DE102020103255A1 - Process for the additive production of a molded body - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers (1), insbesondere eines Fahrzeugbauteils, wobei ein flüssiges Baumaterial (2) in wenigstens einem Verfestigungsschritt (100) sukzessiv, vorzugsweise schichtweise, selektiv mittels einer aus einer Strahlungseinrichtung (9) ausgesendeten Energiestrahlung, insbesondere UV-Strahlung (6), verfestigt wird, wobei während der Verfestigung des flüssigen Baumaterials (2) auf oder an einer freiliegenden Oberfläche (12) des flüssigen Baumaterials (2) eine aus einem Trennschichtmaterial (13) gebildete Trennschicht (14) angeordnet oder ausgebildet ist oder wird. A method for the additive production of a molded body (1), in particular a vehicle component, wherein a liquid building material (2) in at least one solidification step (100) successively, preferably in layers, selectively by means of an energy radiation emitted from a radiation device (9), in particular UV radiation ( 6), is solidified, wherein during solidification of the liquid building material (2) on or on an exposed surface (12) of the liquid building material (2) a separating layer (14) formed from a separating layer material (13) is or is being arranged or formed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, wobei ein flüssiges Baumaterial in wenigstens einem Verfestigungsschritt sukzessiv, vorzugsweise schichtweise, selektiv mittels einer aus einer Strahlungseinrichtung ausgesendeten Energiestrahlung, insbesondere UV-Strahlung, verfestigt wird.The invention relates to a method for the additive production of a molded body, in particular a vehicle component, wherein a liquid building material is gradually solidified in at least one solidification step, preferably in layers, selectively by means of an energy radiation emitted from a radiation device, in particular UV radiation.
Entsprechende Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers sind aus dem Stand der Technik dem Grunde nach bekannt. Derartige Verfahren sind unter den Begriffen Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing bekannt und werden in unterschiedlichsten Branchen zur Herstellung von Musterbauteilen, Werkzeugen wie auch von Fertigbauteilen oder Halbzeugen verwendet. Hierbei werden ausgehend von ggf. bearbeiteten oder modifizierten Konstruktionsdaten, typischerweise CAD-Daten, Steuerungsdaten generiert und zur Ansteuerung einer Vorrichtung zur Ausführung eines additiven Herstellungsverfahrens verwendet. Die Vorrichtung erzeugt den herzustellenden Formkörper durch Verfestigung eines typischerweise schichtweise bereitgestellten zu verfestigenden Baumaterials. Auf diese Weise können Formkörper wie z. B. Schmuck, Zahnimplantate, Werkzeugformen, Flugzeugbauteile hergestellt werden.Corresponding processes for the additive production of a shaped body are basically known from the prior art. Such methods are known under the terms rapid prototyping, rapid tooling and rapid manufacturing and are used in a wide variety of industries for the production of sample components, tools as well as prefabricated components or semi-finished products. Here, starting from possibly processed or modified design data, typically CAD data, control data are generated and used to control a device for executing an additive manufacturing process. The device produces the shaped body to be produced by consolidating a building material to be consolidated which is typically provided in layers. In this way, moldings such. B. jewelry, dental implants, tool molds, aircraft components are made.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es insbesondere im Hinblick auf eine einfache und schnelle sowie kostengünstige Maßnahme erlaubt die Qualität der herzustellenden Formkörper zu erhöhen. Insbesondere sollen bereichsabhängige Materialeigenschaftswerte des Formkörpers definierter vorgebbar bzw. fertigbar sein.The invention is based on the object of specifying a method which, in particular with regard to a simple, fast and inexpensive measure, allows the quality of the molded bodies to be produced to be increased. In particular, area-dependent material property values of the molded body should be able to be specified or manufactured in a more defined manner.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens.The object is achieved by a method for the additive production of a shaped body according to
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, wobei ein flüssiges Baumaterial in wenigstens einem Verfestigungsschritt sukzessiv, vorzugsweise schichtweise, selektiv mittels einer aus einer Strahlungseinrichtung ausgesendeten Energiestrahlung, insbesondere UV-Strahlung, verfestigt wird. Das Verfahren zeichnet sich durch aus, dass während der Verfestigung des flüssigen Baumaterials, insbesondere während des Verfestigungsschritts, auf oder an einer freiliegenden Oberfläche des flüssigen Baumaterials eine aus einem Trennschichtmaterial gebildete Trennschicht angeordnet oder ausgebildet ist oder wird. Zur Erlangung eines qualitativ hochwertigen Formkörpers und insbesondere zur Erlangung eines eine homogene und/oder gezielt eingestellte bereichsabhängig unterschiedliche Materialeigenschaft aufweisenden Formkörper ist es vorteilhaft, wenn eine Homogenität des Baumaterials über den zeitlichen Verlauf des Verfestigungsschritts hinweg gegeben ist. So kann erfindungsgemäß ein aus mehreren Komponenten bestehendes flüssiges Baumaterial bzw. ein Baumaterialgemisch vorliegen, das während des Verfestigungsschritts bzw. während des additiven Fertigungsprozesses eine gleichartige, insbesondere identische, Komponentenzusammensetzung und/oder Komponentenanteile aufweist.The invention relates to a method for the additive production of a molded body, in particular a vehicle component, wherein a liquid building material is gradually solidified in at least one solidification step, preferably in layers, selectively by means of an energy radiation emitted from a radiation device, in particular UV radiation. The method is characterized in that during the solidification of the liquid building material, in particular during the solidification step, a separating layer formed from a separating layer material is or will be arranged or formed on or on an exposed surface of the liquid building material. In order to obtain a high-quality molded body and in particular to obtain a molded body having a homogeneous and / or specifically adjusted, area-dependently different material property, it is advantageous if the building material is homogeneous over the course of the solidification step. Thus, according to the invention, a liquid building material or a building material mixture consisting of several components can be present, which has a similar, in particular identical, component composition and / or component proportions during the solidification step or during the additive manufacturing process.
Durch Versuche konnte ermittelt werden, dass während des additiven Fertigungsprozesses bzw. während des Verfestigungsschritts zur Erstellung eines formstabilen Formkörpers, insbesondere eines Grünlings des Formkörpers, eine Veränderung der Zusammensetzung und/oder der Anteile der Komponenten des flüssigen Baumaterials feststellbar ist. Hierbei kann es dazu kommen, dass eine, insbesondere die Viskosität des Baumaterials beeinflussende, Komponente des Baumaterials sich während des Verfestigungsschritts zumindest teilweise aus dem Baumaterial austritt bzw. entfernt, z. B. verflüchtigt oder ausdampft. Folglich kann die Viskosität des flüssigen Baumaterials sich über den Zeitlichen Verlauf des Verfestigungsschritts bzw. des additiven Fertigungsprozesses verändern, insbesondere erhöhen. Im Falle des Einsatzes eines ein, insbesondere schwerkraftbedingtes, Nachfließen des Baumaterials vorsehendes additives Fertigungsverfahrens kann es zu einem unerwünschten unterschiedlichen Nachfließverhalten des Baumaterials über den Verfestigungsschritt kommen. Diese Veränderung des Verhaltens des Baumaterials kann zu einer unerwünschten Inhomogenität der physikalischen und/oder chemischen Materialeigenschaften unterschiedlicher Formkörperabschnitte führen.Experiments have shown that a change in the composition and / or the proportions of the components of the liquid building material can be determined during the additive manufacturing process or during the solidification step for creating a dimensionally stable molded body, in particular a green body of the molded body. Here it can happen that a component of the building material, in particular one which influences the viscosity of the building material, emerges or is removed at least partially from the building material during the solidification step, e.g. B. volatilized or evaporated. As a result, the viscosity of the liquid building material can change, in particular increase, over the course of the solidification step or the additive manufacturing process. In the case of the use of an additive manufacturing process that provides for post-flow of the building material, in particular due to gravity, this can lead to an undesirable different post-flow behavior of the building material over the solidification step. This change in the behavior of the building material can lead to an undesirable inhomogeneity of the physical and / or chemical material properties of different shaped body sections.
