DE2029325C3

DE2029325C3 - Verfahren zum Herstellen von Modellen, Gießformen oder Kernen mit komplizierter Oberflächengeometrie oder -struktur hoher Konturenschärfe und geringer Rauhigkeit

Info

Publication number: DE2029325C3
Application number: DE19702029325
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Strauch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-06-13
Filing date: 1970-06-13
Publication date: 1980-04-03
Also published as: DE2029325A1; DE2029325B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Modellen, Gießformen oder Kernen mit komplizierter Oberflächengeometrie oder struktur hoher Kortturenschärfe und geringer Rauhigkeit.

In der Gießtechnik für Abdrücke mit komplizierter w Oberflächengeometrie ist es oft sehr schwierig, diese Oberfläche in der Gußform auszubilden. Ist die Oberfläche so gestaltet, daß eine Maschinenbearbeitung unmöglich ist, so liegt die erreichte Oberflächenrauhigkeit selten unter 10 μ. Nur mit aufwendigen und κ langwierigen Arbeitsprozessen kann dann die Oberflächenrauhigkeit herabgesetzt werden. Ebenso bereitet die Übertragung einer Feinstruktur auf Werkstücke erhebliche Schwierigkeiten, wie sie z. B. bei Membranirägern in Wärmeaustauschern, Dialysatoren und Öxygenefaloren benötigt wird.

In der Gießtechnik zur Wiedergabe der Oberflächen' Mruktur von Körpern ist das sogenannte Nylonprint* Verfahren bekannt, in: Technicalpapers, Nylonprint H₁BAST 1968. Desweiteren ist es bekannt, mittels Ittfäniischer Formgebung eine relativ genaue übefflächenstrukltir wiederzugeben. Ein derartiges Verfahren Mt z. B, beschrieben von R. E. Greenwood ins »Precision Casting of Die Casting Dies and Components in Ceramic Moldsft, Crans. 5 th Nat, Die Casting Congress Detroit, Mich. November, 4—7, 1968. Diese Verfahren sind jedoch nicht dazu geeignet, komplizierte Oberflächengeometrien und -strukturen wiederzugeben, insbesondere ist es mit diesen Verfahren nicht möglich, eine sehr geringe Oberflächenrauhigkeit zu erzielen. Desweiteren muß beim Keramik-Prozeß die Schrumpfung des keramischen Materials beim Brennen berücksichtigt werden, was zusätzliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Genauigkeit und der formgetreuen Wiedergabe aufwirft

Desweiteren ist es möglich, eine komplizierte Oberflächenstruktur mittels eines Galvanisierprozesses zu übertragen. Dieses Verfahren ist jedoch wegen der Kompliziertheit der Modellherstellung sehr aufwendig und zeitraubend

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, weiches Formen und Körper komplizierter Oberflächengeometrie und -struktur wiederzugeben im Stande ist, wobei bei der Übertragung der Oberflächen eine Genauigkeit von etwa 1 μ, also eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 1 μ erreicht werden soil.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfmdungsgemäß auf ein Substrat aus photopolymerem Material eine die gewünschte Oberflächengeometrie als Lochmuster enthaltende strahlungsundurchlässige Schablone gelegt v»ird, das photopolymere Material bestrahlt und die nicht bestrahlten Stellen chemisch entfernt werden und sodann die entstandene Oberflächengeometrie oder -struktur als Urmodell in bekannter Weise weiterverwendet wird.

Unter »Substrat« werden dabei Filme, Platten, Blöcke oder beliebig geformte Körper verstanden. Der Begriff »Urmodell« bedeutet, daß der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren konturierte Strukturkörper nunmehr zum Herstellen von GieSforrmr Modellen u. dgl dient

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können zur Übertragung der Oberflächengeometrie oder -struktur ein oder mehrere Abgüsse (Positiv und Negativ) des als Kern dienenden photopolymeren Materials mittels Formmassen, wie i\eramischen Abdruckmassen, hergestellt werden

In höchst vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können in das photopolymere Material leitende Stoffe oder biologisch aktive Stoffe eingearbeitet werden. Desweiteren kann die Oberflächengeometrie oder -struktur des photopolymeren Materials galvanoplastik nach dem Elektro-Erosions-Verfahren oder mittels Funkenerosion auf ein Werkstück übertragen werden. Desweiteren kann das Lochmuster der selbst aus photopolymerem Material bestehenden Schablone mittels einer punktförmigen, programmierten Strahlungsquelle erzeugt werden,

Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber herkömmlichen Wiedergabeverfahren hervorstechende Vorteile auf= Die Verwendung von photopolymerem Material zur Wiedergabe von Oberflächengeometrien oder ^strukturen gestaltet eine genaueste Übertragung dieser Oberflächen. Nach dem Wasehvorgang beträgt die Oberflächenrauhigkeit des photopolymeren Mate' rials etwa 1 μ^ Bei Übertragung dieser Oberflächen mittels keramischen Abdruckmassen kann nun bei Verwendung von entsprechend feinem Korn eine Öberflächenrauhigkeil und damit eine Öberflächengenauigkeit des Abdrucks von etwa 1 μ erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere in der Biologie bzw. in der Medizin höchst vorteilhaft eingesetzt werden. Denn erfindungsgemäß können dem photopolymeren Material beliebige Stoffe zugegeben werden, das Substrat kann also geimpft werden, Dadurch ist es möglich, eine Vielzahl von gewünschten, zusätzlichen Eigenschaften des photopolymeren Substrats zu erreichen, um das selbe, z. B. in biologischen Reaktionskammern als biologisch aktives Material einzusetzen. Dem photopolymeren Substrat kann Heparin oder Kohle oder Ionen-Austausch-Harze zugefügt werden, um so ζ B. eine Antithrombogenetische Oberfläche des photopolymeren Substrats zu erzielen. Natürlich können auch weitere Trägersubstanzen oder Binde- und Härtemittel zugefügt werden.

Bei der direkten Bestrahlung des photopolymeren Substrats mittels einer punktförmigen, programmierten Strahlungsquelle entfällt in vorteilhafter Weise die Anwendung einer Schablone. Es lassen sich so ebenfalls feinste und genaueste Muster im photopolymeren Material erzeugen, von denen Abdrücke für Membranträger in Dialysato.-en oder Oxigeneratoren gemacht werden können.

In höchst vorteilhafter Weise kann die Tiefe der bestrahlten Stellen des photopolymeren Substrats durch Steuerung der Bestrahlungsstärke und der Bestrahlungsdauer gesteuert werden. Dadurch läßt sich in vorteilhafter Weise ebenfalls jede gewünschte Überflächenstruktur reliefartig erzielen. Ebenso ist es möglich, in Hohlräumen oder Bohrungen von photopolymeren Substrat beliebig gelagerte Oberflächen herzustellen. Der Hohlraum oder die Bohrung kann dazu in vorteilhafter Weise mit einer die gewünschte Oberfla chenstruktur als Lochmuster tragende gekrümmte Schablone ausgekleidet werden.

In höchst vorteilhafter Weise können dam. von dem erfindungsgemäß behandelten Substrat Keramikformen und davon wiederum Metallabgüsse gemacht werden Deshalb wird das gemäß dem Verfahren behandelte Substrat als Urmodell bezeichnet

Desweiteren ist es in vorteilhafter Weise möglich, das erfindungsgemäß behandelte Substrat unmitielbar als Endprodukt zu verwenden. Es sind dann keine weiteren Formgebung- oder Übertragungsverfahren mehr erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand von in den Figuren dargestellten Beispielen näher erläutert Dabei zeigt

F i g I die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Übertragen der Oberflächenstruktur mittels keramischen oder plastischen Formgebungsverfahren,

F i g. 2 die ein/elren Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens 7m Übertragung einer beliebigen Oberflä chenstruktur in einen Block aus photopolymerem Material,

F i g. 3 die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines biologisch aktiven photopolymeren Filmes,

P IgA eine Zusammenfassung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise anwendbaren Übertragungsmethoden der Oberflächenstruktur von photopolymerem Material auf ein Werkstück.

In F i g. 1 sind die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung von keramijeher Formgebung dargestellt.

Ein Original 1, z. B. eine Schablone, trägt die gewünschte Oberflächenjeometrie- oder Struktur als gestanztes oder geprägtes Lochmuster. Das Original kann also für das nachfolgende Verfahren ein Negativ oder Positiv darstellen.

Die Schablone selbst muß für den nachfolgenden

ί Bestrahlungsvorgang strahlungsundurchlässig sein. Das Lochmuster kann mittels programmierter Prägeautomaten hergestellt sein, wodurch sich feinste Oberflächenstrukturen erzielen lassen.

Es ist auch möglich, die Schablone selbst aus

id photopolymerem Material nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erzielen. Dann wird zuerst das Lochmuster mittels einer mechanisch geführten, punktförmigen oder programmierten Strahlungsquelle und anschließendem Waschen hergestellt Nach dem chemi-

i> sehen Waschprozeß der nicht auspolymerisierten, also der nicht bestrahlten Stellen, trägt eile Schablone das Lochmuster als Negativ oder als Positiv.

