DE10333038B4 - Process for pressure infiltration of porous components - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Druckinfiltration poröser
Bauteile dadurch gekennzeichnet,
dass in einem ersten Verfahrensschritt
das Bauteil (1) mit einer ersten Infiltrationsflüssigkeit (2) bedeckt wird,
derart,
dass mindestens zwei Bereiche der Bauteiloberfläche nicht mit
der Infiltrationsflüssigkeit
(2) in Kontakt kommen,
dass in einem zweiten Verfahrenschritt
das Bauteil (1) oberflächlich
weitgehend von der ersten Infiltrationsflüssigkeit (2) befreit wird und
der verbleibende Anteil verfestigt wird, derart,
dass sich
eine gasdichte Schicht (3) an und/oder in den Randbereichen des
porösen
Bauteils (1) ausbildet,
dass in einem dritten Verfahrenschritt
das abgedichtete poröse
Bauteil (1) in eine zweite Infiltrationsflüssigkeit (4) eingetaucht wird,
derart
– dass
mindestens ein erster der nicht mit der gasdichten Schicht bedeckten
Bereiche in Kontakt mit der zweiten Infiltrationsflüssigkeit
(4) kommt, und
– dass
mindestens ein zweiter der nicht mit der gasdichten Schicht (3)
bedeckten Bereiche mit einem gegenüber dem...Process for pressure infiltration of porous components characterized
that in a first method step the component (1) is covered with a first infiltration liquid (2),
at least two areas of the component surface do not come into contact with the infiltration fluid (2),
that in a second method step, the component (1) is freed on the surface largely from the first infiltration liquid (2) and the remaining portion is solidified, in such a way
a gas-tight layer (3) is formed on and / or in the edge regions of the porous component (1),
in a third method step, the sealed porous component (1) is immersed in a second infiltration liquid (4), in such a way
That at least a first of the areas not covered by the gas-tight layer comes into contact with the second infiltration fluid (4), and
- That at least a second of the not with the gas-tight layer (3) covered areas with a relation to the ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckinfiltration poröser Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for pressure infiltration of porous components according to the generic term of claim 1
Die
Druckinfiltration ist bekannt: Ein poröser Vorkörper wird in eine Form eingelegt.
In diese Form wird unter hohem Druck eine Flüssigkeit eingebracht, welche
dann den porösen
Vorkörper
infiltriert. Vgl. z.B. die
Zeitvorteile
verspricht die Herstellung des porösen Vorkörpers mittels Lasersintern,
vgl.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren ohne Werkzeugformen zur Infiltration poröser Bauteile anzugeben, welches hohe Bauteilgenauigkeit, gleichmäßige Infiltration, und geringe Durchlaufzeiten aufweist.The The object of the present invention is therefore a method to specify without tool molds for infiltration of porous components, which high component accuracy, uniform infiltration, and has low cycle times.
Diese Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These Task is by a method with the characteristics of the preamble of claim 1 solved by its characterizing features. advantageous Embodiments are specified in the subclaims.
Gemäß der Erfindung
wird ein poröses
Bauteil in einem ersten Verfahrensschritt mit einer ersten Infiltrationsflüssigkeit
derart bedeckt,
dass mindestens zwei Bereiche der Bauteiloberfläche nicht
mit der Infiltrationsflüssigkeit
in Kontakt kommen,
in einem zweiten Verfahrenschritt wird das
Bauteil oberflächlich
weitgehend von der ersten Infiltrationsflüssigkeit befreit und der verbleibende
Anteil verfestigt, derart,
dass sich eine gasdichte Schicht
an und/oder in den Randbereichen des porösen Bauteils ausbildet,
in
einem dritten Verfahrenschritt wird das abgedichtete poröse Bauteil
in eine zweite Infiltrationsflüssigkeit eingetaucht,
derart
dass mindestens ein erster der nicht mit der gasdichten
Schicht bedeckten Bereiche in Kontakt mit der zweiten Infiltrationsflüssigkeit
kommt, und
dass mindestens ein zweiter der nicht mit der gasdichten
Schicht bedeckten Bereiche mit einem gegenüber dem ersten Bereich niedrigerem
Druck beaufschlagt wird,
in einem vierten Verfahrenschritt
wird das abgedichtete poröse
Bauteil aus der zweiten Infiltrationsflüssigkeit entnommen, sobald
die Infiltration beendet wird.According to the invention, in a first method step, a porous component is covered with a first infiltration liquid,
at least two areas of the component surface do not come into contact with the infiltration liquid,
in a second process step, the component is freed on the surface largely from the first infiltration liquid and solidifies the remaining portion, in such a way
a gas-tight layer forms on and / or in the edge regions of the porous component,
In a third process step, the sealed porous member is immersed in a second infiltration liquid, such
at least a first of the regions not covered by the gastight layer comes into contact with the second infiltration liquid, and
at least a second of the areas not covered by the gas-tight layer is subjected to a lower pressure than the first area,
in a fourth process step, the sealed porous member is removed from the second infiltration fluid as soon as the infiltration is stopped.
