DE102018211939A1 - Method of manufacturing a component and manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils 24, mit einem ersten Aufbauschritt und einem zweiten Aufbauschritt, wobei in dem ersten Aufbauschritt auf einen Träger 8 eine Hilfsstruktur 13 aus einem ersten Material 12 mittels eines foto-elektrischen Druckverfahrens aufgetragen wird, wobei die Hilfsstruktur 13 Zwischenräume 14 aufweist und/oder bildet, wobei in dem zweiten Aufbauschritt ein zweites Material 16 als eine Materialschicht 17 in die Zwischenräume 14 mittels eines foto-elektrischen Druckverfahrens aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, wobei das zweite Material 16 eine geringere Viskosität und/oder höhere Adhäsionskraft aufweist als das erste Material 12.Method for producing a component 24, with a first assembly step and a second assembly step, wherein in the first assembly step an auxiliary structure 13 made of a first material 12 is applied to a carrier 8 by means of a photo-electric printing process, the auxiliary structure 13 having spaces 14 and / or forms, wherein in the second assembly step a second material 16 is applied as a material layer 17 in the spaces 14 by means of a photo-electric printing process, characterized in that the second material 16 has a lower viscosity and / or higher adhesive force than the first Material 12.
Description
Stand der TechnikState of the art
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, mit einem ersten Aufbauschritt und einem zweiten Aufbauschritt. Im ersten Aufbauschritt wird auf einen Träger eine Hilfsstruktur aus einem ersten Material mittels eines fotoelektrischen Druckverfahrens aufgetragen, wobei die Hilfsstruktur Zwischenräume aufweist. In dem zweiten Aufbauschritt wird ein zweites Material als Materialschicht in die Zwischenräume mittels eines fotoelektrischen Druckverfahrens aufgetragen.Method for producing a component, with a first assembly step and a second assembly step. In the first assembly step, an auxiliary structure made of a first material is applied to a carrier by means of a photoelectric printing process, the auxiliary structure having gaps. In the second construction step, a second material is applied as a material layer in the interspaces by means of a photoelectric printing process.
Additive Fertigungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen, sei es in der Prototypenentwicklung oder in der Massenanfertigung, finden breiten Einsatz. Ein Vertreter eines solchen Verfahrens ist die Elektrofotografie von Bauteilen auf Polymerbasis. Weiterhin existieren Ansätze, Bauteile aus Metall mittels Elektrofotografie herzustellen. Dabei wird in einem Übertragungsprozess von einer Fotorezeptorrolle mittels elektrostatischer Wechselwirkung oder thermischen Methoden ein Fertigungsmaterial auf ein Trägermaterial übertragen.Additive manufacturing processes for the production of components, be it in prototype development or mass production, are widely used. A representative of such a process is the electrophotography of components based on polymers. There are also approaches to produce metal components using electrophotography. In this process, a manufacturing material is transferred from a photoreceptor roll to a carrier material by means of electrostatic interaction or thermal methods.
Die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ferner wird eine Fertigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.A method for producing a component with the features of claim 1 is proposed. Furthermore, a manufacturing device with the features of
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils vorgeschlagen. Das Verfahren ist insbesondere ein Verfahren der additiven Fertigung. Das Verfahren ist zur Herstellung einer Mehrzahl an Bauteilen, beispielsweise in der industriellen Produktion, ausgebildet, alternativ ist das Verfahren ein Verfahren im Prototypenbau. Das Bauteil ist beispielsweise ein Metallbauteil, alternativ ist das Bauteil ein keramisches Bauteil oder ein Kunststoffbauteil. Insbesondere kann das Bauteil auch ein Bauteil unterschiedlicher Abschnitte sein, beispielsweise mit einem Metall-, einem Kunststoff- und/oder einem Keramikabschnitt. Das Bauteil ist insbesondere ein dreidimensionales Bauteil und weist eine Bauteilgeometrie auf. Die Bauteilgeometrie kann insbesondere eine komplexe Geometrie sein, beispielsweise mit Aussparungen und/oder Hinterschnitten, Im Speziellen kann die Bauteilgeometrie auch eine extrudierte Geometrie aufweisen.A method for producing a component is proposed. The method is in particular a method of additive manufacturing. The method is designed to produce a plurality of components, for example in industrial production, alternatively the method is a method in prototype construction. The component is, for example, a metal component, alternatively the component is a ceramic component or a plastic component. In particular, the component can also be a component of different sections, for example with a metal, a plastic and / or a ceramic section. The component is in particular a three-dimensional component and has a component geometry. The component geometry can in particular be a complex geometry, for example with cutouts and / or undercuts. In particular, the component geometry can also have an extruded geometry.
