DE212011100068U1 - Device for producing a product by primary molding of liquid, pasty, pasty, powdery, granular, solid material and / or its compositional states - Google Patents
Device for producing a product by primary molding of liquid, pasty, pasty, powdery, granular, solid material and / or its compositional states Download PDFInfo
- Publication number
- DE212011100068U1 DE212011100068U1 DE212011100068U DE212011100068U DE212011100068U1 DE 212011100068 U1 DE212011100068 U1 DE 212011100068U1 DE 212011100068 U DE212011100068 U DE 212011100068U DE 212011100068 U DE212011100068 U DE 212011100068U DE 212011100068 U1 DE212011100068 U1 DE 212011100068U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sintering
- energy
- pulsed
- pressure
- pasty
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
- B28B3/02—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein a ram exerts pressure on the material in a moulding space; Ram heads of special form
- B28B3/022—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein a ram exerts pressure on the material in a moulding space; Ram heads of special form combined with vibrating or jolting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
- B28B1/08—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting
- B28B1/087—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting by means acting on the mould ; Fixation thereof to the mould
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
- B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C45/46—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
- B29C45/56—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using mould parts movable during or after injection, e.g. injection-compression moulding
- B29C45/568—Applying vibrations to the mould parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B30—PRESSES
- B30B—PRESSES IN GENERAL
- B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
- B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
- B30B11/022—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space whereby the material is subjected to vibrations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B30—PRESSES
- B30B—PRESSES IN GENERAL
- B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
- B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
- B30B11/027—Particular press methods or systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Abstract
Vorrichtung (10, 110) zur Herstellung eines Erzeugnisses (15, 115) durch Urformen (Spritzgießen, Pressen) aus flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverigem, körnigem und/oder festem Material und/oder dessen Kompositionszustände mittels einer Form (25, 127), dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aktivierung und/oder Moblisierung und/oder Steuerung von quantummechanischen und/oder quantumchemischen Effekten und Kräften und/oder deren beliebiger Kombinationen eine bessere Kompaktierung, Urformung und Vorsinterung des Vorerzeugnisses als auch eine Vorentbinderung und deutliche Reduzierung der Sintertemperaturen als auch der Sinterzeiten als auch der Urformdrücke erreicht wird und dass die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird, wobei die Aktivierung und/oder Mobilisierung und/oder Steuerung der quantummechanischen und/oder quantumchemischen Effekte und Kräfte durch die Anwendung spezieller Folgen gepulster steuerbarer Energieeinflüsse erzeugt wird, wobei die spezielle Folge an gepulsten steuerbaren Energieeinflüssen, beispielsweise der Urformdruck oder Pressdruck aus vorzugsweise mehreren Energieeinflussimpulsen kurzer Zeitdauer und hoher Intensität bzw. Leistung besteht, dass für eine bessere Kompaktierung, Urformung und Vorsinterung...Device (10, 110) for producing a product (15, 115) by primary molding (injection molding, pressing) from liquid, pasty, pasty, powdery, granular and / or solid material and / or its composition states by means of a mold (25, 127) , characterized in that through the activation and / or furnishing and / or control of quantum mechanical and / or quantum chemical effects and forces and / or any combinations thereof, a better compacting, shaping and presintering of the pre-product as well as a pre-debinding and significant reduction of the sintering temperatures than the sintering times as well as the primary molding pressures are achieved and that the compaction and pre-sintering is generated and accelerated evenly distributed throughout the mold space, with the activation and / or mobilization and / or control of the quantum mechanical and / or quantum chemical effects and forces through the application of special consequences pulsed controllable energy Influences is generated, whereby the special sequence of pulsed controllable energy influences, for example the primary forming pressure or pressing pressure, preferably consists of several energy influencing pulses of short duration and high intensity or power, that for better compaction, primary forming and pre-sintering ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Herstellung von Erzeugnissen beliebig komplexer Formen durch Urformen (Spritzgießen, Pressen) aus flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverförmigem, körnigem und/oder festem Material und/oder dessen Kompositionszuständen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an apparatus for the production of products of arbitrarily complex shapes by primary molding (injection molding, pressing) of liquid, pasty, pasty, powdery, granular and / or solid material and / or its compositional states, according to the preamble of
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Bei allen bekannten Urformverfahren aus Materialien in flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverförmigem, körnigem und/oder festem Zustand und/oder deren Kompositionszuständen werden folgende Technologieschritte verwendet:
- – Materialaufbereitung
- – Urformen oder Formgebung = Herstellung von so genannten „Grünlingen oder Grünteilen”
- – Entbindern = Herstellung von so genannten „Braunlingen” (aus Metallpulver) oder „Weißlingen” (aus Keramikpulver)
- – Sintern
- – Folgeprozesse, unter anderem Entfernung der Spritzgusskanäle usw.
- - Material processing
- - prototyping or shaping = production of so-called "green bodies or green parts"
- - debinding = production of so-called "brownlings" (from metal powder) or "Weißlingen" (from ceramic powder)
- - sintering
- - Follow-up processes, including removal of the injection molding channels, etc.
Bei der Materialaufbereitung werden verschiedene Materialzustände der Bestandteile als auch verschiedene Werkstoffe zusammen mit verschiedenen Bindermitteln möglichst homogen vermischt, um ein Spritzgussgemisch oder Extrusionsgemisch zu bekommen. Als Binder kommen oft verschiedene Wachse, Polyolefine, Polyalkohole, Polycaprolactone, Polyvinylalkohole und andere Polymerlösungen und flüssige Polymere, Algenwassergemische, Zellulosewassergemische, Thermoplaste und andere zum Einsatz.In material processing, different material states of the constituents as well as different materials are mixed as homogeneously as possible together with various binder agents in order to obtain an injection molding mixture or extrusion mixture. As binders are often used various waxes, polyolefins, polyalcohols, polycaprolactones, polyvinyl alcohols and other polymer solutions and liquid polymers, algae water mixtures, cellulose water mixtures, thermoplastics and others.
Werkstoffgemische, oder so genannte „Feedstocks”, werden in oben genannter Weise vorbereitet, um dann in speziellen Werkzeugen urgeformt, extrudiert oder eingespritzt zu werden. Dadurch erfolgt die Formgebung und eine erste Verdichtung bei Umgebungstemperatur. Nach dem Urform-, Extrusions- und/oder Spritzgussprozess werden die Erzeugnisse in Form von so genannten „Grünteilen” aus dem Werkzeug entfernt.Material mixtures, or so-called "feedstocks" are prepared in the above-mentioned manner, in order to then be urformed in special tools, extruded or injected. This results in the shaping and a first compression at ambient temperature. After the primary molding, extrusion and / or injection molding process, the products are removed from the mold in the form of so-called "green parts".
Der nächste technologische Schritt umfasst die Entbinderung (Entfernung) der Bindermittel. Die Entbinderung erfolgt durch thermisches, katalytisches und/oder Extraktionsentbindern (Lösungsmittelentbindern). Zum Beispiel kommen bei der thermischen Entbinderung die Vorerzeugnisse (Grünteile) für mehrere Stunden in einen Ofen, um eine möglichst beschädigungsfreie und langsame Entbinderung zu gewährleisten.The next technological step involves the debinding (removal) of the binder. Debinding is carried out by thermal, catalytic and / or extraction debinding (solvent removal). For example, in the case of thermal debinding, the preliminary products (green parts) are placed in an oven for several hours in order to ensure debindering that is as damage-free and as slow as possible.
Bei der Entbinderung werden ca. 60–90% des Bindermittels aus dem Grünling entfernt. Nach erfolgter Entbinderung wird das Formteil lediglich durch den gezielt eingestellten Restbindergehalt zusammengehalten (Backbone). Der Gewichtsverlust vom Grünling zum entbinderten Bräunling oder Weißling beträgt ca. 5–15%.During debindering, about 60-90% of the binding agent is removed from the green body. After debinding the molded part is held together only by the targeted residual binder content (backbone). The weight loss from the greenling to the unbound brownling or white is about 5-15%.
