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Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis zur Verwendung als Stützmaterial in einem Formgebungsprozess, insbesondere in einem Kunststoff-3D-Druckprozess sowie die Verwendung des Erzeugnisses.
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Mit thermoplastischer Verarbeitbarkeit ist im Sinne dieser Anmeldung gemeint, dass das Erzeugnis hinsichtlich seiner erzielbaren Form, z.B. als Granulat eine gleichmäßige Geometrie der Körner aufweist und keine Staubbildung vorliegt. Eine schlechte thermoplastische Verarbeitbarkeit liegt vor, sobald eine Staubbildung im Erzeugnis auftritt oder sich unterschiedlichste Körnergrößen im Granulat befinden und somit partiell keine gleichmäßige Schüttdichte erreicht wird, wodurch z.B. auch die Rieselfähigkeit beeinflusst wird. Ein schlecht thermoplastisch verarbeitbares Material lässt sich im Dosierprozess nicht homogen aufschmelzen und führt somit zu großen Prozessschwankungen beim Druckprozess. Beispielsweise ist ein Material, welches während des Compoundierprozesses bereits chemisch aufschäumt nicht gleichmäßig granulierbar.
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Unter thermischer Langzeitstabilität, beispielsweise in Bezug auf Viskositätseigenschaften und Molekülabbau, ist im Sinne dieser Anmeldung gemeint, dass das Material keine Degradation erfährt und sich somit die Materialeigenschaften nicht verändern, wenn das Material z.B. mehrere Stunden im Plastifizierzylinder aufgeschmolzen verweilt hat. Hier geht es in erster Linie um den Materialabbau im Zylinder und der Düse. Bilden sich z.B. nach etwa einem Tag Druckbetrieb (z.B. in dem Testsäulen gedruckt werden) bereits degenerierte Ablagerungen in der Austragsdüse (und infolge dessen Verstopfungen an der Düse), dann besitzt dieses Material eine schlechte thermische Langzeitstabilität. Ist es möglich mit dem Material bei gleichen Bedingungen z.B. mehrere Tage zu drucken und haben sich keine Ablagerungen auf den internen Komponenten gebildet, so besitzt das Material eine gute thermische Langzeitstabilität.
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Thermoplastische Eigenschaften im Sinne dieser Anmeldung sind z.B. die Aufschmelzbarkeit, die Fließfähigkeit und die Tropfbarkeit. Das Material sollte „schmelzbar“ sein, z.B. sollte es einen Schmelzpunkt und einen Phasenübergang aufweisen. Weiterhin sollte das Material nicht zu zäh und nicht zu flüssig sein, damit es z.B. in einem geeigneten Druckfenster von z.B. 250 bis 400 bar überhaupt mit reproduzierbaren Portionen gedruckt werden kann. Die Tropfenbildung mit bestimmten Charakteristika bei freiem Strangaustrag (Tropfenkette ins Freie) stellt ein charakterisierendes Merkmal für die Prozesseignung bezüglich Homogenität und thermoplastischem Verkleben des Materials im Prozess dar. Die Oberflächenspannung der ins Freie ausgetragenen Tropfen sollte so groß sein, dass sich im dynamischen Bauprozess keine Fäden beim Austrag ziehen, um z.B. Verschmierungen mit dem eigentlichen Baumaterial als auch Deformationen an dünnen Wänden der Stützstruktur zu vermeiden. Beispielsweise besitzt das Material gute thermoplastische Eigenschaften, wenn sich bei einem Prozessdruck zwischen 250 und 400 bar und einer 0,2 mm Referenzdüse eine ausgetragene homogene Tropfenkette mit einer Schnurstärke/Aufweitung von 0,2 bis max. 0,25 mm ergibt. Erhält man hingegen z.B. einen sehr spröden Strang oder im genannten Druckbereich keine Tropfenkette, ist das Material nicht tropfbar und besitzt schlechte thermoplastische Eigenschaften.
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Eine reproduzierbare Tropfenform im Sinne dieser Anmeldung liegt vor, wenn einzelne Tropfen Austrag für Austrag die gleiche, zumindest eine ähnliche Form aufweisen, sodass eine sich ändernde Tropfengröße keinen Einfluss auf das herzustellende Formteil hat.
