DE102020105077A1 - Polymer with additives for selective laser sintering - Google Patents
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Abstract
Bei einem Polymer mit Zusatzstoffen für das Selektive Lasersintern ist zur Verwendung mit Lasern in einem ausgesuchten Wellenlängenbereich das Polymer mit Zusatzstoffen zusammengesetzt aus drei Komponenten mit Polymer mit 80 - 99,999 Gew% (Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmenge aus allen drei Komponenten), Additive mit 0,001 - 20 Gew% und Farbmittel beziehungsweise Hilfsstoffe mit 0,1 bis 10 Gew%.In the case of a polymer with additives for selective laser sintering, for use with lasers in a selected wavelength range, the polymer with additives is composed of three components with polymer with 80 - 99.999 wt% (weight percent based on the total amount of all three components), additives with 0.001 - 20% by weight and colorants or auxiliaries with 0.1 to 10% by weight.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Polymer mit Zusatzstoffen für das Selektive Lasersintern.The invention relates to a polymer with additives for selective laser sintering.
Bei dem SLS-Verfahren (Selektives Lasersintern) handelt es sich um ein Verfahren aus dem Bereich der additiven Fertigung. Dabei werden Polymere in Pulverform mittels Laserstrahlung aufgeschmolzen. Die verwendeten Anlagen/Maschinen bestehen dabei im Wesentlichen aus drei Ebenen oder Modulen: dem Optik- und Lasermodul, dem Baubereich / der Prozesskammer und dem Pulverbereich. Entsprechende Anlagen sind beispielsweise in dem Buch „Selektives Lasersintern (SLS) mit Kunststoffen“, Carl Hanser Verlag, ISBN 978-3-446-44562-8 beschrieben. Weitere Grundlagen des Selektiven Lasersinterns, häufig auch als 3D-Druck bezeichnet, insbesondere hinsichtlich der verwendeten Anlagen und der entsprechenden Laser sowie der verwendeten Werkstoffe, kann dem Wikipedia-Artikel „Selektives Lasersintern“, abgerufen am 17.01.2020 entnommen werden.The SLS process (selective laser sintering) is a process from the field of additive manufacturing. Polymers in powder form are melted using laser radiation. The systems / machines used essentially consist of three levels or modules: the optics and laser module, the construction area / process chamber and the powder area. Corresponding systems are described, for example, in the book “Selective Laser Sintering (SLS) with Plastics”, Carl Hanser Verlag, ISBN 978-3-446-44562-8. Further basics of selective laser sintering, often also referred to as 3D printing, in particular with regard to the systems used and the corresponding lasers as well as the materials used, can be found in the Wikipedia article "Selective laser sintering", accessed on January 17, 2020.
Die Baufläche wird im Baubereich beziehungsweise in der Prozesskammer mit einem Beschichter, wie einer Rakel, sukzessive mit Kunststoffpulver beschichtet. In jede neu aufgebrachte Pulverschicht wird die jeweilige Schichtinformation ortsaufgelöst mit dem Laser in die Pulverschicht eingebracht. Dazu dient im Optik- und Lasermodul eine Optik für den Laserstrahl mit unter anderem Umlenkspiegeln, einem Scankopf und Korrekturlinsen, um den Laserstrahl zum Beispiel zeilenförmig über ein Baufeld zu leiten. Mit einer Steuerung wird der Laserstrahl in jeder Schicht an den gewünschten Orten angeschaltet. Dabei wird das Pulver an der Stelle, an der der Laser das Pulver trifft, möglichst homogen aufgeschmolzen. Durch das punkt- und schichtweise Schmelzen und anschließende Verfestigen entsteht durch das Übereinanderlegen und Verbinden vieler Einzelschichten ein Bauteil gewünschter Formgebung, das auch Hinterschnitte und dergleichen aufweisen kann.The construction area in the construction area or in the process chamber is successively coated with plastic powder using a coater, such as a doctor blade. In each newly applied powder layer, the respective layer information is introduced spatially resolved with the laser into the powder layer. For this purpose, optics for the laser beam are used in the optics and laser module with, among other things, deflection mirrors, a scan head and correction lenses to guide the laser beam, for example, in lines over a construction field. With a control, the laser beam is switched on in each shift at the desired locations. The powder is melted as homogeneously as possible at the point where the laser hits the powder. The point-by-point and layer-by-layer melting and subsequent solidification creates a component of the desired shape, which can also have undercuts and the like, by superimposing and connecting many individual layers.