Durch das Vorsehen einer auf oder an einer freiliegenden Oberfläche des flüssigen Baumaterials angeordneten oder ausgebildeten, aus einem Trennschichtmaterial gebildete Trennschicht, kann das Baumaterial gegenüber einer (z. B. angrenzenden) Bauraumatmosphäre bzw. gegenüber einer angrenzenden Umwelt, abgeschirmt oder abgeschlossen werden. Hierzu kann die Trennschicht an dem geodätisch oben angeordneten Bereich einer Baumaterialflüssigkeit platziert sein. Mit anderen Worten liegt kann Trennschicht beispielsweise an einem Baumaterialspiegel aufliegen, d. h. auf einer geglätteten Form einer freien und weitgehend ungestörten flüssigen Baumaterialfläche, welche sich unter dem Einfluss der Schwerkraft einstellt.By providing a separating layer which is arranged or formed on an exposed surface of the liquid building material and is formed from a separating layer material, the building material can be shielded or closed off from an (e.g. adjoining) building space atmosphere or from an adjoining environment. For this purpose, the separating layer can be placed on the area of a building material liquid that is geodetically arranged at the top. In other words, the separating layer can rest on a building material mirror, for example. H. on a smoothed form of a free and largely undisturbed liquid building material surface, which occurs under the influence of gravity.
Vermittels der Trennschicht kann das flüssige Baumaterial derart von einem Bauraumteilvolumen bzw. einer Umwelt getrennt sein, dass zumindest eine in dem Baumaterial enthaltene Verdünnerkomponente nicht oder langsamer bzw. verzögert aus dem flüssigen Baumaterial entweichen, insbesondere verdunsten bzw. sich verflüchtigen, kann. Mit der Trennschicht wird ein Übergang wenigstens einer Komponente von dem flüssigen Baumaterial zu einem Bauraumteilvolumen bzw. der Umwelt verzögert oder verhindert.By means of the separating layer, the liquid building material can be removed from a partial volume of the building space or an environment, so that at least one diluent component contained in the building material cannot escape from the liquid building material or escape more slowly or with a delay, in particular evaporate or volatilize. With the separating layer, a transition of at least one component from the liquid building material to a building space part volume or the environment is delayed or prevented.
Beispielsweise ist das Baumaterial in einem Baubehälter angeordnet, wobei der Baubehälter an seinem Bodenbereich einen transparenten und gasdurchlässigen Körper aufweist. Ein derartiger Körper kann beispielsweise als sogenanntes „permeables Window“ (permeables Fenster) bezeichnet werden. Die transparente Eigenschaft des permeablen Windows ermöglicht einen Durchtritt von beispielsweise UV-Licht und die gasdurchlässige Eigenschaft des permeablen Windows ermöglicht die Ausbildung eines Zwischenbereichs in welchem das verfestigte Baumaterial nicht an dem permeablen Window selbst anhaftet. Dieser Zwischenbereich wird auch als „dead zone“ bezeichnet. Die transparente Eigenschaft des permeablen Windows ermöglicht es, dass eine Energiestrahlung, insbesondere eine UV-Strahlung, von unten auf die unterste Schicht des Baumaterials im Behälterinneren auftreffen kann und es zu einer bereichsweisen Verfestigung kommen kann. Dabei kann eine erste Schicht bzw. Lage des Baumaterials an einer, zwischen dieser Schicht und dem permeablen Window angeordneten und höhenverlagerbaren Bauplatte platziert sein. An der Bauplatte kann das verfestigte Baumaterial eine Verbindung eingehen bzw. haftet dort an. Danach wird die Bauplatte in eine von dem permeablen Window wegweisende Richtung verfahren, wobei sich der hierdurch ergebende Freiraum zwischen dem verfestigten, an der Bauplatte anhaftenden Baumaterial und dem permeablen Window, insbesondere schwerkraftbedingt, mit flüssigem Baumaterial füllt. Dieses nachfließende Baumaterial bildet die als nächstes zur bereichsabhängigen Verfestigung bereitgestellte Baumaterialschicht. Das in dem Baubehälter befindliche Baumaterial kann an seiner nach geodätisch oben weisenden Oberfläche bzw. an seiner dem permeablen Window entgegengesetzten freien Oberflächenbereich die Trennschicht aufweisen.For example, the building material is arranged in a building container, the building container having a transparent and gas-permeable body on its bottom area. Such a body can for example be referred to as a so-called “permeable window”. The transparent property of the permeable window enables UV light, for example, to pass through, and the gas-permeable property of the permeable window enables the formation of an intermediate area in which the solidified building material does not adhere to the permeable window itself. This intermediate area is also known as the “dead zone”. The transparent property of the permeable window enables energy radiation, in particular UV radiation, to strike the bottom layer of the building material inside the container from below and solidification in certain areas can occur. In this case, a first layer or layer of the building material can be placed on a building board which is arranged between this layer and the permeable window and can be displaced in height. The solidified building material can form a bond on the building board or it adheres to it. The building board is then moved in a direction pointing away from the permeable window, the resulting free space between the solidified building material adhering to the building board and the permeable window being filled with liquid building material, in particular due to gravity. This subsequent flow of building material forms the next layer of building material made available for area-dependent solidification. The building material located in the building container can have the separating layer on its surface facing geodetically upwards or on its free surface area opposite the permeable window.
Der Verfestigungsschritt umfasst dabei sämtliche Teilschritte zur Ausbildung eines Formkörpers im Zuge des additiven Fertigungsverfahrens und damit sämtliche Verfestigungshandlungen für jeweiligen Baumaterialschichten des Formkörpers.The solidification step encompasses all sub-steps for the formation of a molded body in the course of the additive manufacturing process and thus all solidification operations for the respective building material layers of the molded body.
Die im Verfestigungsschritt verwendete Energiestrahlung kann beispielsweise flächig und/oder linienartig und/oder punktartig auf das zu verfestigende Baumaterial auftreffen und dieses durch Energieeinwirkung, bevorzugt durch Polymerisation, besonders bevorzugt durch Photopolymerisation, gezielt bereichsabhängig verfestigen. Das Baumaterial ist zumindest abschnittsweise und/oder zumindest teilweise, insbesondere vollständig, an seinen zu verfestigenden Bereichen durch Einwirkung bzw. durch Belichtung von UV-Strahlung bzw. eines UV-Strahls polymerisierbar, insbesondere photopolymerisierbar. Die UV-Strahlung wird durch eine Strahlungseinrichtung erzeugt und sukzessive und selektiv auf das zu verfestigende Baumaterial gelenkt bzw. gerichtet. Durch eine gezielte und selektive Verfestigung des schichtweise bzw. lagenweise bereitgestellten Baumaterials vermittels dem UV-Strahls, kann schichtweise im Zuge des Verfestigungsschritts der formstabile Formkörper gebildet bzw. aufgebaut werden.The energy radiation used in the solidification step can, for example, strike the building material to be solidified flatly and / or linearly and / or point-like and solidify this area-dependently through the action of energy, preferably through polymerization, particularly preferably through photopolymerization. The building material is at least partially and / or at least partially, in particular completely, polymerizable, in particular photopolymerizable, in its areas to be solidified by the action or exposure of UV radiation or a UV beam. The UV radiation is generated by a radiation device and successively and selectively directed or directed onto the building material to be consolidated. By means of a targeted and selective solidification of the building material provided in layers or in layers by means of the UV ray, the dimensionally stable molded body can be formed or built up in layers in the course of the solidification step.