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Eine gute Randschichtbindung mit möglichst vielen Baumaterialien im Sinne dieser Anmeldung liegt vor, wenn z.B. das Stützmaterial nicht nur lediglich auf dem Baumaterial aufliegt, sondern eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Baumaterial und/oder der Bauplatte eingeht. Somit stützt das Stützmaterial nicht nur im Sinne der Schwerkraftabstützung, sondern nimmt auch Schwindungskräfte beim Erstarren des Baumaterials in beschränktem Maße auf.
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Eine gute Löslichkeit im Sinne dieser Anmeldung liegt vor, wenn sich das Stützmaterial durch ein Lösungsmittel, im Besonderen z.B. Wasser, in endlicher Zeit so auflösen kann, dass z.B. keine Rückstände des Stützmaterials am Formteil nach der Behandlung mit dem Lösungsmittel verbleiben.
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Die Gewichtprozentangaben in dieser Anmeldung sind als nominale Gewichtprozentangaben zu verstehen. Eventuelle Verunreinigungen können demnach auftreten.
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Die Herstellung und/oder Compoundierung der Erzeugnisse in dieser Anmeldung erfolgte mittels eines Standard-Compoundierprozesses, beispielsweise der Granulierung. Compoundierung an sich beschreibt die Aufbereitung von Kunststoffen durch Beimischung von Zuschlagstoffen (Füllstoffe, Additive usw.) zur Erzielung erwünschter Eigenschaftsprofile. Die Compoundierung erfolgt überwiegend in Extrudern (hauptsächlich gleichläufige Doppelschneckenextruder, aber auch gegenläufige Doppelschneckenextruder, sowie durch Planetwalzenextruder und Ko-Kneter) und umfasst die Verfahrensoperationen Fördern, Aufschmelzen, Dispergieren, Mischen, Entgasen und Druckaufbau.
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Stand der Technik
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Formgebungsprozesse, insbesondere Kunststoff-Formgebungsprozesse, können mittels unterschiedlichen Verfahren ausgeführt werden. Beispielsweise wird bei einem Kunststoff-Spritzgießprozess das zuvor geschmolzene Material mittels einer Einspritzvorrichtung in eine Form, welche in einer Schließvorrichtung angeordnet ist, zunächst eingespritzt. Bei geschlossener Form wird im Anschluss Druck aufgebaut, sodass die komplette Form mit Material ausgefüllt wird und das gewünschte Formteil sich innerhalb der Form formt. Als letzter Schritt wird die Form geöffnet und die Formteile werden entnommen. Bei einem solchen Prozess wird immer eine zuvor hergestellte Form als „Negativ“ für die Formteile benötigt. Da die Herstellung einer solchen Form in der Regel hohe Kosten verursacht, lohnt sich eine Formherstellung oftmals nur bei einer großen Anzahl an zu produzierenden Formteilen.
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Eine weitere Möglichkeit eines Formgebungsprozesses stellt ein additiver Fertigungsprozess, beispielsweise ein Kunststoff-3D-Druckprozess dar. Mittels des 3D-Druckprozesses können z.B. einzelne Formteile, beispielsweise aus Kunststoff, kostengünstiger hergestellt werden, da für einen solchen Prozess keine kostenintensive Form benötigt wird. Jedes Formteil wird dabei vorzugsweise einzeln gedruckt. Zuerst wird mittels eines Computerprogramms das gewünschte Formteil in Schichten zerlegt („gesliced“), beispielsweise innerhalb der x-y-Ebene. Mittels einer Druckmaschine, beispielsweise eines 3D-Druckers wird dann im Anschluss Schicht für Schicht gedruckt, bis das Formteil komplett hergestellt ist. Dazu wird Material, z.B. Kunststoff, aus einer Düse des 3D-Druckers beispielsweise entweder als Strang oder als Tropfen Schicht für Schicht ausgetragen, wodurch sich das zuvor in Schichten zerlegte gewünschte Formteil Schicht für Schicht bildet. Da manche Formteile jedoch Überhänge aufweisen, also Stellen, in denen das ausgetragene Material des Druckers bzw. im speziellen Fall der Tropfen nicht durch anderes Material bzw. einen anderen Tropfen der darunter liegenden Schicht gestützt ist, ist ein Stützmaterial notwendig. Da das Material direkt nach dem Austrag noch nicht komplett erstarrt oder „hart“, sondern eventuell aufgrund der Verarbeitungstemperatur noch sehr weich ist, können diese Überhänge aufgrund mangelnder Stützung einknicken oder abbrechen und somit das gewünschte Formteil beschädigen. Um dies zu verhindern, wird, bevor die Überhänge ausgetragen werden, das Stützmaterial in einer darunterliegenden Schicht ausgetragen, auf welche im Anschluss in der nächsten Schicht das „Überhangsmaterial“ ausgetragen wird. Ist der Druckprozess mit Stützmaterial beendet, wird das Stützmaterial entfernt, sodass nur das gewünschte Formteil übrig bleibt.