Aktueller Stand der Technik ist, dass die SLS-Anlagen mit CO2-Laserquellen mit den Wellenlängen 9,4 oder 10,6 µm ausgerüstet sind. Die Laserstrahlung wird über Umlenkspiegel und den Scankopf auf das Baufeld geführt. Jeder Punkt in der Pulverschicht, der aufgeschmolzen werden soll, muss mit dem Laserstrahl einzeln bestrahlt werden.The current state of the art is that the SLS systems are equipped with CO 2 laser sources with a wavelength of 9.4 or 10.6 µm. The laser radiation is guided onto the construction field via deflecting mirrors and the scan head. Each point in the powder layer that is to be melted must be individually irradiated with the laser beam.
Kunststoffe haben ohne weitere Zusatzstoffe in den Wellenlängenbereichen 9,4 oder 10,6 µm eine ausreichend hohe Absorption, um genügend Energie für das Aufschmelzen aufzunehmen.Without further additives, plastics have a sufficiently high absorption in the 9.4 or 10.6 µm wavelength ranges to absorb enough energy for melting.
Durch den schichtweisen Aufbau können Bauteile mit Funktionsintegration und sehr großer Designfreiheit hergestellt werden. Ursprünglich wurde das SLS-Verfahren für die Herstellung von Prototypen oder Anschauungsmustern genutzt. Heute werden auch Bauteile und Baugruppen durch Funktionsintegration hergestellt, die für den Einsatz als Serienbauteil konzipiert wurden. Aufgrund der hohen Designfreiheit und der Möglichkeit der Funktionsintegration ist es zum Beispiel möglich, eine Baugruppe, die bisher aus mehreren Einzelteilen bestand, in einem Arbeitsschritt im SLS-Verfahren herzustellen. In Anbetracht der Möglichkeiten hat sich der Markt und die Anforderungen verändert und das Verfahren wird für die Herstellung von Einzelanfertigungen, individuellen Produkten, Kleinserien und Ersatzteilen genutzt. Derzeit stellt die Baugeschwindigkeit die Grenze der Wirtschaftlichkeit dar und ist limitierender Faktor.Due to the layered structure, components can be manufactured with functional integration and a great deal of design freedom. Originally, the SLS process was used for the production of prototypes or demonstration samples. Today, components and assemblies that were designed for use as series components are also manufactured through functional integration. Due to the high degree of design freedom and the possibility of functional integration, it is possible, for example, to manufacture an assembly that previously consisted of several individual parts in one work step using the SLS process. In view of the possibilities, the market and the requirements have changed and the process is used for the production of one-offs, individual products, small series and spare parts. At the moment, the speed of construction represents the limit of profitability and is a limiting factor.
Aus der
Weiterhin beschreibt die
Schließlich sind aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Polymer mit Zusatzstoffen für das Selektive Lasersintern anzugeben, dass durch die Zugabe von Additiven und Farbmitteln beziehungsweise Hilfsstoffen ein verbessertes Absorptionsvermögen für Laserstrahlung, insbesondere in einem Bereich zwischen 800 und 1600 nm, bevorzugt in einem Bereich zwischen 800 und 1100 nm, aufweist.The invention is based on the object of specifying a polymer with additives for selective laser sintering that, through the addition of additives and colorants or auxiliaries, has an improved absorption capacity for laser radiation, in particular in a range between 800 and 1600 nm, preferably in a range between 800 and 1100 nm.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass einem an sich bekannten Polymer die Additive hinzugefügt werden. Dabei sind die jeweiligen Anteile der beiden Komponenten: Polymer mit 80 - 99,999 Gew% (Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmenge aus den Komponenten), Additive mit 0,001 - 20 Gew%.The core idea of the invention is that the additives are added to a polymer known per se. The respective proportions of the two components are: Polymer with 80 - 99.999% by weight (percent by weight based on the Total amount from the components), additives with 0.001 - 20% by weight.