Das Verfahren weist einen ersten Aufbauschritt und einen zweiten Aufbauschritt auf. Insbesondere erfolgt der zweite Aufbauschritt nach dem ersten Aufbauschritt. Der zweite Aufbauschritt kann direkt auf den ersten Aufbauschritt folgen, alternativ kann zwischen erstem Aufbauschritt und zweitem Aufbauschritt ein weiterer Schritt vorgesehen sein, beispielsweise ein Pausenschritt oder ein Trocknungsschritt.The method has a first construction step and a second construction step. In particular, the second construction step takes place after the first construction step. The second set-up step can directly follow the first set-up step, alternatively a further step can be provided between the first set-up step and the second set-up step, for example a pause step or a drying step.
In dem ersten Aufbauschritt wird auf einen Träger eine Hilfsstruktur aufgetragen. Die Hilfsstruktur umfasst ein erstes Material. Insbesondere ist die Hilfsstruktur eine feste, stabile und/oder unverformbare Struktur. Die Hilfsstruktur ist beispielsweise eine dreidimensionale Struktur und weist eine flächige Erstreckung auf. Insbesondere wird die Hilfsstruktur auf den Träger aufgetragen, beispielsweise direkt auf den Träger, alternativ und/oder ergänzend kann die Hilfsstruktur auf eine bereits auf dem Träger angeordnete Struktur, beispielsweise eine Rohlingsschicht, aufgetragen werden. Das erste Material ist vorzugsweise ein Kunststoff und/oder ein Polymer. Vorzugsweise ist das erste Material wasserlöslich, löslich in einem organischen Lösungsmittel und/oder weist eine Zersetzungstemperatur kleiner dreihundert Grad Celsius auf.In the first construction step, an auxiliary structure is applied to a carrier. The auxiliary structure comprises a first material. In particular, the auxiliary structure is a solid, stable and / or non-deformable structure. The auxiliary structure is, for example, a three-dimensional structure and has an areal extension. In particular, the auxiliary structure is applied to the carrier, for example directly on the carrier, alternatively and / or additionally, the auxiliary structure can be applied to a structure already arranged on the carrier, for example a blank layer. The first material is preferably a plastic and / or a polymer. The first material is preferably water-soluble, soluble in an organic solvent and / or has a decomposition temperature of less than three hundred degrees Celsius.
Die Auftragung der Hilfsstruktur erfolgt in einem fotoelektrischen Druckverfahren. Das fotoelektrische Druckverfahren ist beispielsweise ein Elektrofotografieverfahren. Das fotoelektrische Druckverfahren wird vorzugsweise mittels einer Fotorezeptorrolle ausgeführt. Beispielsweise wird hierzu auf die Fotorezeptorrolle das erste Material aufgetragen. Das auf die Fotorezeptorrolle aufgetragene erste Material haftet an der Fotorezeptorrolle, beispielsweise basierend auf einer elektrostatischen Wechselwirkung. Die Auftragung des ersten Materials auf die Fotorezeptorrolle erfolgt insbesondere als ein optisches Abbild der zu formenden strukturierten Hilfsstruktur, wobei hierzu die Fotorezeptorrolle entsprechend belichtet wird. Durch das Belichten der Fotorezeptorrolle in Form der Hilfsstruktur wird die Fotorezeptorrolle an den belichteten Stellen beispielsweise elektrisch neutralisiert. Die Belichtung der Fotorezeptorrolle und/oder das Abbild auf der Fotorezeptorrolle erfolgt beispielsweise in Form eines Negativs der Hilfsstruktur. Das auf die Fotorezeptorrolle aufgetragene erste Material wird in einem Übertragungsverfahren, insbesondere im Aufbauschritt, auf den Träger und/oder eine bereits vorhandene Rohlingsschicht übertragen. Die Übertragung erfolgt beispielsweise in einer weiteren elektrostatischen Wechselwirkung oder in einem thermischen Verfahren. Beispielsweise wird hierzu der Träger, auf den die Hilfsstruktur aufzutragen ist, erwärmt, wobei durch die Erwärmung das erste Material dort haften bleibt.The auxiliary structure is applied in a photoelectric printing process. The photoelectric printing process is, for example, an electrophotography process. The photoelectric printing process is preferably carried out by means of a photoreceptor roller. For this purpose, for example, the first material is applied to the photoreceptor roll. The first material applied to the photoreceptor roller adheres to the photoreceptor roller, for example based on an electrostatic interaction. The first material is applied to the photoreceptor roll in particular as an optical image of the structured auxiliary structure to be formed, with the photoreceptor roll being exposed accordingly. By exposing the photoreceptor roll in the form of the auxiliary structure, the photoreceptor roll is electrically neutralized at the exposed areas, for example. The exposure of the photoreceptor roller and / or the image on the photoreceptor roller takes place, for example, in the form of a negative of the auxiliary structure. The first material applied to the photoreceptor roll is transferred in a transfer process, especially in the assembly step, transferred to the carrier and / or an existing blank layer. The transfer takes place, for example, in a further electrostatic interaction or in a thermal process. For this purpose, for example, the carrier on which the auxiliary structure is to be applied is heated, the heating of the first material remaining there.