Dabei können beispielsweise vermittels des UV-Strahls ausgehärtete bzw. polymerisierte Bereiche des Baumaterials einen Festkörper ausbilden, der zu einer Formstabilität des Baumaterials führt und schließlich den geometrisch bestimmten Festkörper bildet. Dieser Formkörper kann (a) einen, noch einem Nachbehandlungsschritt zu unterziehenden Grünling und/oder (b) ein Fertigbauteil, z. B. ein Fertighalbzeug, ausbilden bzw. darstellen. Die Polymerisation vermittels UV-Strahlung kann eine Photopolymerisation umfassen. D. h., dass eine Polymerisation erfolgt, die durch die Absorption von sichtbarem oder ultraviolettem Licht initiiert wird. Beispielsweise wird ein Baumaterial verwendet, das bei Beaufschlagung von UV-Strahlen im Wellenlängenbereich von 200 bis 400 nm zu einer Polymerisation des Baumaterials führt. Als Grünlingzustand ist dabei ein Formkörper zu verstehen, der noch nicht gänzlich ausgehärtet ist und einem, insbesondere thermischen, Nachverfestigungsschritt unterzogen wird oder der im Zuge des ersten Verfestigungsschritt gänzlich ausgehärtet wurde und in einem späteren Nachverfestigungsprozess nochmals eine Verfestigung erfährt, ggf. erfolgt zwischen dem ersten Verfestigungsschritt und dem Nachverfestigungsschritt ein zumindest abschnittsweises temporäres Erweichen, so dass im Nachverfestigungsschritt eine Wiederverfestigung erreicht wird. Nach Durchlaufen des, insbesondere thermischen, Nachverfestigungsschritts kann der Formkörper seine physikalischen und/oder chemischen Solleigenschaften für dessen bestimmungsgemäßen Einsatz aufweisen.In this case, for example, by means of the UV beam, cured or polymerized areas of the building material can form a solid, which leads to dimensional stability of the building material and finally forms the geometrically determined solid. This shaped body can be (a) a green compact to be subjected to an aftertreatment step and / or (b) a prefabricated component, e.g. B. a semi-finished product, train or represent. The polymerization by means of UV radiation can comprise a photopolymerization. This means that a polymerization takes place that is initiated by the absorption of visible or ultraviolet light. For example, a building material is used which, when exposed to UV rays in the wavelength range from 200 to 400 nm, leads to polymerisation of the building material. The green compact state is to be understood as meaning a molded body that is not yet fully cured and is subjected to a, in particular thermal, post-consolidation step or which was completely cured in the course of the first consolidation step and undergoes further consolidation in a later post-consolidation process, possibly between the first Solidification step and the post-solidification step, an at least section-wise temporary softening, so that resolidification is achieved in the post-solidification step. After passing through the, in particular thermal, post-consolidation step, the shaped body can have its physical and / or chemical properties for its intended use.
Durch die thermische Beaufschlagung bzw. durch die erhöhten Temperaturen in der thermischen Nachbehandlung bzw. während des Nachverfestrigungsschritts kann eine Verdrängungsreaktion, auch Kettenverlängerungsreaktion genannt, eines Kettenverlängerers (Komponente B) mit Oligomeren (Komponente A) initiiert werden. Hierbei bildet der Kettenverlängerer und/oder die Oligomere einen Bestandteil des Baumaterials aus. An der Kontaktfläche von flüssigem und verfestigtem Baumaterial findet diese Reaktion ebenfalls statt, wodurch Kettenverlängerer des verfestigten Baumaterials bzw. des Teilformkörpers mit Oligomeren des flüssigen, in den Aufnahmeraum
Es ist möglich, dass die Trennschicht derart angeordnet oder ausgebildet ist, dass das flüssige Baumaterial überwiegend oder vollständig von einem Bauraumteilvolumen getrennt ist, insbesondere trennt die auf oder an der Oberfläche des flüssigen Baumaterials angeordnete oder ausgebildete Trennschicht das flüssige Baumaterial gas- und/oder luftdicht von einem Bauraumteilvolumen. Mit anderen Worten kann die Trennschicht und/oder das die Trennschicht bildende Trennschichtmaterial derart ausgebildet oder angeordnet sein, dass ein Hindurchdiffundieren bzw. Hindurchtreten wenigstens einer Komponente des Baumaterials, insbesondere einer Verdünnerkomponente des Baumaterials, verzögert oder unterbunden wird. Damit kann verhindert werden, dass sich der Anteil an einer, insbesondere flüchtigen, Komponente des Baumaterials auf Grund einer Übertragung dieser Komponente an die Atmosphäre der Baukammer bzw. an die Umwelt verringert. Folglich kann hiermit auch ohne Gegenmaßnahmen der Anteil einer, insbesondere flüchtigen, Komponente des Baumaterials eher konstant gehalten werden.It is possible for the separating layer to be arranged or designed in such a way that the liquid building material is predominantly or completely separated from a partial volume of the building space, in particular the separating layer arranged or formed on the surface of the liquid building material separates the liquid building material in a gas-tight and / or airtight manner of a partial volume of the installation space. In other words, the separating layer and / or the separating layer material forming the separating layer can be designed or arranged in such a way that diffusion or penetration of at least one component of the building material, in particular a thinner component of the building material, is delayed or prevented. This can prevent the proportion of one, in particular volatile, component of the building material from being reduced due to the transfer of this component to the atmosphere of the building chamber or to the environment. Consequently, even without countermeasures, the proportion of one, in particular volatile, component of the building material can be kept constant.
Ein Trennschichtmaterial kann beispielsweise verwendet werden, das zumindest teilweise, insbesondere vollständig, während des Verfestigungsschritts zur Bildung des Formkörpers einen flüssigen Zustand aufweist. Der flüssige Aggregatszustand des Trennschichtmaterials zumindest während des Ausführens des additiven Verfestigungsschritts ermöglicht es, einen zuverlässigen Abschluss des flüssigen Baumaterials an dessen freier Oberfläche zu erreichen. So kann beispielsweise im fortgeschrittenen Stadium des Verfestigungsschritts die Bauplatte und/oder zumindest ein Bereich des bereits verfestigten Formkörpers aus der freiliegenden Oberfläche des flüssigen Baumaterials sich herausbewegen bzw. „auftauchen“. Dadurch, dass die freie Oberfläche durch die durch diese hindurchtretenden Elemente unterbrochen bzw. in deren Form verändert wird, kann vermittels dem flüssigen Trennschichtmaterial ein Ausweichen und/oder ein Umfließen der heraustretenden Elemente erreicht werden, sodass stets ein Abschluss oder ein gewisser, insbesondere hoher, Grad des Abschlusses der freiliegenden Oberfläche des flüssigen Baumaterials erreicht werden bzw. erreichbar ist. Mit anderen Worten kann durch das flüssige Trennschichtmaterial auf einfache und reproduzierbare Weise eine stets oder überwiegend während des additiven Verfestigungsschritts vorliegende abgeschlossene bzw. flächendeckende Trennschicht auf der freiliegenden Oberfläche des Baumaterials erreicht werden. Die Trennschicht kann sich auf Grund des flüssigen Trennschichtmaterials beispielsweise konturnah an durch die freiliegende Oberfläche hindurchtretende Elemente anpassen und insbesondere einen möglichst luft- und/oder gasdichten Abschluss der freiliegenden Oberfläche des flüssigen Baumaterials ermöglichen.A separating layer material can be used, for example, which is at least partially, in particular completely, in a liquid state during the solidification step for forming the shaped body. The liquid state of aggregation of the separating layer material, at least while the additive solidification step is being carried out, makes it possible to achieve a reliable closure of the liquid building material on its free surface. For example, in the advanced stage of the solidification step, the building board and / or at least a region of the already solidified shaped body can move or “emerge” from the exposed surface of the liquid building material. Because the free surface is interrupted or changed in shape by the elements passing through it, the liquid separating layer material can be used to evade and / or flow around the emerging elements, so that there is always a closure or a certain, in particular high, Degree of completion of the exposed surface of the liquid building material can be achieved or is achievable. In other words, the liquid separating layer material can be used to easily and reproducibly achieve a separating layer that is always or predominantly present during the additive solidification step on the exposed surface of the building material. Due to the liquid separating layer material, the separating layer can, for example, conform closely to elements passing through the exposed surface and, in particular, enable the exposed surface of the liquid building material to be sealed as air and / or gas-tight as possible.
Es ist möglich, dass ein Trennschichtmaterial verwendet wird, das eine geringere Dichte als das Baumaterial, zumindest während des Verfestigungsschritts, aufweist. Durch die geringere Dichte des Trennschichtmaterials ist dieses stets an der freiliegenden Oberfläche bzw. an dem geodätisch höchst gelegenen Bereich des flüssigen Baumaterials angeordnet bzw. platziert. Hierbei kann die Trennschicht zumindest teilweise, insbesondere vollständig, während des Verfestigungsschritts zur Bildung des Formkörpers auf dem flüssigen Baumaterial schwimmen.It is possible that a separating layer material is used which has a lower density than the building material, at least during the consolidation step. Due to the lower density of the separating layer material, it is always arranged or placed on the exposed surface or on the geodetically highest area of the liquid building material. Here, the separating layer can at least partially, in particular completely, float on the liquid building material during the solidification step for forming the shaped body.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass vor und/oder während und/oder nach dem Verfestigungsschritt zur Bildung des Formkörpers Trennschichtmaterial über eine Dosiereinheit in und/oder auf das Baumaterial ein- und/oder aufgebracht wird. Hierbei kann über die Dosiereinheit Trennschichtmaterial innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung in und/oder auf das Baumaterial ein- und/oder aufgebracht werden bzw. ist durch die Dosiereinheit ein- und/oder aufbringbar.In an advantageous embodiment, it can be provided that before and / or during and / or after the solidification step to form the shaped body, separating layer material is introduced into and / or applied to the building material via a metering unit. In this case, separating layer material can be introduced into and / or applied to the building material within the additive manufacturing device via the metering unit or can be introduced and / or applied by the metering unit.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Menge und/oder ein Volumen und/oder ein Zeitpunkt und/oder ein Zeitraum und/oder ein zeitlicher Verlauf und/oder ein Ein- oder Aufbringort des in und/oder auf das Baumaterial ein- und/oder aufzubringenden oder aufgebrachten Trennschichtmaterials der Dosiereinheit über eine die Dosiereinheit ansteuernde Steuereinrichtung gesteuert werden. Mit anderen Worten kann eine Steuereinrichtung die Arbeitsweise der Dosiereinheit steuern. Die Dosiereinheit kann beispielsweise beweglich innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung gelagert bzw. bewegbar sein und über die Steuereinrichtung mittelbar oder unmittelbar an definierte Ein- und/oder Aufbringorte eines Baumaterialbads und/oder einer freiliegenden Baumaterialoberfläche verfahren werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Dosiereinheit wenigstens zwei, insbesondere eine Vielzahl an, Auslassöffnungen aufweisen, durch welche Trennschichtmaterial in oder auf das Baumaterial ein- und/oder aufgetragen werden kann. Die Auslassöffnungen der Dosiereinheit können oberhalb, seitlich und/oder innerhalb des flüssigen Baumaterialbads angeordnet oder ausgebildet sein. Sofern das Trennschichtmaterial in das Baumaterial eingebracht würde, kann das Trennschichtmaterial z. B. aufgrund einer geringeren Dichte von selbst nach oben bewegen und dort sich mit der Trennschicht verbinden oder diese dort ausbilden.Alternatively or additionally, a quantity and / or a volume and / or a point in time and / or a period and / or a chronological sequence and / or an insertion or application location of the or applied separating layer material of the dosing unit can be controlled via a control device which controls the dosing unit. In other words, a control device can control the mode of operation of the metering unit. The metering unit can, for example, be movably mounted or movable within the additive manufacturing device and moved directly or indirectly to defined insertion and / or application locations of a building material bath and / or an exposed building material surface via the control device. As an alternative or in addition, the metering unit can have at least two, in particular a multiplicity of, outlet openings through which separating layer material can be introduced into and / or applied to the building material. The outlet openings of the metering unit can be arranged or formed above, to the side and / or within the liquid building material bath. If the separating layer material would be introduced into the building material, the separating layer material can, for. B. due to a lower density of even move upwards and connect there with the separating layer or form it there.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Steuerung der Dosiereinheit (a) in Abhängigkeit von wenigstens einem Verfahrensparameter des Verfestigungsschritts und/oder (b) in Abhängigkeit von wenigstens einem eine physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Baumaterials, insbesondere des im Baumaterial enthaltenen Verdünners, und/oder (c) in Abhängigkeit von wenigstens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft, insbesondere einer Schichtdicke, der auf der Oberfläche des Baumaterials angeordneten Trennschicht bzw. des Trennschichtmaterials der Trennschicht erfolgt. Beispielsweise kann hierbei durch Erfahrungswerte nach einer vordefinierten Dauer des Verfestigungsschritts bzw. additiven Fertigungsprozesses ein, insbesondere frisches, Trennschichtmaterial durch die Dosiereinheit appliziert bzw. eingebracht werden.It can be provided, for example, that the control of the metering unit (a) as a function of at least one process parameter of the solidification step and / or (b) as a function of at least one physical and / or chemical property of the building material, in particular the diluent contained in the building material, and / or (c) as a function of at least one physical and / or chemical property, in particular a layer thickness, of the separating layer arranged on the surface of the building material or of the separating layer material of the separating layer. For example, based on empirical values, after a predefined duration of the solidification step or additive manufacturing process, a, in particular fresh, separating layer material can be applied or introduced by the metering unit.
