DE102021207771A1 - Method and device for joining green 3D printed components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (10) zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen (20, 22).Es ist vorgesehen, dass ein Verfahren zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen (20, 22) bereitgestellt wird. Dabei werden zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge (20, 22), welche aus den gleichen Ausgangsmaterialien gefertigt sind, zueinander ausgerichtet, sodass jeweilige Verbindungsflächen (24, 26) im Wesentlichen gegenüber ausgerichtet sind. Mittels Druck und Vibrationen wird eine Zwischenschicht aus abgeriebenem Material erzeugt, welche dann für einen Sinterfügeverbindungsvorgang verwendet wird.The invention relates to a method and a device (10) for joining green 3D printed components (20, 22). A method for joining green 3D printed components (20, 22) is provided. Two 3D printed component green parts (20, 22), which are made from the same starting materials, are aligned with one another, so that the respective connecting surfaces (24, 26) are essentially aligned opposite one another. An intermediate layer of abraded material is created by means of pressure and vibrations, which is then used for a sintered joining process.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen.The invention relates to a method and a device for joining green 3D printed component parts.
Zunehmend werden Bauteile, etwa in der Fahrzeugindustrie, auch mit sogenannten 3D-Druckverfahren wie etwa dem Binder-Jetting-Verfahren gefertigt. Das Verarbeiten von pulverförmigen Ausgangsmaterialien in Kombination mit weiteren Ausgangsmaterialien, wie etwa dem jeweils passenden Bindermittel, ist dabei bereits als gut bekannt zu bewerten.Components, for example in the automotive industry, are increasingly being manufactured using so-called 3D printing processes such as the binder jetting process. The processing of powdered starting materials in combination with other starting materials, such as the appropriate binder, is already well known.
Es sind Verfahren bekannt, bei denen die Bauteile nach dem Druckprozess aus einem Pulverbett entnommen werden müssen, um sie weiteren Verarbeitungsschritten zuzuführen. Diese Entnahme erfolgt heutzutage häufig noch manuell, wobei insbesondere fragile Bauteile einem gewissen Risiko ausgesetzt sind, da sie direkt nach dem Druckvorgang noch keine ausreichende Festigkeit aufweisen. Diese Festigkeit wird erst später etwa beim sogenannten Sintervorgang erreicht.Methods are known in which the components have to be removed from a powder bed after the printing process in order to feed them to further processing steps. Today, this removal is often still done manually, with fragile components in particular being at risk because they are not yet sufficiently strong immediately after the printing process. This strength is only achieved later, for example during the so-called sintering process.
Zuvor müssen die frisch gedruckten Bauteile noch entpulvert werden. Das Entfernen von Pulverresten, insbesondere aus innen liegenden Strukturen des Bauteils wie zum Beispiel aus Kanälen oder dergleichen, ist nach wie vor eine Herausforderung. Aufgrund der Fragilität der Bauteile in diesem Zustand sind die jeweiligen bisher bekannten technischen Möglichkeiten in ihrer Anwendung dabei begrenzt. Da das überschüssige pulverförmige Material zum einen nach dem Druckprozess selber leicht verdichtet wird und zum anderen durch den Aushärteprozessschritt teils aneinander anhaftet, ist dieses pulverförmige Material insbesondere in innen liegenden Strukturen schlecht fließfähig und kann nicht einfach herausrieseln.Before that, the freshly printed components have to be de-powdered. The removal of powder residues, in particular from internal structures of the component such as channels or the like, is still a challenge. Due to the fragility of the components in this state, the respective previously known technical possibilities are limited in their application. Since the excess powdery material is slightly compacted after the printing process itself and partly sticks to one another due to the curing process step, this powdery material is poorly flowable, especially in internal structures, and cannot simply trickle out.
Für gerade Kavitäten in gedruckten Bauteilen, beispielsweise in Form von Sacklochbohrungen, können mitunter entsprechende Druckluftlanzen zum Entpulvern eingesetzt werden. Bei komplexeren, gekrümmten Geometrien funktionieren solche Entpulverungsmaßnahmen mittels Druckluft jedoch nicht, da der maximal nutzbare Druck der Druckluft, welcher einzusetzen ist, ohne dass sich Beschädigungen am Bauteil einstellen, nicht ausreicht, um das gefangene pulverförmige Material herauszulösen. Eine weitergehende Erhöhung des Drucks der Druckluft führt lediglich zum Herauslösen von pulverförmigem Material aus gedruckten Bauteilbereichen, was somit zu einer irreversiblen Schädigung von diesen Bereichen beziehungsweise allgemein von dem Bauteil führt. Zudem kann aufgewirbeltes pulverförmiges Material beziehungsweise Pulver in den Kanälen durch die Druckluft auf Bauteilbereiche beschleunigt werden, wodurch das abrasive Herauslösen von Bauteilmaterial beschleunigt wird. Es ist somit derzeit nicht ohne weiteres möglich, Bauteile mit komplexen inneren Strukturen im Binder-Jetting-Verfahren oder allgemein mittels eines 3D-Druckverfahrens, welche insbesondere pulverförmige Materialien verwenden, herzustellen.For straight cavities in printed components, for example in the form of blind holes, appropriate compressed air lances can sometimes be used for powder removal. In the case of more complex, curved geometries, however, such depowdering measures using compressed air do not work, since the maximum usable pressure of the compressed air that can be used without damaging the component is not sufficient to release the trapped powdery material. A further increase in the pressure of the compressed air only leads to powdery material being released from printed component areas, which thus leads to irreversible damage to these areas or, in general, to the component. In addition, whirled up powdery material or powder in the channels can be accelerated by the compressed air onto the component areas, which accelerates the abrasive detachment of component material. It is therefore currently not readily possible to produce components with complex internal structures using the binder jetting method or generally by means of a 3D printing method, which in particular uses powdered materials.
Binder-Jetting-Verfahren sind neuartige additive Fertigungsverfahren, welche beispielsweise zur Herstellung von Metallbauteilen geeignet sind. Dabei werden metallische Ausgangspulver schichtweise in Bauteilformen mittels passender Bindermittel verklebt. Die Schichten werden etwa durch eine runde Rollervorrichtung aufgetragen, welche einerseits rotiert und andererseits eine translatorische Bewegung ausführt, um pulverförmiges Material über die gesamte Bauplattform aufzutragen. Anschließend trägt ein Druckkopf ein passendes Bindermittel auf. Das dabei entstehende Bauteil wird auch als Grünteil oder Grünling bezeichnet und weist eine begrenzte Festigkeit auf, da es zunächst lediglich durch das aufgebrachte Bindermittel zusammengehalten wird. Bevor die so vorgefertigten Bauteile aus dem Pulverbett entnommen werden können, muss das Bindermittel thermisch aktiviert und ausgehärtet werden. Dieser Vorgang ist auch unter dem Namen Curing-Prozess bekannt. Anschließend wird das Bindermittel in einem Sintervorgang, beispielsweise in Form einer sogenannten Sinterfahrt, herausgebrannt, und die Pulverpartikel werden entsprechend zu ihrer finalen Bauteilform so lange zusammengesintert, bis eine möglichst hohe Dichte erreicht wird.Binder jetting processes are new additive manufacturing processes that are suitable, for example, for the production of metal components. Here, metallic starting powders are bonded in layers in component molds using suitable binders. The layers are applied by a round roller device, for example, which rotates on the one hand and performs a translational movement on the other in order to apply powdered material over the entire construction platform. A print head then applies a suitable binder. The resulting component is also referred to as a green part or green part and has limited strength, since it is initially only held together by the applied binder. Before the components prefabricated in this way can be removed from the powder bed, the binder must be thermally activated and hardened. This process is also known as the curing process. The binder is then burned out in a sintering process, for example in the form of a so-called sintering run, and the powder particles are sintered together to form their final component until the highest possible density is achieved.
In diesem Zusammenhang sind bereits Herstellungsverfahren bekannt, welche bedingt dazu geeignet sind, fragile Kanalverläufe in gedruckten Bauteilen so herzustellen, dass sich anschließend ein möglichst pulverfreier Kanalverlauf bereitstellen lässt. Hierzu werden kettenförmige Gegenstände direkt entlang des Kanalverlaufs mitgedruckt, welche dann anschließend wieder herausgezogen werden. Bei diesem Vorgang werden dann lose Pulverreste teilweise mit hinausbefördert. Allerdings ist diese Methode für variable Kanalquerschnitte ungeeignet. Zudem sind diese kettenförmigen Gegenstände ebenfalls fragil und können während dieses Vorgangs leicht reißen, wobei ein gerissener kettenförmiger Gegenstand dann wiederum nur schwer, wenn überhaupt, entfernt werden kann.In this context, production methods are already known which are conditionally suitable for producing fragile channel courses in printed components in such a way that a channel course that is as powder-free as possible can then be provided. For this purpose, chain-shaped objects are printed directly along the course of the channel, which are then subsequently pulled out again. During this process, loose powder residues are partially carried out with it. However, this method is unsuitable for variable channel cross sections. In addition, these chain-like objects are also fragile and can easily tear during this process, again making it difficult, if not impossible, to remove a broken chain-like object.
