DE102019213404A1

DE102019213404A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils

Info

Publication number: DE102019213404A1
Application number: DE102019213404.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Rütjes; Anwar Shad
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils (2), umfassend Bereitstellen eines Grünteils, insbesondere durch einen Binder-Jetting-Prozess, wobei das Grünteil Grünteilpartikel gemäß einer Grünteilmaterialzusammensetzung mit einer ersten Partikelgröße und einen Binder umfasst, Aktivieren des Binders zum Aushärten des Binders und zur Herstellung eines Formteilrohlings und Sintern des Formteilrohlings zur Herstellung des Formteils (2).Es ist vorgesehen, dass ein nachgelagertes Tauchbeschichten, nachdem der Formteilrohling aufgebaut wurde, die Oberfläche (5) des Formteilrohlings und somit des zu fertigenden Formteils (2) oder direkt die Oberfläche (5) des Formteils (2) durch die Tauchbeschichtung behandelt und gezielt den Anforderungen an das Formteil (2) angepasst werden kann. Dabei umfasst das Tauchbeschichten das Eintauchen des Formteilrohlings und/oder des Formteils (2) in einen ein Bindemittel und Pulverpartikel (3) umfassenden Schlicker (4), wobei die Pulverpartikel (3) eine zweite Partikelgröße aufweisen, die kleiner ist als die erste Partikelgröße.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, umfassend Bereitstellen eines Grünteils, insbesondere durch einen Binder-Jetting-Prozess, wobei das Grünteil Grünteilpartikel gemäß einer Grünteilmaterialzusammensetzung mit einer ersten Partikelgröße und einen Binder umfasst, Aktivieren des Binders zum Aushärten des Binders und zur Herstellung eines Formteilrohlings und Sintern des Formteilrohlings zur Herstellung des Formteils.
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Grünteil bereitgestellt. Beispielsweise kann das Grünteil durch ein beliebiges additives Fertigungsverfahren hergestellt werden. Insbesondere kann das Grünteil durch einen Binder-Jetting-Prozess hergestellt werden. Dabei werden Grünteilpartikel insbesondere aus Metall als Ausgangspulver verwendet und in der Form des zu fertigenden Formteils schichtweise mittels eines Binders verbunden, beispielsweise verklebt. Die Grünteilpartikel liegen dabei typischerweise in einem Pulverbett als Pulver vor. Es erfolgt schichtweise ein Pulverauftrag der Grünteilpartikel und eine lokale Verfestigung der Grünteilpartikel durch den Binder. Das gesamte Pulverbett mit dem darin eingebetteten, zu fertigenden Grünteil werden gemeinsam abgesenkt, wobei eine neue Schicht der Grünteilpartikel und gegebenenfalls Binder aufgebracht wird. Danach erfolgt ein neuer Schichtauftrag mit Metallpulver und gegebenenfalls eine erneute lokale Verfestigung der Grünteilpartikel durch den Binder. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das Grünteil aufgebaut ist. Die Grünteilmaterialzusammensetzung, das heißt die Materialzusammensetzung des Grünteils, umfasst somit die Grünteilpartikel und den Binder.
Um das Grünteil effektiv aufbauen zu können, liegen die Grünteilpartikel als Pulver mit einer bestimmten Partikelgröße vor. Die Partikelgröße ist entscheidend dafür, wie dick beispielsweise eine Schicht sein kann, die in einem Fertigungsschritt aufgebaut werden kann. Die Partikelgröße hat auch einen Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit des zu fertigenden Formteils.
Das bereitgestellte Grünteil zeichnet sich durch eine nur begrenzte Festigkeit aus, da es beziehungsweise die Grünteilpartikel, aus denen das Grünteil aufgebaut ist, lediglich durch den aufgebrachten beziehungsweise eingebrachten Binder zusammengehalten wird/werden. Bevor das Grünteil aus dem Pulverbett entnommen werden kann, wird der Binder insbesondere thermisch aktiviert und ausgehärtet (Curing-Prozess), wobei durch die insbesondere thermische Aktivierung und Aushärtung des Binders ein Formteilrohling entsteht. Der Formteilrohling wird anschließend entpulvert, um überschüssiges, dem Formteilrohling anhaftendes Pulver aus dem Pulverbett zu entfernen. Der Formteilrohling weist daher eine Materialzusammensetzung auf, die die Grünteilpartikel aufweist und bei der der Binder beispielsweise durch Ausbrennen, so genanntes thermisches Entbindern, insbesondere im dem Curing-Prozess nachfolgenden Sintern entfernt wird.