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In der
WO 2017/112689 A1 ist ein wasserlösliches Stützmaterial für ein additives Fertigungssystem offenbart, welches eine Polymermatrix mit einer Vielzahl an Poly Vinyl Pyrrolidon (PVP) Polymer-Arten aufweist, wobei die PVP Polymer-Arten eine erste PVP Polymer-Art mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 40000 Dalton oder größer aufweisen und in einer wässrigen Lösung auflösbar sind.
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In der
WO 2017/112687 A1 ist ebenfalls ein wasserlösliches Stützmaterial zur Verwendung in einem additiven Fertigungssystem offenbart, wobei das Stützmaterial eine Polymermatrix mit einem Copolymer aufweist, wobei das Copolymer Vinylpyrrolidone (VP) Monomere und Elastomere Monomere aufweist, wobei das Stützmaterial in einer wässrigen Lösung auflösbar ist.
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Die
US 2018/0111337 A1 offenbart eine wasserlösliche polymerische Zusammensetzung zur Verwendung in 3D Druckern, wobei die Zusammensetzung ein wasserlösliches Polymer aufweist, welches zumindest etwa 50 Gewichtprozent der Zusammensetzung ausmacht. Ferner weist die Zusammensetzung einen Flussmodifikator von zumindest etwa einem Gewichtprozent der Zusammensetzung und ein Füllmaterial von wenigstens etwa 10 Gewichtprozent der Zusammensetzung auf, wobei zumindest 90 Gewichtprozent der einzelnen Zutaten vor dem Mischen wasserlöslich sind.
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Die
EP 3 293 578 A1 offenbart ein Stützmaterial zur Verwendung in einem additiven Fertigungsprozess, wobei das Material Polyvinyl Alkohol (PVA) sowie als Zusatzstoffe Polyvinylalkohol Polymer (PVP) und Chitosan aufweist, wobei durch das Verhältnis der Zusatzstoffe die Glasübergangstemperatur des PVAs so beeinflusst werden soll, dass es möglichst mit der Glasübergangstemperatur des Bauplattenmaterials übereinstimmt.
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In der
WO 2018/218203 A1 ist eine wasserlösliche Polymerzusammensetzung mit einem wasserlöslichen Polymer und einem Zucker offenbart, welche als Stützmaterial in einem additiven Fertigungsprozess eingesetzt werden kann.
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Alle Stützmaterialien im aufgeführten Stand der Technik finden jedoch jeweils in einem Strangaustragsverfahren Anwendung. Werden diese Materialien jedoch beispielsweise bei einem Verfahren verwendet, bei dem der Austrag mittels einzelner Tropfen durchgeführt wird, beispielsweise in einem Kunststoff-Spritzgießprozess oder einem Kunststoff-3D-Druckprozess, ergeben sich Probleme, insbesondere hinsichtlich der thermischen Stabilität und der Tropfbarkeit, beispielsweise durch Fadenbildung. Die einzelnen Tropfen können bei Fadenbildung nicht Tropfen für Tropfen ausgetragen werden, sondern bilden Fäden, sodass das gewünschte Formteil eine schlechte Formtreue aufweist und sich Verschmierungen zwischen Baumaterial und Stützmaterial ergeben. Diese Eigenschaften spielen beim Strangaustragsverfahren eine weniger wichtige Rolle, da bei diesem Verfahren das Material lediglich direkt an der Heißkleberdüse aufgeheizt wird, wodurch auch die Thematik der Verweilzeit der Schmelze in der Spritzeinheit vernachlässigbar ist. Auch werden durch den Strangaustrag wesentlich weniger Anfangs- und Endpunkte gefahren, wodurch die Tropfenbildungsqualität oder das Ablösen des Tropfens an der Austragsdüse eher untergeordnet wichtig sind.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Erzeugnis zur Verwendung als Stützmaterial in einem Formgebungsprozess, z.B. in einem Kunststoff-Formgebungsprozess bereitzustellen, welches eine gute thermoplastische Verarbeitbarkeit, eine hohe thermische Langzeitstabilität, beispielsweise in Bezug auf Viskositätseigenschaften und Molekülabbau, gute thermoplastische Eigenschaften, wie beispielsweise Aufschmelzbarkeit, Fließfähigkeit, Tropfbarkeit, eine reproduzierbare Tropfenform, eine gute Randschichtbindung mit möglichst vielen Baumaterialien sowie eine gute Löslichkeit, beispielsweise in Wasser aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Erzeugnis mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch eine Verwendung nach Anspruch 10 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch Erläutern des Sachverhaltes aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Das erfindungsgemäße Erzeugnis zur Verwendung als Stützmaterial in einem Formgebungsprozess, beispielsweise in einem Kunststoff-Spritzgießprozess oder einem additiven Fertigungsprozess, beispielsweise einem Kunststoff-3D-Druckprozess weist lediglich wenigstens Butendiol-Vinylalkohol-Copolymer (BVOH) und wenigstens Poly-Vinylpyrrolidon (PVP) auf.
