DE19936517C1 - Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus thermisch sensitivem Schlicker - Google Patents

Abstract

In einem Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus thermisch sensitivem Schlicker, insbesondere Keramikschlicker, wird ein Modell des Werkstücks aus einem in einem Lösungsmittel löslichen Material erstellt und das Modell nachfolgend unter Bildung einer Wachsform mit einem Wachs vollständig umgeben, das in dem Lösungsmittel unlöslich ist. Anschließend wird das Modell mit der Wachsform in das Lösungsmittel eingetaucht, so daß sich das Material des Modells unter Bildung eines Hohlraums vollständig auflöst, in den der Schlicker eingegossen wird. Durch anschließende Erwärmung konsulidiert der Schlicker und die umgebende Wachsform wird daraufhin abgeschmolzen. Das so gebildete Grünteil kann anschließend getrocknet und gesintert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus thermisch sensitivem Schlicker, insbesondere einem keramischen Schlicker (flüssige Suspension mit festen keramischen Pulverpartikeln und einem Lösungsmittel).

Grundsätzlich besteht der Wunsch, ein Metall- oder Keramik­ werkstück möglichst schnell und kostengünstig herzustellen. Insbesondere bei Kleinserien oder beider Erstellung von Prototypen sind diese Anforderungen nur sehr schwer oder gar nicht zu erfüllen. Zwar können die Werkstücke auf rech­ nergesteuerten Werkzeugmaschinen aus Halbzeugen des ge­ wünschten Werkstoffs hergestellt werden, diese Vorgehens­ weise ist aber sehr aufwendig und in der Regel sehr zeit­ raubend und dementsprechend kostenintensiv. Außerdem ist die Ausbildung von komplizierten Hinterschnitten häufig schwierig oder sogar unmöglich.

Aus der DE 41 20 706 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Sinterwerkstücken aus metallischem oder keramischem Ma­ terial bekannt. Bei dem dort beschriebenen sogenannten Naß­ pulvergießen wird ein metallischer oder keramischer Schlic­ ker unter Atmosphärendruck in eine abgedichtete, hohle Si­ likonform gegossen und gesintert. Dabei tritt das Problem einer nicht ausreichenden Schrumpfkompensation sowie einer sehr niedrigen Trocknungsgeschwindigkeit auf, wodurch das Verfahren langsam und unwirtschaftlich ist.

In der Praxis hat sich die Verwendung eines thermisch sen­ sitiven Schlickers als vorteilhaft erwiesen, der bei Umge­ bungs- oder Raumtemperatur flüssig ist und leicht verarbei­ tet werden kann. Wenn man die Temperatur erhöht, verfestigt sich der Schlicker. Dabei darf jedoch die Temperatur nicht über den Siedepunkt der beteiligten Komponenten ansteigen, da ansonsten das im Schlicker enthaltene Wasser zu kochen beginnt. Es hat sich gezeigt, daß die auf diese Weise zu erzielende Festigkeit des Schlickers in vielen Fällen nicht ausreicht, um eine saubere mechanische Entformung bei­ spielsweise aus Silikonformen zuverlässig zu gewährleisten, da das Werkstück beim Entformen beschädigt werden kann, wo­ durch es unbrauchbar wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich Werkstücke aus thermisch sensitivem Schlicker schnell und in einfacher Weise zuverlässig her­ stellen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei wird ein Modell des auszubildenden Werkstücks aus einem in einem Lösungsmittel löslichen oder andersweitigen zu ent­ fernenden Material hergestellt und mit einem Wachs voll­ ständig umgeben, das in dem Lösungsmittel unlöslich ist.

