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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbauteils im pulverbettbasierten metallischen 3D-Druck und eine Vorrichtung zum Ausüben dieses Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 beziehungsweise eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.
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Im pulverbettbasierten metallischen 3D-Druck, beispielsweise beim SLM = Selective Laser Melting, EBM = Elektronenstrahlschmelzen oder beim BJ = Binderjetting wird ein Metallpulver auf eine Grundplatte aufgebracht. Es wird lokal geschmolzen beziehungsweise verklebt, um schichtweise letztendlich ein dreidimensionales Bauteil aus Metall herzustellen. Damit der Bauprozess funktioniert, muss ein Bauteil bei Überhängen oder ähnlichem mittels Stützstrukturen beziehungsweise Stützschichten abgestützt werden. Die Stützstrukturen müssen anschließend nach dem Drucken des Bauteils manuell entfernt werden.
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So ist beispielsweise aus der
US 9,643,281 ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbauteils aus Metallpulver bekannt. Ein Laser schmilzt dabei das Metallpulver partiell auf. Durch partielles Auslassen des Schmelzens können dabei nur leicht verbundene Stützstrukturen aus Metall vorgesehen werden. Dabei kann auch eine Schicht aus Keramik vorgesehen sein, so dass diese leicht verbundene Stützstruktur, welche nach der Fertigstellung des Bauteils entfernt wird, hervorgebracht werden kann. Durch die Erstellung einer Zwischenschicht aus Keramik, beispielsweise einer spröden Keramik, entsteht eine Trennschicht, so dass sich die Stützstruktur mechanisch entfernen lässt. Das Entfernen ist dabei mithilfe von Vibrationen oder generell durch mechanisches Schlagen, um die Stützstruktur zu lösen, vorgesehen.
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Auch ist aus dem Stand der Technik eine Form der Multimaterialverarbeitung bekannt. Dabei wird mittels eines Multimaterialauftragssystems lokal ein Pulver aus einem Metall B in einem sonst aus Metall A bestehenden Bauteil aufgebracht. Beispielsweise kann lokal Kupfer in einen Werkzeugstahl eingebracht werden, um eine höhere Wärmeleitfähigkeit durch das Kupfer zu erreichen. Bisher beschränkt sich der Einsatz auf die Kombination Metall - Metall.
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So ist aus der
US 2015/0071809 etwa ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils durch die sukzessive Fusion von Teilen von zumindest einer Schicht von einem Pulverbett auf einem Werktisch bekannt. Dabei können zwei verschiedene Pulvermaterialien aus zwei verschiedenen Trichtern bereitgestellt werden, wobei die Pulvermaterialien jeweils aus Metall oder Metallverbindungen bestehen und sich beispielsweise in der Partikelgröße unterscheiden.
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Aus der
CN 104001917 ist ein Verfahren zum Streuen von Pulver bekannt, wobei drei Pulverzylinder und eine Pulvermischvorrichtung eingesetzt werden. Dabei beschränkt sich das Verfahren auf den Einsatz von verschiedenen Metallpulvern.
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Ein weiteres Beispiel eines Multimaterialauftragssystems wird in der
EP 3 135 407 offenbart. Dabei wird eine additive Herstellungsvorrichtung offenbart, die einen Beschichter aufweist, der mindestens eine Mulde enthält, welche eine Vielzahl von Seite an Seite angeordneten Abscheidungsventilen aufweist. In diesem Zusammenhang wird auch ein additives Herstellungsverfahren offenbart, welches die folgenden Schritte umfasst: Positionieren eines solchen Beschichters neben einer Arbeitsfläche; Abscheiden von Pulver aus der Mulde auf die Bauplattform durch mindestens eines der Abscheidungsventile und Verwenden von Strahlungsenergie zum Schmelzen des Pulvers. Dabei ist das jeweils verwendete Pulver geeignet für den additiven Herstellungsprozess selbst, etwa metallisches, polymerisches, organisches oder keramisches Pulver. Dabei sind die verschiedenen Pulvermaterialien für den Aufbau des Bauteils vorgesehen, ohne dass dabei Stützstrukturen explizit vorgesehen sind. Der Einsatz von anderen Materialien, beispielsweise von Salzen, ist dabei nicht vorgesehen.