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PVOH ist ein polymerisiertes Aethan(alkoh)ol. BVOH ist ein polymerisiertes Buthan(alkoh)ol, welches beispielweise unter den Bezeichnungen „OKS 8049P“ oder „OKS 8077P“ der Firma Nippon Ghosei erhältlich ist. Beide Materialien sind biologisch abbaubare Naturpolymere, wobei PVOH zu einem duroplastischem Vernetzungsverhalten neigt und somit in der Plastifizierung bzw. Masseaufbereitung als Schmelze nicht besonders geeignet ist, da es auskandiert. BVOH ist verglichen mit PVOH ein stabilerer Polyvinylalkohol mit stabilen thermoplastischen Schmelzeigenschaften, wobei BVOH sich im festen Zustand gut mit vielen amorphen Thermoplasten verbindet und somit als Stützmaterial an der Grenzschicht zwischen Stützmaterial und einer Bauplatte und/oder einem Baumaterial, wie beispielsweise „ABS Terluran GP-35“, „TPU Elastollan C78A“, „PC Makrolon 2805“ oder „PA10 Grilamid BTR600 (XE4010)“ eine gute Stütz- als auch Haftwirkung gegen Verzug aufweist. PVOH und BVOH haben thermoplastische Eigenschaften und verbinden sich relativ gut mit amorphen Polymeren der Styrolklasse. PVOH und BVOH sind als nicht giftig klassifiziert.
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PVP ist ein Folgeprodukt der Acetylenchemie (Essigchemie) und Pyrrodine, welches beispielsweise unter den Bezeichnungen „Sokalan VA64P“, „Sokalan K90P“ oder „Sokalan K30P“ der Firma BASF erhältlich ist. In bestimmten Zusammensetzungen und Aggregatzuständen hat PVP thermoplastische Eigenschaften, wobei es jedoch nicht unbedingt spritzgießfähig ist. Es ist je nach Formulierung sehr gut wasserlöslich und lässt sich sehr gut in Polymere einmischen. Ferner wird es in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, beispielsweise als Haarspray und in der Medizin, beispielsweise als Blutplasmaersatz eingesetzt und ist demnach als nicht giftig klassifiziert.
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Durch die Verwendung von BVOH und PVP in dem Erzeugnis werden eine gute thermoplastische Verarbeitbarkeit, eine hohe thermische Langzeitstabilität in Bezug auf Viskositätseigenschaften und Molekülabbau, gute thermoplastische Eigenschaften, wie beispielsweise Aufschmelzbarkeit, Fließfähigkeit, Tropfbarkeit, eine reproduzierbare Tropfenform sowie eine gute Randschichtbindung mit möglichst vielen Bauplatten und/oder Baumaterialien, wie beispielsweise „ABS Terluran GP-35“, „TPU Elastollan C78A“, „PC Makrolon 2805“ oder „PA10 Grilamid BTR600 (XE4010)“ erreicht. Gleichzeitig wird je nach Anteil des PVPs in dem Erzeugnis, z.B. bei einem höheren Anteil PVP, eine bessere Löslichkeit, beispielsweise in Wasser, eine höhere Wärmeformbeständigkeit sowie eine bessere Haftung auf verschiedenen Bauplatten und/oder Baumaterialien gewährleistet. Wird der Anteil an PVP verringert bzw. wird der Anteil an BVOH erhöht, ergibt sich eine bessere Tropfenbildungsfähigkeit, eine höhere Strangaufweitung, bessere mechanische Eigenschaften und eine geringere Fadenbildung. Für eine gute thermoplastische Verarbeitbarkeit und thermische Stabilität der Schmelze des Erzeugnisses, eine gute Haftung an der Bauplatte und/oder an dem Baumaterial sowie eine gute Tropfenbildung wird der BVOH-Anteil verwendet. Der PVP-Anteil in dem Erzeugnis ist im Wesentlichen für eine gute Löslichkeit, vorzugsweise in Wasser, zuständig.