Um das Formteil herzustellen, erfolgt eine Sinterfahrt beziehungsweise ein Sintern des Formteilrohlings, bei dem der Binder herausgebrannt wird und die Grünteilpartikel in der Form des zu erzeugenden Formteils zusammensintern. Durch das Sintern wird aus dem Formteilrohling das Formteil hergestellt. Dies geschieht mit Hilfe von Wärme und Druck, bis eine Zieldichte, beispielsweise eine möglichst hohe Dichte, erreicht ist. Beim Sintern verringert sich die Porosität und das Volumen des Formteilrohlings nimmt durch Schrumpfung ab, das heißt, das Formteil ist typischerweise kleiner als der Formteilrohling.
Im Stand der Technik sind auch andere Verfahren zur Herstellung beziehungsweise zum Aufbau von Formteilen bekannt. Beispielsweise offenbart WO 2018/086645 A1 als additives Fertigungsverfahren ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen mit einem Tauchbeschichtu ngsvorgang.
Dabei wird eine Tauchbeschichtung durchgeführt, um eine Pulverschicht aufzutragen. Die Tauchbeschichtung ist also der Aufbauprozess des Formteils und verleiht dem herzustellenden Formteil seine Geometrie und seine äußere Kontur. Das Formteil wird demgemäß ausgehend von einer Bauplattform wie folgt hergestellt: Absenken der Bauplattform in eine Suspension bestehend aus einer wässrigen Lösung, in der Partikel suspendiert sind, Verbleib der Bauplattform in der Suspension, nach einer gewissen Prozesszeit Anheben der Bauplattform. Die Bauplattform wird beim Anheben aus dem Tauchbad mit der Suspension herausgefahren und eine Schicht der Suspension verbleibt auf der Oberfläche des zu fertigenden Formteils. Folgend erfolgt ein Abrakeln der Schicht, so dass eine homogene Schichtstärke resultiert. Optional wird die Schicht getrocknet und lokal mittels eines Binders verfestigt, der optional getrocknet wird. Um eine neue Schicht auf die Oberfläche des zu fertigenden Formteils aufzubringen, erfolgt ein erneutes Abtauchen der Bauplattform in die Suspension und die vorherigen Schritte werden wiederholt, bis das Formteil aufgebaut ist.
Die Tauchbeschichtung des aufzubauenden Formteils in der Suspension dient dabei als Methode zum Auftragen einer weiteren Schicht durch die in der Suspension suspendierten Partikel anstelle des Pulverbettes beim Binder-Jetting-Prozess. Der Prozessschritt des Schichtauftrags durch eine Tauchbeschichtung steigert die Komplexität der gesamten Anlage und des Prozesses und erhöht die Prozesszeit gegenüber dem Binder-Jetting-Prozess, insbesondere bei der Verwendung feiner Pulver beziehungsweise kleiner in der wässrigen Lösung suspendierter Partikel, bei denen nur eine geringe Schichtdicke pro Auftrag erzielt werden kann. Zudem sind die Fließeigenschaften der Suspension nicht allein von der wässrigen Lösung oder den Partikeln abhängig, sondern von der gegebenenfalls komplexen Rheologie der Suspension. Damit ist die Effektivität und die Kontrollierbarkeit des Herstellungsverfahrens von der Größe der Pulverpartikel abhängig. Das Verfahren ist besonders aufwendig, wenn die Pulverpartikel sehr klein sind, da dadurch viele Schichten aufgetragen werden müssen, um eine bestimmte Größe des Formteils zu erzielen.