Auch eine Trennschichtmaterialzuführung in Abhängigkeit von Art und/oder Umfang von durch die freiliegende Oberfläche des Baumaterials bzw. durch die Trennschicht hindurchtretender Elemente kann beispielsweise sich als vorteilhaft erweisen. Z. B. setzt sich zumindest ein Teil des Trennschichtmaterials an einer Oberfläche eines durch die Trennschicht hindurchtretenden Elements an bzw. bleibt daran haften und entzieht damit der Trennschicht Trennschichtmaterial. Dieses der Trennschicht entzogene Trennschichtmaterial kann beispielsweise vermittels der Dosiereinheit der Trennschicht mittelbar oder unmittelbar wieder zugeführt werden.A separating layer material feed depending on the type and / or scope of elements passing through the exposed surface of the building material or through the separating layer can, for example, prove to be advantageous. For example, at least a part of the separating layer material attaches itself to a surface of an element passing through the separating layer or remains adhered to it and thus removes separating layer material from the separating layer. This separating layer material removed from the separating layer can, for example, be fed back directly or indirectly to the separating layer by means of the metering unit.
Als Baumaterial kann beispielsweise wenigstens ein eine photopolymerisierbare Komponente umfassendes Baumaterial verwendet werden, insbesondere wird während des Verfestigungsschritts zur Bildung des Formkörpers das aus zumindest teilweise einem photopolymerisierbaren Material bestehende Baumaterial durch UV-Strahlung photopolymerisiert. Beispielsweise umfasst das verwendete Baumaterial zumindest einen Bestandteil auf Harzbasis, insbesondere auf Kunstharzbasis. Das Baumaterial kann folglich zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt ausschließlich, ein, insbesondere photosensitives, Kunstharz umfassen. Das photopolymerisierbare Baumaterial kann Monomere und/oder Oligomere und/oder weitere Additive, wie z. B. Farbstoffe oder passive Absorber, umfassen. Wenigstens eine Komponente des Baumaterials kann beispielsweise einen Photoinitiator (PI) z.B. Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinoxid umfassen. Der Photoinitiator zerfällt in Radikale, die wiederum mit einem Monomer oder einem Oligomer zu einer Polymerkette reagieren können.For example, at least one building material comprising a photopolymerizable component can be used as the building material, in particular the building material consisting of at least partially a photopolymerizable material is photopolymerized by UV radiation during the solidification step to form the shaped body. For example, the building material used comprises at least one component based on resin, in particular based on synthetic resin. The building material can consequently at least partially, preferably predominantly, particularly preferably exclusively, comprise an, in particular photosensitive, synthetic resin. The photopolymerizable building material can be monomers and / or oligomers and / or other additives, such as. B. dyes or passive absorbers include. For example, at least one component of the building material may comprise a photoinitiator (PI), e.g., diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide. The photoinitiator breaks down into radicals, which in turn can react with a monomer or an oligomer to form a polymer chain.
Das Baumaterial kann beispielsweise wenigstens ein eine Verdünnerkomponente umfassendes Baumaterial aufweisen. Insbesondere wird eine niedermolekulare und/oder reaktive Verdünnerkomponente als wenigstens eine Komponente des Baumaterials verwendet. Als Verdünnerkomponente kann das Baumaterial beispielsweise Methacrylate und/oder Acrylate aufweisen. Die Verdünnerkomponente kann dazu dienen, dem Baumaterialgemisch eine Mindestfließfähigkeit zu verleihen, damit ein Nachfließen des Baumaterials, insbesondere in einem nach dem CLIP-Verfahrensprinzip (Continuous Liquid Interface Production-Verfahrens) arbeitenden additiven Fertigungsprozesses, ausführbar ist. Dadurch, dass die Verdünnerkomponente eine Nachfließbarkeit des Baumaterials gewährleistet, kann, wenn die Bauplatte bzw. die zuletzt verfestigte Baumaterialebene in einem CLIP-Verfahren angehoben wird, das Baumaterial zur Ausbildung einer zumindest bereichsweisen neuen zu verfestigenden Baumaterialschicht zuverlässig und reproduzierbar nachfließen. Das nachfließende Baumaterial bildet dabei im Nahbereich bzw. unmittelbar an dem permeablen Window eine Zwischenzone, auch „dead zone“ genannt, aus. Hierfür ist eine hinreichende Fließfähigkeit bzw. eine unter einem Referenzwert liegende Viskosität notwendig. Die Verdünnerkomponente kann beispielsweise mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 35 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 45 Gew.-%, der Gesamtmasse des Baumaterials ausmachen. Als „niedermolekular“ können im vorliegenden Sinne an sich Moleküle mit einer niedrigen Anzahl von Atomen beschrieben werden. Insbesondere können eine oder mehrere niedermolekulare und/oder reaktive Verdünnerkomponenten als Inhaltsstoffe des Baumaterials verwendet werden.The building material can, for example, have at least one building material comprising a diluent component. In particular, a low molecular weight and / or reactive diluent component is used as at least one component of the building material. The building material can contain methacrylates and / or acrylates, for example, as the diluent component. The diluent component can be used to give the building material mixture a minimum flowability so that the building material can flow in, in particular in an additive manufacturing process that works according to the CLIP process principle (Continuous Liquid Interface Production process). Because the thinner component ensures that the building material can flow again, when the building board or the last solidified level of building material is raised in a CLIP process, the building material can flow reliably and reproducibly to form an at least regionally new building material layer to be solidified. The building material that flows in forms an intermediate zone, also known as the “dead zone”, in the immediate vicinity or directly at the permeable window. Sufficient flowability or a viscosity below a reference value is necessary for this. The diluent component can, for example, make up at least 20% by weight, preferably at least 35% by weight, particularly preferably at least 45% by weight, of the total mass of the building material. In the present sense, molecules with a low number of atoms can be described as “low molecular weight”. In particular, one or more low molecular weight and / or reactive diluent components can be used as ingredients of the building material.
Eine weitergehende optionale Verfahrensbeeinflussung kann dadurch erreicht werden, dass ein in einem Bauraum herrschender Druck durch eine Druckbeeinflussungseinrichtung, insbesondere in vorgebbarer Weise, geändert wird oder änderbar ist. Da der im Bauraum herrschende Druck und/oder die im Bauraum herrschende Temperatur (a) einen Einfluss auf die Fließfähigkeit des Baumaterials und/oder (b) einen Einfluss auf das Austreten einer Komponente, insbesondere einer Verdünnerkomponente, aus dem Baumaterial und/oder (c) einen Einfluss auf die Fließfähigkeit eines die Trennschicht ausbildenden Trennschichtmaterials haben kann, kann es vorteilhaft sein, wenn der im Bauraum herrschende Druck und/oder die im Bauraum herrschende Temperatur durch eine Druckbeeinflussungseinrichtung und/oder durch eine Temperaturbeeinflussungseinrichtung veränderbar ist.A more extensive, optional process control can be achieved in that a pressure prevailing in an installation space is changed or can be changed by a pressure control device, in particular in a predeterminable manner. Since the pressure prevailing in the construction space and / or the temperature prevailing in the construction space (a) has an influence on the flowability of the construction material and / or (b) an influence on the leakage of a component, in particular a thinner component, from the construction material and / or (c ) can have an influence on the flowability of a separating layer material forming the separating layer, it can be advantageous if the pressure prevailing in the installation space and / or the temperature prevailing in the installation space can be changed by a pressure influencing device and / or by a temperature influencing device.