Dabei wird die Infiltration beendet, wenn die Infiltrationsflüssigkeit an dem zweiten Bereich aus dem Bauteil austritt oder wenn kein weiterer Materialfluss stattfindet oder stattfinden soll.there the infiltration is stopped when the infiltration fluid at the second area exits the component or if no further Material flow takes place or should take place.
Üblicherweise wird die zweite Infiltrationsflüssigkeit innerhalb des porösen Bauteils anschließend verfestigt. Es ist jedoch auch denkbar deren Ein- und Austrittsöffnungen in den Sinterkörper zu versiegeln und so einen kontinuierlichen Austritt zu verhindern. Ein schnelles Ausfließen tritt aufgrund der Kapillarwirkung ohnehin kaum auf.Usually becomes the second infiltration fluid within the porous Component then solidified. However, it is also conceivable their inlet and outlet openings in the sintered body to seal and thus prevent a continuous leakage. A quick outflow anyway hardly occurs due to capillary action.
Mittels des ersten Verfahrensschrittes wird sehr schnell eine dünne Schicht auf die Oberfläche (und aufgrund der Kapillarwirkung auch hinein) gebracht, welche nach ihrer Verfestigung als gasdichte Form für die nachfolgende schnelle Druckinfiltration dient. Die Bedeckung des Bauteils mit der ersten Infiltrationsflüssigkeit erfolgt vorzugsweise durch Eintauchen, Aufsprühen oder Aufstreichen.through the first step very quickly becomes a thin layer on the surface (and due to capillary action also brought in), which after their solidification as a gas-tight form for the subsequent fast Pressure infiltration is used. The covering of the component with the first infiltration liquid is preferably done by dipping, spraying or brushing.
Der zweite Verfahrensschritt gewährleistet eine hohe Maßgenauigkeit des infiltrierten Bauteils. Der dritte Verfahrenschritt beinhaltet die eigentliche Druckinfiltration. Der vierte Verfahrensschritt gewährleistet die vollständige bzw. maximale oder gewünschte Füllung des porösen Bauteils zwischen Ein- und Auslassöffnung. Letztere sind entsprechend den Bauteilanforderungen anzuordnen. Anschließen kann sich eine erneute Befreiung von überschüssiger Infiltrationsflüssigkeit zur Gewährleistung der Maßhaltigkeit.Of the second step ensures a high dimensional accuracy of the infiltrated component. The third process step includes the actual pressure infiltration. The fourth process step guaranteed the complete or maximum or desired filling of the porous one Component between inlet and outlet. The latter are according to the To arrange component requirements. Can connect a renewed Relief of excess infiltration fluid to guarantee the dimensional stability.
Geeignete Ein- und Auslassöffnungen lassen sich besonders leicht durch Aufbringen von Masken auf das poröse Bauteil erzeugen. Dabei können die Masken grundsätzlich auf beliebige lösbare Art und Weise auf dem Bauteil befestigt werden. Vorteilhaft ist dabei eine Befestigung allein entlang des Randes der Maske. Besonders vorteilhaft ist es für die spätere Druckinfiltration, wenn zumindest eine Maske verwendet wird, die als Druckanschluss mit Durchlass zum porösen Bauteil ausgestaltet ist, so dass an diesen mindestens einen Druck anschluss im dritten Verfahrensschritt der niedrigere Druck angelegt werden kann.suitable Inlet and outlet openings are particularly easy to apply by applying masks to the porous Create component. The can Masks basically on any releasable Way to be fixed on the component. Is advantageous doing an attachment alone along the edge of the mask. Especially it is advantageous for the latter Pressure infiltration when at least one mask is used, the is designed as a pressure connection with passage to the porous component, so that at these at least one pressure connection in the third step the lower pressure can be applied.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil während des zweiten Verfahrensschrittes von einem Gasstrom derart angeströmt, dass die anhaftende erste Infiltrationsflüssigkeit zumindest anteilig von der Oberfläche abfließt und somit keine wesentliche Bauteilverdickung durch deren Verfestigung erfolgt. Geringe Mengen der restlichen Infiltrationsflüssigkeit werden in der Regel durch Kapillarwirkung in die oberflächennahen Poren eingesaugt, so dass keine Verdickung stattfindet. Die verfestigte dünne Schicht auf der Oberfläche und in den oberflächennahen Poren reicht aus, um als gasdichte Form für die nachfolgende Druckinfiltration zu dienen.According to an advantageous embodiment In the method according to the invention, during the second method step, the component is flowed through by a gas flow in such a way that the adhering first infiltration liquid flows off at least partially from the surface and thus no substantial thickening of the component occurs as a result of its solidification. Small amounts of the remaining infiltration liquid are usually sucked by capillary action in the near-surface pores, so that no thickening takes place. The solidified thin layer on the surface and in the near-surface pores is sufficient to serve as a gas-tight mold for subsequent pressure infiltration.
