EP4366950A1 - Verfahren zum herstellen von formteilen aus carbon oder graphit mittels 3d-druck - Google Patents

Verfahren zum herstellen von formteilen aus carbon oder graphit mittels 3d-druck

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EP4366950A1
EP4366950A1 EP22744438.7A EP22744438A EP4366950A1 EP 4366950 A1 EP4366950 A1 EP 4366950A1 EP 22744438 A EP22744438 A EP 22744438A EP 4366950 A1 EP4366950 A1 EP 4366950A1
Authority
EP
European Patent Office
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molded part
temperature
mixture
radiation
printer
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.)
Pending
Application number
EP22744438.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Kornmeyer
David Klein
Michael GERADS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Kornmeyer Carbon Group GmbH
Original Assignee
Nippon Kornmeyer Carbon Group GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Kornmeyer Carbon Group GmbH filed Critical Nippon Kornmeyer Carbon Group GmbH
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    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
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    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6581—Total pressure below 1 atmosphere, e.g. vacuum

Definitions

  • the invention relates to a method for producing molded parts made of carbon or graphite using 3D printing.
  • Such molded parts made of graphite which are also suitable for high-temperature applications, for example, can be any three-dimensional components, such as linings for furnaces, structural components or any hollow body, such as seals, sliding bodies or the like.
  • a suitable carbonaceous and moldable mass must generally be produced.
  • a suitable binder such as a thermoplastic binder.
  • Pitch based on coal tar or petroleum pitch or synthetic resins can also be used as binders.
  • This blank is then carbonized in an oven at around 3,000 °C, during which the binder is converted into volatile components decomposed. Carbon and binder coke remain as remnants of the binder in the form of a porous structure.
  • the green molding can also be used as a resistance element in an oven or the like. arranged between electrodes and heated by current flow until complete carbonization.
  • the finished carbonized components can also be post-processed mechanically, e.g. B. are smoothed.
  • a method for 3D printing of a 3-dimensional object has become known from EP 3359 218 Bl, which comprises the following steps:
  • the relatively low stability of the printed blank is also critical here, as far as its further handling before solidification is concerned.
  • WO 95/32824 A1 relates to a method for use in foundry technology as a further publication relating to the general prior art. With the process, a mold is made from a thermosetting material by layer-by-layer selective solidification of layers
  • the molding material produced under the influence of electromagnetic radiation.
  • the molding material consists of a material that is inert to electromagnetic radiation and a second material that can be cured by electromagnetic radiation, as a result of which the molding material is solidified.
  • the first material consists of various sands, carbon sand, fused silica, or metal or ceramic powder and the second material consists of various
  • US 2016/0114529 A1 relates to a device for producing a three-dimensional object, which is done by laminating layers using a resin that can be crosslinked by means of UV radiation and subsequent heat treatment.
  • US 2019/0047173 A1 describes a method and material for the additive manufacturing of a material containing ceramics.
  • the ceramic-containing material is mixed with a hardenable resin in a specified ratio and applied in layers with a 3D printer.
  • the object of the invention is now to create a method for producing molded parts made of carbon or graphite by means of 3D printing, which is particularly easy to implement and which also allows complex ones
  • a solvent can also be admixed to the radiation-transmissive and polymerizable polymer or cellulose.
  • the solvents used are dimethyl sulfoxide (DMSO),
  • DMF dimethylformamide
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • the pre-hardened molded part is stabilized by uniformly heating it in the oven to a stabilization temperature and then briefly tempering it at a constant temperature.
  • the stabilization of the prefabricated molded part is preferably carried out over a period of several hours, depending on the size of the molded part, at a temperature of 200° C. to a maximum of 450° C. and preferably 250° C.
  • the carbonization of the molded part takes place in the furnace under protective gas or in a vacuum at a temperature of approx. 1,000°C.
  • the graphitization takes place in the furnace under protective gas or in a vacuum at a temperature of 2,000° C., full graphitization being carried out at a temperature of >2,500°C.
  • the graphitization of the molded part is preferably carried out at a pressure of 700 mbar under argon as protective gas or in a vacuum with a heating ramp of 1° C. min.