Die Unteransprüche stehen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.The subclaims represent advantageous embodiments of the invention.
In Ausgestaltung umfasst das Polymer Farbmittel und/oder Hilfsstoffe mit 0,1 bis 10 Gew% als weitere Komponente.In one embodiment, the polymer comprises colorants and / or auxiliaries with 0.1 to 10% by weight as a further component.
Bei einer derartigen Zusammensetzung des Polymers mit Zusatzstoffen eignet sich die entsprechende Werkstoffkombination insbesondere für das Selektive Lasersintern mit Laserwellenlängen zwischen 800 und 1600 nm, bevorzugt in einem Bereich zwischen 800 und 1100 nm, insbesondere für Diodenlaser, Faserlaser oder Festkörperlaser mit Wellenlängen von unter anderem 808, 940, 980, 1064 oder auch 1340, 1470 und 1550 nm. Die entsprechenden Additive und gegebenenfalls verwendeten Farbmittel und Hilfsstoffe können vom Fachmann in an sich beliebiger Weise ausgewählt werden, bevorzugt jedoch wie im Folgenden beschrieben.With such a composition of the polymer with additives, the corresponding material combination is particularly suitable for selective laser sintering with laser wavelengths between 800 and 1600 nm, preferably in a range between 800 and 1100 nm, in particular for diode lasers, fiber lasers or solid-state lasers with wavelengths of, among others, 808, 940, 980, 1064 or also 1340, 1470 and 1550 nm. The corresponding additives and any colorants and auxiliaries used can be selected by the person skilled in the art in any manner, but preferably as described below.
In einer ersten Ausgestaltung ist das Polymer ein teilkristalliner Kunststoff. Bei einem teilkristallinen Kunststoff liegen sowohl kristalline als auch amorphe Bereiche sozusagen nebeneinander in Domänen vor. Dies ist beispielsweise bei Polymeren realisierbar, die sich beim Abkühlen einer Schmelze regelmäßig anordnen, also kristallisieren, sofern sie nicht miteinander verschlauft sind. Die verschlauften Polymere erstarren amorph. Dabei können im Rahmen der Erfindung an sich beliebige teilkristalline Kunststoffe verwendet werden, bevorzugt jedoch die im Folgenden beschriebenen. Gleiches gilt für die Additive beziehungsweise die Farbmittel und Hilfsstoffe.In a first embodiment, the polymer is a partially crystalline plastic. In the case of a partially crystalline plastic, both crystalline and amorphous areas are, so to speak, next to each other in domains. This can be achieved, for example, with polymers that arrange themselves regularly when a melt cools, that is to say crystallize, provided they are not looped together. The entangled polymers solidify amorphously. Any partially crystalline plastics can be used within the scope of the invention, but preferably those described below. The same applies to the additives or the colorants and auxiliaries.
Bevorzugt ist das Polymer, beziehungsweise der teilkristalline Kunststoff, ein Polyamid 12 (PA 12), ein Polyamid 11 (PA 11) jeweils gefüllt oder ungefüllt, ein Polyamid, ein Polyolefin, insbesondere ein Polypropylen oder ein Polyethylen, ein thermoplastisches Polyurethan oder ein Polyetheretherketon beziehungsweise eine Zusammensetzung aus den vorstehend genannten Werkstoffen. Polyamid 11 oder Polyamid 12 weisen jeweils 11 oder 12 Kohlenstoffatome in ihren Molekülen auf. Die gefüllten PA 11 und PA 12 sind jeweils mit Zusätzen angereichert, wie beispielsweise Glaskugeln, und eignen sich somit zur Herstellung von besonders steifen und verschleißbeständigen Kunststoffteilen im Selektiven Laserschweißen beziehungsweise beim 3D-Druck.The polymer or the semi-crystalline plastic, a polyamide 12 (PA 12), a polyamide 11 (PA 11) each filled or unfilled, a polyamide, a polyolefin, in particular a polypropylene or a polyethylene, a thermoplastic polyurethane or a polyetheretherketone, respectively, is preferred a composition of the aforementioned materials. Polyamide 11 or polyamide 12 each have 11 or 12 carbon atoms in their molecules. The filled PA 11 and PA 12 are each enriched with additives, such as glass spheres, and are therefore suitable for the production of particularly rigid and wear-resistant plastic parts using selective laser welding or 3D printing.