Ein weiterer verfolgter Ansatz besteht heutzutage darin, fragile Bauteile in mehreren Einzelteilen herzustellen und anschließend dann zusammenzubringen. In Keramikbauweise sind hier bereits erste Ansätze bekannt. Nachfolgend werden Beispiele aus dem Stand der Technik näher vorgestellt.Another approach pursued today is to manufacture fragile components in several individual parts and then to bring them together. In ceramic construction, the first approaches are already known. Examples from the prior art are presented in more detail below.
So ist aus der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Über die vorgestellten Beispiele aus dem Stand der Technik hinaus sind bereits erste technische Ansätze bekannt, welche sich mit der Möglichkeit eines im Wesentlichen direkten Sinterfügens beschäftigen. Dieses bisher wenig untersuchte und entwickelte Verfahren weist bisher noch Unzulänglichkeiten hinsichtlich der resultierenden Festigkeiten auf, sodass hier ein gewisser Bedarf an neuen Lösungskonzepten besteht. Insbesondere kostengünstige Verfahren, welche eine als ausreichend zu bewertende Festigkeit der resultierenden Bauteile hervorbringen, sind dabei wünschenswert.In addition to the examples presented from the prior art, the first technical approaches are already known which deal with the possibility of essentially direct sinter joining. This method, which has not been extensively investigated and developed up to now, still has shortcomings in terms of the resulting strength, so that there is a certain need for new solution concepts. In particular, cost-effective processes that produce a strength of the resulting components that can be rated as sufficient are desirable.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen hervorzubringen, welches die genannten Nachteile zumindest teilweise überwindet.The invention is now based on the object of producing a method for joining green 3D printed component parts which at least partially overcomes the disadvantages mentioned.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen bereitgestellt wird. Solch ein Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Bereitstellen von zwei 3D-Druckbauteil-Grünlingen, welche aus den gleichen Ausgangsmaterialien gefertigt sind; Ausrichten der zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge zueinander, sodass jeweilige Verbindungsflächen im Wesentlichen gegenüber ausgerichtet sind.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that a method for joining green 3D printed component parts is provided. Such a method comprises the following steps: providing two 3D printed component green parts, which are made from the same starting materials; Aligning the two green 3D printed parts with each other such that respective mating surfaces are substantially oppositely aligned.
Das Verfahren umfasst in dieser Ausführungsform zudem die folgenden weiteren Verfahrensschritte: Zusammendrücken der zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge und kombiniertes Gegeneinander-Bewegen der 3D-Druckbauteil-Grünlinge, sodass die jeweiligen Verbindungsflächen aneinander gerieben werden; Verwenden von abgeriebenen Materialien von den jeweiligen Verbindungsflächen der zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge zur Erzeugung einer Sinterfügeverbindung der zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge; Durchführen wenigstens eines Sintervorgangs, sodass die zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge mittels wenigstens einem Sinterfügeverbindungsvorgang miteinander verbunden werden.In this embodiment, the method also comprises the following additional method steps: pressing the two green 3D printed components together and moving the green 3D printed components combined against one another, so that the respective connecting surfaces are rubbed against one another; using abraded materials from the respective bonding surfaces of the two green 3D printed parts to create a sintered bond of the two green 3D printed parts; Carrying out at least one sintering process, so that the two 3D printed component green bodies are connected to one another by means of at least one sinter joining process.
Auf diese Weise ist es möglich, ein Verfahren zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen hervorzubringen, welches die zuvor genannten Nachteile zumindest teilweise überwindet.In this way, it is possible to produce a method for joining green 3D printed component parts that at least partially overcomes the aforementioned disadvantages.