Die Schablone 1 wird sodann auf einen photopolymeren Film 4 oder eine Platte gelegt nd mittels einer

.»υ UV-Strahlungsquelle i definiert bestranlt

Verwendet man eine programmierte, punktförmige Strahlungsquelle, deren gesteuerte BestrahlungsHauer, Helligkeit und Art der gewünschten Oberflächengeometrie entspricht, kann die Verwendung einer Schablo-

r> ne gänzlich entfallen. Erwähnt sei nochmals, daß durch Steuerung der Helligkeit und der Bestrahlungsdauer jede gewünschte Relieftiefe erzielt werden kann.

Der bestrahlte photopolymere Film wird danach in ein chemisches Bad 5 gebracht und die nicht

■·> auspolymerisierten Schichten entfernt Jetzt erscheint die gewünschte Oberflächenstrukt .r 6 positiv oder negativ je nach der Ausgangsposition. Der Film oder die Platte wird nun mit einer feinen Formgebungsmasse 7 bedeckt Diese kann z. B eine keramische Masse oder

). eine kolloidale Gummimasse sein. Nach deren Aushärtung kann davon ein keramischer Abdruck und davon schließlich, wenn gewünscht, ein Metallabguß gemacht werden. Ebenso ist es möglich, bei vertauschter Ausgangsposition, positiv statt negativ, den Abdruck der oummimasse wegzulassen. Man erhält so genaueste Keramikformen und deren Abdrücke 8,9,10.

In F i g. 2 ist die Herstellung und Übertragung einer beliebigen Oberflächenstruktur in einem beliebig geformten Körper wiedergegeben.

I^ Ein Block 3 aus photopolymerem Material ist entsprechend dem später gewünschten Gußkern vorgeformt. Die Oberfläche der Bohrungen 2 soll eine vorgegebene Oberflächenstruktur erhalten. Dazu wird in die Bohrung eine gekrümmte Schablone 1 eingelegt,

to die die Oberflächenstruktur in der gewünschten Weise entweder als Positiv oder Negativ enthält. Dabei kann die Chablone ebenso wie zu Fig. 2 beschrieben hergestellt werden. Nach Bestrahlen mittels der Strahlungsquelle 5 jnd Auswaschen der nichi belichteten Stellen kann der photopolymere Block als Gußkern verwendet werden. Es können nun ebenfalls keramische und metallische Abgüsse mit hoher Oberflächenwiedergabegenauigkeit gemacht werden.

In Fig.4 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von phötopolymerert Platten mit t B. einer antithrombegenetischen Oberfläche dargestellt, die z. B.

in biologischen Reaktionskammern eingesetzt werden können.

Ein photopolymeres Material wird zusammen mit einem Antikoagulans, z. B, Heparin 2 und Nylon-Mikrokapseln 3, die eingekapselte Kohle oder Ionen-Austauschharze enthalten in eine Heizvorrichtung 4 zur Auslösung thermoplastischer Vorgänge gegeben. Die

einzelnen Stoffe können aber auch in einer kalten Mischkammer gemischt werden, wenn die Stoffe feinstufig geregelt erhitzt werden, was in einigen enzymatischen Mikrokapseln der Fall ist.

Nach Verlassen der Heizvorrichtung 4 ist das photopolymere Material innig mit dem Heparin, der Kohle und den Ionen^Austauschhanien vermischt und befindet sich in einem thermoplastischen Zustand. Es gelangt so in ein Walzwerk, welches aus zwei Preßwalzen 5 besteht und die thermoplastische Masse zu einem dünnen, endlosen Film preßt. Dieser Film ist also biologisch aktiv und besitzt z. B. eine antithrombogenetische, absorptionsfähige oder katalytische Oberfläche. Der Film wird dann über eine Reihe von Walzen geleitet, die die Emulsion abkühlen und festigen. Der gefestigte Film durchläuft nun eine Anordnung von zwei Walzen 7. Diese tragen auf ihrer Oberfläche die gewünschte Oberflächengeometrie- oder Struktur als Lochfolie. Im Innern der Walzen ist eine Strahlungsquelle 8 angeordnet. Der Film wird nun kontinuierlich unter Rotation der Walzen durch die Lochfolie bestrahlt und so eine fortlaufende Negativ-Aufnahme des Lochmusters hergestellt. Danach durchläuft der bestrahlte Film eine Waschkammer 9. Jn dieser Waschkammer wird nun das nicht bestrahlte photopolymere Material mittels einer chemischen Waschsubstanz weggewaschen. So entsteht fortlaufend auf dem Film als Positiv eine reliefartige Ausprägung der Oberfläche der Lochfolie. Anschließend wird der so belichtete und entwickelte Film durch eine Trocken- und Härtekammer 10 geführt. Hier gewinnt der Film seine endgültige Festigkeit. Der Film wird nun mittels einer Schneidvorrichtung 12 in Platten 13 geschnitten. Die fertigen Platten können nun z. B. in einer biologischen Reaktionskammer Verwendung finden

F i g. 4 zeigt eine Zusammenfassung der beispielsweise Übertragungsmethoden der Oberflächenstruktur von photopolymerem Material auf ein Werkstück.