Bei den bekannten Herstellungsverfahren besteht das Problem, dass die Größe der Partikel beziehungsweise der Grünteilpartikel die Porosität des Grünteils und somit des zu fertigenden Formteils oder des Formteils direkt bestimmt und die Größe der Partikel gleichzeitig entscheidend für die Effektivität des Aufbaus des Grünteils oder des Formteils ist. Die Größe der Partikel hat auch einen Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere die Rauheit der Oberfläche, des Formteils. Bei der Verwendung großer Partikel können durch die Größe der Partikel teilweise Qualitätsstandards nicht eingehalten werden. Die mechanischen Eigenschaften des Formteils sind abhängig von der Grünteildichte, also der Packungsdichte der Pulverpartikel im Grünteil. Typischerweise ist eine Verdichtung der Pulverpartikel notwendig, um eine zulängliche Beschaffenheit der Oberfläche zu erzielen. Ferner sind beim beziehungsweise nach dem Polieren der Oberfläche beziehungsweise der obersten Schichten des Formteils die Pulverpartikel durch unzureichende oberflächennahe Poren sichtbar, die nach jetzigen Qualitätsstandards einen Einsatz in Serienbauteilen verhindert. Eine zu kleine Größe der Partikel mindert die Effektivität des Aufbaus.
Diese Probleme können beispielsweise vermindert werden, indem das Formteil nach dem Sinterprozess beziehungsweise nach dem Sintern durch eine heißisostatische Pressung behandelt wird. Das heißisostatische Pressen ist jedoch sehr kostenaufwendig. Alternativ kann das Grünteil mit einer niedrigschmelzenden Legierung infiltriert werden, wobei die Infiltrierung jedoch nur unzureichende mechanische Eigenschaften des Formteils erzielt und weitere mechanische Prozessschritte beziehungsweise Nachbehandlungen erfordert.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Herstellungsverfahren zur effektiven und funktionell vielseitigen Herstellung eines Formteils anzugeben, mit dem insbesondere eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit des Formteils erzielbar ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass ein Tauchbeschichten und Sintern des Formteilrohlings und/oder Tauchbeschichten des Formteils erfolgt. Das Verfahren ermöglicht, dass der Formteilrohling oder das Formteil aus beziehungsweise nach dem Binder-Jetting-Prozess entnommen und in einem separaten Schritt außerhalb der Anlage zur Herstellung des Formteilrohlings oder des Formteils, das heißt in einem potentiell nachgelagerten Prozessschritt, durch die Tauchbeschichtung beschichtet werden kann. Durch das nachgelagerte Tauchbeschichten, nachdem der Formteilrohling aufgebaut wurde, kann die Oberfläche des Formteilrohlings und somit des zu fertigenden Formteils oder direkt die Oberfläche des Formteils durch die Tauchbeschichtung behandelt und gezielt den Anforderungen an das Formteil angepasst werden.
Das Tauchbeschichten umfasst dabei das Eintauchen des Formteilrohlings und/oder des Formteils in einen ein Bindemittel und Pulverpartikel umfassenden Schlicker. Der Schlicker ist dabei eine Suspension, in der die Pulverpartikel suspendiert sind.
Erfindungsgemäß weisen die Pulverpartikel eine zweite Partikelgröße auf, die kleiner ist als die erste Partikelgröße. Die Tauchbeschichtung ermöglicht eine Nachverdichtung von oberflächennahen Bereichen. So können der Schlicker und/oder die darin befindlichen Pulverpartikel insbesondere in oberflächennahe Poren des Formteilrohlings und/oder des Formteils eindringen und dort zu einer zusätzlichen Verdichtung der Oberfläche führen. Das beeinflusst die Grünteilfestigkeit und -dichte beziehungsweise die Festigkeit und Dichte des Formteilrohlings oder Formteils positiv und wirkt sich insbesondere positiv auf den Sinterprozess aus. Durch die Verwendung kleiner Korngrößen beziehungsweise Pulverpartikel kann eine oberflächennahe Verdichtung im Sinterteil beziehungsweise im fertigen Formteil erreicht werden. Insbesondere kann die Oberfläche gänzlich homogen sein und ist damit mechanisch und chemisch besonders belastbar, wie zum Beispiel für Werkzeuge durch Qualitätsstandards gefordert.
Anschließend erfolgt erfindungsgemäß ein Entbindern des tauchbeschichteten Formteilrohlings und/oder des tauchbeschichteten Formteils. Dabei wird das Bindemittel von der Oberfläche des Formteilrohlings oder des Formteils entfernt. Dabei wird der Formteilrohling für das Sintern vorbereitet.
Die Erfindung hat erkannt, dass eine Tauchbeschichtung, bei der die Pulverpartikel eine zweite Partikelgröße aufweisen, die kleiner ist als die erste Partikelgröße, Vorteile aufweist gegenüber dem Herstellungsprozess des Grünteils als solchen mit nur einer Partikelgröße, wie beispielsweise in der WO 2018/086645 A1 offenbart ist. Die Tauchbeschichtung des Formteilrohlings oder des Formteils als bereitgestelltes, zu beschichtendes Teil insbesondere durch den Binder-Jetting-Prozess erfolgt mit Pulverpartikeln als nachgelagerter Prozessschritt. Dabei wird die Oberfläche des aufgebauten Formteilrohlings beziehungsweise des fertigen Grünteils und/oder des Formteils behandelt. Die Oberflächenbeschaffenheit kann damit gezielt verbessert und/oder graduiert werden.
Die erfindungsgemäße Tauchbeschichtung, das heißt in einem nachgelagerten Prozessschritt eine Suspension auf den Formteilrohling beziehungsweise das fertig aufgebaute und noch nicht gesinterte Grünteil aufzubringen oder auf das Formteil, mit Berücksichtigung der gezielten Anwendung von Pulverpartikeln und Grünteilpartikeln verschiedener Größe, ist im Stand der Technik nicht bekannt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pulverpartikel einen Durchmesser von bis zu 15 µm, vorzugsweise von bis zu 10 µm, weiter vorzugsweise von 5 µm, aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Pulverpartikel eine Größe im Nanometerbereich aufweisen. Die Pulverpartikel sind damit sehr viel kleiner als typischerweise verwendete Grünteilpartikel. Diese Ausführungsform hat erkannt, dass die genannte Größe der Pulverpartikel zwar ungeeignet ist, ein Grünteil beziehungsweise einen Formteilrohling aufzubauen, da die mögliche zu erzielende Schichtdicke einer einzelnen Schicht nur unzureichend dünn ist, was eine große Anzahl an Wiederholungen bedingt, um eine gegebene Größe des Grünteils beziehungsweise des Formteilrohlings zu erzielen. Jedoch hat sich überraschenderweise gezeigt, dass damit Vorteile in der nachträglichen Tauchbehandlung erzielbar sind. Durch die Pulverpartikel mit der zweiten Partikelgröße in dem angegebenen Bereich ist die Herstellung eines pastösen Schlickers möglich. Der pastöse Schlicker haftet besonders vorteilhaft an der Oberfläche des Formteilrohlings und/oder des Formteils. Insbesondere für die Rauheit und/oder die Porosität der Oberfläche des zu fertigen Formteils ist der angegebene Bereich der Größe der Pulverpartikel vorteilhaft. Damit können die Pulverpartikel die Poren zwischen den Grünteilpartikeln verschließen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schlicker Pulverpartikel aufweist, die aus einem von der Grünteilmaterialzusammensetzung umfassten Pulvermaterial bestehen. Damit kann ein stofflich homogenes Formteil hergestellt werden, das an seiner Oberfläche eine höhere Dichte, weniger oder gar keine Poren, eine geringere Rauheit und/oder eine höhere Festigkeit aufweist als im Inneren des Formteils. Dadurch kann ein Funktionsabschnitt auf der Oberfläche des Formteils ausgebildet werden, der aus dem gleichen Material ist, wie die Grünteilpartikel, die das Innere des fertigen Formteils bilden. Der Funktionsabschnitt des Formteils ist ein durch die Tauchbehandlung behandelter Abschnitt der Oberfläche des Formteils, dessen physikalische und/oder chemische Eigenschaften durch die Tauchbehandlung gegenüber dem Inneren des Vorteils verbessert wurden. Vorteilhaft weist der Schlicker Pulverpartikel auf, die aus einem von der Grünteilmaterialzusammensetzung verschiedenen Pulvermaterial bestehen. Damit können Funktionsabschnitte auf der Oberfläche des Formteils hergestellt werden, die veränderte beziehungsweise verbesserte physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufweisen als das Innere des Formteils. Beispielsweise kann dadurch