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Die Druckschrift
WO 2017/018935 offenbart einen Trichter für die additive Herstellung von Pulverbettfusion, wobei der Trichter einen Beschichter mit einem Volumen zum Halten von Pulvermetall darin umfasst. Der Beschichter weist eine Ausgabeöffnung zum Abscheiden von Pulvermetall durch das Volumen auf, wobei ein Teiler das Volumen in ein erstes Fach und ein zweites Fach unterteilt und die Ausgabeöffnung in einen ersten Öffnungsabschnitt und einen zweiten Öffnungsabschnitt unterteilt. Dabei sind zwei verschiedene Metallpulver vorgesehen, welche für den Herstellungsprozess über die Anordnung zur Verfügung gestellt werden sollen. Der Einsatz von weiteren Materialien neben den Metallpulvern ist nicht vorgesehen.
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Aus der
WO 2015/196149 sind zudem dreidimensionale (3D) Objekte, ein 3D-Druckverfahren sowie Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zur Herstellung eines 3D-Objekts bekannt. Verfahren, Vorrichtungen und Systeme dieser Offenbarung können die Notwendigkeit von Hilfsträgern reduzieren oder eliminieren. Die dabei zum Einsatz kommenden Materialien sind entweder elementares Metall oder Metalllegierungen, Keramiken oder allotrope Formen von elementarem Kohlenstoff.
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Bei den Lösungen mit Multimaterialauftragssystemen ist zudem aus Forschungsansätzen bekannt, dass zwei Metalle eingesetzt werden, wobei das zweite Metall ein unedleres ist und welches im Nachgang mittels einer Säure entfernt wird. Eine Differenzierung zwischen einer Stützschicht und einer Zwischenschicht ist dabei jedoch nicht vorgesehen.
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Mit dem bisher gewürdigten Stand der Technik kann beim Herstellungsprozess nur eine weitere Schicht des Bauteils auf eine bestehende Bauteil- beziehungsweise Stützstruktur aufgebaut werden. Somit können keine Bauteile ohne Verbindung zueinander gebaut werden. Deshalb ist es nicht möglich, komplexe und insbesondere bewegliche Teile in einem Stück, beispielsweise mit integrierten Gelenken, Führungen, Ventilen etc., zu drucken. Beim metallischen 3D-Druck mit Stützstrukturen verursacht zudem die Nachbearbeitung, die hauptsächlich aus der Entfernung der Stützstruktur besteht, erhebliche Kosten. Diese Kosten sind auch bei dem Einsatz von Säure nicht unerheblich. Zudem stellt sich beim Einsatz von Säure die Frage der gesundheitlichen Belastung des Bedienpersonals, so dass dieser Einsatz als Lösung mehr als fraglich ist. Die dabei notwendigen Maßnahmen hinsichtlich beispielsweise des Arbeitsschutzes stellen zusätzliche Kosten dar.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welchen es möglich ist, funktionale und komplexe Metallbauteile im pulverbettbasierten metallischen 3D-Druck kostengünstig zu erzeugen.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren zum Herstellen eines Metallbauteils im pulverbettbasierten metallischen 3D-Druck aus zumindest einem Metallpulver mittels einer Aufschmelzvorrichtung mit zumindest einem ersten Leistungsparameter die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen zumindest einer Metallschicht aus dem Metallpulver auf einer Grundplatte und entweder: Erzeugen zumindest einer Stützschicht aus dem Metallpulver oder einem zweiten Material auf die Metallschicht oder; Erzeugen zumindest einer Zwischenschicht entweder auf die Metallschicht oder - wenn vorhanden - auf die Stützschicht; Wiederholen der jeweils ersten zwei gewählten Schritte, bis das Metallbauteil fertig hergestellt ist, wobei die Reihenfolge der zu erzeugenden Schichten konstruktionsbedingt vorgegeben ist, wobei die Zwischenschicht aus einem dritten Material erzeugt wird, wobei das dritte Material eine geringere Dichte als das Metallpulver aufweist und in einem Lösungsmittel löslich ist und wobei die Aufschmelzvorrichtung jeweils vor dem Erzeugen der Zwischenschicht auf einen zumindest zweiten Leistungsparameter eingestellt wird und wobei der zumindest zweite Leistungsparameter wesentlich kleiner als der zumindest erste Leistungsparameter ist; und Entfernen der Zwischenschicht aus dem fertig hergestellten Metallbauteil mittels des Lösungsmittels. Auf diese Weise ist ein kostengünstiges Verfahren gemäß dem 3D-Druck mit einem zusätzlichen Nutzen möglich, wobei der Nutzen nur durch den 3D-Druck erzielt wird. Der zusätzliche Nutzen besteht beispielsweise darin, dass es kostengünstig möglich ist, eine Integration von beweglichen Teilen in dem Bauteil oder in einer Komponente bereitzustellen. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn das Bauteil lediglich über Metallschichten und Zwischenschichten besteht, wobei die Zwischenschichten auf einfache Weise nach der Herstellung durch das Lösungsmittel entfernt werden können. Auch ist eine kostengünstige Nachbearbeitung, welche beispielsweise aus der Entfernung der Stützstruktur besteht, somit möglich. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn beispielsweise zwischen der Metallschicht und einer Stützschicht eine entsprechende Zwischenschicht vorgesehen ist. Dadurch kann die Stützstruktur beziehungsweise Stützschicht einfach mittels des Lösungsmittels von dem Bauteil getrennt werden, da ja die Zwischenschicht, welche für eine Verbindung sorgte, aufgelöst wird und damit die Stützschicht auf einfache und kostengünstige Weise ebenfalls von dem Bauteil gelöst wird. Generell lässt sich festhalten, dass anders als bei der Verbindung Metall-Metall die Zwischenschicht also nicht im Werkstück verbleibt und somit beispielsweise nicht einer erhöhten Wärmeableitung oder ähnlichem dient, sondern vielmehr nach dem Druck mittels eines Lösungsmittels wieder entfernt wird. Mit der hier gezeigten Lösung lässt sich in der Nachbearbeitung auch die Entfernung der Stützstruktur beziehungsweise der Stützschichten an schwer zugänglichen Stellen ermöglichen. Somit ist auf diese Weise eine Teilung der Stützstruktur beziehungsweise der Stützschichten möglich, so dass diese nach Auflösung in einem Lösungsmittel kleinteiliger ist und aus schwer zugänglichen Stellen durch Bohrungen oder ähnliches entfernt werden können. Dabei kann die Entfernung der Stützstruktur beziehungsweise der Stützschichten sowohl mechanisch geschehen oder durch Auflösen des Materials der Zwischenschicht mit dem Lösungsmittel. Auch eine Kombination dieser beiden Vorgehensweisen ist möglich. Es ist somit möglich, Bauteile mit sich bewegenden Komponenten zu erzeugen. Somit ist eine Kostensenkung und Funktionserweiterung im metallischen 3D-Druck gewährleistet. Das gezeigte Verfahren lässt sich dabei auf alle gedruckten Bauteile anwenden und ist in diesem Punkte nicht besonders eingeschränkt. Neben dem Einsatz für Bauteile in der Automobilindustrie ist auch ein Einsatz in der Medizin beziehungsweise der Medizintechnik möglich, beispielsweise für die Herstellung von kleinen gedruckten Pumpen oder Ventilen zur Transplantation. Auch ist eine Anwendung in der Luft- und Raumfahrttechnik denkbar.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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So ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Lösungsmittel Wasser ist und das dritte Material ein anorganisches, wasserlösliches oder organisches, wasserlösliches Salz ist. Somit ist ein besonders kostengünstiges Verfahren möglich. Die Verwendung von Wasser als Lösungsmittel bedingt keine gesonderten Arbeitsschutzmaßnahmen, so dass hier keine zusätzlichen Kosten auftreten. Eine Zwischenschicht aus Salz im Bauteil kann nach dem Aufbau beziehungsweise nach der Fertigstellung dieses Bauteils einfach und kostengünstig mit Wasser gelöst werden, so dass dieses Bauteil in Teilen nicht mehr verbunden ist und sich somit bewegliche Komponenten innerhalb des Bauteils auf einfache Weise erzeugen lassen. Auch ist es möglich, die Zwischenschicht in Wasser aufzulösen und so die Stützstruktur gleichermaßen zu entfernen, wenn diese mit dem Bauteil über eben solch eine Zwischenschicht oder mehrere Zwischenschichten verbunden ist.