Die nach der Entbinderung entstandenen halbfertigen Erzeugnisse, so genannte „Braunteile” im Fall von Metallpulvern oder „Weißteile” im Fall von Keramikpulver, weisen unterschiedliche Porositäten und sehr geringe mechanische Festigkeiten auf. Diese halbfertigen Erzeugnisse müssen deswegen mit sehr hoher Sorgfalt zum Sintern gebracht werden.The semi-finished products obtained after debindering, so-called "brown parts" in the case of metal powders or "white parts" in the case of ceramic powders, have different porosities and very low mechanical strengths. These half-finished products must therefore be brought to sintering with great care.
Das Sintern umfasst einen speziellen physikalischen Prozess; dieser erfolgt durch die thermische Behandlung in einem speziellen Ofen oder durch Lasersintern oder durch Plasmasintern oder durch selbst erhaltendes chemisches Sintern oder durch Mikrowellensintern. Die Sintertemperaturen und Sinterzeiten sind von den Werkstoffen abhängig und erreichen manchmal bis zu 2700°C oder höher und können bis zu mehreren Stunden oder Tage dauern.The sintering involves a special physical process; this is done by the thermal treatment in a special oven or by laser sintering or by plasma sintering or by self-sustained chemical sintering or by microwave sintering. The sintering temperatures and sintering times depend on the materials and sometimes reach up to 2700 ° C or higher and can last up to several hours or days.
In manchen Fällen erfolgt nach dem letzten Vorgang (Sintern) noch ein Kalibrieren des Erzeugnisses, in der Regel bei Bedarf einer sehr hohen Maßgenauigkeit, welches durch den nicht exakt berechenbaren Volumenverlust des reinen Sinterns erreichbar ist. Dabei wird das quasi fertige Erzeugnis noch einmal unter hohem Druck in eine Form gepresst.In some cases, after the last process (sintering) still a calibration of the product, usually when needed a very high dimensional accuracy, which can be achieved by the not exactly calculable volume loss of pure sintering. Here, the quasi-finished product is pressed again under high pressure in a mold.
Somit ist eine hohe Maßhaltigkeit oder z. B. die Einhaltung der technischen Toleranzen (Form- und Lagetoleranz) möglich.Thus, a high dimensional accuracy or z. As the compliance with the technical tolerances (shape and position tolerance) possible.
Bei allen bekannten nassmechanischen und/oder trockenpulvermechanischen Verfahren treten zahlreiche Schwierigkeiten bezüglich Qualität, Freiheit der Gestaltung, Reproduzierbarkeit und Wahl der Zusammensetzung der Werkstoffe und Bindermitteln als auch der Blasenbildung beim Mischen von Pulvern mit Binder- und/oder Lösungsmittel auf.In all known wet mechanical and / or dry powder mechanical processes, numerous difficulties with regard to quality, freedom of design, reproducibility and choice of the composition of the materials and binder agents as well as the blistering when mixing powders with binder and / or solvent occur.
Bindermittellösungen weisen meistens nicht ausreichende für die Kompaktierung notwendige Viskositäten auf, weswegen alle bekannten Feedstocks nicht ausreichende Fließeigenschaften besitzen.Bindermittel solutions usually do not have sufficient for the compaction necessary viscosities, which is why all known feedstocks do not have sufficient flow properties.
Hinzu kommt auch eine begrenzte maximale Wandstärke der Erzeugnisse (z. B. max. 5–10 mm für Metallpulverspritzguss), da sonst die Bindermittel nicht mehr vollständig entfernt werden können.In addition, there is also a limited maximum wall thickness of the products (for example a maximum of 5-10 mm for metal powder injection molding), since otherwise the binder can no longer be completely removed.
Sehr nachteilig ist das Auftreten von Bindermittelrückständen (z. B. Kohlenstoff), die nach dem ”Ausbrennen” des Bindermittels im Erzeugnis verbleiben und dessen Zusammensetzung unkontrolliert beeinträchtigen.Very disadvantageous is the occurrence of binder residues (eg carbon), which after the "Burning out" of binder in the product remain and affect its composition uncontrolled.
Das bekannte Urformen oder Spritzgießen ist oft Ursache für Fehler, die erst am gesinterten Erzeugnis erkennbar werden, wie zum Beispiel Risse, Lunker, Spannungen im Erzeugnis, mechanische Verzüge oder Verformungen, Legierungsveränderungen oder C-Gehalt.The known primary molding or injection molding is often the cause of defects that are only visible on the sintered product, such as cracks, voids, stresses in the product, mechanical distortion or deformation, alloy changes or C content.
Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung der Erzeugnisse aus mehreren unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen benötigt man mehrere Spritzgussschritte oder Extrusionsschritte.In the known methods for producing the products of several different material compositions requires several injection molding steps or extrusion steps.
Um die genannten Nachteile zu überwinden sind mehrere unterschiedliche Vorschläge gemacht worden.To overcome the mentioned disadvantages several different proposals have been made.
Der Vorschlag einiger Patente, wie zum Beispiel
Werkstoff- und Bindermittelgemischen und einer nachträglichen Sinterung. Solche Verfahren benötigen mehrere technologische Schritte und sind sehr kostenaufwendig und uneffektiv.Material and binder mixtures and subsequent sintering. Such methods require several technological steps and are very costly and ineffective.
Zur Theorie der bekannten Prozesse:Theory of known processes:
Entscheidende Eigenschaften für die Formgebung oder das Urformen von Erzeugnissen aus pulverbasierenden Werkstoffgemischen oder „Feedstocks” ist das Fließverhalten und das Packungsverhalten der Gemische aus Pulverpartikel und Bindermittel. Diese Eigenschaften werden durch Volumenkräfte (Masse) und Oberflächenkräfte (Anziehung und Abstoßung zwischen den Pulverteilchen) bestimmt. Je kleiner die Pulverteilchen sind, umso mehr werden die Pulvereigenschaften durch die Oberflächenkräfte geprägt.Decisive properties for shaping or molding of products from powder-based material mixtures or "feedstocks" is the flow behavior and the packing behavior of the mixtures of powder particles and binder. These properties are determined by bulk forces (mass) and surface forces (attraction and repulsion between the powder particles). The smaller the powder particles, the more the powder properties are marked by the surface forces.
Die Erzeugung der stabilen Suspensionen von Gefügewerkstoffen und Bindermittelmischungen spielt bei der Formgebung eine bedeutende Rolle. Unter stabilen Suspensionen versteht man gut dispergierte Pulveraufschlämmungen, in denen sich die Partikel nicht zusammenlagern. Hohe Stabilität wird erreicht, wenn die gegenseitige Annäherung von Partikeln durch Brownsche Bewegungen (thermische kinetische Energie) nicht in den Bereich der Van-der-Waals Anziehung führt.The production of stable suspensions of structural materials and binder mixtures plays an important role in shaping. Stable suspensions are understood to mean well-dispersed powder slurries in which the particles do not accumulate. High stability is achieved when the mutual approach of particles by Brownian motion (thermal kinetic energy) does not lead to the Van der Waals attraction.
Zwischen Teilchen gleichen Materials wirken immer Van-der-Waals Anziehungskräfte; ihre Reichweite ist sehr gering. Sie bewirken ungeordnetes Zusammenhaften der Partikel und eine relativ niedrige Packungsdichte.Van der Waals attractions always act between particles of the same material; their range is very low. They cause disordered adhesion of the particles and a relatively low packing density.
Die Formgebung von Bauteilen aus Pulvern wird behindert durch die Anziehungskräfte und die Form der Partikel (Ecken, Kanten, Rauhigkeit). Das zeigt sich insbesondere bei feinen und trockenen Pulvern.The shaping of components from powders is hampered by the attractive forces and the shape of the particles (corners, edges, roughness). This is especially evident in fine and dry powders.
Die Wirkung der Van-der-Waals Anziehung kann vermindert oder kompensiert werden durch Aufladung der Partikel (elektrostatische Abstoßung) und/oder durch Beschichtung der Partikel mit Polymeren, die eine gegenseitige Berührung der Patrtikeloberflächen behindert (sterische Hinderung).The effect of van der Waals attraction can be reduced or compensated for by charging the particles (electrostatic repulsion) and / or by coating the particles with polymers, which hinders mutual contact of the Patrtikeloberflächen (steric hindrance).