die thermische Leitfähigkeit an der Oberfläche des Formteils verbessert werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Schlicker vorteilhaft Pulverpartikel aus verschiedenen Materialien aufweisen, wobei wenigstens ein Material der Pulverpartikel in der Zusammensetzung des Grünteilmaterials vorhanden ist und wenigstens ein Material der Pulverpartikel verschieden von den Materialien des Grünteils ist. Die Funktionsabschnitte können beispielsweise auf die Medizintechnik und/oder die Luft- und Raumfahrt abgestimmte Funktionen aufweisen, wie beispielsweise antibakteriell beziehungsweise besonders wärmeresistent sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pulverpartikel eine höhere Festigkeit als die Grünteilpartikel aufweisen, um einen Funktionsabschnitt mit einer höheren Festigkeit als im Innern des Formteils herstellen zu können. Dies kann beispielsweise der Herstellung von Werkzeugen zuträglich sein. Vorteilhaft kann ein physikalischer und/oder chemischer Parameter der Pulverpartikel verschieden von dem der Grünteilpartikel sein. Insbesondere kann der physikalische und/oder chemische Parameter die Oberflächenrauheit, die Sinteraktivität, die Porosität, die thermische Leitfähigkeit beispielsweise durch die Verwendung mit Metallpulver, das Kupfer aufweist, und/oder die elektrische Leitfähigkeit sein, um das Herstellungsverfahren und/oder die Eigenschaften der Oberfläche des Formteils zu verbessern. Die Erhöhung der Sinteraktivität durch die Verwendung der Pulverpartikel der zweiten Partikelgröße kann mit Vorteil den Sinterzyklus verkürzen. Vorteilhaft ist die Farbe der Pulverpartikel verschieden von der Farbe der Grünteilpartikel, um die Erkennbarkeit der Oberfläche des Formteils zu verbessern. Die Verwendung von insbesondere Farbmetallen als Pulverpartikel kann beispielsweise bei der Herstellung von Schmuck- oder Zierelementen vorteilhaft sein.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Pulverpartikel ein Metallpulver, Karbide und/oder Nitride umfassen, um eine besonders harte Oberfläche des Formteils zu erzeugen. Damit eignet sich das Formteil beispielsweise als Werkzeug.
Bevorzugt wird der Schlicker auf eine vorbestimmte Temperatur temperiert, um beispielsweise die Viskosität der Suspension beziehungsweise des Schlickers einstellen zu können, eine Sedimentation der Pulverpartikel zu reduzieren und/oder die Haftung des Schlickers an der Oberfläche des Formteilrohlings und/oder des Formteils zu verbessern. Vorteilhaft kann der Schlicker zur Homogenisierung auch beispielsweise mit einem Rührer gerührt werden.
Vorteilhaft wird das Tauchbeschichten mehrfach ausgeführt, um eine vorgegebene Dicke der durch die Tauchbeschichtung erzielten Oberfläche des Formteils zu erreichen. Bei jedem Tauchbeschichten wird eine Schicht einer bestimmten Dicke auf den Formteilrohling beziehungsweise auf das Formteil aufgebracht. Durch die Wiederholung des Tauchbeschichtens kann die Dicke der Oberfläche somit vergrößert beziehungsweise verstärkt werden, bis eine zuvor definierte und/oder bestimmbare Dicke der Oberfläche erreicht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach dem Tauchbeschichten ein Polieren der Oberfläche des Formteils erfolgt, um eine besonders glatte und/oder porenfreie Oberfläche des Formteils zu erzielen.
Vorzugsweise erfolgt das Tauchbeschichten abschnittsweise in Abschnitten der Oberfläche des Formteilrohlings oder des Formteils, um den Formteilrohling beziehungsweise das Formteil nur in bestimmten Abschnitten der Oberfläche mit einem Funktionsabschnitt zu versehen. Insbesondere kann dadurch ein graduiertes beziehungsweise heterogenes Formteil hergestellt werden, das in verschiedenen Abschnitten der Oberfläche des Formteils verschiedene physikalische und/oder chemische Parameter aufweist.