Das umgebende Wachs bildet eine Wachsform. Das Modell wird zusammen mit der Wachsform dann in das Lösungsmittel ein­ getaucht, so daß das im Lösungsmittel lösliche Material des Modells vollständig aufgelöst wird und in der Wachsform ein Hohlraum entsprechend den Konturen des auszubildenden Werkstücks verbleibt. In diesen Hohlraum wird der thermisch sensitive Schlicker eingegossen, wobei es sich vorzugsweise um einen Keramikschlicker handelt. Anschließend wird die Form verschlossen und soweit erwärmt, daß sich der Schlic­ ker verfestigt bzw. konsolidiert. Die Erwärmung wird so­ lange fortgesetzt, bis der ganze Schlicker entsprechend verfestigt ist. Anschließend wird die Temperatur weiter erhöht, bis das Wachs der äußeren Wachsform zu schmelzen beginnt und abfließt. Es verbleibt ein Grünteil, das auf diese Weise kraftlos entformt ist. Es hat sich gezeigt, daß auf der Oberfläche des Grünteils eine dünne Wachsschicht verbleibt, die insbesondere vorteilhaft ist, da sie ein zu schnelles Trocknen des Grünteils verhindert, so daß die Trocknung ohne Rißbildung erfolgen kann. Abschließend wird das Grünteil in herkömmlicher Weise gesintert, wodurch das Werkstück fertiggestellt ist.

Vorzugsweise wird als Material für das Modell ein lösliches Wachs verwendet, das beispielsweise ein Karbonat enthalten kann, welches sich in einem sauren Medium auflöst.

Statt Wachs kann alternativ auch ein thermoplastisches Ma­ terial verwendet werden.

Die Erwärmung des in die Wachsform eingegossenen Schlickers erfolgt zunächst auf ca. 50°C bis 60°C und wird solange in diesem Temperaturbereich gehalten, bis der Schlicker voll­ ständig konsolidiert ist. Anschließend wird die Wachsform bei einer Temperatur von 60°C bis 100°C abgeschmolzen, wo­ bei darauf geachtet wird, daß das im Schlicker enthaltene Wasser nicht zu kochen beginnt.

Eine rationelle Fertigung läßt sich erreichen, wenn das Mo­ dell des Werkstücks seinerseits in einer von einem Urmodell abgenommenen Form, insbesondere einer Silikonform ausgebil­ det wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich, wobei die einzige Figur die einzelnen Stufen des Herstellungsverfahrens zeigt.

Bild a) zeigt ein Urmodell 11 eines auszubildenden Werk­ stückes, wobei das Modell 11 mit jedem beliebigen Herstel­ lungsverfahren hergestellt sein kann. Von dem Urmodell 11 wird zunächst eine Silikonform abgenommen. Zu diesem Zweck wird ein Behältnis 12 mit einem verformbaren Füllstoff, beispielsweise Knetmasse 13 bis zu einer vorbestimmten Höhe gefüllt, in die das Urmodell 11 bis etwa zu seiner halben Höhe hineingedrückt wird. Anschließend wird in das Behält­ nis 12 soviel Silikon eingegossen, daß das Urmodell 11 vollständig überdeckt ist. Nach Verfestigung des Silikons bildet dieses die eine Formhälfte 14, wie es in Bild b) dargestellt ist.

Zur Bildung einer zweiten Formhälfte 15 wird die erste Formhälfte 14 mit dem Urmodell 11 und der Knetmasse 13 aus dem Behältnis 12 entnommen, die Knetmasse 13 wird entfernt und die Formhälfte 14 wird mit dem Urmodell 11 als untere Formhälfte in das Behältnis 12 eingesetzt, woraufhin ein Trennmittel aufgebracht wird und nochmals soviel Silikon in das Behältnis 12 eingegeben wird, bis das Urmodell 11 unter Bildung der zweiten Formhälfte 15 vollständig überdeckt ist, wie es in Bild c) dargestellt ist.

Nach dem Aushärten des Silikons können die beiden Formhälf­ ten 14 und 15 zusammen mit dem Urmodell 11 aus dem Behält­ nis 12 entnommen werden (siehe Bild d)).