Die Hilfsstruktur weist Zwischenräume auf und/oder bildet Zwischenräume. Die Zwischenräume sind beispielsweise als Hohlräume oder als Materialaussparungen ausgebildet. Die Zwischenräume weisen einen Geometrieabschnitt auf, wobei der Geometrieabschnitt vorzugsweise einer Querschnittskontur des zu fertigenden Bauteils entspricht. Die Form der Hilfsstruktur entspricht insbesondere einer Negativschicht des aufzubauenden Bauteils.The auxiliary structure has gaps and / or forms gaps. The gaps are designed, for example, as cavities or as material cutouts. The intermediate spaces have a geometry section, the geometry section preferably corresponding to a cross-sectional contour of the component to be manufactured. The shape of the auxiliary structure corresponds in particular to a negative layer of the component to be built.
In dem zweiten Aufbauschritt wird ein zweites Material aufgetragen. Das zweite Material wird als eine Materialschicht in die Zwischenräume aufgetragen Die Auftragung des zweiten Materials in die Zwischenräume erfolgt in einem fotoelektrischen Druckverfahren. Insbesondere erfolgt die Auftragung des zweiten Materials in die Zwischenräume mittels Elektrofotografie. Dabei wird beispielsweise das zweite Material in Form der Zwischenräume der Hilfsstruktur auf eine Fotorezeptorrolle aufgetragen, wobei das aufgetragene zweite Material in die Zwischenräume abgetragen wird. Das zweite Material wird im zweiten Aufbauschritt beispielsweise auf den Träger übertragen, alternativ kann die Übertragung des zweiten Materials auf eine bereits vorhandene Schicht, beispielsweise eine Rohlingsschicht, erfolgen. Das zweite Material ist vorzugsweise ein Polymer und/oder ein Kunststoff. Das zweite Material kann ein formstabiles Material bilden, alternativ kann das zweite Material ein elastisches und/oder viskoses Material sein. Vorzugsweise ist das zweite Material gelförmig ausgebildet. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung des ersten Materials der Zusammensetzung des zweiten Materials entspricht. Alternativ kann es vorgesehen sein, erst das zweite Material aufzutragen, wobei das so aufgetragene zweite Material, zweite Zwischenräume aufweist, wobei dann in die zweiten Zwischenräume das erste Material aufgetragen wird.In the second construction step, a second material is applied. The second material is applied as a layer of material in the spaces. The second material is applied in the spaces in a photoelectric printing process. In particular, the second material is applied to the spaces by means of electrophotography. For example, the second material in the form of the intermediate spaces of the auxiliary structure is applied to a photoreceptor roller, the applied second material being removed into the intermediate spaces. The second material is transferred to the carrier in the second assembly step, for example, alternatively the second material can be transferred to an already existing layer, for example a blank layer. The second material is preferably a polymer and / or a plastic. The second material can form a dimensionally stable material, alternatively the second material can be an elastic and / or viscous material. The second material is preferably in the form of a gel. In particular, it can be provided that the composition of the first material corresponds to the composition of the second material. Alternatively, it can be provided that the second material is first applied, the second material thus applied having second spaces, the first material then being applied into the second spaces.
Das Verfahren sieht vor, dass das zweite Material eine geringere Viskosität als das erste Material aufweist. Insbesondere weist das zweite Material eine höhere Adhäsionskraft als das erste Material auf. Die Adhäsionskraft ist insbesondere bezogen auf ein Pulver, beispielsweise ein Metall-, ein Aluminium-, ein Stahl- oder ein Keramikpulver. Die Viskosität des zweiten Materials beträgt beispielsweise weniger als achtzig Prozent der Viskosität des ersten Materials und im Speziellen weniger als sechzig Prozent der Viskosität des ersten Materials.The method provides that the second material has a lower viscosity than the first material. In particular, the second material has a higher adhesive force than the first material. The adhesive force is based in particular on a powder, for example a metal, an aluminum, a steel or a ceramic powder. For example, the viscosity of the second material is less than eighty percent of the viscosity of the first material and specifically less than sixty percent of the viscosity of the first material.