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Um vorteilhaft gute thermoplastische Schmelzeigenschaften, eine gute Tropfenbildung, keine Fadenbildung und gute mechanische Eigenschaften bei gleichzeitiger hinreichender Löslichkeit, beispielsweise in Wasser, eine gute Haftung beispielsweise an einer Bauplatte und/oder einem Baumaterial, zu erzielen, weist das Erzeugnis vorzugsweise lediglich 55 bis 65 Gewichtprozent, z.B. 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 Gewichtsprozent des BVOH, beispielsweise das „OKS 8049P“ oder „OKS 8077P“ der Firma Nippon Ghosei, sowie 35 bis 45 Gewichtprozent, z.B. 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 Gewichtprozent des PVP auf, beispielsweise das „Sokalan VA64P“, „Sokalan K90P“ oder „Sokalan K30P“ der Firma BASF. Die 55 bis 65 Gewichtprozent des BVOH bestehen demnach komplett aus BVOH. Auch im Folgenden ist dies für Angaben von BVOH so zu verstehen.
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Um vorteilhaft besonders gute thermoplastische Schmelzeigenschaften, eine gute Tropfenbildung, keine Fadenbildung und gute mechanische Eigenschaften bei gleichzeitiger hinreichender Löslichkeit, beispielsweise in Wasser, eine gute Haftung beispielsweise an einer Bauplatte und/oder einem Baumaterial, zu erzielen, weist das Erzeugnis vorzugsweise lediglich 60 Gewichtprozent des BVOH, beispielsweise das „OKS 8049P“ oder „OKS 8077P“ der Firma Nippon Ghosei, sowie 40 Gewichtprozent des PVP auf, beispielsweise das „Sokalan VA64P“, „Sokalan K90P“ oder „Sokalan K30P“ der Firma BASF. Die 60 Gewichtprozent des BVOH und/oder des PVOH bestehen demnach komplett aus BVOH. Auch im Folgenden ist dies für Angaben von BVOH so zu verstehen.
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Für ein vorteilhaft schnelles und einfaches Ablösen der Stützstruktur ist das Erzeugnis vorzugsweise in einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, löslich.
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Um das Stützmaterial einfach und schnell in dem Lösungsmittel aufzulösen, beträgt die Lösungsgeschwindigkeit vorzugsweise mindestens 0,5 g/h, besonders vorzugsweise mindestens 1g/h. Beispielsweise beträgt die Lösungsgeschwindigkeit des Erzeugnisses in Form eines Würfels mit einem Volumen von einem Kubikzentimeter (1 cm3) in 50 Grad Celsius warmen Leitungswasser vorzugsweise mindestens 0,5 g/h, besonders vorzugsweise mindestens 1g/h. Die Lösungsgeschwindigkeit kann bevorzugt durch Umwälzung des Lösungsmittelbads gesteigert werden.
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Um eine Deformation der Stützstruktur in einem beheizten Bauraum zu vermeiden, weist das Erzeugnis vorzugsweise eine thermische Stabilität von bis zu 100 Grad Celsius und/oder vorzugsweise eine Wärmeformbeständigkeit von mindestens 105 Grad Celsius auf.
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Um eine Degradation zu vermeiden, ist das Erzeugnis vorzugsweise bei einer Verarbeitungstemperatur von 200 bis 250 Grad Celsius und einer Verweilzeit von etwa 30 Minuten im Plastifizier- und/oder Austragssystem stabil.
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Für eine vorteilhaft gute Haftung an der Bauplatte und/oder dem Baumaterial bei einer gleichzeitig guten Entfernbarkeit des Stützmaterials weist das Erzeugnis vorzugsweise eine Haftzugfestigkeit von mindestens 10 kPa, besonders bevorzugt mindestens 15 kPa bezogen auf die Bauplatte und/oder das Baumaterial auf.
