a way that successive layers to be printed on are provided locally in a targeted manner with the required properties of the component. In this case, the amounts of binder to be applied can implement any desired effect in the component to be printed, for example in a sand core. In other words, the layers thus produced due to a desired property of the component can mutually support each other in their capacity in any way, so that a specific strength or otherwise a feature of the component can be produced.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Menge des Bindemittels während des selektiven Auftragens auf eine Teilfläche lokal innerhalb dieser Teilfläche zwischen 0 und 100% oder zwischen 0 und 100%, und/oder zwischen 10% und 90%, und/oder zwischen 20% und 80%, und/oder zwischen 30% und 70%, und/oder zwischen 40% und 60%, und/oder um 50% bezogen auf eine maximal aufzutragende Standardmenge des Bindemittels auf die verbleibende Teilfläche variiert wird. Somit kann die gewünschte Eigenschaft des Bauteils, beispielsweise eines Sandkerns, sehr gezielt beeinflusst werden, indem die Menge des Bindemittels zuvor bezogen auf die Standardmenge des Bindemittels lokal innerhalb der zu bedruckenden Teilfläche berechnet werden. Die Definition der Standardmenge des Bindemittels kann beispielsweise bei 2,5 %/Masse liegen.According to another embodiment of the invention, it is provided that the amount of binder during the selective application to a partial area locally within this partial area is between 0 and 100% or between 0 and 100%, and / or between 10% and 90%, and / or between 20% and 80%, and / or between 30% and 70%, and / or between 40% and 60%, and / or by 50% based on a maximum amount of binder to be applied to the remaining Subarea is varied. Thus, the desired property of the component, for example, a sand core, can be very selectively influenced by the amount of the binder previously calculated based on the standard amount of the binder locally within the partial area to be printed. For example, the definition of the standard amount of binder may be 2.5% / mass.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Menge des Bindemittels während des selektiven Auftragens auf eine Teilfläche lokal innerhalb dieser Teilfläche in zumindest einer Schicht variiert wird, wobei der prozentuale Wert der Menge des Bindemittels innerhalb dieser Teilfläche von innen nach außen bezogen auf einen äußeren Umfang des Bauteils variiert wird. Auf diese Weise kann das Bauteil mit einer geringeren Menge an Bindemittel hergestellt werden ohne dass die äußere Festigkeit gemindert wird, beziehungsweise in nicht gewünschter Weise beeinflusst wird. Insbesondere kann aufgrund des Bezugs zu dem äußeren Umfang des Bauteils ausgehend von einer gewünschten äußeren Festigkeit gezielt die innere Eigenschaft eines Bauteils, beziehungsweise beispielsweise eines Sandkerns, beeinflusst werden. Ein derartiger funktionaler Zusammenhang zwischen einer gewünschten Festigkeit des äußeren Umfangs des Bauteils führt gezielt zu einer besonders kostengünstigen Verwendung des aufzudruckenden Bindemittels, beziehungsweise des Bindemittelanteils.In a further embodiment of the invention, it is provided that the amount of binder is selectively varied during selective application to a partial surface within this partial area in at least one layer, wherein the percentage value of the amount of the binder within this partial area from inside to outside with respect to a outer circumference of the component is varied. In this way, the component can be produced with a smaller amount of binder without the external strength is reduced, or is affected in an undesirable manner. In particular, due to the reference to the outer circumference of the component, starting from a desired external strength, the internal property of a component, or, for example, a sand core, can be influenced in a targeted manner. Such a functional relationship between a desired strength of the outer circumference of the component leads specifically to a particularly cost-effective use of the binder to be printed, or the binder content.

Ferner ist in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der prozentuale Wert der Menge des Bindemittels von innen nach außen zunimmt. Somit kann sehr gezielt eine besondere Eigenschaft des Bauteils erstellt werden.Furthermore, it is provided in another embodiment of the invention that the percentage value of the amount of the binder increases from the inside to the outside. Thus, a specific property of the component can be created very targeted.