Es ist eine Überlegung der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine vereinfachte Möglichkeit zur Herstellung eines komplex geformten Bauteils bietet. Insbesondere ermöglicht das Verfahren die Herstellung von Bauteilen mit Hinterschnitten, extrudierter Geometrie und/oder mit Aussparungen. Durch die Verwendung von fotoelektrischen Druckverfahren ist insbesondere ein besonders leistungsfähiges und schnelles Verfahren bereitgestellt.It is a consideration of the invention to provide a method which offers a simplified possibility for the production of a complex shaped component. In particular, the method enables the production of components with undercuts, extruded geometry and / or with cutouts. The use of photoelectric printing processes in particular provides a particularly powerful and fast process.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Hilfsstruktur eine erste Schichthöhe aufweist. Die Materialschicht aus dem zweiten Material weist eine zweite Schichthöhe auf. Schichthöhen sind insbesondere Höhen einer Schicht senkrecht zur flächigen Erstreckung des Trägers. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste Schichthöhe größer ist als die zweite Schichthöhe. Beispielsweise ist die erste Schichthöhe mindestens 1,5 Mal so groß wie die zweite Schichthöhe, vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die zweite Schichthöhe und im Speziellen ist die erste Schichthöhe mindestens drei Mal so groß wie die zweite Schichthöhe. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Materialschicht unterschiedliche zweite Schichthöhen in unterschiedlichen Abschnitten aufweist, wobei insbesondere alle zweiten Schichthöhen kleiner sind als die erste Schichthöhe. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, die Hilfsstruktur als eine Begrenzung zu verwenden, wobei beispielsweise Platz und Raum verbleibt zur Ergänzung des zweiten Materials mit weiteren Komponenten.It is particularly preferred that the auxiliary structure has a first layer height. The material layer made of the second material has a second layer height. Layer heights are, in particular, heights of a layer perpendicular to the areal extent of the support. In particular, it is provided that the first layer height is greater than the second layer height. For example, the first layer height is at least 1.5 times the second layer height, preferably at least twice the second layer height and in particular the first layer height is at least three times the second layer height. In particular, it can be provided that the material layer has different second layer heights in different sections, with in particular all second layer heights being smaller than the first layer height. This configuration is based on the consideration of using the auxiliary structure as a limitation, with space and space remaining, for example, to supplement the second material with further components.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Pulverauftragungsschritt vor. Insbesondere erfolgt der Pulverauftragungsschritt nach dem zweiten Aufbauschritt. In dem Pulverauftragungsschritt wird ein Pulver aus einem dritten Material auf die Materialschicht aufgetragen. Das dritte Material umfasst beispielsweise ein Metallpulver, alternativ und/oder ergänzend weist das dritte Material ein Keramikpulver auf. Das Pulver weist insbesondere primär eine metallische Zusammensetzung auf, und umfasst als Hauptelemente beispielsweise Eisen, Nickel, Aluminium oder Titan. Insbesondere kann das Pulver Pulveradditive umfassen, beispielsweise Binder, Antioxidantien, Füllmaterial oder andere chemische Zusätze. Das Pulver wird im Pulverauftragungsschritt auf die Materialschicht aufgetragen. Insbesondere wird das Pulver aus dem dritten Material in die Zwischenräume der Hilfsstruktur aufgetragen.A particularly preferred embodiment of the invention provides a powder application step. In particular, the powder application step takes place after the second build-up step. In the powder application step, a powder made of a third material is applied to the material layer. The third material comprises, for example, a metal powder, alternatively and / or additionally, the third material has a ceramic powder. The powder in particular has primarily a metallic composition and comprises, for example, iron, nickel, aluminum or titanium as main elements. In particular, the powder can comprise powder additives, for example binders, antioxidants, fillers or other chemical additives. The powder is applied to the material layer in the powder application step. In particular, the powder made of the third material is applied into the intermediate spaces of the auxiliary structure.