Die Wechselwirkungen zwischen den Partikeln werden wesentlich durch die unterschiedlichen Reichweiten der Anziehungs-, Abstoßungs- und Hinderungskräfte bestimmt.The interactions between the particles are essentially determined by the different ranges of attraction, repulsion and hindrance forces.
Das Sintern neben der Formgebung oder Urformen ist der Kern einer pulvertechnologischen Fertigung von Erzeugnissen. In diesem Prozessschritt entsteht aus geformtem Pulver das Erzeugnis mit seinen wesentlichen Eigenschaften.The sintering in addition to the shaping or prototyping is the core of a powder technology manufacturing of products. In this process step formed from molded powder product with its essential properties.
Das Sintern ist die Verdichtung von Grünkörpern unter bestimmten physikalischen Anwendungen, wie zum Beispiel, Wärmebehandlung durch den Diffusionstransport von Atomen. Die Körner wachsen zusammen, die Porosität sinkt, und fast immer findet Kornwachstum (Vergröberung der Körner) statt. Die treibende Kraft ist die Verringerung der Oberflächen- und Grenzflächenenergie. In vielen polykristallinen Werkstoffen findet der Atomtransport beim Sintern ausschließlich in der festen Phase statt, in manchen tritt während des Sinterns ein flüssige Phase auf.Sintering is the densification of green bodies under certain physical applications, such as heat treatment by the diffusion transport of atoms. The grains grow together, the porosity decreases, and almost always Grain growth (coarsening of grains) takes place. The driving force is the reduction of surface and interfacial energy. In many polycrystalline materials, atomic transport during sintering takes place exclusively in the solid phase, while in some cases a liquid phase occurs during sintering.
Charakteristisch für den Sinterprozess ist, dass hierbei nicht alle Komponenten aufschmelzen und somit die äußere Form erhalten bleibt. Die Verdichtung darf lediglich zu einer möglichst gleichmäßigen und reproduzierbaren Schwindung führen. Im Laufe dieses Prozesses soll ein homogener und rissfreier Werkstoff mit möglichst feinkristallinem Gefüge und bestimmter (in vielen Fällen möglichst geringer) Porosität entstehen.Characteristic of the sintering process is that not all components melt and thus the outer shape is retained. The compaction may only lead to a uniform and reproducible shrinkage. In the course of this process, a homogeneous and crack-free material with the finest possible fine-grained microstructure and certain (in many cases as small as possible) porosity is to be created.
Festphasensintern findet bei Temperaturen statt, die unterhalb des Schmelzpunktes der am niedrigsten schmelzenden Komponente liegen.Solid phase sintering occurs at temperatures below the melting point of the lowest melting component.
Beim Flüssigphasensintern muss mindestens eine Komponente einen geringen Schmelzanteil bilden. Eine andere Möglichkeit bietet das Sintern durch viskoses Fließen, wobei in diesem Fall ein hoher Schmelzanteil vorliegt.In liquid phase sintering, at least one component must form a low melting percentage. Another possibility is sintering by viscous flow, in which case there is a high melting percentage.
Reaktionssintern zeichnet sich dadurch aus, dass eine neue Phase (aus der Übergangsschmelze, die sich zunächst gebildet hat) entsteht.Reaction sintering is characterized by the emergence of a new phase (from the transitional melt that first formed).
Die Sintervorgänge in der festen Phase.The sintering processes in the solid phase.
Die geometrische und mikroskopische Veränderung des Grünkörpers während des Sinterns können in drei Stufen eingeteilt werden:
Im Anfangsstadium bilden die einzelnen Pulverpartikel so genannte Sinterhälse an den Berührungsstellen zu ihren Nachbarn. Die Hälse an den Kontaktstellen wachsen, es werden mit der Zeit weitere Kontakte gebildet, die Poren zwischen den Partikeln sind über Kanäle vollkommen miteinander verbunden. Während sich die Porenform wegen des Halswachstums ändert, bleibt das Porenvolumen annähernd konstant. Die Kinetik in diesem Stadium wird dominiert von unterschiedlichen Krümmungsradien. Man betrachtet das Anfangsstadium meist als beendet, wenn eine Dichte von etwa 60–70% der theoretischen Dichte (theoretisch maximal erreichbare Dichte; alle Poren verschwunden) erreicht ist.The geometrical and microscopic change of the green body during sintering can be divided into three stages:
In the initial stage, the individual powder particles form so-called sintering necks at the points of contact with their neighbors. The necks on the contact points grow, more contacts are formed over time, the pores between the particles are completely interconnected via channels. As the pore shape changes due to neck growth, the pore volume remains approximately constant. The kinetics at this stage is dominated by different radii of curvature. The initial stage is usually regarded as finished when a density of about 60-70% of the theoretical density (theoretical maximum achievable density, all pores disappeared) is reached.
Im Zwischenstadium wachsen an allen Kontaktstellen Korngrenzen heran; sie ersetzen fest-gasförmige Grenzflächen. Die Porenstruktur wird ”weicher”, es bilden sich Porenkanalstrukturen mit teilweise zylindrischem Querschnitt. Erst in diesem Stadium setzt ein starker Schrumpfungsvorgang ein, wobei ein Großteil des vorhandenen Porenvolumens eliminiert wird. Die Korngröße ist wenig größer als die anfängliche, die Sinterrate sinkt kontinuierlich ab. Im späten Zwischenstadium werden Poren voneinander isoliert; dies kann mit starkem Kornwachstum einhergehen. Das Zwischenstadium ist beendet, wenn alle Poren voneinander isoliert und geschlossen sind (man spricht von ’geschlossener’ Porosität); dies ist bei etwa 92% der theoretischen Dichte erreicht.In the intermediate stage grain boundaries grow at all contact points; they replace solid-gaseous interfaces. The pore structure is "softer", it form pore channel structures with a partially cylindrical cross-section. Only at this stage does a strong shrinking process begin, with much of the existing pore volume eliminated. The grain size is slightly larger than the initial, the sintering rate decreases continuously. In the late intermediate stage pores are isolated from each other; this can be associated with strong grain growth. The intermediate stage is complete when all the pores are isolated and closed from each other (it is called 'closed' porosity); this is achieved at about 92% of the theoretical density.
Im Endstadium entscheidet der Wettlauf zwischen Verdichtung und Vergröberung des Gefüges darüber, welche Dichte der Sinterkörper erreicht. Nur Poren an Korngrenzen oder Poren in Tripelpunkten (Poren mit drei und mehr angrenzenden Körnern) haben eine reelle Chance stark zu schrumpfen. Wachsen die Körner zu schnell, werden Poren im Korninneren eingeschlossen und haben kaum noch Möglichkeiten weiter zu schrumpfen. Ob Poreneliminierung oder Kornwachstum dominieren, hängt vom vorherrschenden Diffusionsmechanismus ab.In the final stage, the race between densification and coarsening of the texture decides which density of the sintered body is reached. Only pores at grain boundaries or pores at triple points (pores with three and more adjacent grains) have a good chance of shrinking dramatically. If the grains grow too fast, pores are trapped in the interior of the grain and have hardly any further possibilities to shrink. Whether pore elimination or grain growth dominates depends on the prevailing diffusion mechanism.
Thermodynamik und Kinetik des Sinterns.Thermodynamics and kinetics of sintering.
Treibende Kraft für das Sintern, für Halswachstum, Formänderung der Poren, Schrumpfung und Kornwachstum ist die Verringerung der Oberflächen- und Grenzflächenenergie, als Teil der freien Gibbs Energie G
Atomarer Transport findet statt bei Unterschieden des chemischen Potentials von Atomen bzw. Leerstellen.Atomic transport takes place with differences in the chemical potential of atoms or vacancies.
Das unterschiedliche chemische Potential Δμ im Sinterkörper ist verknüpft mit lokal unterschiedlichen Krümmungen der Körner. Mathematisch lässt sich dies formulieren als
Typische Aktivierungsenergien für die Diffusion in Oxiden liegen im Bereich von 200–600 kJ/mol.Typical activation energies for the diffusion in oxides are in the range of 200-600 kJ / mol.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, das bzw. die die Nachteile der vorbeschriebenen Verfahren/Vorrichtung vermeidet.Object of the present invention is to provide a device of the type mentioned, the or which avoids the disadvantages of the above-described method / device.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Anspruch angegebenen Merkmale vorgesehen.To solve this problem, the features specified in the claim are provided.