Nach dem zweiten Verfahrensschritt weist das poröse Bauteil eine verfestigte, gasdichte Hülle mit mindestens zwei Öffnungen auf. Die erste dieser Öffnungen wird in eine zweite Infiltrationsflüssigkeit getaucht und zwischen der ersten und zweiten Öffnung wird ein Druckgefälle angelegt, wodurch die zweite Infiltrationsflüssigkeit beschleunigt (gegenüber reinen Kapillareffekten) in das poröse Bauteil eindringt. Das Druckgefälle kann alternativ oder additiv durch Anlegen eines Unterdrucks an die zweite Öffnung (die vorzugsweise von einer Maske mit Druckanschluss bedeckt ist) und/oder durch Beaufschlagung der zweiten Infiltrationsflüssigkeit mit einem Überdruck erzeugt werden. Der Überdruck kann mittels Gas, nicht mischbarer Flüssigkeit oder eines Festkörpers (z.B. Kolben) auf die zweite Infiltrationsflüssigkeit ausgeübt werden.To In the second method step, the porous component has a solidified, gas-tight envelope with at least two openings on. The first of these openings is dipped in a second infiltration liquid and between the first and second openings becomes a pressure gradient which accelerates the second infiltration fluid (compared to pure Capillary effects) in the porous Component penetrates. The pressure gradient may alternatively or additionally by applying a negative pressure to the second opening (which is preferably covered by a mask with pressure connection) and / or by applying the second infiltration fluid with an overpressure be generated. The overpressure may be by gas, immiscible liquid or a solid (e.g. Piston) are exerted on the second infiltration fluid.
Das
poröse
Bauteil kann besonders schnell und kostengünstig mittels einem Rapid Prototyping Verfahren
hergestellt werden. Geeignete Verfahren sind das Lasersintern oder
das 3D-Drucken,
aber auch mittels dem sogenannten Laminated Object Manufacturing
(LOM) lassen sich geeignete poröse Bauteile
schnell und kostengünstig
herstellen, vgl.
Das Verfahren kann für beliebige Werkstoffkombinationen verwendet werden. Als Basismaterial für das poröse Bauteil sind sämtliche Feststoffe geeignet, insbesondere Kunststoffe, Metalle oder Keramiken sowie deren Gemische. Für die Infiltrationsflüssigkeiten gilt grundsätzlich das Gleiche, wobei jedoch Rücksicht auf die Materialeigenschaften des Basismaterials genommen werden muss: Für ein poröses Bauteil auf Kunststoffbasis ist eine Metallschmelze (mit Ausnahme der niedrigschmelzenden Legierungen) als Infiltrationsflüssigkeit nicht geeignet, da sie das Basismaterial zerstören würde. Geeignet sind härtbare Kunststoffe (Duromere, insbesondere Harze, z.B. Epoxid-, Acrylat-, Phenol- und Polyurethanharze; oder Thermoplaste, letztere insbesondere falls ein erneute Verflüssigung erforderlich ist) oder auch Wachse und Silikone. Für metallische oder keramische poröse Bauteile sind neben den bereits genannten Infiltrationsflüssigkeiten auch Metallschmelzen geeignet (Metall-Matrix-Composite).The Procedure can for Any combination of materials can be used. As base material for the porous component are all Suitable solids, in particular plastics, metals or ceramics as well as their mixtures. For the infiltration fluids applies in principle the same, but with consideration be taken on the material properties of the base material must: for a porous one Plastic-based component is a molten metal (except the low-melting alloys) as infiltration fluid not suitable because it would destroy the base material. Suitable are curable plastics (Duromers, in particular resins, for example epoxy, acrylate, phenolic and polyurethane resins; or thermoplastics, the latter in particular if a renewed liquefaction is required) or waxes and silicones. For metallic or ceramic porous Components are in addition to the already mentioned infiltration fluids also suitable for metal melts (metal matrix composite).
