DE3921514C2 - - Google Patents
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- 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
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/007—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of moulds
-
- 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
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/1208—Containers or coating used therefor
- B22F3/1258—Container manufacturing
- B22F3/1275—Container manufacturing by coating a model and eliminating the model before consolidation
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- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
Verfahren zur Herstellung individueller Formen für
Gußteile aus hochreaktiven Metallen bzw. Metallegie
rungen umfassend die Herstellung eines dem zu erstel
lenden Gußteil entsprechenden Wachsmodells und das
Einbetten des Wachsmodells in eine metallische Ein
bettmasse sowie das Ausschmelzen des Wachses unter Er
zeugung eines Formhohlraums in der metallischen Ein
bettmasse, wobei die metallische Einbettmasse nach dem
Ausfüllen des Gießhohlraums und dem Aushärten der
Gießmasse aufbrechbar ist.
Ein derartiges Verfahren ist aus der deutschen Patent
anmeldung P 37 25 755 bekannt. Das gattungsgemäße Ver
fahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von
Gußteilen aus biokompatiblen Werkstoffen.
Herkömmlicherweise werden für biomedizinische Gußteile
Werkstoffe wie Edelstahl oder Cr-Mo-Co-Legierungen
verwendet, deren Reaktivität gegenüber Gasen der At
mosphäre und Formwerkstoffen, wie z. B. Keramiken, re
lativ gering ist. Solche Werkstoffe können dementspre
chend z. B. im Schleudergußverfahren mit Hilfe indivi
dueller keramischer Formen, welche durch Verwendung
eines Wachsmodells erstellt wurden, gegossen werden.
Diese Werkstoffe weisen allerdings den Nachteil auf,
daß sie nicht hinreichend biologisch verträglich sind.
Als besonders gut biokompatible Werkstoffe sind demge
genüber die Metalle Titan, Tantal, Niob oder Zirkonium
und deren Legierungen bekannt, wobei diese Werkstoffe
auch sehr vorteilhafte mechanische Eigenschaften für
biotechnische Anwendungen aufweisen.
Problematisch ist jedoch die Verarbeitung dieser Werk
stoffe, da sie eine sehr hohe Reaktivität sowohl mit
den Bestandteilen der Atmosphäre als auch mit Form
werkstoffen aufweisen. Bei manchen Gießmaterialen, wie
z. B. Titan, ist weiterhin die Ausbildung einer sauer
stoffstabilisierten Alpha-Phase ("Alpha Case") an der
Oberfläche des Gußteils problematisch, da diese Alpha-
Phase ("Alpha Case") zwar eine relativ große Härte,
jedoch auch eine geringe Duktilität aufweist. Das
gleiche Problem ergibt sich hinsichtlich möglicher
Reaktionen mit Elementen wie Aluminium, Eisen, Nickel
oder Chrom sowie Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff
und anderen.
Es ist an sich bekannt, die in Betracht stehenden
Werkstoffe zur Herstellung einer Vielzahl untereinan
der identischer Gußteile in metallische Dauerformen
(Kupferkokillen) zu gießen. Außerdem sind Formen aus
Graphit bekannt, bei denen jedoch insbesondere bei
kleineren Teilen eine Reaktion mit dem Kohlenstoff
eintritt, was zu einer Versprödung führt. Weiterhin
sind Gießformen aus Yttriumoxid bekannt, welche jedoch
sehr teuer sind. Außerdem stellt sich zwischen dem
Yttriumoxid und z. B. Titan ein Gleichgewicht ein, d.
h. das Titan nimmt einen gewissen Anteil an Sauerstoff
auf und versprödet hierdurch.
Aus der eingangs genannten, gattungsgemäßen Patentan
meldung ist erstmals ein Verfahren bekannt geworden,
durch welches die Herstellung individueller Gießformen
für individuell ausgebildete prothetische Teile mög
lich wird.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu
grunde, ein derartiges Verfahren weiter zu entwickeln
und insbesondere die Herstellung von Gußteilen mit
vorteilhaften Oberflächeneigenschaften bei Minimierung
des Aufwandes für die Nachbearbeitung des fertigen
Gußteils zu ermöglichen und gleichzeitig eine Erhöhung
der Formgenauigkeit zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das Wachsmodell vor dem Einbetten in die metallische
Einbettmasse mit einem Metallüberzug versehen wird.