Die Kompaktierung und Bildung der Metallpulver- oder Keramikpulverstrukturen oder deren Kompositionen erfolgt durch Van-der-Waals Kräfte oder auf Nano-Basis durch Casimir-Kräfte.The compaction and formation of the metal powder or ceramic powder structures or their compositions is carried out by Van der Waals forces or on a nano basis by Casimir forces.
Es ist möglich, basierend auf Quantums-mechanischen Berechungen zu zeigen, dass durch Anwendung der periodischen Casimir-Kräfte die Verbundkräfte von keramischen wie auch metallischen Teilchen sich bei der Kompaktierung und der Sinterung erhöhen. Deswegen braucht man auch einen periodischen Energieeinfluss, um die periodischen Casimir-Kräfte zu aktivieren. Dadurch kann der notwendige Energieaufwand für den Kompaktierungsvorgang und den Sintervorgang deutlich reduziert werden. Die Aktivierung der wechselwirkenden Casimir-Kräften wird durch einen Energieeinfluss erzeugt. Die wechselwirkende Casimir-Kräfte könnten, insbesondere durch die Anwendung spezieller Folgen gepulster Energieeinflüsse, wesentlich beeinflusst und gesteuert sein.It is possible to show, based on quantum mechanical calculations, that the composite forces of ceramic as well as metallic particles increase during compaction and sintering through the use of periodic Casimir forces. Therefore, one also needs a periodic energy influence to activate the periodic Casimir forces. As a result, the necessary energy expenditure for the compaction process and the sintering process can be significantly reduced. The activation of the interacting Casimir forces is generated by an energy influence. The interacting Casimir forces could be significantly influenced and controlled, in particular by the application of special consequences of pulsed energy influences.
Der notwendige Energieeinfluss wird durch die Anwendung der gepulsten steuerbaren Energieeinbringungseinheit, wie zum Beispiel ein oder mehrerer Ultraschallstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer Megaschallstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer Gigaschallstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer Mikrowellenstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer Laserstrahlelemente und/oder ein oder mehrerer magnetfelderzeugender Elemente und/oder ein oder mehrere ein elektrostatisches Feld erzeugender Elemente und/oder ein oder mehrere druckerzeugender Elemente und/oder deren beliebiger Kombinationen.The necessary energy influence is achieved by the application of the pulsed controllable energy input unit, such as one or more ultrasonic beam elements and / or one or more megasonic radiating elements and / or one or more gigasound beam elements and / or one or more microwave radiating elements and / or one or more laser beam elements and / or one or more magnetic field generating elements and / or one or more electrostatic field generating elements and / or one or more pressure generating elements and / or any combinations thereof.
Die druckerzeugenden Elemente, die dem Erzeugen gepulster Drücke dienen, können in verschiedener Weise ausgebildet sein, beispielsweise als pneumatischer, hydraulischer, gasdynamischer gepulster Druckerzeuger, ultraschall- oder megaschallgepulster Druckerzeuger, gepulster Laserdruckerzeuger, gepulster magnetostriktiver Druckerzeuger, gepulster Plasmadruckerzeuger, gepulster thermostriktiver Druckerzeuger, gepulster chemischer Druckerzeuger, Druckerzeuger, mittels mikroskopischer Explosionen, Elektroentladungsdruckerzeuger.The pressure-generating elements that serve to generate pulsed pressures can be designed in various ways, for example as a pneumatic, hydraulic, gas-dynamic pulsed pressure generator, ultrasound or megasonic pulsed pressure generator, pulsed laser pressure generator, pulsed magnetostrictive pressure generator, pulsed plasma pressure generator, pulsed thermostrictive pressure generator, pulsed chemical Pressure generator, pressure generator, by means of microscopic explosions, electric discharge pressure generator.
Die Anwendung der gepulsten Energieeinflüsse erzeugt beim Urformen eine fast ideale homogene Verteilung zum Sintern bestimmter Bestandteile in ganzen Urformvolumina, erzeugt eine deutlich höhere Kompaktierung und reduziert dadurch die für die Kompaktierung benötigten Drücke, initiiert erstes Vorsintern durch Erleichterung der chemischen Bindungen, beschleunigt deutlich die Entbinderungs- und Sinterprozesse, sichert dadurch die ideale Dichte der Erzeugnisse und reduziert deutlich die Sintertemperatur.The application of the pulsed energy influences produces an almost ideal homogenous distribution during primary molding for sintering certain constituents in whole primary volumes, generates a significantly higher compaction and thereby reduces the pressures required for the compaction, initiates first presintering by facilitating the chemical bonds, significantly accelerates the debindering process. and sintering processes, thereby ensuring the ideal density of the products and significantly reduces the sintering temperature.
Die Anwendung der periodischen Energieeinflüsse durch die Anwendung der steuerbaren Energieeinflüsse initiiert auch einige chemische Reaktionen mit Bindemittelstoffen und erzeugt dadurch schon beim Urformen Entbinderung.The application of the periodic energy influences by the application of the controllable energy influences also initiates some chemical reactions with binder materials and thereby produces debindering already during prototyping.
In einigen besonderen Fällen findet die komplette Entbinderung und wesentliche Sinterung beim Urformen statt. Dadurch reduziert sich die Sintertemperatur deutlich.In some special cases, the complete debinding and substantial sintering takes place during prototyping. This significantly reduces the sintering temperature.
Unter Sintern wird hier ein thermisches Sintern verstanden, einschließlich selbstausbreitendes Sintern (Self Heating Sintering oder Self-Propagating High-Temperature Synthesis), Explosionssintern und hydrathermisches Sintern, Mikrowellensintern sowie Ultraschallsintern und Lasersintern. Das erfindungsgemäße Verfahren weist darüber hinaus weitere Vorteile im Vergleich mit den bekannten Verfahren auf.Sintering is understood to mean thermal sintering, including self-heating sintering (Self Heating Sintering or Self-Propagating High-Temperature Synthesis), explosion sintering and hydrathermic sintering, microwave sintering, as well as ultrasonic sintering and laser sintering. Moreover, the method according to the invention has further advantages in comparison with the known methods.
