DE4305201C1 - Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Objekts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP-A- 0 171 069 bekannt. Hierbei wird über einem Träger in einem Bad aus flüssigem, polymerisierbarem Kunststoff eine flüssige Kunststoffschicht gebildet, die danach an den dem Objekt entsprechenden Stellen durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl polymerisiert und damit verfestigt wird. Dieser Vorgang wird für jede Schicht wiederholt, wobei die Polymerisation jeder folgenden Schicht gleichzeitig eine Befestigung an der darun­ terliegenden Schicht bewirkt. Nach der Verfestigung aller Schichten wird das Objekt gegebenenfalls nachgehärtet.
Damit wird nach der bekannten Methode ein Objekt aus polymerisierbarem Kunststoff erhalten. Dieses Material genügt jedoch oft aufgrund seiner geringen Festigkeit und Temperaturbeständigkeit nicht den Anforderungen der Praxis.
Aus der EP 0 431 924 A2 ist es bekannt, eine pulverförmige Schicht durch Hinzufügen eines flüssigen Binders an den dem Objekt entsprechenden Stellen zu verfestigen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art so abzuwandeln, daß die Materialeigenschaften des Objekts, insbesondere dessen Festigkeit, Temperaturbe­ ständigkeit und Oberflächenbeschaffenheit, verbessert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im weiteren anhand eines Ausführungsbei­ spiels im Zusammenhang mit der Figur beschrieben, die eine schematische Darstellung der für die Durchführung des Verfahrens geeigneten Arbeitsstationen zeigt.
In einer ersten Arbeitsstation 1 wird ein polymerisierbarer Kunststoff 2 und ein Füllmaterial 3 beispielsweise durch Rüh­ ren 4 zu einer homogenen Mischung 5 verarbeitet. Als Kunst­ stoff kommt jedes flüssige oder pulverförmige Material in Frage, das durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung verfestigt werden kann. Beispiele hierzu finden sich in der obengenannten EP-A-0 171 069. Als Füllmaterial wird Keramik- oder Metallpulver verwendet, vorzugsweise Aluminiumoxid, tetragonales Zirkonoxid oder Siliciumnitrid als Keramikpulver und Carbonyleisen entweder rein oder mit einem Zusatz von 1-10%, vorzugsweise etwa 2 oder 8% Nickel oder ein Stahlpul­ ver aus X2 Cr Ni Mo 17 13 2 oder X2 Cr 17 als Metallpulver.
Das in der Station 1 erzeugte flüssige oder pastenförmige Mischmaterial 5 wird in der zweiten Arbeitsstation 6 in einen Behälter 7 eingefüllt, in dem ein Träger 8 angeordnet ist. Der Träger 8 ist so positionierbar, daß zwischen seiner Ober­ fläche und der Oberfläche des eingefüllten Mischmaterials 5 eine Schicht des Mischmaterials 5 mit einer vorgegebenen Dicke vorliegt; diese Schicht wird mittels eines von einem Laser 9 erzeugten und über eine Umlenkeinrichtung 10 gesteu­ erten Laserstrahls an vorgegebenen, dem Objekt entsprechenden Stellen bestrahlt, wodurch das Kunststoffmaterial um die darin eingeschlossenen Füllmaterialkörner polymerisiert bzw. sintert und so eine der Form des Objekts entsprechende feste Schicht bildet. Das gesamte Objekt 11 wird in gleicher Weise aus einer Mehrzahl solcher Schichten gebildet.
Nach der Verfestigung der letzten Schicht in der Arbeitssta­ tion 6 wird das Objekt 11 daraus entfernt und von Resten des noch flüssigen bzw. pulverförmigen Mischmaterials befreit. Danach wird das Objekt 11 in einer dritten Arbeitsstation 12 in einen mit einer Heizung 14 versehenen Ofen 13 gebracht und dort zum Entfernen des Kunststoffmaterials 2 erhitzt. Dieses Entfernen kann beispielsweise thermisch erfolgen, wobei das Objekt 11 soweit erhitzt wird, daß das Material 2 verdampft; vorzugsweise erfolgt dieses Entfernen jedoch katalytisch, wo­ bei das Kunststoffmaterial durch Erwärmen auf etwa 110-140°C unter dem Einfluß einer durch eine Gaszufuhr 15 zugeführten Gasmischung aus Stickstoff und wenigen Prozent gasförmiger Salpetersäure zersetzt wird. Die Zersetzung verläuft dabei von außen nach innen, so daß sich kein Innendruck aufbauen und das Objekt 11 zerstören kann.
Nach dem Entfernen des Kunststoffmaterials 2 in der Arbeit­ station 12 verbleibt ein nur aus dem zusammenhaftenden pulverförmigen Füllmaterial bestehendes Objekt 11. Dieses Ob­ jekt wird in einer vierten Arbeitsstation 16 in einen Sinterofen 17 eingebracht und dort bei einer dem Füllmaterial entsprechenden Temperatur gesintert, so daß eine gewünschte Festigkeit und Oberflächengüte erreicht wird.
Bei der Verfestigung des Objekts wird der Lichtstrahl an der Oberfläche des Füllmaterials 3 gestreut, so daß sich keine scharfe Grenze von verfestigtem zu nicht verfestigtem Mate­ rial einstellt. Der üblicherweise bei stereographischen Ver­ fahren auftretende "Treppeneffekt" der Oberfläche aufgrund des schichtweisen Aufbaus wird daher vermieden bzw. ist stark verringert und die Oberflächengüte ist erheblich verbessert. Besonders deutlich ist diese Verbesserung bei keramischem Füllmaterial.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, anstelle einer Mischung von flüssigem Kunststoff und pulverförmigem Füllmaterial so­ wohl pulverförmigen Kunststoff mit pulverförmigem Füllmate­ rial als auch kunststoffummanteltes Füllmaterial in Pulver­ form zu verwenden. Im letzteren Fall entfällt dann der Mischvorgang.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen eines Objekts, bei dem das Objekt schichtweise durch Aufbringen einer Schicht eines verfestigbaren Materials und anschließendes Verfestigen dieses Materials an den dem Objekt entsprechenden Stellen der Schicht durch Einwirkung einer elektromagnetischen Strahlung hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Material eine Kombination aus verfestigbarem Kunststoffmaterial mit einem Füllmaterial in Form von Keramik- oder Metallpulver verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunststoffmaterial vor der Verfestigung das Füllmaterial zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges oder pulverför­ miges Kunststoffmaterial mit dem Füllmaterial gemischt wird.
4, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kunststoffummanteltes Füll­ material in Pulverform verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Verfestigung des Objekts das Kunststoffmaterial entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch Einwir­ kung von Wärme, chemische Zersetzung oder katalytisch entfernt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung durch Wärme­ einwirkung in einem Ofen bei einer Temperatur von 110-140°C erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofen eine Stickstoffatmo­ sphäre, die wenige Prozent gasförmige Salpetersäure ent­ hält, vorliegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem oder nach dem Entfernen des Materials das Füllmaterial zusammengesintert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllmaterial Carbonyleisen, Carbonyleisen mit etwa 2% Nickel, Carbonyleisen mit etwa 8% Nickel, ein Stahl X2 Cr Ni Mo 17 13 2 oder X2 Cr 17 verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllmaterial Aluminiumoxid, tetragonales Zirkonoxid oder Silizium­ nitrid verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial derart ge­ wählt wird, daß die elektromagnetische Strahlung an des­ sen Oberfläche gestreut wird und damit eine Glättung der bei der Verfestigung der Schichten entstehenden Stufen bewirkt.
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