Bevorzugt erfolgt nach dem Tauchbeschichten ein Trocknungsschritt, eine Wärmebehandlung und/oder ein Sintern, um das in dem Schlicker vorhandene Bindungsmittel auszuhärten und/oder das Formteil abschließend herzustellen. Der Trocknungsschritt kann beispielsweise eine Wärme- und/oder UV-Behandlung umfassen, um einen weiteren Schritt in der Nachbehandlung frühzeitig anschließen zu können. Beispielsweise kann durch einen Trocknungsschritt die Zeit zwischen zwei Tauchbeschichtungen vermindert werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 schematisch ein Formteil vor der Tauchbeschichtung;
2 schematisch ein Formteil in einem Schlickerbad;
3 schematisch ein tauchbeschichtetes Formteil;
4 schematisch das tauchbeschichtete Formteil gemäß 3 mit einer behandelten Oberfläche;
5 schematisch eine wiederholte Tauchbeschichtung eines Formteils;
6 schematisch ein mehrfach tauchbeschichtetes Formteil; und
7 schematisch das mehrfach tauchbeschichtete Formteil gemäß 6 mit einer behandelten Oberfläche.

1 zeigt schematisch ein Formteil 2, insbesondere ein Metallteil, vor der Tauchbeschichtung. In der gezeigten Ausführungsform wurde zunächst ein Grünteil bereitgestellt. Das Grünteil weist Grünteilpartikel einer Grünteilmaterialzusammensetzung mit einer ersten Partikelgröße und einen Binder auf. Die Grünteilpartikel umfassen vorteilhaft Partikel aus Metall. Das Bereitstellen des Grünteils kann insbesondere durch einen Binder-Jetting-Prozess erfolgen. Das Grünteil beziehungsweise der Binder wird beispielsweise anschließend beispielsweise in einem Ofen aktiviert, was den Binder aushärten lässt. Damit ist der Formteilrohling hergestellt. Durch Sintern des Formteilrohlings wird das Formteil 2 hergestellt. Die Grünteilpartikel liegen aufgrund ihrer Größe in erkennbar granularer Form vor, wobei sich zwischen den Grünteilpartikeln Hohlräume 1 bilden können, wie in 1 angedeutet. Das Formteil 2 weist daher typischerweise eine bestimmte beziehungsweise durch die Größe der Grünteilpartikel und den Aufbauprozess bestimmbare beziehungsweise bestimmte Porosität auf. Die schematische Darstellung der Hohlräume 1 in den gezeigten Figuren entspricht der Darstellung eines Schliffbildes des Formteils 2.
In 1 ist ein Schlickerbad 6 dargestellt, in dem Schlicker 4 vorhanden ist. Der Schlicker 4 weist beispielsweise eine organische Lösung und ein darin umfasstes Bindemittel sowie Pulverpartikel 3 auf. Der Schlicker 4 ist eine Suspension, in der die Pulverpartikel 3 und vorteilhaft das Bindemittel suspendiert sind. Das Bindemittel kann jedoch auch beispielsweise im Schlicker 4 gelöst sein. Zur Beschichtung der Oberfläche 5 des Formteils 2 wird das Formteil 2 in den Schlicker 4 getaucht, wie in 2 dargestellt. Die Grünteilpartikel können beispielsweise eine metallische Legierung aufweisen und die Pulverpartikel 3 können Legierungselemente der metallischen Legierung der Grünteilpartikel aufweisen.
Die Pulverpartikel 3 im Schlicker 4 weisen eine zweite Partikelgröße auf, die kleiner ist als die erste Partikelgröße der Grünteilpartikel. Die Größe der Grünteilpartikel und der Pulverpartikel kann dabei beispielsweise durch den mittleren Durchmesser der Grünteilpartikel beziehungsweise Pulverpartikel bestimmt sein. Vorteilhaft weist der Schlicker 4 weitgehend monodisperse Pulverpartikel 3 auf. Vorteilhaft weist das Grünteil weitgehend monodisperse Grünteilpartikel auf. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Schlicker 4 verschiedene Arten von Pulverpartikel 3, beispielsweise aus verschiedenen Materialien und/oder mit verschiedenen Größen, aufweist, wobei damit die Pulverpartikel 3 polydispers sein können. Auch die Grünteilpartikel können polydispers sein.
2 zeigt schematisch das Formteil 2 in dem Schlickerbad 6. Das Formteil 2 wird über eine definierte Zeit in den Schlicker 4 getaucht. Während das Formteil 2 in den Schlicker 4 getaucht ist, können die im Schlicker 4 vorhandenen Pulverpartikel 3 in die Oberfläche 5 des Formteils 2 eindringen und/oder an der Oberfläche 5 des Formteils 2 haften bleiben. Die Tiefe, mit der die Pulverpartikel 3 in die Oberfläche 5 des Formteils 2 eindringen, kann insbesondere durch eine Anpassung der Zeit, in der das Formteil 2 in den Schlicker 4 getaucht ist, durch die Temperatur des Formteils 2 und/oder des Schlickers 4 und/oder durch die Größe der Pulverpartikel 3 sowie die Größe der Grünteilpartikel und somit der Poren beziehungsweise Hohlräume 1 im Formteil 2 beeinflusst werden.