Durch das Aufbringen eines Metallüberzuges auf das
Wachsmodell vor dem Einbetten desselben in die Ein
bettmasse aus Metallpulver wird beim Gießen eine sehr
rasche Wärmeableitung durch eine Verminderung des Wär
meleitungs-Übergangswiderstandes an der Oberfläche der
Einbettmasse erreicht. Gleichzeitig führt der Metall
überzug dazu, daß die Oberfläche des fertigen Gußteils
sehr glatt ausfällt und damit das Erfordernis einer
Nacharbeitung auf ein Minimum reduziert wird. Das Vor
sehen eines derartigen Metallüberzugs gewährleistet
also, daß die mit dem vorbekannten, gattungsgemäßen
Verfahren prinzipiell erreichbare Vorteile auch tat
sächlich realisiert werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfin
dung ist vorgesehen, daß das Wachsmodell elektrisch
leitend gemacht und galvanisch mit dem Metallüberzug
versehen wird. Dies bedeutet also, daß das Wachsmodell
in ein elektrolytisches Bad gebracht wird und darin
als Kathode fungiert.
Das Modellierwachs kann entweder durch Beimengung ei
nes elektrisch leitenden Zusatzes, wie Metallpulver,
Kohlepulver oder dergleichen leitfähig gemacht werden,
oder aber durch Tauchen, Auftragen, Aufsprühen oder
dergleichen einer elektrisch leitfähigen Beschichtung.
Besonders gute Erfahrungen wurde damit gemacht, daß
auf das Wachsmodell ein Silber-Leitlack mit einem Pin
sel aufgetragen wurde.
Alternativ zu einer galvanischen Herstellung des Me
tallüberzuges kann auch vorgesehen sein, daß dieser
durch PVD (Physical Vapor Deposition) oder CVD
(Chemical Vapor Deposition) aufgebracht wird.
Hinsichtlich der Aufbringbarkeit und der vorteilhaften
galvanischen Eigenschaften ist als Metallüberzug vor
zugsweise eine Kupfer- oder Silberschicht vorgesehen.
Die Dicke des Metallüberzugs liegt günstigerweise zwi
schen 10 und 100 µ, wobei aber je nach Anforderung
auch noch höhere Schichtdicken realisiert werden kön
nen.
Die metallische Einbettmasse besteht in an sich be
kannter Weise aus einem Metallpulver, einer Metallpul
vermischung bzw. einer Mischung unter Zusatz von Me
talloxiden.
Nach dem Einbetten des mit einem Metallüberzug verse
henen Wachsmodells wird die metallische Einbettmasse
in an sich bekannter Weise durch Sintern verfestigt,
wobei das Modellierwachs ausgeschmolzen wird, wobei
anschließend organische Reste in dem Gießhohlraum
durch Anlegen eines Vakuums ausgedampft werden.
Die erfindungsgemäße Kombination des Vorsehens eines
Metallüberzugs auf dem Wachsmodell mit dem Einbetten
in ein Metallpulver ermöglicht es, die Wärmeabfuhr in
Anpassung an Art und Größe des zu erstellenden Guß
teils und der als Gußmaterial verwendeten Legierung
bzw. des entsprechenden Metalls gezielt zu steuern und
zu optimieren.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Gießform, wel
che nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren herge
stellt wurde.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausfüh
rungsbeispiels näher erläutert. Dabei wird die Her
stellung einer Krone für zahntechnische Zwecke be
schrieben.
Zunächst wird in herkömmlicher Weise durch den Zahn
arzt ein Gipsabdruck des zu verblendenden Zahnes er
stellt. Anhand dieses Gipsabdruckes wird mit einem
marktüblichen Modellierwachs in ebenfalls bekannter
Weise ein Wachsmodell erstellt.
Dieses Wachsmodell wird nun leitfähig gemacht, indem
mittels eines Pinsels ein kommerziell verfügbarer Sil
ber-Leitlack aufgetragen wird.
Nach dem Austrocknen wird die elektrisch leitende
Überzugsschicht des Wachsmodells als Kathode eines
galvanischen Bades verwendet.
Als Gegenelektrode wird eine platinierte Titananode in
einem Kupferelektrolyten verwendet. Durch Anlegen
einer Spannung wird innerhalb von ca. 2 Stunden eine
etwa 100 µ Dicke Kupfer-Überzugsschicht auf dem leit
fähig gemachten Wachsmodell abgelagert.
Das Wachsmodell mit der so erzeugten Metallschicht
wird in einem Behälter in ein Metallpulver eingebet
tet. Das Metallpulver besteht aus einem Gemisch von
Kupfer- und Zinnpulver in einem Mengenverhältnis von
10 : 1. Durch das beigemengte Zinn mit seinem relativ
niedrigen Schmelzpunkt wird der Sintervorgang einge
leitet. Anschließend wird die gesamte Anordnung im Va
kuum einer Temperatur von etwa 500°C ausgesetzt, wo
bei der Sintervorgang fortschreitet und gleichzeitig
das Wachs des Wachsmodells ausschmilzt und aufgrund
des angelegten Vakuums organische Dämpfe abgezogen
werden.