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Für eine einfache und umweltverträgliche Entsorgung des Stützmaterials ist das Erzeugnis vorzugsweise biologisch abbaubar.
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Die Aufgabe wird zudem durch eine Verwendung des vorhergehend beschriebenen Erzeugnisses zur Herstellung eines Formteils mittels eines Formgebungsprozesses, beispielsweise eines Kunststoff-Spritzgießprozesses oder eines additiven Fertigungsprozesses, beispielsweise in einem Kunststoff-3D-Druckprozess gelöst. Erfindungsgemäß wird als Stützmaterial das vorhergehend beschriebene Erzeugnis verwendet, wodurch sich vorteilhaft eine gute thermoplastische Verarbeitbarkeit, eine hohe thermische Langzeitstabilität, beispielsweise in Bezug auf Viskositätseigenschaften und Molekülabbau, gute thermoplastische Eigenschaften, wie beispielsweise Aufschmelzbarkeit, Fließfähigkeit, Tropfbarkeit, eine reproduzierbare Tropfenform, eine gute Randschichtbindung mit möglichst vielen Baumaterialien, wie beispielsweise „ABS Terluran GP-35“, „TPU Elastollan C78A“, „PC Makrolon 2805“ oder „PA10 Grilamid BTR600 (XE4010)“ sowie eine gute Löslichkeit, beispielsweise in Wasser, des Stützmaterials ergeben.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von den in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 Tabelle der Ausführungsbeispiele,
- 2a Granulat des Materials von Versuch 1-1,
- 2b Granulat des Materials von Versuch 1-2,
- 2c Granulat des Materials von Versuch 1-2 #2,
- 2d Granulat des Materials von Versuch 1-3,
- 2e Granulat des Materials von Versuch 1-6,
- 2f Granulat des Materials von Versuch 1-7,
- 2g Granulat des Materials von Versuch 1-8,
- 2h Granulat des Materials von Versuch 1-9,
- 2i Granulat des Materials von Versuch 1-10,
- 3a Teststruktur mit Material aus Versuch 1-7,
- 3b Teststruktur mit Material aus einer reinen PVP-Mischung,
- 4 Granulat des Materials mit 60 Gewichtprozent BVOH, 38,5 Gewichtprozent PVP und 1,5 Gewichtprozent Zusatzstoffe.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
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Zum Herstellen des Erzeugnisses wurden zunächst Versuche mit verschiedenen Zusammensetzungen von BVOH, PVOH, PVP und Zusatzstoffen durchgeführt. Dabei erfolgte die Herstellung der Erzeugnisse mittels eines Standard-Compoundier-prozesses, beispielsweise der Granulierung. In 1 sind die in den Versuchen generell angestrebten Ausführungsbeispiele in einer Versuchstabelle dargestellt. Dabei sind die Zahlen als Anteil von 1 (= 100 Gewichtprozent) zu verstehen. In diesen Ausführungsbeispielen wurde als BVOH und/oder PVOH „OKS 8049P“; als PVP1 „Sokalan VA64P“; als PVP2 „Sokalan K90P“; als PVP3 „Sokalan K30P“ und als Zusatzstoff Polyethylenglycol (PEG) verwendet.
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Die Versuche mit den Versuchsnummern V2-1 bis V2-5 und V3-1 bis V3-5 konnten nicht compoundiert werden, da eine chemische Aufschäumreaktion zwischen den einzelnen Komponenten stattgefunden hat.
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Die Versuchsreihe V1-1 bis V1-10 wurde zunächst anhand der Ergebnisse des entstehenden Materials aus dem Compoundierprozess beurteilt. Aufgrund der Farbe des Granulats als auch wegen der Granulatform der Versuche V1-1 bis V1-6 (teilweise 2a - 2e) konnte beurteilt werden, dass bei diesen Versuchen ein Materialabbau beim Compoundieren stattgefunden hat und keine brauchbare Granulatgeometrie vorliegt. Das Material aus Versuch V1-10 ist sehr spröde (in 2i nicht erkennbar) und hat daher einen zu hohen Staubanteil im Granulat. Ebenfalls neigt das Material aus Versuch V1-8 zur Sprödigkeit (2g).