Das Formteil 2 wird anschließend aus dem Schlicker 4 entfernt, wie in 3 dargestellt.
3 zeigt schematisch das tauchbeschichtete Formteil 2a. Der Oberfläche 5 des Formteils 2 haftet eine Schicht des Schlickers 4 und insbesondere eine Schicht von Pulverpartikeln 3 an. Die dargestellte Schicht ist jedoch nur schematisch zu verstehen und es ist auch möglich, dass die Pulverpartikel 3 so weit in das Formteil 2 eingedrungen sind, dass die Pulverpartikel 3 lediglich die Poren beziehungsweise Hohlräume 1 zwischen den Grünteilpartikeln verschließen.
4 zeigt schematisch das tauchbeschichtete Formteil 2a gemäß 3 mit einer behandelten Oberfläche 5. Durch das Behandeln der Oberfläche 5 werden die im vorherigen Schritt auf das Formteil 2 aufgebrachten Pulverpartikel 3 insbesondere stoffschlüssig mit dem Formteil 2 verbunden, wobei dadurch ein tauchbeschichtetes Formteil 2a gebildet wird. Das Behandeln der Oberfläche 4 kann beispielsweise ein Trocknen des Schlickers 4, Aushärten des Bindemittels und/oder ein Sintern des tauchbeschichteten Formteils 2a umfassen. In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren zur Herstellung des Formteils 2 nach dem einmaligen Tauchbeschichten enden. Es ist jedoch auch möglich, wie in den folgenden Figuren dargestellt, dass das tauchbeschichtete Formteil 2a wiederholt tauchbeschichtet wird.
5 zeigt schematisch eine wiederholte Tauchbeschichtung eines Formteils 2 beziehungsweise eine Tauchbeschichtung des bereits tauchbeschichteten Formteils 2a. Das tauchbeschichtete Formteil 2a wird über eine definierte Zeit in den Schlicker 4 getaucht. Während das tauchbeschichtete Formteil 2a in den Schlicker 4 getaucht ist, können die im Schlicker 4 vorhandenen Pulverpartikel 3 in die Oberfläche 5 des tauchbeschichteten Formteils 2a eindringen und/oder an der Oberfläche des tauchbeschichteten Formteils 2a haften bleiben, analog mit Bezug zu 2 erläutert.
6 zeigt schematisch ein mehrfach tauchbeschichtetes Formteil 2b. Der Oberfläche 5 des tauchbeschichteten Formteils 2a haftet eine Schicht des Schlickers 4 und insbesondere eine Schicht von Pulverpartikeln 3 an. Die durch das wiederholte Tauchbeschichten aufgebrachte Schicht auf das Formteil 2 führt dazu, dass die Beschichtung des Formteils 2 bei mehrmaliger Tauchbeschichtung dicker ist als bei einem einmaligen Tauchbeschichten.
7 zeigt schematisch das mehrfach tauchbeschichtete Formteil 2b gemäß 6 mit einer behandelten Oberfläche 5. Durch das Behandeln der Oberfläche 5 werden die im vorherigen Schritt auf das tauchbeschichtete Formteil 2a aufgebrachten Pulverpartikel 3 insbesondere stoffschlüssig mit dem tauchbeschichteten Formteil 2a verbunden, wobei dadurch ein mehrfach tauchbeschichtetes Formteil 2b gebildet wird.