Das Pulver wird nach dem Auftragen mittels des Pulverauftragungsschrittes mindestens teilweise von dem zweiten Material gebunden und/oder sinkt mindestens teilweise in das zweite Material ein. Insbesondere erfolgt eine Vermischung von Pulver und zweitem Material. Das zweite Material bildet beispielsweise eine Matrix für das Pulver. Besonders bevorzugt ist es, dass im Pulverauftragungsschritt das Pulver im Überschuss auf das zweite Material gegeben wird, wobei nicht gebundenes und/oder nicht eingesunkenes Pulver unverbraucht und/oder wiederverwendbar in den Zwischenräumen verbleibt. Das Pulver und/oder das dritte Material weist insbesondere die chemische Zusammensetzung des herzustellenden Bauteils auf. Beispielsweise ist das herzustellende Bauteil ein Aluminiumbauteil, wobei dann das Pulver zum Beispiel als Hauptelement auch Aluminium umfasst. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem ein Bauteil in einem pulverbasierten Verfahren herstellbar ist, wobei die Positionierung des Pulvers durch die Verwendung der Materialschicht aus dem zweiten Material verbessert wird. Insbesondere kann so ein Verrutschen, ein Verwischen oder ein Verwehen des Pulvers vermieden werden. Durch die Verwendung des Druckverfahrens ist die schnelle Positionierung des späteren Pulvers besonders einfach möglich.The powder is at least partially bound by the second material and / or at least partially sinks into the second material after the application by means of the powder application step. In particular, the powder and the second material are mixed. The second material forms a matrix for the powder, for example. Especially it is preferred that in the powder application step the powder is added in excess to the second material, with unbound and / or sunken powder remaining unused and / or reusable in the spaces. The powder and / or the third material has in particular the chemical composition of the component to be manufactured. For example, the component to be manufactured is an aluminum component, the powder then also comprising aluminum, for example, as the main element. This embodiment is based on the consideration of providing a method in which a component can be produced in a powder-based method, the positioning of the powder being improved by using the material layer made of the second material. In particular, slipping, blurring or blowing of the powder can be avoided in this way. By using the printing process, the quick positioning of the later powder is particularly easy.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Hilfsstruktur zusammen mit der Materialschicht in den Zwischenräumen eine Rohlingsschicht bildet. Die Rohlingsschicht bildet dabei eine flächige Schicht. Die Ausgestaltung sieht insbesondere vor, dass das Pulver auf die gesamte Rohlingsschicht aufgetragen wird. Die Auftragung des Pulvers erfolgt damit flächig auf die Rohlingsschicht. Durch die Auftragung des Pulvers auf die Rohlingsschicht erfolgt die Bindung des Pulvers nur im Bereich der Materialschicht aus dem zweiten Material, wobei Pulver, welches auf die Hilfsstruktur fällt, ungebunden dort verbleibt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass durch die flächige Auftragung des Pulvers auf die Rohlingsschicht eine besonders einfache und konstruktive Ausgestaltung des Pulverauftragungsschritts möglich ist.One embodiment of the invention provides that the auxiliary structure forms a blank layer together with the material layer in the intermediate spaces. The blank layer forms a flat layer. In particular, the configuration provides that the powder is applied to the entire blank layer. The powder is thus applied flat to the blank layer. By applying the powder to the blank layer, the powder is bound only in the area of the material layer made of the second material, with powder falling on the auxiliary structure remaining unattached there. This configuration is based on the consideration that a particularly simple and constructive configuration of the powder application step is possible due to the surface application of the powder on the blank layer.
Optional ist es vorgesehen, dass das Pulver mittels Druck auf die Materialschicht und/oder die Rohlingsschicht aufgetragen wird. Beispielsweise wird das Pulver mit Druckluft aufgetragen. Alternativ kann das Pulver rein auf gravitativ basierenden Effekten aufgetragen werden. Beispielsweise wird das Pulver auf die Materialschicht und/oder die Rohlingsschicht gesprüht. Der Druck zum Auftragen des Pulvers mittels Druck und/oder mittels Sprühen ist insbesondere so gewählt, dass das Pulver eine Mindesteindringtiefe in das zweite Material und/oder in die Materialschicht aufweist. Besonders bevorzugt ist die Auftragung des Pulvers mittels eines Pulverstrahls. Die Auftragung des Pulvers mittels einer Pulverdüse hat insbesondere den Vorteil, dass das Pulver lokal in die Zwischenräume auftragbar ist.It is optionally provided that the powder is applied to the material layer and / or the blank layer by means of pressure. For example, the powder is applied with compressed air. Alternatively, the powder can be applied purely based on gravitational effects. For example, the powder is sprayed onto the material layer and / or the blank layer. The pressure for applying the powder by means of pressure and / or by means of spraying is in particular selected such that the powder has a minimum penetration depth into the second material and / or into the material layer. The application of the powder by means of a powder jet is particularly preferred. The application of the powder by means of a powder nozzle has the particular advantage that the powder can be applied locally into the spaces.
Besonders bevorzugt ist das Pulver als ein Metallpulver ausgebildet. Das Metallpulver weist dabei Pulverpartikel auf. Die Pulverpartikel sind insbesondere als Pulverkörner, beispielsweise als Metallkörner, ausgebildet. Die Pulverkörner weisen einen Äquivalentdurchmesser kleiner als die erste Schichthöhe auf.. Das Pulver weist insbesondere eine Pulvergrößenverteilung auf, wobei die Pulvergrößenverteilung einen D90-Wert kleiner als die zweite Schichthöhe aufweist. Besonders bevorzugt ist es, dass der Äquivalentdurchmesser der Pulverkörner kleiner ist als fünfhundert Mikrometer, insbesondere kleiner ist als einhundert Mikrometer und im Speziellen kleiner ist als fünfzig Mikrometer. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem qualitativ hochwertige Materialschichten mit Pulver herstellbar sind.The powder is particularly preferably in the form of a metal powder. The metal powder has powder particles. The powder particles are in particular in the form of powder grains, for example metal grains. The powder grains have an equivalent diameter smaller than the first layer height. The powder has in particular a powder size distribution, the powder size distribution having a D90 value smaller than the second layer height. It is particularly preferred that the equivalent diameter of the powder grains is smaller than five hundred micrometers, in particular smaller than one hundred micrometers and in particular smaller than fifty micrometers. This embodiment is based on the consideration of providing a method with which high-quality material layers can be produced with powder.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Pulverentfernungsschritt vor. Der Pulverentfernungsschritt erfolgt insbesondere nach dem Pulverauftragungsschritt. Im Pulverentfernungsschritt wird überschüssiges und/oder nicht gebundenes Pulver entfernt. Das Pulver wird im Pulverentfernungsschritt insbesondere von der Hilfsstruktur entfernt. Ferner wird im Pulverentfernungsschritt beispielsweise Pulver aus den Zwischenräumen entfernt, welches vom zweiten Material nicht gebunden wurde und/oder nicht in das zweite Material eingesunken ist. Die Entfernung des Pulvers im Pulverentfernungsschritt erfolgt beispielsweise durch Absaugen, insbesondere mit einer globalen und im Speziellen mit einer lokalen Absaugvorrichtung. Dabei ist die Absaugung insbesondere so dimensioniert, dass die relative Kraft zum Absaugen, die auf das Pulver wirkt, so stark ist, dass sämtliches aufliegendes Pulver entfernt wird. Alternativ und/oder ergänzend kann die Pulverentfernung auf elektrostatischen Wechselwirkungen erfolgen, beispielsweise ist die Pulverentfernung mittels magnetischer Wechselwirkung für ein Eisenpulver möglich.One embodiment of the invention provides a powder removal step. The powder removal step takes place in particular after the powder application step. Excess and / or unbound powder is removed in the powder removal step. The powder is removed in particular from the auxiliary structure in the powder removal step. Furthermore, in the powder removal step, for example, powder is removed from the gaps, which was not bound by the second material and / or has not sunk into the second material. The powder is removed in the powder removal step, for example, by suction, in particular with a global and in particular with a local suction device. The suction is in particular dimensioned such that the relative force for suction, which acts on the powder, is so strong that all the powder lying thereon is removed. As an alternative and / or in addition, powder removal can take place on electrostatic interactions, for example powder removal by means of magnetic interaction is possible for an iron powder.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Bindung und/oder die Adhäsion des Pulvers durch das zweite Material auf einer mechanischen Verankerung basiert. Beispielsweise erfolgt die mechanische Verankerung durch Beschuss des zweiten Materials und/oder durch Auftragung des Pulvers mit Druck. Dabei sinkt und/oder dringt das Pulver mindestens teilweise in die Oberfläche und/oder in das zweite Material ein. Alternativ und/oder ergänzend erfolgt die Bindung des Pulvers durch das zweite Material mittels einer chemischen Bindung. Die Bindung kann ferner durch eine Adhäsionskraft erfolgen. Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Bindung des Pulvers durch das zweite Material basierend auf einer Diffusion und/oder auf einer Pseudodiffusion ist. Beispielsweise diffundiert das Pulver mindestens teilweise in das zweite Material ein. Eine weitere Bindungsmöglichkeit des Pulvers an das zweite Material kann mittels elektrostatischer Wechselwirkung erfolgen. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine einfach realisierbare Bindung von Pulver und zweitem Material ermöglicht.It is particularly preferred that the binding and / or the adhesion of the powder by the second material is based on mechanical anchoring. For example, the mechanical anchoring takes place by bombarding the second material and / or by applying the powder with pressure. The powder sinks and / or penetrates at least partially into the surface and / or into the second material. Alternatively and / or additionally, the powder binds through the second material by means of a chemical bond. The bond can also be made by an adhesive force. It can further be provided that the binding of the powder by the second material is based on a diffusion and / or on a pseudodiffusion. For example, the powder diffuses at least partially into the second material. Another possibility of binding the powder to the second material can be by means of electrostatic interaction. This configuration is based on the consideration of providing a method which is simple realizable binding of powder and second material.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Oberflächenbehandlung vor. Bei der Oberflächenbehandlung wird eine Oberfläche der Materialschicht behandelt. Die Oberflächenbehandlung ist zur Erhöhung der Porosität und/oder zur Erhöhung der Adhäsion ausgebildet. Durch die Oberflächenbehandlung wird insbesondere auch die Bindung zwischen Pulver und zweitem Material erhöht. Die Oberflächenbehandlung kann eine chemische Behandlung, beispielsweise ein Imprägnieren, sein, ferner kann die Oberflächenbehandlung ein physikalisches oder mechanisches Bearbeiten der Oberfläche sein. Mittels der Oberflächenbehandlung ist es insbesondere möglich, dass das erste Material dem zweiten Material in der Zusammensetzung gleicht. Durch die Oberflächenbehandlung des Materials in den Zwischenräumen kann so die Viskosität und/oder die Adhäsionskraft reduziert werden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass bei der Wahl der Gleichheit von erstem und zweitem Material, das Material ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) ist.One embodiment of the invention provides surface treatment. In the surface treatment, a surface of the material layer is treated. The surface treatment is designed to increase the porosity and / or to increase the adhesion. The surface treatment in particular also increases the bond between the powder and the second material. The surface treatment can be a chemical treatment, for example an impregnation, and the surface treatment can also be a physical or mechanical treatment of the surface. By means of the surface treatment, it is in particular possible for the first material to have the same composition as the second material. The surface treatment of the material in the spaces can thus reduce the viscosity and / or the adhesive force. In particular, it is provided that when choosing the equality of the first and second material, the material is ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene).