Zum einen wird eine deutlich höhere Kompaktierung des Erzeugnisses beim Urformen erreicht. Zum anderen werden die Oberflächenqualitäten und die Festigkeitseigenschaften deutlich verbessert.On the one hand, a significantly higher compaction of the product during prototyping is achieved. On the other hand, the surface qualities and the strength properties are significantly improved.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das neue erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit entsteht, die Höhe des angewendeten Druckes um mindestens 10 bis 500 bar zu reduzieren.A further advantage is that the possibility arises by the new method according to the invention of reducing the height of the applied pressure by at least 10 to 500 bar.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Sintertemperatur deutlich um bis zu 900°C reduziert werden kann.Another advantage is that the sintering temperature can be significantly reduced by up to 900 ° C by the inventive method.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Nachteile von unzureichenden Viskositäten der Materialgemische, des so genannten „Feedstocks” (Materialbestandteilszustände und verschiedene Werkstoffe, die zusammen mit verschiedenen Bindermitteln am besten homogen vermischt werden), und/oder der Verbundstoffe überwunden werden und so das erste Mal die Möglichkeit entsteht, ideale Dichten im ganzen Volumen des gesinterten Erzeugnisses zu erreichen.A further advantage is that the process according to the invention overcomes the disadvantages of insufficient viscosities of the material mixtures, the so-called "feedstock" (material constituent states and different materials which are best mixed homogeneously together with different binder agents), and / or the composites This is the first time that it has been possible to achieve ideal densities in the entire volume of the sintered product.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die gezielte Steuerung der Porenentwicklung erreicht wird. Dadurch wird eine genaue Bestimmung der Porengröße (von 0,1 nm bis 800 μm) oder eine komplette Eliminierung von Poren möglich. A further advantage is that the targeted control of the pore development is achieved by the method according to the invention. This allows accurate determination of the pore size (from 0.1 nm to 800 μm) or complete elimination of pores.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren poröse Erzeugnisse (zum Beispiel poröse Knochenimplantate und andere) in einem technologischen Schritt hergestellt werden können. Dies war bei den bekannten Verfahren nur durch zusätzliche Anwendungen bei gleichzeitiger deutlicher Kostenerhöhung möglich.Another advantage is that by the method according to the invention porous products (for example porous bone implants and others) can be produced in one technological step. This was possible in the known methods only by additional applications with a simultaneous significant increase in costs.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit besteht, die Erzeugnisse ohne Wanddickenbegrenzung zu produzieren. Bei bekannten Verfahren ist die Wanddicke der produzierbaren Erzeugnissen durch den Entbinderungsprozess begrenzt, normalerweise maximal bis 10 mm, da sonst der Binder nicht vollständig entfernt werden kann.Another advantage is that it is possible by the method according to the invention to produce the products without wall thickness limitation. In known methods, the wall thickness of the producible products is limited by the binder removal process, usually up to 10 mm, otherwise the binder can not be completely removed.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit besteht, die Erzeugnisse aus mehreren verschiedenen Werkstoffen mit verschiedenartigen Eigenschaften (zum Beispiel Partikelgröße) und deren Kombinationen zusammen ohne zusätzliche Urformschritte zu produzieren.A further advantage is that the method according to the invention makes it possible to produce the products from a plurality of different materials having different properties (for example particle size) and combinations thereof without additional primary shaping steps.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren das erste Mal die Möglichkeit besteht, die Entbinderung schon bei der Umformung mindestens teilweise durchzuführen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das neue erfindungsgemäße Verfahren auch definierte Geometriestrukturen in die Oberfläche eingeprägt werden können. Derartige Strukturen liegen insbesondere im Mikrobereich und können so beispielsweise für verbesserte Reibeigenschaften des Erzeugnisses dienen.Another advantage is that the process according to the invention makes it possible for the first time to carry out the debindering at least in part already during the forming process. A further advantage lies in the fact that defined geometry structures can also be impressed into the surface by the novel method according to the invention. Such structures are particularly in the micro range and can serve, for example, for improved frictional properties of the product.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das neue erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit bietet, die superplastische Erzeugnisse in einem technologischen Schritt herzustellen.Another advantage is that the new process according to the invention offers the possibility of producing the superplastic products in a technological step.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren schwer herstellbare strukturelle Kompositionswerkstoffstrukturen, auch strukturelle poröse Kompositionswerkstoffstrukturen, wie zum Beispiel im Fall der Turbinen- oder Gasturbinenblätterherstellung, die einen porösen Kern mit metallischen oder keramischen Wänden haben, oder poröse Knochenimplantate in einem Urformprozess hergestellt werden können.A further advantage is that structural composition material structures which are difficult to produce by the method according to the invention, or structural porous composition material structures, for example in the case of turbine or gas turbine blade production, which have a porous core with metallic or ceramic walls, or porous bone implants are produced in a primary molding process can be.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die verschiedenen Teile eines Erzeugnisses unterschiedliche Härte- und Festigkeitseigenschaften aufweisen können, wie zum Beispiel, dass ein inneres Teil eine höhere Härte und Festigkeit gegenüber dem äußeren Teil durch die Anwendung einer speziell ausgerichteten Druckimpulsefolge und eines dazu passenden Bindermittelgemisches aufweist.Another advantage is that, by the method according to the invention, the different parts of a product can have different hardness and strength properties, such as that an inner part has a higher hardness and strength compared to the outer part by the application of a specially aligned pressure pulse train and a having matching binder mixture.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ein schrittweiser Energieeintrag, eine Nivellierung der Temperaturerhöhung und die Erhöhung der Teilchenverbundkräfte bis hin zur Vorsintertemperatur und Vorsinterverbundkraft gewährleistet werden, so dass die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig erzeugt und verteilt werden.A further advantage is that the method according to the invention ensures a gradual introduction of energy, a leveling of the temperature increase and an increase in the particle composite forces up to the presintering temperature and pre-sintering force so that the compacting and pre-sintering are uniformly generated and distributed throughout the mold space.
Ein weiterer Vorteil ist aufgrund höherer Festigkeit das bessere Handling der Halbprodukte(-zeuge).Another advantage is better handling of semi-finished products due to higher strength.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Bindermittelentfernung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.A further advantage lies in the fact that the binder removal is generated and accelerated in an even distribution throughout the molding space by the process according to the invention.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Anwendung überkritischer Flüssigkeiten die komplette Entbinderung und die komplette Bindermittelspuren-Eliminierung erreicht wird.Another advantage is that the process of the invention and the use of supercritical fluids, the complete debindering and complete binder agent trace elimination is achieved.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Kompaktierung, Vorsinterung und Bindermittelentfernung im gesamten Formraum gleichmäßig erzeugt, verteilt und beschleunigt wird, und zwar durch Anwendung einer oder mehrerer Ultraschallimpulse mit vorzugsweise unterschiedlicher Leistung und/oder Impulsdauer, die durch einen schrittweisen Energieeintrag eine Nivellierung der Temperaturerhöhung und der Erhöhung der Teilchenverbundkräfte bis hin zur Vorsintertemperatur und Vorsinterverbundkraft gewährleisten.Another advantage is that the compacting, pre-sintering and binder removal in the entire mold cavity is uniformly generated, distributed and accelerated by the application of one or more ultrasonic pulses with preferably different power and / or pulse duration, by a gradual energy input ensure a leveling of the temperature increase and the increase of the particle composite forces up to the presinter temperature and Vorsinterverbundkraft.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 2 bis 17.Further advantageous embodiments will become apparent from the features of one or more of claims 2 to 17.
Im Folgenden werden weitere Apekte der Erfindung beschrieben. Ein grundsätzlicher Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses durch Urformen (Spritzgießen, Pressen) aus flüssigem, breiigem, pastenförmigem, pulverigem, körnigem und/oder festem Material und/oder dessen Kompositionszuständen mittels einer Form, wobei durch die Aktivierung und/oder Moblisierung und/oder Steuerung von quantummechanischen und/oder quantumchemischen Effekten und Kräften und/oder deren beliebiger Kombinationen eine bessere Kompaktierung, Urformung und Vorsinterung des Vorerzeugnisses als auch eine Vorentbinderung und deutliche Reduzierung der Sintertemperaturen als auch der Sinterzeiten als auch der Urformdrücke erreicht wird und dass die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.In the following, further aspects of the invention will be described. A fundamental aspect relates to a method for producing a product by primary molding (injection molding, pressing) of liquid, pasty, pasty, powdery, granular and / or solid material and / or its compositional states by means of a form, wherein the activation and / or Moblisierung and / or control of quantum mechanical and / or quantum chemical effects and forces and / or any combination thereof better compaction, initial shaping and presintering of the precursor as well as a predentering and significant reduction of the sintering temperatures and the sintering times and the original compression pressures is achieved and that the compaction and pre-sintering is generated and accelerated evenly throughout the entire shape space.
Als ein zweiter Aspekt wird Vorstehendes dadurch ausgestaltet, dass die Aktivierung und/oder Mobilisierung und/oder Steuerung der quantummechanischen und/oder quantumchemischen Effekte und Kräfte durch die Anwendung spezieller Folgen gepulster steuerbarer Energieeinflüsse erzeugt wird. As a second aspect, the above is configured by generating the activation and / or mobilization and / or control of the quantum mechanical and / or quantum chemical effects and forces through the application of special sequences of pulsed controllable energy influences.
Als ein dritter Aspekt ist der zweite Aspekt dadurch gekennzeichnet, dass die speziellen Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse elektromagnetische Energie beinhalten.As a third aspect, the second aspect is characterized in that the particular consequences of the pulsed controllable energy effects include electromagnetic energy.
Ein vierter Aspekt besteht darin, dass die Aspekte zwei oder drei, dadurch gekennzeichnet sind, dass die speziellen Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse die elektromagnetische Energie, Ultraschallenergie oder Megaschallenergie oder Gigaschallenergie beinhalten.A fourth aspect is that aspects two or three are characterized in that the particular consequences of pulsed controllable energy inputs include electromagnetic energy, ultrasonic energy or megasonic energy or giga-sound energy.