Zusammenfassend kann ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des Formteils 2 durch die folgenden Schritte angegeben werden:

1. Herstellung eines Grünteils durch Binder-Jetting-Prozess, das heißt Pulverauftrag, lokale Verfestigung durch Binder, Aushärten des Binders, Absenken der Plattform beziehungsweise des aufzubauenden Grünteils in ein Pulverbett, Aufbringen einer neueren Pulverschicht und Wiederholung, bis das Grünteil aufgebaut ist;
2. Curing beziehungsweise Aktivieren und Aushärten des Binders;
3. Entpulvern der Bauteile;
4. Tauchbeschichten des Grünteils mit dem Schlicker 4 beziehungsweise der Suspension, umfassend eine wässrige Komponente und feines Metallpulver mit einer Partikelgröße von beispielsweise bis 5 µm, wobei die Tauchbeschichtung außerhalb der Anlage als der Herstellung des Grünteils nachgelagerter Prozessschritt stattfinden kann;
5. optional mehrmaliges Tauchbeschichten;
6. optional Trocknen des Grünteils;
7. Entbindern und Sintern zur Herstellung des fertigen tauchbeschichteten Formteils 2a, 2b.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Formteil 2 tauchbeschichtet. Es ist auch möglich und gegebenenfalls von Vorteil, dass der Formteilrohling vor dem Sintern tauchbeschichtet wird. Dann kann zur Herstellung des tauchbeschichteten Formteils 2a, 2b der tauchbeschichtete Formteilrohling gesintert werden. Aufgrund des im oberflächennahen Bereich verdichteten tauchbeschichteten Formteilrohlings kann eine Verringerung des prozessinhärenten Schrumpfens aufgrund des Sinterprozess erzielt werden. Dadurch verbessert sich die Formtreue des herzustellenden Formteils 2.
Bezugszeichenliste

1: Hohlraum
2: Formteil
2a: tauchbeschichtetes Formteil
2b: mehrfach tauchbeschichtetes Formteil
3: Pulverpartikel
4: Schlicker
5: Oberfläche
6: Schlickerbad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/086645 A1 [0006, 0017]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Formteils (2), umfassend - Bereitstellen eines Grünteils, insbesondere durch einen Binder-Jetting-Prozess, wobei das Grünteil Grünteilpartikel gemäß einer Grünteilmaterialzusammensetzung mit einer ersten Partikelgröße und einen Binder umfasst, - Aktivieren des Binders zum Aushärten des Binders und zur Herstellung eines Formteilrohlings, und - Sintern des Formteilrohlings zur Herstellung des Formteils (2), gekennzeichnet durch - Tauchbeschichten und Sintern des Formteilrohlings und/oder Tauchbeschichten des Formteils (2), wobei das Tauchbeschichten das Eintauchen des Formteilrohlings und/oder des Formteils (2) in einen ein Bindemittel und Pulverpartikel (3) umfassenden Schlicker (4) umfasst, wobei die Pulverpartikel (3) eine zweite Partikelgröße aufweisen, die kleiner ist als die erste Partikelgröße, und - Entbindern des tauchbeschichteten Formteilrohlings und/oder des tauchbeschichteten Formteils (2a).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverpartikel (3) einen Durchmesser von bis zu 15 µm, vorzugsweise von bis zu 10 µm, weiter vorzugsweise von 5 µm, aufweisen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Schlicker (4) Pulverpartikel (3) aufweist, die aus einem von der Grünteilmaterialzusammensetzung umfassten Pulvermaterial bestehen, und/oder - der Schlicker (4) Pulverpartikel (3) aufweist, die aus einem von der Grünteilmaterialzusammensetzung verschiedenen Pulvermaterial bestehen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Pulverpartikel (3) eine höhere Festigkeit als die Grünteilpartikel aufweisen, und/oder - ein physikalischer und/oder chemischer Parameter der Pulverpartikel (3) verschieden von dem der Grünteilpartikel ist, wobei der physikalische und/oder chemische Parameter insbesondere die Oberflächenrauheit, die Sinteraktivität, die Porosität, die thermische Leitfähigkeit und/oder die elektrische Leitfähigkeit sein kann, und/oder - die Farbe der Pulverpartikel (3) verschieden von der Farbe des Grünteilpartikels ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverpartikel (3) ein Metallpulver, Karbide und/oder Nitride umfassen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker (4) auf eine vorbestimmte Temperatur temperiert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchbeschichten mehrfach ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Tauchbeschichten ein Polieren der Oberfläche (5) des Formteils (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchbeschichten abschnittsweise in Abschnitten der Oberfläche (5) des Formteilrohlings oder des Formteils (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Tauchbeschichten ein Trocknungsschritt, eine Wärmebehandlung und/oder ein Sintern erfolgt.