Nachfolgend
wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand von zwei Ausführungsbeispielen und
der
Dabei zeigen:Hereinafter, the inventive method using two embodiments and the
Showing:
In
einem ersten Ausführungsbauspiel
wird mittels 3D-Drucken zunächst
aus beschichteten PMMA-Partikeln ein poröses Bauteil
In
einem ersten Verfahrensschritt wird das so präparierte Bauteil
In
einem alternativen ersten Verfahrensschritt wird das so präparierte
Bauteil
In
einem dritten Verfahrenschritt wird die Maske
In
einem zweiten Ausführungsbauspiel
wird mittels Lasersintern zunächst
aus SiC- oder Stahl-Partikeln ein poröses Bauteil
In
einem ersten Verfahrensschritt wird das so präparierte Bauteil
In
einem dritten Verfahrenschritt wird die Maske
Aufgrund
der Druckdifferenz zwischen der offenen Bauteilunterseite und dem
Druckanschluss
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich in den Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Beispiele als besonders geeignet für den Bau von Prototypwerkzeugen und MMC-Funktionsbauteilen, insbesondere in der Automobilindustrie.The inventive method proves in the embodiments the examples described above are particularly suitable for construction prototype tools and MMC functional components, especially in the automotive industry.
Gerade MMC-Werkstoffe lassen sich damit besonders schnell und kostengünstig herstellen.Just MMC materials can thus be produced particularly quickly and inexpensively.
Die Erfindung ist nicht nur auf die zuvor geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.The Invention is not limited to the previously described embodiments limited, but rather transferable to others.
So erweisen sich insbesondere metallinfiltrierte poröse Keramikbauteile (z.B.: SiC/Al) als materialtechnisch besonders vorteilhaft.So In particular, metal-infiltrated porous ceramic components prove to be suitable (For example: SiC / Al) as material technology particularly advantageous.
Des weiteren ist das erfindungsgemäße Verfahren für Bauteile beliebiger Größe anwendbar. Gegebenenfalls sind jeweils mehrere Ein- und Auslassöffnungen in das poröse Bauteil vorzusehen oder das Bauteil ist zunächst zu teilen und nach der Infiltration zu vereinen.Of further is the inventive method for components any size applicable. Optionally, each have a plurality of inlet and outlet openings in the porous one Provide component or the component is first to divide and after the To unite infiltration.
- 11
- Poröses BauteilPorous component
- 1212
- Maske (unterseitig)mask (Underside)
- 1313
- Maske (oberseitig)mask (Upper side)
- 1414
- Druckanschlusspressure connection
- 1515
- Durchlass zum Bauteilpassage to the component
- 22
- Erste InfiltrationsflüssigkeitFirst infiltration liquid
- 33
- Gasdichte SchichtSealed layer
- 44
- Zweite InfiltrationsflüssigkeitSecond infiltration liquid
- 55
- Infiltriertes Bauteilinfiltrated component
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10333038A DE10333038B4 (en) | 2003-07-21 | 2003-07-21 | Process for pressure infiltration of porous components |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10333038A DE10333038B4 (en) | 2003-07-21 | 2003-07-21 | Process for pressure infiltration of porous components |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10333038A1 DE10333038A1 (en) | 2005-02-24 |
DE10333038B4 true DE10333038B4 (en) | 2006-01-05 |
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ID=34088696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10333038A Expired - Fee Related DE10333038B4 (en) | 2003-07-21 | 2003-07-21 | Process for pressure infiltration of porous components |
Country Status (1)
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DE (1) | DE10333038B4 (en) |
Citations (5)
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DE19909882A1 (en) * | 1999-03-06 | 2000-09-07 | Fraunhofer Ges Forschung | Material for the layer-by-layer production of tools, molds or components using the laser sintering process |
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DE10014587A1 (en) * | 2000-03-27 | 2001-10-18 | Ventec Ges Fuer Venturekapital | Sealing of pores in structural components, especially of plasma reactors for the manufacture and processing of semiconductor wafers, with a polyimide |
-
2003
- 2003-07-21 DE DE10333038A patent/DE10333038B4/en not_active Expired - Fee Related
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"Infiltration von lasergesinterten Bauteilen", D. Trenke, IMW-Institutsmitteilungen Nr. 25, 2000 * |
Der Rapid Tool Prozeß: Werkzeugeinsätze für Kunst- stoffspritzguß und Metalldruckguß. Seitz, Esser, DTM GmbH Hilden |
er Rapid Tool Prozeß: Werkzeugeinsätze für Kunst-stoffspritzguß und Metalldruckguß. Seitz, Esser, DTM GmbH Hilden * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10333038A1 (en) | 2005-02-24 |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |