DE19927923A1

DE19927923A1 - Verfahren und Infiltrationswerkstoff zur Nachbehandlung gesinterter Polystyrol - Werkstücke

Info

Publication number: DE19927923A1
Application number: DE19927923A
Authority: DE
Inventors: Michael Bendiks
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2000-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung gesinterter Polystyrolwerkstücke sowie einen Infiltrationswerkstoff. Gesinterte Polystyrolwerkstücke sind brüchig und eignen sich daher nur bedingt zur Weiterverwendung als Anschauungs- und Funktionsprototypen oder als Modelle für Folgeverfahren wie z. B. Feinguß. Zur Erhöhung der Festigkeit und der Oberflächenqualität wird vorgeschlagen, die gesinterten Polystyrolwerkstücke mit einem niedrigschmelzenden Infiltrationswerkstoff zu tränken; die Infiltrationstemperatur ist dabei so niedrig, daß Verformungen des Werkstücks aufgrund freiwerdender Spannungen vernachlässigbar gering bleiben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung gesinterter Polystyrolwerkstücke sowie einen Infiltrationswerkstoff.

Werkstücke aus Polystyrol finden einen breiten Einsatz sowohl als Anschauungsmodelle, z. B. im Prototypenbau, als auch als Ausgangsmodelle für Folgeverfahren, z. B. für den Feinguß. Aus her stellungstechnischen Gründen besteht im Modellbau ein großes Interesse daran, für beide An wendungen verstärkt Polystyrol-Sinterteile einzusetzen, die - ausgehend von einem CAD-Modell des zu fertigenden Werkstücks - durch schichtweises Lasersintern mit Hilfe eines "Rapid Proto typing"-Verfahrens aus Polystyrolpulver erzeugt werden. Die Herstellung solcher Werkstücke ist z. B. in der DE 44 33 118 A1 beschrieben.

Im Gegensatz zu geschäumten Polystyrol-Werkstücken sind gesinterte Polystyrol-Werkstücke als Folge des Herstellungsprozesses sehr porös und brüchig, und ihre Oberfläche ist körnig und spröde. Wegen ihrer geringen mechanischen Stabilität sind solche Sinterteile im Rohzustand daher nur bedingt als Anschauungsmodelle geeignet. Weiterhin führt die hohe Porosität der Oberfläche zu großen Ungenauigkeiten bei der Verwendung unbehandelter gesinterter Polysty rol-Werkstücke als Modelle für Folgeverfahren, z. B. als Feingußmodelle.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit und die Oberflächenqualität gesinterter Polystyrolwerkstücken durch eine geeignete Nachbehandlung so zu erhöhen, daß stabile Anschauungs- und Funktionsprototypen entstehen, die sich auch als Modelle für Folge verfahren wie z. B. Feinguß eignen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Er zeugnisanspruchs 4 gelöst.

Danach werden die gesinterten Polystyrolteile in ein Bad eines flüssigen Infiltrationswerkstoffs getaucht, der durch die Oberfläche des porösen Sinterteils in das Innere eindringt und die Hohl räume auffüllt. Das Polystyrolteil wird mit dem Infiltrationswerkstoff durchtränkt, wodurch sich die Stabilität des Werkstücks gegenüber Handhabung erhöht. Dabei entsteht eine glatte, ge schlossene Werkstückoberfläche, die zu einer starken Reduktion des Oberflächenabriebs bei Handhabung führt und eine gezielte quantitative, lokale Nacharbeit gestattet. Zusätzlich ge währleistet die geschlossene Oberfläche der Werkstücke bei Verwendung in Folgeverfahren eine hohe Oberflächenqualität der Abgüsse.

Das Verfahren eignet sich insbesondere für Werkstücke, die mit Hilfe des Lasersinterns aus Po lystyrolpulver hergestellt wurden (siehe Anspruch 3). Werden die gesinterten Polystyrolteile in einem Bad infiltriert, dessen Temperatur nahe der Sintertemperatur von Polystyrol liegt, so füh ren die durch den Sinterprozeß im Werkstück im entstandenen Spannungen zu Verzügen wäh rend des Infiltrierens. Besonders günstig sind daher Infiltrationswerkstoffe, deren Schmelzpunkt erheblich unterhalb der Sintertemperatur von Polystyrol liegt (siehe Anspruch 4). Andererseits sollte der Infiltrationswerkstoffs eine Schmelztemperatur haben, die deutlich oberhalb gängiger Raumtemperaturen liegt, um ein "Nässen" der infiltrierten Werkstücke zu vermeiden und eine stabile Lagerung und Handhabung der infiltrierten Werkstücke zu gewährleisten. Vorzugsweise hat das Infiltrationsbad daher eine Temperatur zwischen 40°C und 50°C (siehe Anspruch 2). Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Gemisches aus einem hochschmelzenden Paraffin mit EVA-Copolymeren und Harzen als Infiltrationswerkstoff erwiesen (siehe Anspruch 5).

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispieles näher erläutert; dabei zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Polystyrol-Sinterteils . . .

Fig. 1a vor einer Nachbehandlung mit Infiltrationswerkstoff,

Fig. 1b nach der Nachbehandlung mit Infiltrationswerkstoff.

Fig. 1a zeigt einen Ausschnitt eines Werkstücks 1, das durch schichtweises Lasersintern eines Polystyrolpulvers hergestellt wurde. Durch den Sinterprozeß sind die Körnchen 2 des Polysty rolpulvers miteinander verbunden, so daß ein zusammenhängendes Werkstück 1 entsteht. So wohl im Inneren 3 als auch an der Oberfläche 4 weist das gesinterte Werkstück 1 Hohlräume 5 zwischen den Körnchen 2 auf. Diese poröse Struktur macht das Werkstück 1 brüchig und emp findlich gegenüber Abrieb.

Zum Auffüllen der Hohlräume 5 im Inneren 3 und an der Oberfläche 4 wird das gesinterte Werk stück 1 einer Nachbehandlung mit einem Infiltrationswerkstoff 6 unterzogen. Diese Nachbe handlung sollte so erfolgen, daß starke Erwärmungen des Werkstücks 1 so weit wie möglich vermieden werden, da ansonsten Spannungen, die aufgrund des Herstellungsprozesses des La sersinterns im Werkstück erzeugt wurden, freigesetzt werden und zu Verformungen des Werk stücks 1 führen. Daher wird zweckmäßigerweise ein Infiltrationswerkstoff 6 gewählt, der bei Temperaturen zwischen 40°C und 50°C flüssig ist und sich bei Raumtemperatur im festen Ag gregatzustand befindet. So kann die Infiltration des Werkstücks 1 bei Temperaturen erfolgen, die wesentlich geringer sind als die Umgebungstemperatur während des Lasersinterns (etwa 80°C). Die thermischen Verzüge des Werkstücks 1 aufgrund freiwerdender interner Spannun gen sind daher vernachlässigbar gering. Ein bezüglich Schmelztemperatur und Benetzungsver halten des Polystyrols besonders günstiger Infiltrationswerkstoff 6 ist ein Gemisch aus etwa 50% Paraffin und einer Mischung aus EVA-Copolymeren und Harzen, das eine Schmelztemperatur von etwa 42°C-44°C hat; die Infiltrationstemperatur liegt hierbei vorzugsweise bei etwa 50°C.

Zur Infiltration wird das Werkstück 1 in ein Bad des flüssigen Infiltrationswerkstoffs 6 getaucht. Dabei dringt der Infiltrationswerkstoff 6 in das Werkstück 1 ein und füllt die Hohlräume 5 voll ständig aus. Sobald das Werkstück 1 vollständig mit Infiltrationswerkstoff 6 getränkt ist, wird es aus dem Bad entnommen und abgekühlt. Anschließend wird ein eventuell auf der Werkstücko berfläche 4 verbleibender Überschuß an Infiltrationswerkstoff 6 entfernt. Das oben erwähnte Paraffin-/EVA-Copolymer-/Harz-Gemisch als Infiltrationswerkstoff 6 hat jedoch ein so günstiges Abtropfverhalten, daß nur wenig überschüssiger Infiltrationswerkstoff 6 auf der Oberfläche 4' verbleibt und ein Abtrag des Überschusses daher fast vollständig entfällt.

Nach der Infiltration sind, wie in Fig. 1b dargestellt, die Hohlräume 5 des Werkstücks 1' mit dem Infiltrationswerkstoff 6 gefüllt. Dies verleiht dem Werkstück 1' sowohl im Inneren 3' als auch an der Oberfläche 4' eine höhere Festigkeit. Durch die Einlagerungen des Infiltratonswerk stoffs 6 kann die Oberfläche 4' daher wesentlich leichter nachgearbeitet und geglättet werden; diese Nacharbeit kann z. B. mit Hilfe von Schmirgelleinwand oder durch Polieren erfolgen.

Weiterhin weist das Werkstück 1' nun eine geschlossene Oberfläche 4' auf, was insbesondere für die Weiterverwendung des Werkstücks 1' als Ausgangsmodell für ein Folgeverfahren, z. B. Feinguß, von besonderer Wichtigkeit ist. Wird als Ausgangsmodell ein infiltriertes und geglätte tes Werkstück 1', verwendet, so hat auch das Abgußteil eine glatte, qualitativ hochwertigere Oberfläche. Die geschlossene Oberfläche verhindert, daß die im Feinguß verwendeten Werk stoffe (Gips, Keramikpulver, Sand) an dem einzuformenden Polystyrolteil anhaften und daher das Ausbrennen des Polystyrolteils und das Entformen des fertigen Gußteils erschweren.

Claims

1. Verfahren zur Nachbehandlung gesinterter Polystyrolwerkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß das Polystyrolwerkstück (1) in ein Bad eines flüssigen Infiltrationswerkstoffs (6) ge taucht und dabei mit Infiltrationswerkstoff (6) getränkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad eine Temperatur zwischen 40°C und 50°C hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polystyrolwerkstück (1) durch Lasersintern von Polystyrolpulver hergestellt wird.

4. Infiltrationswerkstoff zur Nachbehandlung gesinterter Polystyrolwerkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß der Infiltrationswerkstoff (6) ein niedrigschmelzendes Wachs ist.

5. Infiltrationswerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Infiltrationswerkstoff (6) näherungsweise 50% eines hochschmelzenden Paraffins enthält, wobei des Rest aus EVA-Copolymeren und Harzen besteht.