Außerdem ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Menge des Bindemittels analog zu CAD Informationen des Bauteils lokal in zumindest einer Schicht variiert wird. Auf diese Weise kann eine durch eine CAD Routine vorgesehene Eigenschaftsverteilung oder eine aufgrund einer Simulation vorhergesagte Eigenschaftsverteilung des zu fertigenden Bauteils direkt während des Druckprozess zur Verfügung gestellt werden. Folglich kann diese Eigenschaftsverteilung auf vorbestimmte Weise sehr genau in das zu fertigende Bauteil bis hin zur kleinsten lokalen Ebene eingebracht werden. Somit ist es noch besser ein kostengünstiges Verfahren bereit zu stellen, in dem noch gezielter die Menge des Bindemittels variiert wird. Somit kann eine Reduktion des einzusetzenden Bindemittels erreicht werden. Diese Reduktion kann sich beispielsweise auf die sonst üblich einzusetzende Standardmenge an Bindemittel beziehen. Dabei ist die Standardmenge des einzusetzenden Bindemittels derart zu verstehen, dass die Standardmenge des Bindemittels beispielsweise 2,5%/Masse entspricht.In addition, it is provided in one embodiment of the invention that the amount of binder is varied locally in at least one layer analogous to CAD information of the component. In this way, a property distribution provided by a CAD routine or a property distribution predicted on the basis of a simulation of the component to be manufactured can be made available directly during the printing process. Consequently, this property distribution can be introduced in a predetermined manner very accurately in the component to be manufactured up to the smallest local level. Thus, it is even better to provide a cost effective method in which even more targeted the amount of binder is varied. Thus, a reduction of the binder to be used can be achieved. This reduction may relate, for example, to the standard amount of binder which is otherwise customarily used. The standard amount of the binder to be used is to be understood in such a way that the standard amount of the binder corresponds, for example, to 2.5% / mass.

Auch ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Pulverbett umfassend das Ausgangsmaterial ein lokales Additiv in einer Teilfläche des Pulverbettes umfasst. Durch eine Veränderung des Pulverbettes, beispielsweise des lokalen Additivs, können die Eigenschaften des Bauteils variiert werden. Dies ist in begrenztem Maße möglich. Eine Kombination mit der Menge des aufzutragenden Bindemittels ist entsprechend der oben genannten Mengenbegrenzung in jeglicher Kombination vorstellbar. Diese Kombination steht dabei in direktem Zusammenhang mit den gewünschten Eigenschaften des zu fertigenden Bauteils.It is also provided in one embodiment of the invention that the powder bed comprising the starting material comprises a local additive in a partial surface of the powder bed. By changing the powder bed, for example the local additive, the properties of the component can be varied. This is possible to a limited extent. A combination with the amount of binder to be applied is conceivable in any combination according to the above-mentioned quantitative limitation. This combination is directly related to the desired properties of the component to be manufactured.

Ferner ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Menge des lokalen Additivs in der Teilfläche variiert wird. Somit kann eine noch genauere individuelle Beeinflussung des zu fertigenden Bauteils bei einer gleichzeitigen Reduzierung der Kosten erreicht werden.Furthermore, in one embodiment of the invention, it is provided that the amount of local additive in the partial surface is varied. Thus, an even more accurate individual influence of the component to be manufactured can be achieved with a simultaneous reduction of costs.

Schlussendlich ist auch in einer Ausgestaltung der Erfindung eine Verwendung der Druckvorrichtung zur Herstellung eines Sandkerns für ein Gusswerkzeug vorgesehen. Die zuvor genannten Vorteile können insbesondere bei der Herstellung eines Sandkerns für ein Gusswerkzeug genutzt werden.Finally, in one embodiment of the invention, a use of the printing device for producing a sand core for a casting tool is provided. The advantages mentioned above can be used in particular in the production of a sand core for a casting tool.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittsicht durch ein Bauteil in einem Pulverbett mit einer lokalen Bindemittelverteilung und
2 eine schematische Schnittsicht durch ein Bauteil in einem Pulverbett während des Druckprozesses mit einer lokalen Bindemittelverteilung.

The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 a schematic sectional view through a component in a powder bed with a local binder distribution and
2 a schematic sectional view through a component in a powder bed during the printing process with a local binder distribution.