Die druckbeeinflussungseinrichtungsseitig ausgeführte Änderung des in dem Bauraum herrschenden Drucks hinsichtlich eines Druckwerts und/oder eines Zeitpunkts und/oder eines Zeitraums und/oder eines zeitlichen Verlaufs kann beispielsweise über eine die Druckbeeinflussungseinrichtung ansteuernde Steuereinrichtung gesteuert werden bzw. steuerbar sein. Die Steuereinrichtung kann an mit einer den Verfestigungsprozess steuernden Steuereinrichtung zusammenwirken oder einen Bestandteil dieser bilden. Die Druckbeeinflussungseinrichtung kann beispielsweise als Kompressor ausgebildet sein. Analog kann alternativ oder zusätzlich eine Temperaturbeeinflussungseinrichtung hinsichtlich des Druckwerts und/oder eines Zeitpunkts und/oder eines Zeitraums und/oder eines zeitlichen Verlaufs über eine Steuereinrichtung zur Veränderung der Temperatur innerhalb des Bauraums angesteuert werden.The change in the pressure prevailing in the installation space with regard to a pressure value and / or a point in time and / or a time period and / or carried out on the pressure-influencing device side or a time profile can be controlled or controllable, for example, via a control device which activates the pressure-influencing device. The control device can interact with a control device controlling the solidification process or form a part of this. The pressure influencing device can be designed as a compressor, for example. Similarly, alternatively or additionally, a temperature influencing device with regard to the pressure value and / or a point in time and / or a period and / or a time profile can be controlled via a control device for changing the temperature within the installation space.
Bevorzugt kann die Steuerung der Druckbeeinflussungseinrichtung und/oder der Temperaturbeeinflussungseinrichtung beispielsweise (a) in Abhängigkeit von wenigstens einem Verfahrensparameter des Verfestigungsschritts und/oder (b) in Abhängigkeit von wenigstens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft des Baumaterials, insbesondere der im Baumaterial enthaltenen Verdünnerkomponente, und/oder (c) in Abhängigkeit von wenigstens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft, insbesondere einer Schichtdicke, der auf der Oberfläche des Baumaterials angeordneten Trennschicht bzw. des Trennschichtmaterials der Trennschicht erfolgen. Beispielsweise kann im Fall, dass die Dicke der Trennschicht einen Mindestsollwert unterschreitet eine Druckerhöhung im Bauraum vermittels der Druckbeeinflussungseinrichtung ausgeführt werden, sodass trotz einer geringen Schichtdicke der Trennschicht ein Übertreten in das angrenzende Bauraumteilvolumen einer Komponente des flüssigen Baumaterials, insbesondere einer Verdünnerkomponente, reduziert oder unterbunden werden kann.The control of the pressure influencing device and / or the temperature influencing device can, for example, be (a) depending on at least one process parameter of the solidification step and / or (b) depending on at least one physical and / or chemical property of the building material, in particular the diluent component contained in the building material, and / or (c) take place as a function of at least one physical and / or chemical property, in particular a layer thickness, of the separating layer arranged on the surface of the building material or of the separating layer material of the separating layer. For example, in the event that the thickness of the separating layer falls below a minimum setpoint, the pressure in the installation space can be increased by means of the pressure-influencing device so that, despite a small layer thickness of the separating layer, a component of the liquid construction material, in particular a thinner component, is reduced or prevented from crossing into the adjacent installation space partial volume can.
Es ist möglich, dass die physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Baumaterials, insbesondere der Verdünnerkomponente, und/oder die physikalische und/oder chemische Eigenschaft, insbesondere die Schichtdicke, der Trennschicht während des Aufbauverfahrens des Formkörpers über eine Erfassungseinrichtung erfasst wird oder erfassbar ist. Durch die Überwachung der Trennschicht und/oder des Trennschichtmaterials kann dessen Funktionsfähigkeit bzw. die Verhinderung des Ausdiffundierens wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Verdünnerkomponente, des flüssigen Baumaterials überwacht werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überwachung der Bauraumatmosphäre erfolgen, so dass beispielsweise ein Gehalt an der Komponente, insbesondere der Verdünnerkomponente, des Baumaterials in der Bauraumatmosphäre erfasst wird. Im Falle einer Abweichung der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft der Trennschicht und/oder sofern der Gehalt der Komponente des Baumaterials in der Bauraumatmosphäre einen Referenzwert übersteigt, kann beispielsweise eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden, um während des Verfestigungsschritts die Trennfunktion der Trennschicht aufrecht zu erhalten. Aus dem Übersteigen des Referenzwerts des Gehalts der Komponente des Baumaterials in der Bauraumatmosphäre kann zurückgeschlossen werden, dass die Trennschicht nicht ausreichend funktioniert und deshalb eine Verstärkung, d. h. eine Hinzufügung von Trennschichtmaterial zu, der Trennschicht ausgeführt werden soll.It is possible that the physical and / or chemical property of the building material, in particular the diluent component, and / or the physical and / or chemical property, in particular the layer thickness, of the separating layer is or can be detected via a detection device during the process of building the shaped body. By monitoring the separating layer and / or the separating layer material, its functionality or the prevention of the outdiffusion of at least one component, in particular a diluent component, of the liquid building material can be monitored. Alternatively or additionally, the installation space atmosphere can be monitored so that, for example, a content of the component, in particular the thinner component, of the construction material in the installation space atmosphere is recorded. In the event of a deviation in the physical and / or chemical properties of the separating layer and / or if the content of the component of the building material in the building space atmosphere exceeds a reference value, a countermeasure can be initiated, for example, in order to maintain the separating function of the separating layer during the solidification step. From exceeding the reference value of the content of the component of the building material in the building space atmosphere, it can be concluded that the separating layer is not functioning adequately and therefore a reinforcement, ie. H. an addition of release liner material to the release liner is to be performed.
Die Erfassungseinrichtung kann beispielsweise eine Information zu z. B. der Schichtdicke der Trennschicht an eine Steuereinrichtung und/oder an eine Dosiereinheit übermitteln, so dass im Falle des Unterschreitens eines definierten Sollwerts der Schichtdicke für die Trennschicht, insbesondere „frisches“, Trennschichtmaterial durch die Dosiereinheit appliziert werden und damit die Trennschicht aufgefüllt bzw. verstärkt werden kann.The detection device can, for example, information on z. B. transmit the layer thickness of the separating layer to a control device and / or to a dosing unit, so that if the layer thickness for the separating layer falls below a defined target value, in particular "fresh" separating layer material is applied by the dosing unit and the separating layer is thus filled or removed. can be reinforced.