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Die Stützstruktur beziehungsweise die Stützschichten können außerdem durch derartige Zwischenschichten in kleinere Bereiche separiert und so einfacher entfernt werden. Der Aufwand für die Nacharbeit sinkt somit erheblich. Insbesondere ist auch eine Entfernung der Stützschichten beziehungsweise der Stützstruktur in schwer zugänglichen Bereichen möglich. Wie bereits gesagt, ist es also möglich, zwischen einer Stützstruktur und Bauteil, welches aus mehreren Metallschichten aufgebaut ist, eine Zwischenschicht aus Salz aufzubringen. Aufgrund der Sprödigkeit des Salzes kann die Stützstruktur beziehungsweise die Stützschicht durch Abschlagen der Stützstruktur nach dem Prozess beziehungsweise nach dem Fertigstellen des Bauteils entfernt werden. Bei der Verwendung von Salz und Wasser sind somit keine beziehungsweise sehr geringe Umweltbelastungen vorhanden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das dritte Material Kaliumchlorid ist. Dieses Material ist kostengünstig und lässt sich einfach verarbeiten. Zudem ist es in Wasser löslich.
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Auch ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das dritte Material Kaliumchlorid mit einer Korngröße zwischen 10 µm bis 63 µm ist. Diese Korngröße ermöglicht eine besonders gute Verarbeitung des Kaliumchlorids für die oben beschriebenen Zwecke.
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Ebenso ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Zwischenschicht, wenn sie zwischen Metallschicht und Metallschicht erzeugt wird, in einer Dicke von zwischen 0,1 mm bis 3 mm erzeugt wird. Ein Schichtaufbau mit einzelnen Schichten dieser Dicke beziehungsweise auch eine einzelne Schicht mit dieser Dicke lässt sich besonders gut in Wasser lösen. Auch ist es somit möglich, eine effiziente und schnelle und daher kostengünstige Bearbeitung des Materials zu gewährleisten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht, wenn sie zwischen Metallschicht und Stützschicht erzeugt wird, in einer Dicke von 0,2 mm erzeugt wird. Diese Dicke hat sich für die oben genannten Verwendungszwecke als besonders geeignet herausgestellt. Eine Entfernung der Stützschicht mittels der Auflösung der Zwischenschicht in dieser Dicke zwischen der Metallschicht und der Stützschicht ist somit besonders gut möglich.
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Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Leistungsparameter auf einen Wert von 400 W eingestellt wird. Mittels dieses Wertes ist ein zuverlässiges Aufschmelzen des Metallpulvers zum Zwecke des Aufbaus eines Metallbauteils sehr gut möglich.
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Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Leistungsparameter auf einen Wert von 100 W eingestellt wird. Da bei den Verfahrensparametern von Salz insbesondere darauf zu achten ist, dass dieses mit relativ geringer Leistung verarbeitet wird, da es ansonsten zum Verdampfen des Salzes kommt, hat sich dieser Wert als besonders geeignet herausgestellt.