Besonders bevorzugt ist es, dass die Oberflächenbehandlung als eine Oberflächenstrukturierung ausgebildet ist. Dabei wird bei der Oberflächenbehandlung die Oberfläche des zweiten Materials in den Zwischenräumen strukturiert. Beispielsweise ist die Oberflächenstrukturierung ein Aufrauen, ein Durchlöchern und/oder ein Perforieren. Mittels der Oberflächenstrukturierung wird die Adhäsionskraft und/oder die Viskosität des zweiten Materials reduziert.It is particularly preferred that the surface treatment is designed as a surface structuring. During the surface treatment, the surface of the second material is structured in the spaces. For example, the surface structuring is roughening, perforating and / or perforating. The adhesive force and / or the viscosity of the second material is reduced by means of the surface structuring.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass durch mehrmaliges Ausführen von erstem Aufbauschritt und zweitem Aufbauschritt, insbesondere auch durch mehrmaliges Ausführen der Oberflächenstrukturierung, der Oberflächenbehandlung, des Pulverauftragungsschrittes und/oder eines Zwischenschrittes, ein Rohling gebildet wird. Insbesondere umfasst ein Rohling eine Mehrzahl an Rohlingsschichten. Beispielsweise wird in einem ersten Durchgang mittels eines ersten und eines zweiten Aufbauschrittes eine erste Rohlingsschicht aufgetragen, wobei anschließend auf die hergestellte Rohlingsschicht durch einen weiteren ersten und zweiten Aufbauschritt eine weitere Rohlingsschicht aufgetragen wird. Insbesondere werden so viele Rohlingsschichten aufgetragen, bis ein gesamter Rohling hergestellt ist, wobei der Rohling insbesondere die gesamte Bauteilgeometrie aufweist und/oder umfasst.One embodiment of the method provides that a blank is formed by performing the first assembly step and the second assembly step several times, in particular also by performing the surface structuring, the surface treatment, the powder application step and / or an intermediate step a number of times. In particular, a blank comprises a plurality of blank layers. For example, a first blank layer is applied in a first pass by means of a first and a second build-up step, with a further blank layer then being applied to the blank layer produced by a further first and second build-up step. In particular, so many blank layers are applied until an entire blank is produced, the blank in particular having and / or comprising the entire component geometry.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verfahren einen Trennschritt aufweist. In dem Trennschritt wird aus dem Rohling und/oder der Rohlingsschicht die Hilfsstruktur mittels eines Verdampfens, mittels eines Zersetzens und/oder mittels Auflösen des ersten Materials entfernt. Aus dem Rohling und/oder der Rohlingsschicht mit entferntem ersten Material entsteht ein Grünling. Der Grünling weist dabei die Bauteilgeometrie auf und vorzugsweise auch dieselbe chemische Zusammensetzung wie das spätere Bauteil. Das Auflösen und Zersetzen des ersten Materials beziehungsweise der Hilfsstruktur erfolgt beispielsweise durch ein Erhitzen und/oder ein Bestrahlen. Das Auflösen des ersten Materials kann durch ein Baden des Rohlings und/oder der Rohlingsschicht in einem Medienbad erfolgen. Beispielsweise ist das Medienbad als ein Wasserbad ausgebildet, wobei das erste Material ein wasserlösliches Material ist und im Wasserbad sich auflöst. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem ein Grünling eines Bauteils besonders einfach, zeitsparend und/oder kostengünstig herstellbar ist.One embodiment of the invention provides that the method has a separation step. In the separation step, the auxiliary structure is removed from the blank and / or the blank layer by means of evaporation, by means of decomposition and / or by dissolving the first material. A green body is produced from the blank and / or the blank layer with the first material removed. The green compact has the component geometry and preferably also the same chemical composition as the later component. The first material or the auxiliary structure is dissolved and decomposed, for example, by heating and / or irradiation. The first material can be dissolved by bathing the blank and / or the blank layer in a media bath. For example, the media bath is designed as a water bath, the first material being a water-soluble material and dissolving in the water bath. This embodiment is based on the consideration of providing a method in which a green compact of a component can be produced in a particularly simple, time-saving and / or inexpensive manner.