1 zeigt ein Pulverbett 10 in dem ein Bauteil 12 mittig platziert ist. Es handelt sich dabei um eine Schnittsicht durch das Bauteil 12, was beispielsweise ein Sandkern sein kann. Das Pulverbett 10 umfasst ein nicht näher gezeigtes Ausgangsmaterial. Dieses Ausgangsmaterial kann dabei jegliches für den Fachmann geeignetes Ausgangsmaterial für ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen darstellen. Insbesondere kann das Ausgangsmaterial beispielsweise solch eines sein, welches für die Herstellung von Sandkernen für den Einsatz zur Herstellung von Gussteilen benötigt wird. Die Bestandteile können dabei entsprechend gewählt und in dem gewünschten Verhältnis bereitgestellt werden. Insbesondere kann das Ausgangsmaterial unter anderem ein Additiv umfassen. 1 shows a powder bed 10 in which a component 12 is placed in the middle. It is a sectional view through the component 12 which, for example, can be a sand core. The powder bed 10 includes a not shown in detail starting material. This starting material may represent any suitable starting material for a person skilled in the art for a method for producing three-dimensional components. In particular, the starting material may for example be one which is needed for the production of sand cores for use in the production of castings. The ingredients can be chosen accordingly and provided in the desired ratio become. In particular, the starting material may include, inter alia, an additive.

Das Bauteil 12 wird durch das selektive Auftragen eines Bindemittels erstellt. Das selektive Auftragen bezieht sich dabei auf eine Teilfläche des Pulverbettes. An dieser Stelle wird, im Gegensatz zu der restlichen Fläche des Pulverbettes 10, Bindemittel aufgetragen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann das selektive Auftragen des Bindemittels lokal mengenmäßig variiert werden. In anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Menge des Bindemittels während des selektiven Auftragens auf eine Teilfläche lokal innerhalb dieser Teilfläche zumindest in einer Schicht variiert wird. Diese Teilfläche des Bauteils 12 kann somit unterschiedliche Mengen des Bindemittels enthalten. So ist es vorstellbar, dass die Menge des Bindemittels in einem äußeren Bereich des Bauteils 12 einen hohen Bindemittelanteil 14 aufweist. Ein hoher Bindemittelanteil 14 kann beispielsweise mit einer 100 % Menge bezogen auf eine Standardmenge des Bindemittels gleichgesetzt werden.The component 12 is created by the selective application of a binder. The selective application refers to a partial surface of the powder bed. At this point, in contrast to the remaining area of the powder bed 10 , Binder applied. In accordance with the present invention, the selective application of the binder can be varied locally in quantity. In other words, it is provided that the amount of the binder is varied during the selective application to a partial area locally within this partial area at least in one layer. This part of the component 12 may thus contain different amounts of the binder. So it is conceivable that the amount of binder in an outer area of the component 12 a high binder content 14 having. A high binder content 14 can be equated, for example, with a 100% amount based on a standard amount of the binder.

In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, dass ein hoher Bindemittelanteil 14 beispielsweise mit einer 90 % Menge bezogen auf eine Standardmenge des Bindemittels gleichgesetzt werden kann. Auch ist es denkbar, dass ein hoher Bindemittelanteil 14 beispielsweise mit einer 80 % Menge bezogen auf eine Standardmenge des Bindemittels gleichgesetzt werden kann. Letztendlich kann ein hoher Bindemittelanteil 14 damit gleichgesetzt werden, dass hier lokal verhältnismäßig zu einem anderen Bereich auf eine zu bedruckende Teilfläche eine hohe Menge an Bindemittel aufgetragen wird.In a further embodiment, it is conceivable that a high binder content 14 for example, with a 90% amount based on a standard amount of the binder can be equated. It is also conceivable that a high binder content 14 for example, can be equated with an 80% amount based on a standard amount of the binder. Ultimately, a high binder content 14 be equated with the fact that here a large amount of binder is applied locally relative to another area on a partial area to be printed.