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Des Weiteren ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass ein Metallbauteil, welches in einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9 gefertigt wird, bereitgestellt wird. Das Metallbauteil ist nach dem Entfernen der Zwischenschicht aus dem fertig hergestellten Metallbauteil mittels des Lösungsmittels derart geartet, dass eine Funktionalisierung des Metallbauteils herstellbar ist. Es ist somit möglich, Bauteile mit sich bewegenden Komponenten zu erzeugen. Somit ist eine Kostensenkung und Funktionserweiterung im metallischen 3D-Druck gewährleistet.
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Schlussendlich ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen, umfassend zumindest einen Materialspeicher zum Speichern und Ausgeben von zumindest einem Prozessmaterial auf eine Grundplatte, einer Aufschmelzvorrichtung mit einstellbaren Leistungsparametern zum Aufschmelzen von dem zumindest einen ausgegebenen Prozessmittel, wobei das zumindest eine Prozessmaterial ausgewählt ist aus einem ersten Metallpulver, einem zweiten, sich von dem ersten Metallpulver hinsichtlich seiner Dichte unterscheidenden Metallpulver oder einem in einem Lösungsmittel lösbaren dritten Material, wobei das Lösungsmittel bevorzugt Wasser ist und zur Verringerung einer Bearbeitungszeit das lösbare Material gegebenenfalls zumindest teilweise und/oder ganz von dem Lösungsmittel umspült oder mit Druck beaufschlagt und/oder erwärmt wird. Denkbar wären auch jegliche Kombinationen aus den zuvor genannten Bereitstellungen des Lösungsmittels, wobei der jeweilige Anwendungsfall vorgibt, welche Art als besonders vorteilhaft gilt. Die Bearbeitungszeit soll dabei möglichst verringert werden, um somit eine kostengünstige weil schnell auszuführende Vorgehensweise zu gewährleisten. Das dritte Material ist ausgewählt aus der Gruppe: Chloride, Carbonate, Sulfate, Phosphate, Nitrate der Alkali-, Erdalkali- oder der Nebengruppenelemente oder Mischungen dieser Salze, insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Kaliumsulfat, Magnesiumsulfat, Ammoniumsulfat oder Natriumsulfat. Denkbar wären auch andere Salzsysteme, welche Flouride, Sulfide, Sulfate oder organische Salze umfassen. Diese Vorrichtung hat sich als besonders geeignet erwiesen, um das Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 9 mit den dort beschriebenen Vorteilen einfach und kostengünstig umzusetzen. Die letztendliche Anzahl an Materialspeichern hängt davon ab, wie viele verschiedene Materialien eingesetzt werden sollen. Beispielsweise könnten also zwei Materialspeicher vorgesehen sein, wobei einer mit einem Metallpulver gefüllt ist und der andere Materialspeicher mit einem Material, welches eine deutlich geringere Dichte als das erste Metallpulver aufweist. So könnte beispielsweise in dem zweiten Materialspeicher ein Salz vorgesehen sein, wobei dieses Salz zum Beispiel Kaliumchlorid sein könnte.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Skizze einer Vorrichtung eines Verfahrens zum Herstellen eines Metallbauteils im pulverbettbasierten metallischen 3D-Druck;
- 2A eine schematische Skizze eines Metallbauteils vor dem Entfernen einer Zwischenschicht;
- 2B eine schematische Skizze der Funktionsweise des Metallbauteils aus 2A nach dem Entfernen der Zwischenschicht;
- 3 eine schematische Skizze eines weiteren Metallbauteils vor dem Entfernen einer Zwischenschicht.