Das kombinierte Andrücken der Bauteile mit einer gegenseitigen Bewegung führt dazu, dass Fügematerial unmittelbar an den Stellen bereitgestellt wird, wo es für den anschließenden Fügeprozess benötigt wird. Zudem werden störende Rauheitsspitzen, welche lokal vorhanden sein können an den Verbindungsflächen der zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge, durch diese Kombination von Druck und Reibung entfernt. Das abgeriebene Material wird dann zur Erzeugung der Sinterfügeverbindung verwendet. Auch können Anteile davon in der Fügezone zu einer Überbrückung von ungewollten Freiräumen beziehungsweise Spalten oder dergleichen vorgesehen werden. Die kombinierten Verfahrensschritte sorgen zudem dafür, dass dieses abgeriebene Material zuverlässig an für die anschließende Sinterfügung günstige Position verschoben beziehungsweise allgemein bewegt wird.The combined pressing of the components with a mutual movement means that the joining material is made available directly at the points where it is needed for the subsequent joining process. In addition, disturbing roughness peaks, which can be present locally on the connecting surfaces of the two 3D printed component green parts, are removed by this combination of pressure and friction. The abraded material is then used to create the sintered joint. Portions thereof can also be provided in the joining zone to bridge unwanted free spaces or gaps or the like. The combined process steps also ensure that this abraded material is reliably attached to the subsequent Sinter joining favorable position is moved or generally moved.
Das kombinierte Drücken in Verbindung mit dem Gegeneinander-Bewegen kann zum Beispiel aufeinander abgestimmt werden, sodass somit gezielt eine gewisse Zwischenschichthöhe erreicht wird. Das Vorgehen des Aneinanderreibens der jeweiligen Verbindungsflächen zur Zwischenschichterzeugung wird, anders gesagt, mittels des Zusammendrückens und dessen Ausprägung gezielt beeinflusst, sodass sich eine definierte Menge an abgeriebenem Material einstellt.The combined pressing in connection with the movement against each other can be coordinated, for example, so that a certain intermediate layer height is achieved in a targeted manner. In other words, the process of rubbing the respective connecting surfaces together to create an intermediate layer is influenced in a targeted manner by means of the compression and its expression, so that a defined amount of rubbed-off material occurs.
Da die lokalen Rauheitsspitzen anschließend entfernt sind und eine definierte Menge an Fügematerial in Form des abgeriebenen Materials bereitgestellt wird, ist es möglich, im anschließenden Sinterfügeverbindungsvorgang ein optimales Ergebnis zu erzielen, sodass eine feste und zuverlässige Verbindung der 3D-Druckbauteile hergestellt wird. Die Grünlinge werden somit im Sintergang nicht nur gesintert, sondern gleichzeitig auch miteinander verbunden, wobei aufgrund der vorangegangenen Vorbereitungsschritte innerhalb des vorgestellten Verfahrens eine spezifische und definierte Vorbehandlung der Verbindungsflächen vollzogen wird. Es ist mittels des vorgestellten Verfahrens somit möglich, ein zweiteiliges Herstellen von Bauteilen zu erreichen, wobei der prozessinhärente Sintervorgang zum Fügen der Bauteile genutzt wird.Since the local roughness peaks are then removed and a defined amount of joining material is provided in the form of the abraded material, it is possible to achieve an optimal result in the subsequent sinter joining process, so that a strong and reliable connection of the 3D printed components is produced. The green compacts are thus not only sintered in the sintering process, but also connected to one another at the same time, with a specific and defined pretreatment of the connection surfaces being carried out due to the previous preparation steps within the presented method. Using the method presented, it is thus possible to produce components in two parts, with the sintering process inherent in the process being used to join the components.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Vorrichtung zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen bereitgestellt wird. Solch eine Vorrichtung ist dabei ausgelegt, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuüben. Die zuvor genannten Vorteile gelten, soweit übertragbar, auch für die vorgestellte Vorrichtung.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that a device for joining green 3D printed component parts is provided. Such an apparatus is adapted to practice the method according to any one of claims 1-9. The aforementioned advantages also apply to the device presented, insofar as they can be transferred.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred configurations of the invention result from the remaining features mentioned in the dependent claims.
So ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass die 3D-Druckbauteil-Grünlinge Resultat eines Binder-Jetting-Druckverfahrens sind, insbesondere eines Binder-Jetting-Druckverfahrens zur Herstellung von Metallbauteilen.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the green 3D printed component parts are the result of a binder jet printing process, in particular a binder jet printing process for the production of metal components.
Das vorgestellte Verfahren ist vorteilhaft für die genannten 3D-Druckbauteil-Grünlinge einsetzbar, da es sich nahtlos in den vorgezeichneten Herstellungsprozess einfügen lässt. 3D-Druckbauteil-Grünlinge, welche das Resultat eines Binder-Jetting-Druckverfahrens sind, werden in der Regel abschließend in einem Sintervorgang behandelt, sodass sich die Prozessfolge hier gemäß dem vorgestellten Verfahren leicht erweitert lässt, um entsprechende Verbunde beziehungsweise zusammengefügte 3D-Druckbauteile hervorzubringen. Das Verfahren hat sich insbesondere für die Herstellung von Metallbauteilen als vorteilhaft erwiesen, da die Verbindungsflächen aus dem entsprechenden Mix von Ausgangsmaterialien besonders geeignet sind, um die Kombination aus Druckbeaufschlagung und Reibung für das angestrebte Ergebnis durchzuführen. Es ist somit möglich, Binder-Jetting-Bauteile mit komplexen inneren Strukturen pulverfrei herzustellen und im Sinterfügeprozess dicht und mechanisch stabil zu verbinden. Es sind somit keine komplexen Fügenahtgeometrien erforderlich, welche beispielsweise durch eine zueinander passende Geometrie zu einer Anfangsfestigkeit führen. Auch ist somit kein zusätzliches Sinterlot, etwa eine spezielle Brazing-Paste, erforderlich. Zudem kann das vorgestellte Verfahren somit vorteilhaft in den sowieso vorgesehenen Betriebsablauf eingefügt werden, da der abschließende Sinterprozess ohnehin notwendig wäre, um die finalen Bauteile hervorzubringen. Es ist zudem vorstellbar, dass auch weitere Bauteile auf diese Weise angefügt werden, um etwa besonders große Bauteile hervorzubringen. Hierfür wird das vorgestellte Verfahren entsprechend öfter angewendet, sodass jeweilige Bauteile miteinander verbunden werden.The method presented can be used to advantage for the 3D printed component green bodies mentioned, since it can be seamlessly integrated into the specified manufacturing process. 3D printed component green bodies, which are the result of a binder jetting printing process, are usually finally treated in a sintering process, so that the process sequence can be easily expanded here according to the method presented in order to produce corresponding composites or assembled 3D printed components. The method has proven to be particularly advantageous for the production of metal components, since the connecting surfaces made of the appropriate mix of starting materials are particularly suitable for carrying out the combination of pressurization and friction for the desired result. It is thus possible to produce binder jet components with complex inner structures without powder and to connect them tightly and mechanically stable in the sinter joining process. There is therefore no need for complex joint seam geometries, which, for example, lead to initial strength through a geometry that matches one another. Also, no additional sintered solder, such as a special brazing paste, is required. In addition, the method presented can thus be advantageously integrated into the operating sequence that is intended anyway, since the final sintering process would be necessary in any case in order to produce the final components. It is also conceivable that other components can also be added in this way, for example to produce particularly large components. For this purpose, the method presented is used more often, so that the respective components are connected to one another.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das Zusammendrücken der zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge mit einer Anpresskraft von 1000 kPa bis 10 MPa vollzogen wird. Die zuvor genannten Vorteile führen innerhalb dieses Intervalls zu besonders guten Ergebnissen, wobei eine jeweilige Anpassung an besonders ausgeprägte Verbindungsflächen vorstellbar ist.In a further preferred embodiment of the invention, it is also provided that the two green 3D printed component parts are pressed together with a contact pressure of 1000 kPa to 10 MPa. The aforementioned advantages lead to particularly good results within this interval, with a respective adaptation to particularly pronounced connecting surfaces being conceivable.
Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das Gegeneinander-Bewegen der 3D-Druckbauteil-Grünlinge zueinander mittels wenigstens einer Vibrationsvorrichtung vollzogen wird. Mittels solch einer Vibrationsvorrichtung kann eine besonders schonende gegenseitige Bewegung erreicht werden, sodass die Gefahr einer Beschädigung der 3D-Druckbauteil-Grünlinge minimierbar ist. Wenngleich ist es auf diese Weise möglich, ausreichend lokale Rauheitsspitzen oder dergleichen auszugleichen, wobei das abgeriebene Material für eine vorteilhafte anschließende Sinterfügeverbindung in einer optimalen Menge verwendet wird.In addition, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the 3D printed component green compacts are moved towards one another by means of at least one vibration device. A particularly gentle mutual movement can be achieved by means of such a vibration device, so that the risk of damage to the green 3D printed component can be minimized. Although it is possible in this way to adequately compensate for local roughness peaks or the like, with the abraded material being used in an optimal quantity for an advantageous subsequent sintered joint.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass eine Vibrationsfrequenz der wenigstens einen Vibrationsvorrichtung benutzerdefiniert eingestellt wird. Je nach Vibrationsfrequenz und Anpresskraft der Bauteile gegeneinander kann eine unterschiedliche Zwischenschichthöhe erzeugt werden. Es ist somit noch besser möglich, das Vorgehen des Aneinanderreibens zur Zwischenschichterzeugung zur Erzeugung einer sehr guten Sinterfügeverbindung durchzuführen.Furthermore, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that a vibration frequency of the at least one vibration device is set in a user-defined manner. Depending on the vibration frequency and the pressing force of the components against each other, a different intermediate layer height can be created. It is thus it is even better possible to carry out the procedure of rubbing against one another to produce an intermediate layer in order to produce a very good sintered joint.
Des Weiteren ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass Vibrationen der wenigstens einen Vibrationsvorrichtung im Wesentlichen in jeweilige Randbereiche der 3D-Druckbauteil-Grünlinge eingeleitet werden. Als Randbereiche sind insbesondere diejenigen Bereiche anzusehen, welche das jeweilige Bauteil nach außen hin entsprechend begrenzen. Dabei ist etwa eine Einleitung der Vibrationen in relativer Nähe der jeweiligen Verbindungsflächen oder sogar nur einer Verbindungsfläche vorstellbar. Auch ist jedoch vorstellbar, dass an einem von der jeweiligen Verbindungsfläche beabstandeten Randbereich einer Außengeometrie des Bauteils eine Einleitung der Vibrationen vollzogen wird, sodass die für das Abreiben des Fertigungsmaterials nötigen Bewegungsimpulse dann den Ort des Geschehens, sprich der gegenseitigen Bewegung der Verbindungsflächen, durch das Bauteil hindurch erreichen. Auf diese Weise ist es möglich, Randschichtpulver beziehungsweise abgeriebenes Material in diesen Bereichen von den Bauteilen zur Erzeugung einer PulverZwischenschicht durch Abreibvorgänge aufgrund von Druck und Vibrationen zu erhalten.Furthermore, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that vibrations of the at least one vibration device are essentially introduced into respective edge regions of the green 3D printed component. In particular, those areas are to be regarded as edge areas which correspondingly delimit the respective component to the outside. An introduction of the vibrations in the relative vicinity of the respective connecting surfaces or even just one connecting surface is conceivable. However, it is also conceivable that the vibrations are introduced at an edge region of an external geometry of the component that is spaced apart from the respective connecting surface, so that the movement impulses required for the abrasion of the production material then affect the location of the event, i.e. the mutual movement of the connecting surfaces, through the component reach through. In this way, it is possible to obtain edge layer powder or abraded material in these areas from the components to produce an intermediate powder layer by abrasion processes due to pressure and vibrations.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass zwischen den Verbindungsflächen der zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge zusätzlich externes Material vorgesehen wird, welches zur Erzeugung einer Sinterfügeverbindung der zwei 3D-Druckbauteil-Grünlinge verwendet wird.Another preferred embodiment of the invention also provides for additional external material to be provided between the connecting surfaces of the two green 3D printed components, which is used to produce a sintered joint between the two green 3D printed components.
Solch zusätzlich externes Material kann beispielsweise mittels einer Rakelvorrichtung auf die Verbindungsflächen aufgetragen werden, sodass im eigentlichen Fügeschritt während des Sinterns eine ausreichend dichte und mechanisch stabile Fügung erzeugt wird. Sind aufgrund der Eigenschaften der Grünlinge somit die abgeriebenen Materialien vorausschauend als nicht ausreichend zu bewerten, kann auf diese Weise somit nachgeholfen werden. Auch ist so ein zusätzlich externes Material deswegen vorteilhaft, da es das Abreiben von lokalen Rauheitsspitzen befördert, sodass eine besonders gute Fügeverbindung erreicht wird. Zudem werden Anteile von dem zusätzlichen externen Material in porenförmige Öffnungen eingebracht, sodass hier ein zusätzlicher vorteilhafter Vorbereitungsschritt für das anschließende Sinterfügen erreicht wird.Such additional external material can be applied to the connecting surfaces, for example by means of a squeegee device, so that a sufficiently dense and mechanically stable joint is produced in the actual joining step during sintering. If, due to the properties of the green compacts, the abraded materials are to be assessed as insufficient in advance, this can help in this way. Such an additional external material is also advantageous because it promotes the abrasion of local roughness peaks, so that a particularly good joint is achieved. In addition, parts of the additional external material are introduced into porous openings, so that an additional advantageous preparation step for the subsequent sintering is achieved here.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das zusätzliche externe Material die Ausgangsmaterialien der 3D-Druckbauteil-Grünlinge umfasst.Furthermore, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the additional external material comprises the starting materials of the green 3D printed component.
Beispielsweise ist vorstellbar, dass das zusätzliche externe Material ausschließlich aus den Ausgangsmaterialien der 3D-Druckbauteil-Grünlinge im gleichen Mischungsverhältnis besteht.For example, it is conceivable that the additional external material consists exclusively of the starting materials of the green 3D printed component in the same mixing ratio.
Das zu erreichende Fügeergebnis lässt sich auf diese Weise besonders vorteilhaft erreichen.The joining result to be achieved can be achieved particularly advantageously in this way.
Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das zusätzliche externe Material die Ausgangsmaterialien der 3D-Druckbauteil-Grünlinge umfasst, wobei eine mittlere Pulverpartikelgröße des zusätzlichen externen Materials kleiner als eine mittlere Pulverpartikelgröße der Ausgangsmaterialien der 3D-Druckbauteil-Grünlinge aufweist. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.Finally, another preferred embodiment of the invention provides that the additional external material comprises the starting materials of the green 3D printed component, with an average powder particle size of the additional external material being smaller than an average powder particle size of the starting materials of the green 3D printed component. The aforementioned advantages can thus be achieved even better.
Das vorgestellte Verfahren lässt sich beispielsweise für alle Binder-Jetting-Geometrien mit leicht komplexen internen Hohlstrukturen verwenden. Das vorgestellte Verfahren lässt sich in jedem produzierenden Technologiezweig einsetzen, bei dem Binder-Jetting einen entsprechenden Einsatz findet.The method presented can be used, for example, for all binder jetting geometries with slightly complex internal hollow structures. The process presented can be used in any manufacturing branch of technology in which binder jetting is used accordingly.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless stated otherwise in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen; -
2 schematisch eine Vorrichtung zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen; -
3 schematisch eine grafische Darstellung eines Sinterfügeverfahrens gemäß dem Stand der Technik; -
4 schematisch eine grafische Darstellung eines Sinterfügeverfahrens unter Einbeziehung des vorgestellten Verfahrens zum Fügen von 3D-Druckbauteil-Grünlingen.
-
1 schematically a flowchart of a method for joining 3D printed component green parts; -
2 schematically a device for joining 3D printed component green parts; -
3 schematically a graphical representation of a sinter joining method according to the prior art; -
4 schematically a graphic representation of a sinter joining process including the presented method for joining 3D printed component green parts.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1212
- erste Momentaufnahmefirst snapshot
- 1414
- zweite Momentaufnahmesecond snapshot
- 1616
- dritte Momentaufnahmethird snapshot
- 1818
- vierte Momentaufnahmefourth snapshot
- 1919
- Blockpfeilblock arrow
- 2020
- erster 3D-Druckbauteil-Grünlingfirst 3D printed component green part
- 2222
- zweiter 3D-Druckbauteil-Grünlingsecond 3D printed component green body
- 2424
- erste Verbindungsflächefirst interface
- 2626
- zweite Verbindungsflächesecond interface
- 2828
- Rauheitsspitzeroughness peak
- 3030
- Richtungspfeildirectional arrow
- 3232
- Lückegap
- 3434
- Fotoschnittansichtphoto cut view
- 3636
- Verarbeitungsprozessschrittprocessing process step
- 3838
- Kraftrichtungspfeilforce direction arrow
- 4040
- Vibrationsdoppelpfeilvibrating double arrow
- 4242
- Fügeergebnis joining result
- 100100
- Verfahrensablaufdiagrammprocess flow diagram
- 110110
- erster Verfahrensschrittfirst step in the process
- 120120
- zweiter Verfahrensschrittsecond process step
- 130130
- dritter Verfahrensschrittthird step
- 140140
- vierter Verfahrensschrittfourth step
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 1816112 A2 [0009]EP 1816112 A2 [0009]
- DE 102011089260 A1 [0010]DE 102011089260 A1 [0010]
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-
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