In die so erstellte Gußform kann nun mit einer her
kömmlichen Gießvorrichtung, in welcher z. B. Titan mit
Hilfe eines Lichtbogens unter Schutzgas aufschmelzbar
ist, der Guß erfolgen.
Nach dem Aushärten des so gegossenen Gußteils kann das
gesinterte Metallpulver mühelos durch Abkratzen ent
fernt werden. Der verbleibende Kernbereich um das Guß
teil mit dem Kupferüberzug wird in ein Salpetersäure
bad gebracht, wodurch die restlichen Formrückstände
und insbesondere auch die Kupferschicht vollständig
abgelöst werden, wobei aber das Titan-Gußteil selbst
überhaupt nicht angegriffen wird.
Eine auf diese Weise gegossene Krone weist eine weit
gehend glatte, metallisch blanke Oberfläche auf, so
daß in Abhängigkeit von der Qualität des Wachsmodells
nun nur noch eine sehr geringe Nachbearbeitung durch
Schleifen bzw. Polieren erfolgen muß. Im günstigsten
Fall kann eine Nachbearbeitung ganz entfallen. Außer
dem weist eine derart hergestellte Krone eine sehr
hohe Formgenauigkeit auf, d. h. sie entspricht prak
tisch identisch dem Wachsmodell.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung individueller Formen für
Gußteile aus hochreaktiven Metallen oder Metallegie
rungen, umfassend die Herstellung eines dem zu erstel
lenden Gußteil entsprechenden Wachsmodells und das
Einbetten des Wachsmodells in eine metallische Ein
bettmasse sowie das Ausschmelzen des Wachses unter Er
zeugung eines Formhohlraums in der metallischen Ein
bettmasse, wobei die metallische Einbettmasse nach dem
Ausfüllen des Gießhohlraums und dem Aushärten der
Gießmasse aufbrechbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
das Wachsmodell vor dem Einbetten in die metallische
Einbettmasse mit einem Metallüberzug versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Wachsmodell elektrisch leitend gemacht und
galvanisch mit dem Metallüberzug versehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Modellierwachs durch Beimengung eines elek
trisch leitenden Zusatzes, wie Metallpulver, Kohlepul
ver leitfähig gemacht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Wachsmodell durch Tauchen, Auftragen, Auf
sprühen eine elektrisch leitfähige
Beschichtung aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Wachsmodell ein Leitlack aufgetragen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Metallüberzug durch PVD (Physical Vapor
Deposition) oder CVD (Chemical Vapor Deposition) auf
gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Metallüberzug eine Kupfer- oder Silberschicht
verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke des Metallüberzugs 10 bis 100 µ
beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine metallische Einbettmasse aus Metallpulver, ei
ner Metallpulvermischung oder einer Mischung unter Zu
satz von Metalloxiden verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die metallische Einbettmasse in an sich bekannter
Weise durch Sintern verfestigt wird, wobei das Model
lierwachs ausgeschmolzen wird, wobei anschließend or
ganische Reste in dem Gießhohlraum durch Anlegen eines
Vakuums ausgedampft werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einbettmasse bzw. deren Zusammensetzung so ge
wählt wird, daß die Wärmeabfuhr in Anpassung an Art
und Größe des zu erstellenden Gußteils und der als
Gußmaterial verwendeten Legierung oder des entspre
chenden Metalls gezielt gesteuert wird.
12. Gußteil, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer
Gießform gegossen ist, die nach einem der Ansprüche 1
bis 11 hergestellt wurde.
Priority Applications (3)
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DE3921514C2 true DE3921514C2 (de) | 1992-05-07 |
Family
ID=6384008
Family Applications (1)
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Country Status (3)
Country | Link |
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EP (1) | EP0405131A1 (de) |
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DE3725755A1 (de) * | 1987-08-04 | 1989-02-16 | Breme Juergen | Verfahren zur herstellung individueller formen zum abguss von biokompatiblen teilen aus hochreaktiven werkstoffen |
BE1001737A3 (nl) * | 1987-09-02 | 1990-02-20 | Nat Forge Europ | Werkwijze voor het vormen van werkstukken door poedermetallurgie en werkstukken bekomen met deze werkwijze. |
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- 1990-06-29 JP JP17434390A patent/JPH0335840A/ja active Pending
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