Als fünfter Aspekt Verfahren sind die Aspekte zwei oder drei dadurch ausgestaltet, dass die spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse die elektromagnetische Energie, Mikrowellenenergie oder elektrostatische Energie oder Laserenergie von Photonstrahlern und/oder phononstrahlenden Laser und/oder deren Kombination oder gepulste Magnetfeldenergie und/oder die Energie rotierender Magnetfelder beinhalten.As a fifth aspect of the method, aspects two or three are configured such that the particular consequences of the pulsed controllable energy effects are the electromagnetic energy, microwave energy or electrostatic energy or laser energy of photon emitters and / or phonon radiating lasers and / or their combination or pulsed magnetic field energy and / or the Energy of rotating magnetic fields include.
Die Gesichtspunkte zwei oder drei werden nach einem sechsten Aspekt dadurch gekennzeichnet, dass die spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse die elektromagnetische Energie, beliebige Kompositionen an Ultraschallenergie und/oder Megaschallenergie und/oder Gigaschallenergie und/oder Mikrowellenenergie und/oder elektrostatische Energie und/oder Laserenergie von Photonenstrahlern und/oder phononenstrahlenden Laser und/oder deren Kombination und/oder gepulste Magnetfeldenergie und/oder rotierenden Magnetfelder beinhalten.Aspects two or three are characterized according to a sixth aspect in that the specific consequences of the pulsed controllable energy influences are the electromagnetic energy, any compositions of ultrasonic energy and / or megasonic energy and / or giga-sound energy and / or microwave energy and / or electrostatic energy and / or laser energy of photon radiators and / or phonon radiating lasers and / or their combination and / or pulsed magnetic field energy and / or rotating magnetic fields.
Die Aspekte zwei oder drei sind nach einem siebten Aspekt der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse beliebige Kombinationen aus elektromagnetischer und mechanischer Energie beinhalten.Aspects two or three according to a seventh aspect of the invention are characterized in that the specific consequences of the pulsed controllable energy influences include any combination of electromagnetic and mechanical energy.
Ein achter Aspekt besteht darin, dass außerdem die mechanische Energie unter anderem in Form von Druckenergie und/oder Schallenergie angewendet wird.An eighth aspect is that, in addition, the mechanical energy is applied inter alia in the form of pressure energy and / or sound energy.
Ein neunter Aspekt besteht darin, dass das die Erfindung dadurch ausgestaltet wird, dass Druckimpulse von pneumatischen, hydraulischen, gasdynamischen, gepulsten Druckerzeugern, thermostriktiven Druckerzeugern, Plasmadruckerzeugern, Laserdruckerzeugern, chemischen Druckerzeugern, und/oder durch Elektroentladungen und/oder Laser initiierte Entladungen, und/oder von durch mikroskopische Explosionen gepulste Druckerzeugern erzeugt werden.A ninth aspect is that the invention is embodied in that pressure pulses from pneumatic, hydraulic, gas-dynamic, pulsed pressure generators, thermostrictive pressure generators, plasma pressure generators, laser pressure generators, chemical pressure generators, and / or by discharges and / or laser-initiated discharges, and / / or generated by pulsed by microscopic explosions pressure generators.
Als zehnter Aspekt wird der vierte Aspekt dadurch ausgestaltet, dass die Schallenergie beliebige Kombinationen aus Ultraschallenergie und/oder Megaschallenergie und/oder Gigaschallenergie beinhaltet.As the tenth aspect, the fourth aspect is configured by the sound energy including any combination of ultrasonic energy and / or megasonic energy and / or giga-sound energy.
Der zweite oder dritte Aspekt wird nach einem elften Aspekt dadurch gekennzeichnet, dass als spezielle Folgen der gepulsten steuerbaren Energieeinflüsse spezielle Folgen der elektromagnetischen Energie und mechanischen Energie und/oder deren Kombinationen in Form von einem oder mehreren Energieeinflussimpulsen kurzer Zeitdauer und hoher Intensität angewendet werden.According to an eleventh aspect, the second or third aspect is characterized in that special sequences of the electromagnetic energy and mechanical energy and / or combinations thereof in the form of one or more energy influence pulses of short duration and high intensity are used as special consequences of the pulsed controllable energy influences.
Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird nach einem zwölften Aspekt das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass durch einen schrittweisen Energieeintrag eine Nivellierung der Temperaturerhöhung und der Erhöhung der Teilchenverbundkräfte bis hin zur Vorsintertemperatur und Vorsinterverbundkraft gewährleistet wird und dass die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.For a further embodiment of the invention according to a twelfth aspect, the method is characterized in that a leveling of the temperature increase and the increase of the particle composite forces is up to the Vorsintertemperatur and Vorsinterverbundkraft ensured by a gradual energy input and that the compaction and pre-sintering generated evenly distributed throughout the mold space and is accelerated.
Außerdem kann nach einem Aspekt
Ein vierzehnter Aspekt besteht darin, dass 1 bis 10000 Energieeinflussimpulse, besser von 1 bis 5000, am besten 1 bis 500 Energieeinflussimpulse, mit einer Impulsdauer zwischen 1 Femtosec und 30 Minuten, besser 1 μs bis 10 Minuten, am besten zwischen 1 ns und 5 Minuten und einem Impulsabstand zwischen 1 μs bis 30 Minuten, besser von 1 ns bis 10 Minuten, am besten zwischen 100 ns und 5 Minuten angewendet werden.A fourteenth aspect is that 1 to 10,000 energy impact pulses, more preferably 1 to 5,000, most preferably 1 to 500 energy impact pulses, with a pulse duration between 1 femtosec and 30 minutes, better 1 μs to 10 minutes, most preferably between 1 ns and 5 minutes and a pulse interval between 1 μs to 30 minutes, more preferably from 1 ns to 10 minutes, is best applied between 100 ns and 5 minutes.
Als ein weiterer Aspekt
Ein sechzehnter Gesichtspunkt besteht darin, dass die Höhe der beim Urformen angewendeten Drücke um 10 bis 500 bar reduziert werden.A sixteenth aspect is that the height of the pressures used in the prototyping be reduced by 10 to 500 bar.
Denkbar ist auch (Aspekt
Zur weiteren Ausgestaltung (Aspekt
Ein Aspekt
Nach einem zwanzigsten Aspekt ist zur weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Porenentwicklung gesteuert wird.According to a twentieth aspect, it is provided for further embodiment that the pore development is controlled.
Der oben genannte, zehnte Aspekt wird dadurch weiter ausgestaltet (Aspekt
Ein weiterer Gesichtspunkt (Aspekt
Denkbar ist grundsätzlich auch (Aspekt
Eine Ausgestaltung der genannten Aspekte ergibt sich dadurch, dass die Entbinderung bei der Umformung mindestens teilweise durchgeführt wird.An embodiment of the aspects mentioned results from the fact that the debindering during the forming is carried out at least partially.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, dass poröse Strukturen aus Kompositionswerkstoffen, wie beispielsweise Erzeugnisse mit porösem Kern und metallischen oder keramischen Wänden, hergestellt werden.Another aspect of the invention is that porous structures are made of composite materials, such as porous core products and metallic or ceramic walls.
Eine weitere Ausgestaltung ergibt sich daraus, dass Erzeugnisse mit Teilen unterschiedlicher Härte- und Festigkeitseigenschaften hergestellt werden.Another embodiment results from the fact that products are made with parts of different hardness and strength properties.
Denkbar ist bei den genannten Aspekten auch, dass die Bindermittelentfernung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt und beschleunigt wird.It is also conceivable in the abovementioned aspects that the binder removal is uniformly distributed and accelerated throughout the entire mold cavity.
Zur weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in die Oberfläche der Erzeugnisse definierte Geometriestrukturen eingeprägt werden.For further embodiment, it is provided that defined in the surface of the products geometry structures are impressed.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung ist auch, dass derartige Strukturen insbesondere im Mikrobereich für beispielsweise verbesserte Reibeigenschaften des Erzeugnisses dienen.It is also an aspect of the invention that such structures serve, in particular in the micro range, for example for improved frictional properties of the product.
Außerdem können Erzeugnisse mit superplastischen Eigenschaften in einem technologischen Schritt hergestellt werden.In addition, products with superplastic properties can be produced in one technological step.
Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf nach mit dem beschriebenen Verfahren und/oder mit der Vorrichtung hergestellte Erzeugnisse, wie z. B. ein Implantat, wie Zahn-, Knochen-, Weichgewebe- o. dgl. Implantat, welches eine erhöhte osseosese und auch osteosese Eigenschaft bzw. eine erhöhte Einwachseigenschaft aufweist, oder Dentalblanks jeglicher Geometrie mit oder ohne spezieller Maschinenaufnahme welche wesentlich verbesserte Verarbeitungseigenschaften und Stabilitäten aufweisen oder technische Bauteile, wie bspw. Turbinenschaufeln und deren Teile, Schrauben, Bremsscheiben, Zahnräder, Motorteile, Propeller (Rotoren), Formteile, Konstruktionsformträger (T-Träger und dergleichen), Karosserieformteile, Brennkammern, Druckbehälter, Schneidgeräte, -platten sowie Werkzeuge.Furthermore, the invention relates to products produced by the described method and / or with the device, such as. Implant, which has an increased osseous and also osteotic property or an increased waxing property, or dental blanks of any geometry with or without special machine mount which significantly improved processing properties and stabilities or technical components, such as. Turbine blades and their parts, screws, brake discs, gears, engine parts, propellers (rotors), moldings, structural mold carrier (T-beam and the like), body moldings, combustion chambers, pressure vessels, cutters, plates and tools.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:Further details of the invention can be found in the following description in which the invention with reference to the embodiment shown in the drawing is described and explained in more detail. Show it:
Die in
Durch die rotierend angetriebene Pressschnecke
Im Bereich der Spritzdüse
Die in der
In der Matrizenausnehmung
Im Bereich der Matrizenausnehmung
Die Druckerzeuger
Dabei können die Druckerzeuger
Beispielsweise ist bei beiden Ausführungsbeispielen die Anzahl der Druckimpulse ≥ 1, beispielsweise im Bereich von 1 bis 1000 Druckimpulse, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 500, jedoch am bevorzugten im Bereich von 1 bis 100 Druckimpulsen. Die Impulsdauer kann zwischen 1 ns und 30 Minuten, vorzugsweise zwischen 2 μs bis 10 Minuten, jedoch am bevorzugtesten zwischen 100 ms und 5 Minuten sein. Als Impulsabstand kommen Bereiche zwischen 1 ns und 30 Minuten, vorzugsweise zwischen 1 μs und 10 Minuten, am bevorzugten zwischen 100 ms und 5 Minuten in Frage.For example, in both embodiments, the number of pressure pulses ≥ 1, for example in the range of 1 to 1000 pressure pulses, preferably in the range of 1 to 500, but more preferably in the range of 1 to 100 pressure pulses. The pulse duration may be between 1 ns and 30 minutes, preferably between 2 μs to 10 minutes, but most preferably between 100 ms and 5 minutes. The pulse interval ranges between 1 ns and 30 minutes, preferably between 1 μs and 10 minutes, preferably between 100 ms and 5 minutes.
Der erzeugte gepulste Druck wird dabei auf den Werkstoffgemisch-Feedstock übertragen, der sich in der Spritzgussform
In einer nicht dargestellten Ausführungsform werden die erzeugten gepulsten Drücke durch die Anwendung spezieller Membrane, die gemäß
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde ferner am Beispiel einer Heißgas-Turbinenschaufel mit verschiedenen Werkstoffmischungen getestet, wie bspw.:
- – Nickel-basierende Legierungen mit Tantal, Chrom, Hafnium;
- – Nickel-Tantal Aluminiden;
- – Chrom-Titan-Niobium-Aluminium;
- – Chrom-Titan-Tantal-Aluminium;
- – Nickel-Hafnium-Wolfram-Titan-Molybdän-Chrom-Zirkonium-Yttium Oxide;
- – Oben genannte Kompositionen gemischt mit Keramiken.
- Nickel-based alloys with tantalum, chromium, hafnium;
- - nickel-tantalum aluminides;
- - chromium-titanium-niobium-aluminum;
- - Chrome Titanium Tantalum Aluminum;
- Nickel-hafnium-tungsten-titanium-molybdenum-chromium-zirconium-yttrium oxides;
- - The above compositions mixed with ceramics.
Die Versuche haben gezeigt, dass Turbinenschaufeln inklusiv Sinterprozess in nur 50 Minuten herstellbar sind. Ein Vergleich der Sintertemperatur zum herkömmlichen Verfahren bei gleichen Werkstoffkompositionen zeigt eine Senkung der Temperatur um ca. 700°C.The tests have shown that turbine blades including the sintering process can be produced in just 50 minutes. A comparison of the sintering temperature to the conventional method for the same material compositions shows a reduction of the temperature by about 700 ° C.
Eine Qualitätsprüfung der Turbinenschaufeln hat eine ausgezeichnete Festigkeit, thermische Stabilität und Heißgasstandzeiten ergeben.Quality inspection of the turbine blades has given excellent strength, thermal stability and hot gas service lives.
Mit einem ebenso guten Ergebnis wurden die Turbinenschaufeln auch mit einer keramischen Oberschicht hergestellt.With equally good results, the turbine blades were also made with a ceramic top layer.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde auch am Beispiel von keramischen Kompositionsteilen getestet, wie zum Beispiel, Aluminium-Oxide mit BN-Faser.The process according to the invention was also tested on the example of ceramic composition parts, such as, for example, aluminum oxides with BN fiber.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch die Möglichkeit Zahnräder mit unterschiedlichen Stoffeigenschaften wie zum Beispiel, innen leicht und außen hart herzustellen.The method according to the invention also offers the possibility of producing toothed wheels with different material properties, such as lightweight on the inside and hard on the outside.
Die Herstellung von porösen Erzeugnissen wurde am Beispiel. von Teilen gezeigt, die Ähnlichkeit mit metallische Schäumen besitzen. Dadurch wurden Strukturen wie, geschlossene und/oder offene metallische Schäume hergestellt.The production of porous products was exemplified. shown by parts that resemble metallic foams. As a result, structures such as closed and / or open metallic foams were produced.