In 1 wird zudem gezeigt, dass das Bauteil auch einen mäßigen Binderanteil 16, einen niedrigen Binderanteil 18 und keinen Binder 20 aufweisen kann. Beispielsweise kann ein mäßiger Binderanteil 16 mit einer 70 % Menge bezogen auf eine Standardmenge des Bindemittels gleichgesetzt werden. Auch ist es denkbar, dass ein mäßiger Binderanteil 16 mit einer 60 % Menge bezogen auf eine Standardmenge des Bindemittels gleichgesetzt werden kann. Ein niedriger Binderanteil 18 kann beispielsweise mit einer 10 % Menge bezogen auf eine Standardmenge des Bindemittels gleichgesetzt werden. Auch ist es denkbar, dass ein niedriger Binderanteil 18 mit einer 20 % Menge bezogen auf eine Standardmenge des Bindemittels gleichgesetzt werden kann.In 1 it is also shown that the component also has a moderate binder content 16 , a low binder content 18 and no binder 20 can have. For example, a moderate amount of binder 16 be equated with a 70% amount based on a standard amount of the binder. It is also conceivable that a moderate amount of binder 16 can be equated with a 60% amount based on a standard amount of the binder. A low binder content 18 can for example be equated with a 10% amount based on a standard amount of the binder. It is also conceivable that a low binder content 18 can be equated with a 20% amount based on a standard amount of the binder.

Ferner ist es vorstellbar, dass die jeweilige Menge des aufzutragenden Bindemittels in den lokalen Bereichen der zu bedruckenden selektiven Teilflächen gleichzusetzen ist mit einem entsprechenden Binderanteil, eines benachbarten lokalen Bereiches. Dieser benachbarte lokale Bereich weist dann beispielsweise einem mäßigen Binderanteil 16 und/oder einem niedrigen Binderanteil 18 auf. Auch ist es vorstellbar, dass die Menge des Bindemittels in einem lokalen Bereich abhängig ist von der aufzutragenden Menge des Bindemittels eines benachbarten lokalen Bereiches. Wenn zum Beispiel in einem lokalen Bereich ein mäßiger Anteil an Bindemittel aufgetragen wird, kann dies die Menge an aufzutragenden Bindemittel in einem benachbarten Bereich in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des Bauteils 12 in jeglicher Weise beeinflussen.Furthermore, it is conceivable that the respective amount of the binder to be applied in the local areas of the selective partial areas to be printed is to be equated with a corresponding binder proportion of an adjacent local area. This adjacent local area then has, for example, a moderate binder content 16 and / or a low binder content 18 on. It is also conceivable that the amount of binder in a local area is dependent on the amount of binder of an adjacent local area to be applied. For example, if a moderate amount of binder is applied in a local area, this can be the amount of binder to be applied in an adjacent area, depending on the desired properties of the component 12 influence in any way.

Die Platzierung der oben erwähnten Binderanteile ist in der 1 beispielhaft angegeben. Es ist vorstellbar, dass die entsprechenden Binderanteile innerhalb einer zu druckenden Schicht jegliche lokale Teilflächen einnehmen. Die Abstufungen können dabei ebenfalls jegliche denkbare Variationen einnehmen. Beispielsweise ist es möglich, dass sich eine gleichmäßige Ausdünnung des Bindemittelanteils von außen nach innen und umgekehrt ergibt. Auch ist es vorstellbar, dass sich entsprechend der gewünschten Eigenschaft des Bauteils lokal benachbarte Teilflächen durch die lokale Bindemittelverteilung unterscheiden. Ebenfalls ist es mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich, aufeinanderfolgende Schichten lokal mit einer unterschiedlichen gewünschten Bindemittelmenge zu versehen.The placement of the above-mentioned binder shares is in the 1 exemplified. It is conceivable that the corresponding binder components within a layer to be printed occupy any local partial areas. The gradations can also take any conceivable variations. For example, it is possible that a uniform thinning of the binder content results from the outside in and vice versa. It is also conceivable that locally adjacent partial surfaces differ according to the desired property of the component due to the local binder distribution. Also, with the method of the present invention, it is possible to provide successive layers locally with a different desired amount of binder.