Wenn die beiden Formhälften 14 und 15 zusammengefügt wer­ den, bilden sie in ihrem Inneren einen Formhohlraum, in den durch eine Zugangsöffnung 16 ein in einem Lösungsmittel lösliches Spezialwachs eingefüllt wird (Bild e)).

Nach dem Trocknen des Spezialwachs wird das so gebildete Modell 17 entformt, das anschließend in ein in einem Be­ hältnis 18 befindliches Wachsmaterial vollständig eingebet­ tet wird. Das Wachsmaterial ist in dem Lösungsmittel unlös­ lich. Nach dem Erstarren des Wachsmaterials bildet dieses eine das Modell 17 vollständig umgebende Wachsform 19 (siehe Bild f)).

Die Wachsform 19 wird zusammen mit dem Modell 17 in ein in einem Behältnis 20 befindliches Bad des Lösungsmittels 21 getaucht, wodurch das aus dem löslichen Spezialwachs beste­ hende Modell 17 vollständig aufgelöst wird, so daß sich in der Wachsform 19 ein entsprechend dem auszubildenden Werk­ stück konfigurierter Hohlraum 24 bildet, wie es in Bild g) dargestellt ist.

Die Wachsform 19 wird aus dem Bad entnommen und in den Hohlraum 24 wird ein thermisch sensitiver Keramikschlicker eingegossen. Anschließend wird die Form mittels eines Dec­ kels 23 verschlossen und auf eine Temperatur von 50°C bis 60°C erwärmt. Dadurch verfestigt sich der Schlicker, so daß ein vorverfestigtes Teil entsprechend der Form des Werk­ stücks 22 gebildet ist (siehe Figur h)). Die Temperatur wird solange in dem genannten Bereich gehalten, bis der Schlicker vollständig vorverfestigt ist. Anschließend wird die Temperatur auf einen Wert zwischen 60°C und 100°C er­ höht, so daß das Wachs der Wachsform 19 zu schmelzen be­ ginnt und abfließt wie es in Bild i) dargestellt ist. Dabei wird darauf geachtet, daß die Temperatur nicht soweit er­ höht ist, daß das Wasser im Schlicker zu kochen beginnt.

Nach dem Abschmelzen des Wachses 25 ist ein Keramik-Grün­ teil kraftlos entformt, wobei in der Regel eine dünne Wachsschicht auf der Oberfläche der Keramik verbleibt, die ein zu schnelles Austrocknen des Keramik-Grünteils verhin­ dert, so daß diese ohne Rißbildung von statten gehen kann. Anschließend wird das Grünteil in herkömmlicher Weise gesintert, wodurch das Werkstück fertiggestellt ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (22) aus thermisch sensitivem Schlicker, insbesondere Keramik­ schlicker, wobei ein Modell (17) des Werkstücks (22) aus einem in einem Lösungsmittel (21) löslichen Mate­ rial erstellt wird und das Modell (17) nachfolgend un­ ter Bildung einer Wachsform (19) mit einem Wachs voll­ ständig umgeben wird, das in dem Lösungsmittel (21) unlöslich ist, woraufhin das Modell (17) mit der Wachsform (19) in das Lösungsmittel (21) eingetaucht wird, so daß sich das Material des Modells (17) unter Bildung eines Hohlraums (24) vollständig auflöst, in den der Schlicker eingegossen wird, wobei durch an­ schließende Erwärmung der Schlicker konsolidiert und die umgebende Wachsform (19) abgeschmolzen wird und wobei das so gebildete Grünteil anschließend getrock­ net und gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material des Modells (17) ein lösliches Wachs ver­ wendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lösliche Wachs ein Karbonat enthält, das sich in saurem Medium auflöst.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Schlickers zu­ nächst auf ca. 50°C bis 60°C erfolgt, wodurch der Schlicker konsolidiert, und daß die Wachsform (19) an­ schließend bei einer Temperatur von 60°C bis 100°C ab­ geschmolzen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell (17) in einer von einem Urmodell (11) abgenommenen Form (14, 15) ausgebildet wird.