Vorzugsweise sind die Additive ausgewählt aus folgender Aufstellung: Eine nichtionische, gegen die Laserstrahlung resistente Verbindung aus der Gruppe der Quaterrylen-3,4:13,14-tetracarbonsäurediimide, Quaterrylen-3,4-dicarbonsäuremonoimide, Terrylen- 3,4:11,12-tetracarbonsäurediimide und Terrylen-3,4-dicarbonsäuremonoimide, der dotierten Zinnoxide und der Hexaboride MB6 von Lanthaniden- und Erdalkalimetallen M, eingesetzt mit einem Anteil von 0,001 bis 10 Gew%, vorzugsweise 0,005-5 Gew%, besonders bevorzugt 0,01-2 Gew%. Geeignete Zinnoxide sind vor allem mit Antimon oder Indium dotiertes Zinnoxid (ATO bzw. ITO). Als Metallhexaboride MB6 seien insbesondere Yttrium- , Lanthan-, Cer-, Praseodym-, Neodym-, Samarium-, Europium-, Gadolinium-, Terbium-, Dysprosium-, Holmium-, Erbium-, Thulium-, Ytterbium-, Strontium- oder Calciumhexaborid genannt. Metalloxide sind beispielsweise Caesiumwolframoxid und ähnliches. Diese Materialien werden bevorzugt in nanopartikulärer Form eingesetzt, das heißt sie weisen in der Regel mittlere Partikelgrößen von 15 bis 500 nm auf, vorzugsweise 15-100 nm mit einem Anteil von 0,001 bis 10 Gew%, vorzugsweise 0,005-5 Gew%, besonders bevorzugt 0,01-2 Gew%The additives are preferably selected from the following list: A nonionic compound, resistant to laser radiation, from the group of quaterrylene-3,4: 13,14-tetracarboxylic diimides, quaterrylene-3,4-dicarboxylic acid monoimides, terrylene-3,4: 11.12 tetracarboxylic acid diimides and terryene-3,4-dicarboxylic acid monoimides, the doped tin oxides and the hexaborides MB 6 of lanthanide and alkaline earth metals M, used in a proportion of 0.001 to 10% by weight, preferably 0.005-5% by weight, particularly preferably 0.01- 2 wt%. Suitable tin oxides are above all tin oxide doped with antimony or indium (ATO or ITO). As metal hexaborides MB 6 are in particular yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, strontium or called calcium hexaboride. Metal oxides are, for example, cesium tungsten oxide and the like. These materials are preferably used in nanoparticulate form, i.e. they generally have mean particle sizes of 15 to 500 nm, preferably 15-100 nm with a proportion of 0.001 to 10% by weight, preferably 0.005-5% by weight, particularly preferably 0 , 01-2% by weight
Metallphosphate und/oder Metallphosphite, wie Orthophosphate, Polyphosphate, Pyrophosphate oder Hydroxidphosphate, mit einem Anteil von 0,001 bis 20 Gew%. Als Metalldotierung ist Kupfer, Zinn, Eisen, Nickel, Molybdän, Cobalt, Mangan oder Antimon vorgeschlagen, insbesondere Kupferhydroxyidphosphat (KHP) mit Cu4(OH)2(PO4)2 mit einem Anteil von 0,1-10 Gew%, vorzugsweise 0,2-5 Gew%, besonders bevorzugt 0,3-2 Gew%.Metal phosphates and / or metal phosphites, such as orthophosphates, polyphosphates, pyrophosphates or hydroxide phosphates, in a proportion of 0.001 to 20% by weight. The proposed metal doping is copper, tin, iron, nickel, molybdenum, cobalt, manganese or antimony, in particular copper hydroxide phosphate (KHP) with Cu 4 (OH) 2 (PO4) 2 in a proportion of 0.1-10% by weight, preferably 0 , 2-5% by weight, particularly preferably 0.3-2% by weight.
Ebenso können Lanthanhexaboride, beispielsweise in nanopartikulärer Form, als Additiv eingesetzt werden, die als feinste Partikel einem transparenten Polymer zugemischt werden, ohne dessen optische Eigenschaften wesentlich zu ändern. Diese dienen dann als Absorber für die Laserstrahlung für einen gewünschten Energieeintrag.Likewise, lanthanum hexaborides, for example in nanoparticulate form, can be used as an additive, which is added as the finest particles to a transparent polymer without significantly changing its optical properties. These then serve as absorbers for the laser radiation for a desired energy input.
In gleicher Weise können Indiumzinnoxide, insbesondere als nanokristalline Partikel, auch nanolTO genannt, als Additiv verwendet werden.In the same way, indium tin oxides, in particular as nanocrystalline particles, also called nanolTO, can be used as an additive.
Mit dotiertem Zinnoxid beschichtetes Pigment weist einen Anteil von 0,1-10 Gew%, vorzugsweise 0,2-5 Gew%, besonders bevorzugt 0,3-2 Gew% auf.Pigment coated with doped tin oxide has a proportion of 0.1-10% by weight, preferably 0.2-5% by weight, particularly preferably 0.3-2% by weight.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfassen die Farbmittel organische Pigmente und/oder anorganische Pigmente und/oder Farbstoffe. Die Farbmittel dienen zum Einfärben thermoplastischer Kunststoffe. Bei den organischen Pigmenten kann es sich beispielsweise um Diketo-pyrrolo-pyrrol Pigmente (DPP), Benzimidazolone, Phthalocyanine oder dergleichen handeln. Beispiele für anorganische Pigmente sind Ultramarin Pigmente, Eisenoxide, Chromoxide, Chromtitanate oder dergleichen. Als Farbstoffe stehen beispielsweise Antrachinone, Perylene, Perinone oder dergleichen zur Verfügung.According to a further embodiment, the colorants comprise organic pigments and / or inorganic pigments and / or dyes. The colorants are used to color thermoplastic plastics. The organic pigments can be, for example, diketopyrrolopyrrole pigments (DPP), benzimidazolones, phthalocyanines or the like. Examples of inorganic pigments are ultramarine pigments, iron oxides, chromium oxides, chromium titanates or the like. Anthraquinones, perylenes, perinones or the like, for example, are available as dyes.
Die Hilfsstoffe umfassen TiO2 und/oder Kreide und/oder Talkum oder dergleichen.The auxiliaries include TiO 2 and / or chalk and / or talc or the like.
Zur Herstellung des Polymers mit Zusatzstoffen ist vorgeschlagen, dass es in einem Extrusionsprozess hergestellt wird. Hierzu wird das Polymer mit den gewünschten Zusatzstoffen in jeweils gewünschtem Mengenanteil, beziehungsweise den entsprechenden Gewichtsprozenten, durchmischt und dann in einem Extruder vermischt und homogen aufgeschmolzen. Dort liegt die entsprechende Polymerzusammensetzung dann als Schmelze vor.To produce the polymer with additives, it is proposed that it be produced in an extrusion process. For this purpose, the polymer is mixed thoroughly with the desired additives in the respectively desired proportions or the corresponding percent by weight and then mixed in an extruder and melted homogeneously. The corresponding polymer composition is then present there as a melt.