1 bezeichnet jeweils das Original und 2 eine

F i g. 1 erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach Belichten und Auswaschen des photopolymeren Materials wird dieses mit einer dünnen Wachsschicht 4 umgeben.
Über das Wachs wird eine keramische Masse gegossen und nach deren Härten das 'Wachs weggeschmolzen. In die so entstandene Keramikform kann Metall 5 gegossen werden. 6 bezeichnet den fertigen Abguß, b entspricht dem Verfahren gemäß Fig. 1. e

-' zeigt eine weitem hervorragend geeignete Übertragungsmethode von Oberflächenstrukturen auf ein Werkstück mittels Elektroerosion. Dabei wird eine photopolymere Platte 3 zuvor mit einer leitenden Graphitschicht 8 oder einem anderen leitenden Material

ίο bedeckt. Oder das photopolymere Material wird zuvor mit einem leitenden Stoff gänzlich vermischt um so die Kathode für ein galvanisches Verfahren zu erhalten.

Das Auflegen einer gemusterten Schablone, Belichten und Entfernen der nicht auspolymerisierten Stellen und damit auch der auf ihnen haftenden Graphitschicht, erfolgen wie zu den Fig. 1 und 2 beschrieben. Die so behandeile Piaite wird zusammen mit einem werkstuck 9, der Anode, in ein galvanisches Bad getaucht. Aufgrund des Ladungsaustauschers zwischen dem Werkstück und den mit Graphit bedeckten Stellen der Platte bildet sich deren Oberflächengeometrie genauestens auf dem Werkstück ab.

d zeigt ein Elektro-Chemisches Übertragungsverfahren der gewünschten Oberflächenstruktur auf ein Werkstück. Es stellt die Umkehrung zu cdar. Hier ist ein leitehoer Stoff in das photopolymere Material zuvor eingearbeitet worden, welches die Anode darstellt. Das Werkstück 10 bildet hier die Kathode, e zeigt eine galvanoplastische Übertragungsmethode gemäß der

jo Erfindung. 3 ist wiederum ein leitendes, photopolymeres Material, welches als Walze ausgebildet ist und die gewünschte Oberflächenstruktur trägt.

Diese wird nun in einem galvanischen Bad auf ein Werkstück 11 durch Ladungsaustausch übertragen. So

π können z. B. Walzenoberflächen mit Matrizen und dreidimensionalen Mustern z. B. für Druckvorgänge hergestellt werden, /deutet nochmals die erfindungsgemäße Verfahrensvariante gemäß der Beschreibung zu F i g. 3 an.

hervorragend dazu geeignet, beliebig gestaltete Oberflächengeometrien- und Strukturen von beliebigen Körpern mit höchster Genauigkeit auf Werkstücke zu übertragen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Modellen, Gießformen oder Kernen mit komplizierter Oberflächengeometrie- oder struktur, hoher Konturen- i schärfe und geringer Rauhigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Substrat aus photopolymerem Material eine die gewünschte Oberflächengeometrie als Lochmuster enthaltende sirahlungsundurchlässige Schablone gelegt wird, das photopolymere Material bestrahlt und die nicht bestrahlten Stellen chemisch entfernt werden und sodann die entstandene Oberflächengeometrie- oder Struktur als Urmodell in bekannter Weise weiter verwendet wird. ι ί

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Oberflächengeometrie- oder struktur ein oder mehrere Abgüsse (7, 8, 9) (Positiv und Negativ) des als Kern dienenden phoiupolymeren materials mittels Formmassen, wie i'u keramischen Abdruckmassen, hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß in das photopolymere Material leitende Stoffe oder biologisch aktive Stoffe eingearbeitet werden. 2 j

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächengeometrie oder -Struktur des photopolymeren Materials galvanoplastisch, nach dem Elektro-Erosions-Verfahren oder mittels Funk nerosion auf ein Werkstück übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochmuster der selbst aus photopolymeren Material bestellenden Schablone mittels einer punktförmigen, programmierten Strah- η lungsquelle (3) erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Oberflächengeometrie oder -struktur durch direkte Bestrahlung mittels einer punktförmigen, programmierten Strah- -to lungsquelle (3) erzeugt wird.