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Die Materialien der Versuche V1-7 (2f) und V1-9 (2h) erzielen beide gute Ergebnisse im Druckprozess und sind beide verwendbar. In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen weist das Erzeugnis vorzugsweise lediglich 55 bis 65 Gewichtprozent, z.B. 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 Gewichtprozent des BVOH, beispielsweise das „OKS 8049P“ oder „OKS 8077P“ der Firma Nippon Ghosei, sowie 35 bis 45 Gewichtprozent, z.B. 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 Gewichtprozent des PVP aufweist, beispielsweise das „Sokalan VA64P“, „Sokalan K90P“ oder „Sokalan K30P“ der Firma BASF, auf.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 3a wurde eine Teststruktur mit dem Material aus Versuch V1-7, welches lediglich 60 Gewichtprozent BVOH („OKS 8049P“) und 40 Gewichtprozent PVP („Sokalan VA64P“) aufweist, auf einem Arburg „Freeformer“ durchgeführt. Zum Vergleich wurde dieselbe Teststruktur in 3b mit einem reinen PVP-Material durchgeführt, in diesem Beispiel bestehend aus 90 Gewichtprozent „Sokalan VA64P“ und 10 Gewichtprozent „Sokalan K90P“. Die Teststruktur in 3a besitzt eine hohe Formtreue. Es ist keine Deformation der Teststruktur oder Fadenbildung sichtbar. Im Gegensatz dazu weist das reine PVP-Material in 3b eine schlechte Formtreue aufgrund von Deformation und/oder Fadenbildung auf. Auch bei anderen Mischungsverhältnissen der beiden PVP-Materialien „Sokalan VA64P“ und „Sokalan K90P“ oder anderer reiner PVP-Mischungen ergab sich ein ähnliches Bild. Reine PVP-Mischungen wurden daher aufgrund von Deformation und/oder Fadenbildung nicht weiter verwendet.
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Zum schnellen und einfachen Ablösen der Stützstruktur ist das Erzeugnis in einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, löslich.
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Die Lösungsgeschwindigkeit beträgt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mindestens 0,5 g/h, besonders bevorzugt mindestens 1g/h. Als Grundlage zur Berechnung wird ein Würfel des Erzeugnisses mit einem Volumen von einem Kubikzentimeter (1 cm3) in 50 Grad Celsius warmen Leitungswasser aufgelöst. Es ist denkbar, die Lösungsgeschwindigkeit durch Umwälzung des Wasserbads zu steigern.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Erzeugnis eine thermische Stabilität von bis zu 100 Grad Celsius und/oder eine Wärmeformbeständigkeit von mindestens 105 Grad Celsius auf, sodass eine Deformation der Stützstruktur in einem beheizten Bauraum vermieden wird.
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Bei einer Verarbeitungstemperatur von 200 bis 250 Grad Celsius und einer Verweilzeit von etwa 30 Minuten im Plastifizier- und/oder Austragssystem bleibt das Erzeugnis eines weiteren Ausführungsbeispiels stabil. So wird eine Degradation aufgrund einer Veränderung der Materialeigenschaften vermeiden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Erzeugnis vorzugsweise eine Haftzugfestigkeit von mindestens 10kPa, besonders bevorzugt mindestens 15 kPa bezogen auf die Bauplatte und/oder das Baumaterial auf.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Erzeugnis biologisch abbaubar. Somit ist eine einfache und umweltverträgliche Entsorgung des Stützmaterials gegeben.
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Eine Verwendung des vorhergehend beschriebenen Erzeugnisses zur Herstellung eines Formteils mittels eines Formgebungsprozesses, beispielsweise eines Kunststoff-Spritzgießprozesses oder eines additiven Fertigungsprozesses, beispielsweise eines Kunststoff-3D-Druckprozesses ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel offenbart. Als Stützmaterial wird in diesem Ausführungsbeispiel das vorhergehend beschriebene Erzeugnis verwendet, wodurch sich eine gute thermoplastische Verarbeitbarkeit, eine hohe thermische Langzeitstabilität, beispielsweise in Bezug auf Viskositätseigenschaften und Molekülabbau, gute thermoplastische Eigenschaften, wie beispielsweise Aufschmelzbarkeit, Fließfähigkeit, Tropfbarkeit, eine reproduzierbare Tropfenform, eine gute Randschichtbindung mit möglichst vielen Baumaterialien, wie beispielsweise „ABS Terluran GP-35“, „TPU Elastollan C78A“, „PC Makrolon 2805“ oder „PA10 Grilamid BTR600 (XE4010)“ sowie eine gute Löslichkeit, beispielsweise in Wasser, des Stützmaterials ergeben.