Zur leichteren Weiterverarbeitung des Polymers mit Zusatzstoffen wird dieses granuliert. Hierzu wird die vorstehend beschriebene Schmelze in Düsen zu Strängen geformt und beispielsweise an Luft oder in Wasser abgekühlt. Nachfolgend wird mit einem rotierenden Messer der Strang in beispielsweise millimeterlange Abschnitte aufgeteilt. Ein solches Granulat kann als Schüttgut beispielsweise in Rohrleitungen transportiert und in Säcke, Tonnen oder dergleichen abgefüllt werden. Weitere Granulierverfahren sind dem Fachmann hinreichend bekannt.To facilitate further processing of the polymer with additives, it is granulated. For this purpose, the melt described above is shaped into strands in nozzles and cooled, for example, in air or in water. The strand is then divided into sections, for example millimeter-long, using a rotating knife. Such granules can be transported as bulk goods, for example, in pipelines and filled into sacks, barrels or the like. Further granulation processes are sufficiently known to the person skilled in the art.
Zur Konfektionierung des Polymers mit Zusatzstoffen ist vorgeschlagen, dass es als Masterbatch oder als Compound konfektioniert ist. Vor der Verarbeitung zu einem Kunststoffpulver wird das Masterbatch mit dem ausgewählten Polymer, wie zum Beispiel PA12 mittels Compoundierung auf die gewünschte oder benötigte Endkonzentration verdünnt. Das heißt, im Masterbatch ist nur relativ wenig Polymer enthalten, um die Additive beziehungsweise Farbmittel und Hilfsstoffe beispielsweise zu einem Granulat konfektionieren zu können. Dieses Konzentrat wird dann durch die Zugabe von Polymer auf die gewünschte Konzentration verdünnt. Dies kann die Logistik bei der Verarbeitung vereinfachen. Bei einem Compound wird die gewünschte Endkonzentration des Polymers mit Zusatzstoffen bereits herstellerseitig konfektioniert.To make up the polymer with additives, it is proposed that it be made up as a masterbatch or as a compound. Before processing into a plastic powder, the masterbatch is diluted with the selected polymer, such as PA12, by means of compounding to the desired or required final concentration. This means that the masterbatch contains only a relatively small amount of polymer in order to be able to pack the additives or colorants and auxiliaries into granules, for example. This concentrate is then diluted to the desired concentration by adding polymer. This can simplify the logistics during processing. In the case of a compound, the desired final concentration of the polymer with additives is already formulated by the manufacturer.
Schließlich ist vorgeschlagen, dass das Polymer mit Zusatzstoffen zu einem Kunststoffpulver weiterverarbeitet ist. Es bestehen mehrere Möglichkeiten aus einem Kunststoffgranulat ein SLS-Polymerpulver herzustellen. Dies sind zum Beispiel das Kryogene Mahlen, die Coextrusion, die Tropfenextrusion und das Schmelzspinnen.Finally, it is proposed that the polymer be further processed with additives to form a plastic powder. There are several possibilities to produce an SLS polymer powder from a plastic granulate. These are, for example, cryogenic milling, coextrusion, gob extrusion and melt spinning.
Das technisch einfachste Verfahren zur Generierung kleiner Partikel aus Polymergranulaten ist das Mahlen. Während des Zerkleinerungsprozesses wird kinetische Energie in das zu verkleinernde Kunststoffgranulat eingebracht. Dies wiederum führt zur Erwärmung des Mahlguts. Eine Temperaturzunahme während des Mahlvorgangs kann zu einer thermooxidativen Schädigung des Polymers führen. Steigt die Temperatur über den Glaspunkt (Tg) kann es zum Verkleben der Kunststoffpartikel kommen. Der Prozess des Mahlens erfolgt daher häufig unter Einsatz von Flüssigstickstoff. Dabei wird eine Schutzgasatmosphäre ausgebildet und die Bearbeitung des Kunststoffes erfolgt im harten und spröden Zustand.The technically simplest process for generating small particles from polymer granules is grinding. During the shredding process, kinetic energy is introduced into the plastic granulate to be shrunk. This in turn leads to heating of the grist. An increase in temperature during the grinding process can lead to thermo-oxidative damage to the polymer. If the temperature rises above the glass point (T g ), the plastic particles can stick together. The grinding process is therefore often carried out using liquid nitrogen. A protective gas atmosphere is created and the plastic is processed in a hard and brittle state.