Die gepulste Druckbeaufschlagung der Mischung
Erfindungsgemäß wird durch die Aktivierung und/oder Moblisierung und/oder Steuerung von quantummechanischen und/oder quantumchemischen Effekten und Kräften und/oder deren beliebigen Kombinationen eine bessere Kompaktierung, Urformung und Vorsinterung des Vorerzeugnisses als auch eine Vorentbinderung und deutliche Reduzierung der Sintertemperaturen als auch Sinterzeiten als auch Urformdrücken erreicht, wobei die Kompaktierung und Vorsinterung im gesamten Formraum gleichmäßig verteilt erzeugt und beschleunigt wird.According to the invention, the activation and / or mobilization and / or control of quantum mechanical and / or quantum chemical effects and forces and / or their arbitrary combinations results in better compaction, primary shaping and pre-sintering of the precursor product as well as predentraction and significant reduction of sintering temperatures and sintering times Even Urformdrücken achieved, the compaction and pre-sintering is generated evenly distributed and accelerated throughout the cavity.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2000020351 A [0018] WO 2000020351 A [0018]
- EP 0559215 A [0018] EP 0559215 A [0018]
- WO 2007066969 A [0019] WO 2007066969 A [0019]
- US 7012036 A [0020] US7012036A [0020]
- US 20050082702 A [0021] US 20050082702 A [0021]
- US 20040265161 A [0023] US20040265161A [0023]
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE212011100068U DE212011100068U1 (en) | 2010-03-26 | 2011-03-17 | Device for producing a product by primary molding of liquid, pasty, pasty, powdery, granular, solid material and / or its compositional states |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010013544.5 | 2010-03-26 | ||
DE201010013544 DE102010013544A1 (en) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | Method and device for producing a product by primary molding of liquid, pasty, pasty, powdery, granular, solid material and / or its compositional states |
DE212011100068U DE212011100068U1 (en) | 2010-03-26 | 2011-03-17 | Device for producing a product by primary molding of liquid, pasty, pasty, powdery, granular, solid material and / or its compositional states |
PCT/EP2011/054045 WO2011117137A2 (en) | 2010-03-26 | 2011-03-17 | Method and device for producing a product by casting from liquid, pulpy, paste-like, powdery, granular, solid material and/or composition additives thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE212011100068U1 true DE212011100068U1 (en) | 2012-11-15 |
Family
ID=44227850
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201010013544 Withdrawn DE102010013544A1 (en) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | Method and device for producing a product by primary molding of liquid, pasty, pasty, powdery, granular, solid material and / or its compositional states |
DE212011100068U Expired - Lifetime DE212011100068U1 (en) | 2010-03-26 | 2011-03-17 | Device for producing a product by primary molding of liquid, pasty, pasty, powdery, granular, solid material and / or its compositional states |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201010013544 Withdrawn DE102010013544A1 (en) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | Method and device for producing a product by primary molding of liquid, pasty, pasty, powdery, granular, solid material and / or its compositional states |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE102010013544A1 (en) |
WO (1) | WO2011117137A2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105817637B (en) * | 2016-04-20 | 2021-01-26 | 兰州理工大学 | Device for preparing nano powder by ablation material tube restraint electric explosion method |
EP3826791A1 (en) * | 2018-07-24 | 2021-06-02 | Straumann Holding AG | Process for the preparation of an article by powder injection molding |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0559215A1 (en) | 1992-03-05 | 1993-09-08 | Eastman Kodak Company | Ceramic articles and methods for preparing ceramic articles and for sintering |
WO2000020351A1 (en) | 1998-10-05 | 2000-04-13 | The Morgan Crucible Company Plc | High-temperature resistant, high-stress, fine ceramic, sintered construction material, method for the production thereof and component made of a ceramic material |
US20040265161A1 (en) | 2000-07-12 | 2004-12-30 | Witherspoon F. Douglas | Dynamic consolidation of powders using a pulsed energy source |
US20050082702A1 (en) | 2002-02-12 | 2005-04-21 | Ulrich Wennemann | Method for producing dentures or an artificial tooth |
US7012036B2 (en) | 2002-07-19 | 2006-03-14 | Matsushita Electric Works, Ltd. | ZrO2-Al2O3 composite ceramic material and production method thereof |
WO2007066969A1 (en) | 2005-12-07 | 2007-06-14 | Mtig Co., Ltd | Power injection molding method for forming article comprising titanium and titanium coating method |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB688312A (en) * | 1949-09-09 | 1953-03-04 | Sueddeutsche App Fabrik Gmbh | Method for pressing of powdered substances |
JPS5757802A (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-07 | Inoue Japax Res Inc | Sintering device using electric discharge |
WO1989003298A1 (en) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Schunk Maschinen Und Automation Gmbh | Process and device for manufacturing mouldings from particulate materials |
US5316720A (en) * | 1992-11-20 | 1994-05-31 | Rockwell International Corporation | Laser shock and sintering method for particulate densification |
IT1294942B1 (en) * | 1997-08-01 | 1999-04-23 | Sacmi | PROCESS OF PRESSING CERAMIC POWDERS AND EQUIPMENT FOR IMPLEMENTING THE SAME. |
US6001304A (en) * | 1998-12-31 | 1999-12-14 | Materials Modification, Inc. | Method of bonding a particle material to near theoretical density |
IT1311133B1 (en) * | 1999-11-05 | 2002-03-04 | Luigi Diolaiti | PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR COMPACTION OF MATERIALS INTENDED FOR THE CERAMIC INDUSTRY. |
DE20003559U1 (en) * | 2000-02-26 | 2000-06-21 | Wendker Gmbh & Co Kg | Shaped body with nanofine particles in a targeted layer structure |
US7045092B2 (en) * | 2002-04-12 | 2006-05-16 | Neomax Co., Ltd. | Method for press molding rare earth alloy powder and method for producing sintered object of rare earth alloy |
GB0413392D0 (en) * | 2004-06-16 | 2004-07-21 | Rolls Royce Plc | A method of consolidating a power |
US7393193B1 (en) * | 2004-12-22 | 2008-07-01 | Emc Corporation | Techniques for making a metallic product utilizing electric current in a consolidation process |
DE102008051622A1 (en) * | 2008-10-02 | 2010-04-08 | Roland Gschwinder | Producing a product by molding of liquid, pulpy, pasty, powdery, granular and/or solid material and/or its composition states using mold, comprises applying a periodic energy influence in the form of energy pulses with short time duration |
-
2010
- 2010-03-26 DE DE201010013544 patent/DE102010013544A1/en not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-03-17 DE DE212011100068U patent/DE212011100068U1/en not_active Expired - Lifetime
- 2011-03-17 WO PCT/EP2011/054045 patent/WO2011117137A2/en active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0559215A1 (en) | 1992-03-05 | 1993-09-08 | Eastman Kodak Company | Ceramic articles and methods for preparing ceramic articles and for sintering |
WO2000020351A1 (en) | 1998-10-05 | 2000-04-13 | The Morgan Crucible Company Plc | High-temperature resistant, high-stress, fine ceramic, sintered construction material, method for the production thereof and component made of a ceramic material |
US20040265161A1 (en) | 2000-07-12 | 2004-12-30 | Witherspoon F. Douglas | Dynamic consolidation of powders using a pulsed energy source |
US20050082702A1 (en) | 2002-02-12 | 2005-04-21 | Ulrich Wennemann | Method for producing dentures or an artificial tooth |
US7012036B2 (en) | 2002-07-19 | 2006-03-14 | Matsushita Electric Works, Ltd. | ZrO2-Al2O3 composite ceramic material and production method thereof |
WO2007066969A1 (en) | 2005-12-07 | 2007-06-14 | Mtig Co., Ltd | Power injection molding method for forming article comprising titanium and titanium coating method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010013544A1 (en) | 2011-09-29 |
WO2011117137A2 (en) | 2011-09-29 |
WO2011117137A3 (en) | 2011-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2794152B1 (en) | Method for manufacturing a compact component, and component that can be produced by means of the method | |
DE102007003192B4 (en) | Ceramic and / or powder metallurgical composite molding and process for its preparation | |
EP1523390A2 (en) | Method for producing highly porous metallic moulded bodies close to the desired final contours | |
EP1625101A1 (en) | Method for the production of near net-shaped metallic and/or ceramic parts | |
DE102015216802A1 (en) | Method for producing a capsule for hot isostatic pressing | |
WO2009141152A1 (en) | Method and device for producing a workpiece, particularly a shaping tool or a part of a shaping tool | |
WO2016124502A1 (en) | Method and device for additively producing components | |
DE102008051622A1 (en) | Producing a product by molding of liquid, pulpy, pasty, powdery, granular and/or solid material and/or its composition states using mold, comprises applying a periodic energy influence in the form of energy pulses with short time duration | |
DE102013007735B4 (en) | Method for producing a castable salt core | |
WO2011117137A2 (en) | Method and device for producing a product by casting from liquid, pulpy, paste-like, powdery, granular, solid material and/or composition additives thereof | |
WO2014044433A1 (en) | Production of a refractory metal component | |
DE102016220845A1 (en) | Formable ceramic and / or powder metallurgical green sheets and method for forming these ceramic and / or powder metallurgical green sheets | |
WO2021078742A1 (en) | Method for producing moulded parts, in particular dental moulded parts | |
DE102011013894A1 (en) | Final shape production of components made of material comprising intermetallic phases of trimolybdenum silicide and molybdenum borosilicide distributed in matrix, comprises e.g. subjecting powder mixture to grinding and producing suspension | |
EP3145662B1 (en) | Method for producing ceramic and/or metal components | |
DE19809657B4 (en) | Process for producing a ceramic component | |
AT523694B1 (en) | Process for the production of a shaped component | |
DE102014209085B4 (en) | Production of a molded body from a dental alloy | |
DE102013009055A1 (en) | Tool and process for the production of salt cores for the die casting of metals | |
EP3718729B1 (en) | Production method with additive component manufacture and finishing | |
DE102014008169A1 (en) | Method and press for producing a green composite with a predetermined breaking point | |
DE102019207389A1 (en) | Method for the additive and / or generative production of a component and a motor vehicle | |
EP3173392A1 (en) | Method and device for producing ceramic parts | |
WO2002055238A2 (en) | Method for producing a sintered component with superimposed oscillations during the pressing process | |
WO2022106166A1 (en) | Process for producing shaped bodies by sintering |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20130110 |
|
R156 | Lapse of ip right after 3 years | ||
R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20141001 |