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1 zeigt eine Vorrichtung 10 eines Verfahrens zum Herstellen eines Metallbauteils 12 im pulverbettbasierten metallischen 3D-Druck. Unterhalb des Metallbauteils 12 ist eine Grundplatte 14 zu erkennen. Des Weiteren ist zudem eine Stützstruktur 16 und eine Zwischenschicht 18 zu erkennen. Es handelt sich bei der 1 nur um eine schematische Skizze und es sei angemerkt, dass sowohl das Metallbauteil 12 aus mehreren einzeln aufgetragenen Metallschichten aufgebaut sein könnte als auch sowohl die Stützstruktur 16 und die Zwischenschicht 18 jeweils aus mehreren einzelnen Schichten aufgebaut ist oder sein könnte. Denkbar ist es zum Beispiel, dass während des Verfahrens im ersten Schritt zunächst fünf oder mehr Metallschichten aufgetragen werden, bevor eine oder mehrere Stützstrukturen oder Zwischenschichten vorgesehen sind. Die jeweilige Vorgehensweise in dem Verfahren ist konstruktionsbedingt, beispielsweise in Form von CAD-Daten, vorgegeben. Oberhalb ist ein Druckkopf 20 zu erkennen. In diesem Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, dass die Stützstruktur 16 über die Zwischenschicht 18 mit dem Metallbauteil 12 beziehungsweise mit der äußersten Metallschicht dieses Metallbauteils 12 verbunden ist. Da die Zwischenschicht 18 mit einem Lösungsmittel aufgelöst werden kann, ist diese indirekte Verbindung zwischen der Stützstruktur 16 und dem Metallbauteil 12 mit der äußersten Metallschicht in diesem Bereich dieses Metallbauteils 12 nicht mehr existent. Beispielsweise kann die Zwischenschicht 18 aus einem anorganischen oder organischen Salz sein und das Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser sein.
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2A zeigt eine schematische Skizze eines Metallbauteils 12 vor dem Entfernen einer Zwischenschicht 18. Dieses Metallbauteil 12 weist somit keine Stützstruktur 16 auf. Vielmehr bilden eine Vielzahl von einzelnen Metallschichten die jeweiligen Strukturen 22, wobei die innenliegende Struktur 22 in diesem Fall dreiecksförmig ausgebildet ist und von der Zwischenschicht 18 vollständig umgeben ist. Ziel kann es somit also in einem Ausführungsbeispiel sein, einen von beispielsweise von Salzschichten beziehungsweise allgemein von Zwischenschichten 18 oder auch nur von einer Zwischenschicht 18 umgebenden Metallkörper beziehungsweise in dieser 2A die dreiecksförmige Struktur 22 zu erzeugen. Die dreiecksförmige Struktur 22 wird somit in dieser 2A nur noch von der sie umgebenden Zwischenschicht 18 gehalten und ist mittels dieser mit den restlichen äußeren Strukturen 22 des Metallbauteils 12 verbunden. Ein Pfeil 23 in der Mitte von dieser dreieckigen Struktur 22 deutet an, dass dieser Teil später beweglich sein soll. Dieses Metallbauteil 12 in der 2A lässt sich also fertigen, indem lokal beispielsweise eine Zwischenschicht 18 aus Salz aufgetragen wird. Das Metallbauteil 12 wird danach weiter aufgebaut und eine weitere Zwischenschicht 18, beispielsweise aus Salz, wird aufgebracht. Das Ziel ist es, einen von Salzschichten umgebenen Metallkörper zu erzeugen.
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2B zeigt das gleiche Metallbauteil 12 von 2A. Allerdings ist hier die Zwischenschicht 18 bereits herausgelöst und es sind nunmehr freie Durchgänge 24 in dem Metallbauteil 12 zu erkennen. Die Zwischenschichten 18 werden also, nachdem das Bauteil beziehungsweise das Metallbauteil 12 komplett aufgebaut ist, mittels eines Lösungsmittels, beispielsweise Wasser (hierzu sind gegebenenfalls weitere, wesentlich kleinere, nicht gezeigte Durchgänge 24 vorzusehen, so dass beispielsweise das Wasser an das Salz gelangen kann), entfernt. Die dreiecksförmige Struktur 22 kann auch als Metallkörper bezeichnet werden. Der vorher von der Zwischenschicht 18, welche aus verschiedenen einzelnen Schichten aufgebaut ist oder auch nur aus einer Schicht gebildet sein kann, beispielsweise aus Salz umgebene Metallkörper ist danach frei beweglich. Somit können Funktionen an Stellen im Metallbauteil 12 integriert werden, die ohne Weiteres sonst nicht zugänglich wären beziehungsweise wo herkömmlich keine Funktion integriert werden kann beziehungsweise nur durch einen Montageprozess integriert werden kann. Beispielhafte Anwendungen sind Ventile, Führungen oder Wellenlagerungen. Die freien Durchgänge 24 sind von der Struktur 22, welche aus einzelnen Metallschichten gebildet sind, umgeben. Strömungspfeile 26 zeigen einen möglichen Verlauf eines Fluides, welches durch dieses Metallbauteil 12 bei einem späteren Einsatz fließen könnte. Wenn die Strömungspfeile 26 bezogen auf die Bildebene von rechts nach links zeigen, dann ist die dreiecksförmige Struktur 22 in der Mitte des Metallbauteils 12 nach links verschoben. Die Durchgänge 24 ermöglichen einen ungestörten freien Strömungsverlauf des Fluides durch das Metallbauteil 12 hindurch. Wenn die Strömungspfeile 26 hingegen bezogen auf die Bildebene von links nach rechts zeigen, dann ist die dreiecksförmige Struktur 22 in der Mitte des Metallbauteils 12 nach rechts verschoben und blockiert auf diese Weise den rechts von dieser dreiecksförmigen Struktur 22 liegenden Durchgang 24. Mit anderen Worten ist der Strömungsverlauf somit unterbrochen und das Fluid kann nicht durch das gesamte Metallbauteil 12 hindurchströmen. Das Metallbauteil 12 ist aus einem metallischen Werkstoff und beispielsweise einem gedruckten festen Salz gebildet. Das Dreieck soll sich bewegen können, um ein Ventil abbilden zu können. Wenn die Zwischenschicht 18 beziehungsweise das Salz mit dem Lösungsmittel beziehungsweise dem Wasser entfernt worden ist, bewegt sich das Dreieck je nach Durchströmungsrichtung von dem Fluid und schließt beziehungsweise öffnet somit den jeweiligen Durchgang 24, welcher beispielsweise auch als Rohr bezeichnet werden kann. Mittels herkömmlicher Fertigung/pulverbettbasiertem 3D-Druck ohne Salz lässt sich diese Funktion nur durch einen Montageprozess abbilden.
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3 zeigt eine schematische Skizze eines weiteren Metallbauteils 12 vor dem Entfernen einer Zwischenschicht 18. Das Metallbauteil 12 stellt in diesem Fall eine Führung dar. Die Struktur 22 ist wiederum aus einer Vielzahl von einzelnen Metallschichten aufgebaut. Die Zwischenschicht 18 ist in dieser Abbildung noch in der Mitte vorhanden und könnte in einem finalen Schritt des vorgestellten Verfahrens mit Hilfe eines Lösungsmittels, beispielsweise Wasser, gelöst beziehungsweise entfernt werden. Nach dem Entfernen des Salzes mit Wasser lässt sich die Führung bewegen. Auch dies kann in herkömmlicher Fertigung nur durch einen Montageprozess abgebildet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Metallbauteil
- 14
- Grundplatte
- 16
- Stützstruktur
- 18
- Zwischenschicht
- 20
- Druckkopf
- 22
- Struktur
- 23
- Pfeil
- 24
- Durchgang
- 26
- Strömungspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9643281 [0003]
- US 2015/0071809 [0005]
- CN 104001917 [0006]
- EP 3135407 [0007]
- WO 2017/018935 [0008]
- WO 2015/196149 [0009]