2 zeigt ein Bauteil 12, welches beispielsweise ein Sandkern sein kann, in einem Pulverbett 10 während des Druckprozesses mit einer lokal ungleichmäßigen Bindemittelverteilung 22. Ein Druckkopf 24 trägt einen Binder 26 (beziehungsweise ein Bindemittel) auf das Pulverbett 10 auf, sodass lokal eine ungleichmäßige Bindemittelverteilung 22 die Eigenschaften von dem Bauteil 12 bestimmen. Mit anderen Worten wird das selektive Auftragen des Binders 26 auf eine Teilfläche, beziehungsweise des Binderanteils, bezogen auf das gesamte Pulverbett 10 innerhalb der Teilfläche lokal in zumindest einer Schicht variiert, indem die aufzutragende Menge des Bindemittels mittels des Druckkopfs 24 gesteuert wird. Die Menge des Binders 26 steht dabei im direkten funktionalen Zusammenhang mit der Eigenschaft des Bauteils 12 an dieser lokalen Stelle. Mit anderen Worten wird die Menge des Bindemittels 26 während des selektiven Auftragens auf eine Teilfläche lokal derart variiert, sodass in zumindest einer Schicht aufgrund der Menge des Bindemittels 26 eine gewünschte Eigenschaft in das Bauteil 12 eingebracht werden kann. Dies kann unmittelbar während des Fertigungsverfahrens geschehen. Als Grundlage können beispielsweise jegliche Daten über das Bauteil 12 verwendet werden. Diese Daten können zum Beispiel CAD Daten über das Bauteil 12 sein. 2 shows a component 12 which may be a sand core, for example, in a powder bed 10 during the printing process with a locally uneven binder distribution 22 , A printhead 24 carries a binder 26 (or a binder) on the powder bed 10 on, so locally a non-uniform binder distribution 22 the properties of the component 12 determine. In other words, the selective application of the binder 26 on a partial area, or the binder content, based on the entire powder bed 10 varies locally within the sub-area in at least one layer by the amount of binder to be applied by means of the print head 24 is controlled. The amount of binder 26 stands in direct functional connection with the property of the component 12 at this local place. In other words, the amount of binder 26 during the selective application to a partial surface varies locally such that in at least one layer due to the amount of the binder 26 a desired property in the component 12 can be introduced. This can happen immediately during the manufacturing process. As a basis, for example, any data about the component 12 be used. For example, this data can be CAD data about the part 12 be.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Pulverbettpowder bed
1212: Bauteilcomponent
1414: hoher Bindemittelanteilhigh binder content
1616: mäßiger Bindemittelanteilmoderate binder content
1818: niedriger Bindemittelanteillow binder content
2020: kein Binderno binder
2222: ungleichmäßige Bindemittelverteilunguneven binder distribution
2424: Druckkopfprinthead
2626: Binder (Bindemittel)Binder (binder)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102016223732 A1 [0001, 0003]
DE 102015103726 A1 [0001, 0004]

Claims

A method of manufacturing three-dimensional components (12) by a layering technique, comprising the steps of providing a powder bed (10) comprising a starting material, selectively applying a binder (26) to a portion of a layer of the starting material by means of a print head (24), an alignment step for aligning the powder bed (10) and the printhead (24) with each other, selectively applying the binder (26) by means of the printhead (24) to a partial surface of a next successive layer, repeating the aforementioned steps until the desired component (12) is made, characterized in that the amount of binder (26) is varied locally during said selective application to a sub-area within said sub-area in at least one layer.

Method according to Claim 1 , characterized in that the amount of the binder (26) during the selective application to a partial surface is locally varied within this partial area in at least two layers.

Method according to Claim 1 or Claim 2 characterized in that the amount of binder (26) during selective application to a sub-area locally within this sub-area is between 0 and 100% or between 0 and 100%, and / or between 10% and 90%, and / or between 20 % and 80%, and / or between 30% and 70%, and / or between 40% and 60%, and / or by 50% based on a maximum standard amount of binder (26) to be applied to the remaining subarea.

Method according to Claim 3 characterized in that the amount of binder (26) during selective application to a sub-area is locally varied within that sub-area in at least one layer, the percentage of the amount of binder (26) within that sub-area being from inside to outside an outer circumference of the component (12) is varied.

Method according to Claim 3 , characterized in that the percentage value of the amount of binder (26) increases from the inside to the outside.

Method according to Claim 1 , characterized in that the amount of the binder (26) is varied locally in at least one layer analogous to CAD information of the component (12).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the powder bed (10) comprising the starting material comprises a local additive in a partial surface of the powder bed (10).

Method according to Claim 7 , characterized in that the amount of the local additive in the sub-area is varied.

Printing device for performing the method according to Claims 1 to 8th comprising: a powder bed (10) comprising a starting material, at least one print head (24) for selectively applying a binder (26) to a partial surface of the starting material, characterized in that the amount of binder (26) during the selective application by means of the print head ( 24) is locally variable to the sub-area within this sub-area.

Use of the printing device according to Claim 9 for producing a sand core for a casting tool.