Während oder nach dem Aufbau des Formkörpers kann z. B. zumindest ein verfestigter Abschnitt des Formkörpers, insbesondere der gesamte verfestigte Formkörper, einem Reinigungsprozess unterzogen werden. Während des Reinigungsprozesses kann der Formkörper von an diesem, insbesondere oberflächlich, anhaftenden Trennschichtmaterial befreit werden. Bevorzugt erfolgt der Reinigungsprozess vor, während oder nach einem thermischen Nachbehandlungsschritt des Formkörpers. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass Teile der Oberfläche des Formkörpers gezielt nicht gereinigt werden, damit kann an definierten Stellen der Oberfläche des Formkörpers dort anhaftendes Trennschichtmaterial verbleiben und als Schutzschicht und/oder als bereichsabhängig wirksame Beeinflussungsschicht während des, insbesondere thermischen, Nachbehandlungsschritts wirken. Beispielsweise wird der Formkörper in einem Nachbehandlungsschritt, insbesondere in einem Ofen, mit thermischer Energie beaufschlagt, um eine weitergehende Verfestigung des Formkörpers zu erreichen. Die mit Trennschichtmaterial versehenen Oberflächen des Formkörpers weisen dabei während des Nachbehandlungsschritts eine andersartige thermische Beeinflussung als die ohne Trennschichtmaterial versehenen Oberflächenabschnitte des Formkörpers auf. Damit kann durch eine gezielte bzw. definierte Anordnung von Trennschichtmaterial an der Oberfläche des Formkörpers eine gezielte bereichsabhängige Beeinflussung des Formkörpers im Zuge des Nachbehandlungsschritts erfolgen.During or after the construction of the shaped body, for. B. at least one solidified portion of the shaped body, in particular the entire solidified shaped body, are subjected to a cleaning process. During the cleaning process, the molded body can be freed of any separating layer material adhering to this, in particular superficially. The cleaning process preferably takes place before, during or after a thermal aftertreatment step for the shaped body. For example, it can be provided that parts of the surface of the molded body are specifically not cleaned, so that separating layer material adhering there can remain at defined points on the surface of the molded body and act as a protective layer and / or as an area-dependently effective influencing layer during the, in particular thermal, post-treatment step. For example, thermal energy is applied to the shaped body in an aftertreatment step, in particular in an oven, in order to achieve further solidification of the shaped body. The surfaces of the molded body provided with separating layer material have a different thermal influence during the aftertreatment step than the surface sections of the molded body provided without separating layer material. In this way, through a targeted or defined arrangement of separating layer material on the surface of the shaped body, a targeted area-dependent influencing of the shaped body can take place in the course of the post-treatment step.
Es ist möglich, dass während eines Hindurchtretens des Formkörpers durch die Trennschicht, zumindest ein Teil des Trennschichtmaterials an zumindest einem Oberflächenabschnitt des Formkörpers anhaftet. Dabei kann beispielsweise zumindest ein Teil des Trennschichtmaterials einen Bestandteil des Formkörpers in einem Grünlingzustand und/oder in einem Fertigteilzustand bilden. Während des additiven Fertigungsverfahrens bzw. während des Verfestigungsschritts können verfestigte Bereiche des Formkörpers aus der freiliegenden Oberfläche des Baumaterialbads herausfahren, damit kann sich an den Oberflächenabschnitten des Formkörpers Trennschichtmaterial anlegen und zumindest teilweise dort verbleiben. Das an Oberflächenabschnitten des Formkörpers anhaftende Trennschichtmaterial kann eine den Formkörper teilweise oder vollständig umgebende oberflächliche Beschichtung des Formkörpers ausbilden. Insbesondere dann, wenn der Formkörper nach dessen Verfestigungsschritt bzw. nach dem additiven, formgebenden Fertigungsverfahren zunächst einen Grünling ausbildet, welcher in einem zeitlich nachgelagerten Nachbehandlungsschritt eine Beeinflussung, insbesondere eine Beaufschlagung mit thermischer Energie, erfährt, kann das Trennschichtmaterial als Schutzschicht des Gründlingzustands dienen. Diese Schutzschicht verhindert beispielsweise eine ungewollte Reaktion und/oder Alterung von verfestigten Bereichen des Formkörpers durch dessen Kontakt mit der ihn umgebenden Atmosphäre. Auch während einer etwaigen Verlagerung des Formkörpers bzw. des als Grünling vorliegenden Formkörpers von der additiven Fertigungsvorrichtung zu einem weiteren Ort, z. B. zu einer Nachbehandlungsschrittvorrichtung, kann das oberflächlich an dem Formkörper anhaftende Trennschichtmaterial als Schutzschicht vor chemischen und/oder mechanischen Einflüssen bzw. Reaktionen dienen.It is possible that while the shaped body passes through the separating layer, at least a part of the separating layer material on at least one surface section of the Molded body adheres. In this case, for example, at least a part of the separating layer material can form a component of the molded body in a green compact state and / or in a finished part state. During the additive manufacturing process or during the solidification step, solidified areas of the molded body can move out of the exposed surface of the building material bath, so that separating layer material can be applied to the surface sections of the molded body and at least partially remain there. The separating layer material adhering to surface sections of the shaped body can form a surface coating of the shaped body that partially or completely surrounds the shaped body. In particular, if the molded body initially forms a green compact after its solidification step or after the additive, shaping manufacturing process, which is influenced in a subsequent post-treatment step, in particular an application of thermal energy, the separating layer material can serve as a protective layer of the green compact. This protective layer prevents, for example, an unwanted reaction and / or aging of solidified areas of the molded body due to its contact with the atmosphere surrounding it. Even during a possible relocation of the shaped body or the shaped body present as a green compact from the additive manufacturing device to a further location, e.g. B. to a post-treatment step device, the separating layer material adhering to the surface of the molding can serve as a protective layer against chemical and / or mechanical influences or reactions.
Das an der Oberfläche des Formkörpers anliegende Trennschichtmaterial kann beispielsweise zumindest abschnittsweise in das Innere des Formkörpers einziehen. The separating layer material lying on the surface of the shaped body can, for example, at least in sections move into the interior of the shaped body.
Es kann vorgesehen sein, den Formkörpers im Zuge des additiven Fertigungsverfahrens zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit einer vordefinierten Porosität bzw. geometrischen und/oder chemischen Aufnahmefähigkeit zu fertigen bzw. zu versehen, um ein zumindest abschnittsweises Einziehen bzw. eine zumindest abschnittsweise Aufnahme von Trennschichtmaterial in innenliegende Bereiche des Formkörpers zu erwirken.It can be provided that the molded body is manufactured or provided with a predefined porosity or geometric and / or chemical absorption capacity at least in sections, in particular completely, in the course of the additive manufacturing process in order to at least partially draw in or at least partially absorb separating layer material to achieve in internal areas of the molded body.
Der Formkörper kann beispielsweise nach dessen formgebenden Aufbau im Zuge des Verfestigungsschritts vermittels einer additiven Fertigungsvorrichtung in einem Grünlingzustand vorliegen und in einem, insbesondere thermischen, Nachbehandlungsschritt zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, durch eine Nachbehandlungseinrichtung, z. B. eine Temperiereinrichtung (z. B. einen Ofen), zur Erreichung eines Fertigteilzustands nachbehandelt, insbesondere temperiert, werden. Die Nachbehandlung kann zur weitergehenden Verfestigung des Formkörpers dienen, beispielsweise wird in dem Verfestigungsschritt eine Polymerisation des Bauteils, insbesondere zur Bildung eines Grünlings, und in dem Nachbehandlungsschritt eine thermische Nachverfestigung des Formkörpers erreicht.The molding can, for example, after its shaping structure in the course of the solidification step by means of an additive manufacturing device, be in a green compact state B. a temperature control device (z. B. an oven), post-treated, in particular temperature controlled, to achieve a finished part state. The aftertreatment can serve to further consolidate the shaped body, for example polymerisation of the component, in particular to form a green compact, is achieved in the consolidation step, and thermal post-consolidation of the shaped body is achieved in the aftertreatment step.