Optional ist es vorgesehen, dass das Verfahren einen Verfestigungsschritt aufweist. Der Verfestigungsschritt erfolgt vorzugsweise nach dem Trennschritt, alternativ erfolgt der Verfestigungsschritt nach dem letzten zweiten Aufbauschritt. Bei dem Verfestigungsschritt wird der Rohling, die Rohlingsschicht und/oder der Grünling versintert und/oder verfestigt. Insbesondere erfolgt das Versintern und/oder das Verfestigen durch eine thermische Behandlung des Rohlings, der Rohlingsschicht und/oder des Grünlings. Der Versinterungsschritt wird beispielsweise durch ein Erhitzen des Rohlings, der Rohlingsschicht und/oder des Grünlings auf mehr als achthundert Grad Celsius durchgeführt, wobei der Verfestigungsschritt gleichzeitig auch den Trennschritt umfassen kann.It is optionally provided that the method has a solidification step. The consolidation step preferably takes place after the separation step, alternatively the consolidation step takes place after the last second assembly step. In the solidification step, the blank, the blank layer and / or the green body are sintered and / or solidified. In particular, the sintering and / or solidification is carried out by thermal treatment of the blank, the blank layer and / or the green body. The sintering step is carried out, for example, by heating the blank, the blank layer and / or the green body to more than eight hundred degrees Celsius, the consolidation step also being able to include the separation step.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung des Bauteils. Insbesondere ist die Fertigungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wie vorher beschrieben ausgebildet. Die Fertigungsvorrichtung weist eine erste Aufbaueinheit auf, wobei mittels der ersten Aufbaueinheit eine Hilfsstruktur mit Zwischenräumen auf einem Träger aufgetragen wird. Insbesondere ist die erste Aufbaueinheit zur Durchführung eines fotoelektrischen Druckverfahrens ausgebildet. Die Fertigungsvorrichtung weist eine zweite Aufbaueinheit auf, wobei mittels der zweiten Aufbaueinheit ein zweites Material in die Zwischenräume der Hilfsstruktur aufgetragen wird. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die erste Aufbaueinheit die zweite Aufbaueinheit bildet. Die zweite Aufbaueinheit ist ausgebildet, ein zweites Material mit einer geringeren Viskosität als das erste Material und/oder mit einer höheren Adhäsionskraft als das erste Material aufzutragen. Insbesondere kann die Fertigungsvorrichtung eine Pulverauftragungseinheit aufweisen, wobei die Pulverauftragungseinheit zur Auftragung eines Pulvers aus einem dritten Material in die Zwischenräume und/oder auf das zweite Material ausgebildet ist. Insbesondere umfasst die Fertigungsvorrichtung das erste Material, das zweite Material und/oder das Pulver.Another object of the invention is a manufacturing device for manufacturing the component. In particular, the manufacturing device for carrying out the method is designed as previously described. The production device has a first structural unit, an auxiliary structure with spaces being applied to a carrier by means of the first structural unit. In particular, the first structural unit is designed to carry out a photoelectric printing process. The production device has a second structural unit, a second material being applied into the intermediate spaces of the auxiliary structure by means of the second structural unit. In particular, it can be provided that the first structural unit forms the second structural unit. The second structural unit is designed to apply a second material with a lower viscosity than the first material and / or with a higher adhesive force than the first material. In particular, the production device can have a powder application unit, the powder application unit being designed to apply a powder made of a third material into the intermediate spaces and / or onto the second material. In particular, the manufacturing device comprises the first material, the second material and / or the powder.
Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Figuren und deren Beschreibung. Dabei zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer Fertigungsvorrichtung; -
2 ein Ausführungsbeispiel einer ersten Aufbaueinheit; -
3 ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Aufbaueinheit; -
4 ein Ausführungsbeispiel einer Pulverauftragungseinheit; -
5 ein Ausführungsbeispiel einer Pulverabsaugeinheit; -
6a -6d ; schematisch den Aufbau einer Rohlingsschicht; -
7a -7d schematisch den Aufbau einer weiteren Rohlingsschicht; -
8a -8d ein Ausführungsbeispiel einer oberflächenbehandelten Materialsch icht; -
9 ein Ausführungsbeispiel eines Grünlings; -
10a und10b schematisch die Herstellung eines Bauteils aus einem Grünling; -
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fertigungsvorrichtung.
-
1 an embodiment of a manufacturing device; -
2 an embodiment of a first assembly unit; -
3 an embodiment of a second assembly unit; -
4 an embodiment of a powder application unit; -
5 an embodiment of a powder suction unit; -
6a -6d ; schematically the structure of a blank layer; -
7a -7d schematically the structure of a further blank layer; -
8a -8d an embodiment of a surface-treated material layer; -
9 an embodiment of a green compact; -
10a and10b schematically the production of a component from a green body; -
11 another embodiment of a manufacturing device.
Das auf die Materialschicht
Die
Die
Die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 20170157849 A1 [0003]US 20170157849 A1 [0003]
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