Bei der Coextrusion zur Herstellung feiner Pulver werden zwei nicht mischbare Polymere einer Coextrusion unterworfen und durch die Zwangsmischung unter geeigneten Extrusionsbedingungen eine Tröpfchen-Matrix-Morphologie erzeugt. Häufig wird ein organisches in der Regel wasserunlösliches Zielmaterial welches als Pulver gewonnen werden soll zusammen mit einem wasserlöslichen Matrixpolymer eingesetzt. Bei geeigneten Mischungsverhältnissen und unter adäquaten Extrusionsbedingungen, üblicherweise werden Doppelschneckenextruder eingesetzt, kommt es zu einer feinen Dispergierung der gewünschten Substanz im Matrixpolymer. Nachdem die Mischung den Extruder verlassen hat wird das Matrixpolymer zum Beispiel durch Lösen entfernt und man erhält das gewünschte Zielmaterial in Pulverform.In coextrusion for the production of fine powders, two immiscible polymers are subjected to a coextrusion and a droplet matrix morphology is generated by the forced mixing under suitable extrusion conditions. An organic target material, which is usually water-insoluble and which is to be obtained as a powder, is often used together with a water-soluble matrix polymer. With suitable mixing ratios and under adequate extrusion conditions, usually twin-screw extruders are used, the desired substance is finely dispersed in the matrix polymer. After the mixture has left the extruder, the matrix polymer is removed, for example by dissolving, and the desired target material is obtained in powder form.
Bei der Tropfenextrusion wird durch einen speziellen Extrusionskopf mit sehr dünner Düse (<100µm Durchmesser) ein dünner Polymerschmelzenstrang erzeugt. Unter bestimmten Bedingungen wie turbulente nicht laminare Fließbedingungen kommt es nach dem Austritt aus der Düse zu einem Abreißen von Mikropellets. Dieser Prozess kann zum Beispiel durch Anblasen mit heißen Inertgasen unterstützt werden. Die technische Ausführung eines entsprechenden Extrusionswerkzeugs ist komplex und die stabile Prozessbeherrschung nicht trivial. Gelingt die Herstellung von Pulvern auf diesem Weg eröffnen sich allerdings völlig neue Möglichkeiten. Einerseits handelt es sich um ein kontinuierliches Verfahren, welches die Herstellung großer Pulvermengen pro Zeiteinheit ermöglicht, andererseits können nahezu alle Polymere und auch Compounds einem entsprechenden Extrusionsprozess unterworfen werden.In droplet extrusion, a special extrusion head with a very thin nozzle (<100 µm diameter) creates a thin strand of polymer melt. Under certain conditions, such as turbulent, non-laminar flow conditions, micropellets tear off after exiting the nozzle. This process can be supported, for example, by blowing hot inert gases. The technical design of a corresponding extrusion tool is complex and stable process control is not trivial. If the production of powders succeeds in this way, however, completely new possibilities open up. On the one hand, it is a continuous process that enables the production of large quantities of powder per unit of time; on the other hand, almost all polymers and compounds can be subjected to a corresponding extrusion process.
Beim klassischen Schmelzspinnen lassen sich Polymerfasern mit sehr feinen Durchmessern herstellen. Die Filament-Durchmesser können durch prozesstypische Verstreckung deutlich unter 100µm liegen. Werden entsprechende Garne zu Stapelfasern mit einer Länge <100µm geschnitten so erhält man zylinderförmige Körper, deren Dimensionen im Bereich der bekannten SLS-Pulver liegen. Die Fließfähigkeiten dieser Mikrozylinder ähneln denen von SLS-Pulver.With classic melt spinning, polymer fibers with very fine diameters can be produced. The filament diameters can be well below 100 µm due to process-typical stretching. If corresponding yarns are cut into staple fibers with a length of <100 µm, cylindrical bodies are obtained, the dimensions of which are in the range of the known SLS powders. The flow capabilities of these microcylinders are similar to those of SLS powder.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.It goes without saying that the features mentioned above can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations. The scope of the invention is defined only by the claims.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 1737644 B1 [0007]EP 1737644 B1 [0007]
- EP 0797511 B1 [0008]EP 0797511 B1 [0008]
- EP 1763431 B1 [0009]EP 1763431 B1 [0009]
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