Es ist möglich, dass zum gezielten Erreichen und/oder in Abhängigkeit einer Soll-Materialeigenschaft zumindest eines Abschnitts des Formkörpers gezielt bereichsabhängig Trennschichtmaterial an dem Formkörper angehaftet wird oder anhaften lässt, um dessen bereichsabhängig unterschiedliche Beeinflussung im Zuge der thermischen Nachbehandlung zu erwirken.It is possible for at least one section of the molded body to adhere or allow to adhere to the molded body in a targeted manner, depending on the area, in order to achieve a target material property in a targeted manner and / or as a function of a target material property, in order to effect its area-dependently different influencing in the course of the thermal aftertreatment.
Das Baumaterial kann beispielsweise mehrere, insbesondere homogen innerhalb des Bauteils verteilte, Komponenten umfassen, wobei eine erste Komponente, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt ausschließlich, lichtreaktiv verfestigt und eine zweite Komponente, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt ausschließlich, bei und/oder ab einer Reaktionsstarttemperatur thermisch verfestigt. Die lichtreaktive Verfestigung erfolgt im Zuge des Verfestigungsschritts während des additiven Fertigungsverfahrens und die thermische Verfestigung kann während des Nachbehandlungsschritts erfolgen.The building material can, for example, comprise several components, in particular homogeneously distributed within the component, with a first component, preferably predominantly, particularly preferably exclusively, light-reactively solidified and a second component, preferably predominantly, particularly preferably exclusively, thermally at and / or from a reaction start temperature solidified. The light-reactive solidification takes place in the course of the solidification step during the additive manufacturing process and the thermal solidification can take place during the post-treatment step.
Das additive Fertigungsverfahren zur Herstellung des, insbesondere einen Grünling ausbildenden, Formkörpers kann beispielsweise zumindest abschnittsweise, vollständig, vermittels Polymerisation erfolgen. Hierbei kann ein Digital Light Synthesis-Verfahren (DLS), insbesondere ein Continuous Liquid Interface Production-Verfahrens (CLIP) und/oder ein Stereolithographieverfahren (SLA) und/oder eines Digital Light Processing-Verfahren (DLP) eingesetzt werden. Mit anderen Worten ist der Erfindungsgedanke bei beliebigen flüssigen Baumaterialbadverfahren, insbesondere Harzbadverfahren, anwendbar.The additive manufacturing process for producing the shaped body, in particular a green compact, can be carried out, for example, at least in sections, completely, by means of polymerization. A digital light synthesis method (DLS), in particular a continuous liquid interface production method (CLIP) and / or a stereolithography method (SLA) and / or a digital light processing method (DLP) can be used here. In other words, the concept of the invention can be applied to any liquid bath process for building materials, in particular a resin bath process.
Neben dem Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers betrifft die Erfindung auch einen Formkörper hergestellt durch ein hierin beschriebenes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ausführung eines hierin beschriebenen Verfahrens.In addition to the method for the additive production of a molded body, the invention also relates to a molded body produced by a method described herein and a device for carrying out a method described herein.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auf den erfindungsgemäßen Formkörper und/oder auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens übertragbar bzw. anzuwenden.All advantages, details, designs and / or features of the method according to the invention can be transferred or applied to the molded body according to the invention and / or to the device according to the invention for carrying out the method.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 : eine schematische Prinzipdarstellung einer CLIP-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 : einen schematischer Verfahrensablauf zur Herstellung eines Formkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 : a schematic representation of the principle of a CLIP device according to an embodiment; -
2 : a schematic process sequence for producing a molded body according to an embodiment.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers
In
Die dargestellte additive Fertigungsvorrichtung
Die Intensität und/oder Belichtungszeit der UV-Strahlung
Die im Baumaterial
Durch Veränderung einzelner oder mehrere Prozessparameter von wenigstens zwei Prozessparametersätzen kann auf die Materialeigenschaften des Formkörpers
Während der Verfestigung des flüssigen Baumaterials
Die Trennschicht
Das Trennschichtmaterial
Vor und/oder während und/oder nach dem Verfestigungsschritt
(A) eine Menge und/oder (b) ein Volumen und/oder (c) ein Zeitpunkt und/oder (d) ein Zeitraum und/oder (e) ein zeitlicher Verlauf und/oder (f) ein Ein- oder Aufbringort des in und/oder auf das Baumaterial
Als Baumaterial
Als Baumaterial
Besonders bevorzugt wird eine Methacrylate und/oder Acrylate aufweisende Verdünnerkomponente verwendet. Damit kann beispielsweise ein reaktiver Verdünner, der im Vergleich zu den Oligomer Molekülen wesentlich kleiner ist, einen niedermolekularen Bestandteil ausbilden. Insbesondere können eine oder mehrere niedermolekulare und/oder reaktive Verdünnerkomponenten als Komponente des Baumaterials verwendet werden.A diluent component comprising methacrylates and / or acrylates is particularly preferably used. In this way, for example, a reactive diluent, which is significantly smaller in comparison to the oligomer molecules, can form a low molecular weight component. In particular, one or more low molecular weight and / or reactive diluent components can be used as a component of the building material.
Ein in einem Bauraum herrschender Druck kann beispielsweise durch eine Druckbeeinflussungseinrichtung
Die physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Baumaterials
Während oder nach dem Aufbau des Formkörpers
Während eines Hindurchtretens des Formkörpers
Gemäß der in
Nach Durchlaufen des Nachbehandlungsschritts
Der Formkörper
Der Formkörper
Die Steuereinrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- FormkörperMoldings
- 22
- BaumaterialBuilding material
- 33
- FertigungsvorrichtungManufacturing device
- 44th
- BaubehälterConstruction container
- 55
- Boden von 4Floor of 4
- 66th
- UV-StrahlungUV radiation
- 7, 7'7, 7 '
- SpiegelelementMirror element
- 88th
- SpiegelvorrichtungMirror device
- 99
- StrahlungseinrichtungRadiation device
- 1010
- Zwischenbereich („dead zone“)Intermediate area ("dead zone")
- 1111
- BauplatteBuilding board
- 1212th
- freiliegende Oberflächeexposed surface
- 1313th
- TrennschichtmaterialRelease material
- 1414th
- TrennschichtSeparating layer
- 1515th
- BauraumteilvolumenInstallation space part volume
- 1616
- DosiereinheitDosing unit
- 1717th
- SteuereinrichtungControl device
- 1818th
- SchichtdickeLayer thickness
- 1919th
- ErfassungseinrichtungDetection device
- 2020th
- Pfeilarrow
- 2121
- DruckbeeinflussungseinrichtungPressure influencing device
- 2222nd
- OberflächenabschnittSurface section
- 2323
- DatenverbindungData Connection
- 2424
- Bereich von 1Range from 1
- 2525th
- Bereich von 1Range from 1
- 2626th
- licht- und gasdurchlässiger Körper (permeables Window) light and gas permeable body (permeable window)
- 100100
- VerfestigungsschrittSolidification step
- 101101
- ReinigungsschrittCleaning step
- 102102
- NachbehandlungsschrittPost-treatment step
- 103103
- Grünlingzustand von 1Green compact condition from 1
- 104104
- Fertigteilzustand von 1Precast condition from 1
- 105105
- Zwischenzustand von 1Intermediate state from 1
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020103255.2A DE102020103255A1 (en) | 2020-02-10 | 2020-02-10 | Process for the additive production of a molded body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020103255.2A DE102020103255A1 (en) | 2020-02-10 | 2020-02-10 | Process for the additive production of a molded body |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Patent Citations (1)
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---|---|---|---|---|
US5175077A (en) | 1990-07-05 | 1992-12-29 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Solid imaging system using photohardening inhibition |
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