EP0637281A1 - Verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts

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EP0637281A1
EP0637281A1 EP94904612A EP94904612A EP0637281A1 EP 0637281 A1 EP0637281 A1 EP 0637281A1 EP 94904612 A EP94904612 A EP 94904612A EP 94904612 A EP94904612 A EP 94904612A EP 0637281 A1 EP0637281 A1 EP 0637281A1
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an object according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is therefore to create a method by means of which the material properties of the object, in particular its strength, temperature resistance and surface quality, can be improved.
  • a polymerizable plastic 2 and a filling material 3 are processed into a homogeneous mixture 5, for example by stirring 4.
  • Any liquid or powder material that can be solidified by the action of electromagnetic radiation can be considered as plastic. Examples of this can be found in the above-mentioned EP-A-0 171 069.
  • Ceramic or metal powder is used as filler material, preferably aluminum oxide, tetragonal zirconium oxide or silicon nitride as ceramic powder and carbonyl iron either pure or with an addition of 1-10%, preferably about 2 or 8% nickel or a steel powder made of X2 Cr Ni Mo 17 13 2 or X2 Cr 17 as metal powder.
  • the liquid or pasty mixing material 5 produced in the station 1 is filled in the second work station 6 into a container 7 in which a carrier 8 is arranged.
  • the carrier 8 can be positioned in such a way that a layer of the mixed material 5 with a predetermined thickness is present between its surface and the surface of the mixed material 5 filled; this layer is irradiated by means of a laser beam generated by a laser 9 and controlled by a deflection device 10 at predetermined locations corresponding to the object, as a result of which the plastic material polymerizes or sinters around the filling material grains enclosed therein and thus a solid layer corresponding to the shape of the object forms.
  • the entire object 11 is formed in the same way from a plurality of such layers.
  • the object 11 is removed therefrom and residues of the still liquid or powdery mixed material are removed.
  • the object 11 is then in a third work station 12 brought into a heater 13 provided with a heater 14 and heated there to remove the plastic material 2.
  • This removal can take place, for example, thermally, the object 11 being heated to such an extent that the material 2 evaporates;
  • this removal is preferably carried out catalytically, the plastic being decomposed aterially by heating to about 110-140 ° C. under the influence of a gas mixture of nitrogen and a few percent gaseous nitric acid supplied by a gas supply 15.
  • the decomposition runs from the outside in, so that no internal pressure builds up and can destroy the object 11.
  • the light beam is scattered on the surface of the filling material 3, so that there is no sharp boundary between solidified and non-solidified material.
  • the "step effect" of the surface which usually occurs in stereographic processes due to the layered structure is therefore avoided or is greatly reduced and the surface quality is considerably improved. This improvement is particularly evident with ceramic filling material.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Objekts, bei dem einzelne Schichten des Objekts durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung auf ein verfestigbares Material verfestigt werden, sollen die Festigkeit und die Temperaturbeständigkeit des Objekts verbessert werden. Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß dem Material ein Füllmaterial in Form von Keramik- oder Metallpulver zugesetzt wird.

Description

Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Ob¬ jekts 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, polymerisierbaren Kunststoff eine flüssige Kunststoffschicht gebildet, die danach an dem Objekt entspre¬ chenden 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 gegebenfalls nachgehärtet.
Damit wird nach der bekannten Methode ein Objekt aus polymerisiertem Kunststoff erhalten. Dieses Material genügt jedoch oft aufgrund seiner geringen Festigkeit und Temperaturbeständigkeit nicht den Anforderungen der Praxis.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaf¬ fen, mit dem die Materialeigenschaften des Objekts, insbeson¬ dere dessen Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Oberflä- chenbeschaffenheit, verbessert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge¬ kennzeichnet. 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 Kunststoff aterial 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, sodaß 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, sodaß eine gewünschte Festigkeit und Oberflächengüte erreicht wird.
Bei der Verfestigung des Objekts wird der Lichtstrahl an der Oberfläche des Füllmaterials 3 gestreut, sodaß 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

_ 9.4_/,1-9-_1--7,4_Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Objekts, bei dem einzelne Schichten des Objekts aus mittels elektromagnetischer Strahlung verfestigbarem Material nacheinander durch Einwirkung einer elektromagnetischen Strahlung verfestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Material eine Kombina¬ tion aus verfestigbarem Kunststoffmaterial mit einem Füllmaterial in Form von Keramik- oder Metallpulver ver¬ wendet 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. 94/19174
5
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.
EP94904612A 1993-02-19 1993-12-30 Verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts Withdrawn EP0637281A1 (de)

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