  • a metal or silicon oxide can also be added to the polymer mixture, so that after the prefabrication of the molded part with the 3D printer and its subsequent stabilization, a high-temperature treatment at > 1,000 °C can be carried out in order to form metal or silicon carbides care must be taken that the mixture does not become opaque to UV radiation, as would be the case, for example, when adding pitch.
  • the metal or silicon oxides are usually UV-transparent, so that UV radiation can easily pass through.
  • pure silicon or pure metal can also be mixed into the polymeric mixture, but then only thin layers can be printed because the penetration depth of the UV radiation is only very small.
  • the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
  • a solvent such as DMSO, can also be admixed to the radiation-transmissive and polymerizable polymer or cellulose.
  • PAN polyacrylonitrile
  • other polymerizable and thus stabilizeable polymers or cellulose can also be used.
  • the prerequisite is that the polymers or cellulose used allow UV radiation to pass through.
  • PAN polyacrylonitrile
  • DMSO Dimethyl sulfoxide
  • DMF dimethylformamide
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • the UV-curable resin can be a DLP Photopolymer resin (resin) or an SLA resin (resin), or another suitable resin that is transparent to UV radiation.
  • metal oxides such as silicon oxide
  • a molded part is then produced by layer-by-layer printing of the polymer mixture with a 3D printer with simultaneous exposure to UV radiation for layer-by-layer crosslinking of the UV-sensitive resin.
  • Radiation from a beamer with the UV filter removed is sufficient for cross-linking the UV-sensitive resin in layers.
  • the precured molded part produced in this way is then immediately stabilized in air in an oven at a temperature of 200° C.-maximum 450° C., preferably at a temperature of 250° C., with volatile components outgassing from the precured molded part.
  • UV-sensitive resin which is crosslinked/hardened under the influence of UV radiation, makes it possible to print a molded part that achieves sufficient stability during the printing process to allow handling of the same for the further to enable manufacturing steps.
  • the UV-cured molded part is stabilized by uniformly heating the molded part in the oven to Stabilization temperature and subsequent brief annealing at constant temperature until all volatile components of the mixture have outgassed.
  • the stabilization is preferably carried out over a period of several hours, depending on the size of the molded part.
  • the furnace is further heated to a temperature required for complete graphitization.
  • the prefabricated molded part After the prefabricated molded part has been stabilized, it is carbonized in the furnace under protective gas or in a vacuum at a temperature of approx. 1,000 °C.
  • the prefabricated molded part can be graphitized in the furnace under a protective gas or in a vacuum at a temperature of 2,000 °C, with full graphitization being able to be achieved at a temperature of >2,500 °C.
  • the graphitization of the molded part is preferably carried out at a pressure of 700 mbar under argon as protective gas or in a vacuum with a heating ramp of 1°C min.
  • argon as protective gas
  • other noble gases such as neon, krypton, xenon can also be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum einfachen Herstellen von Formteilen aus Carbon oder Graphit mittels 3D-Druck. Erreicht wird das durch Herstellen einer fließfähigen polymeren Mischung aus einem für UV-Strahlung durchlässigen und polymerisierbaren Polymer oder Zellulose sowie einem durch UV-Strahlung vernetzbaren Harz und wobei der polymeren Mischung Zucker und/oder Zellstoff zugemischt wird, bis die Mischung eine derartige Konsistenz aufweist, dass diese in einen 3D-Drucker gefüllt und durch diesen verarbeitet werden kann, und Homogenisieren der Mischung bei Raumtemperatur, oder erhöhter Temperatur bis ca. 60 °C, Befüllen eines 3D-Druckers mit der Mischung, und schicht- weises Drucken eines Formteiles mit dem 3D-Drucker unter gleichzeitiger Einwirkung von UV-Strahlung zum schichtweisen Vernetzen des durch UV-Strahlung vernetzbaren Harzes, Reinigen des Formteiles, Einbringen des mit UV-Strahlung vorgehärteten Formteiles in einen Ofen und Stabilisieren des mit UV-Strahlung vorgehärteten Formteiles in Luft bei einer vorgegebenen Stabilisierungstemperatur, bis sämtliche flüchtigen Bestandteile aus dem vorgefertigten Formteil ausgegast sind, und anschließende Hochtemperaturbehandlung des Formteiles zum Carbonisieren oder Graphitieren in einem Ofen unter Schutzgas.

Description

Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Carbon oder
Graphit mittels 3D-Druck Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Carbon oder Graphit mittels 3D-Druck.
Derartige Formteile aus Graphit, die beispielsweise auch für Hochtemperaturanwendungen geeignet sind, können beliebige dreidimensionale Bauteile sein, wie Auskleidungen für Öfen, Konstruktionsbauteile oder auch beliebige Hohlkörper, wie Dichtungen, Gleitkörper o.dgl.
Da die Formteile durch einfaches Ausformen von Ruß oder Graphit und nachfolgendes Sintern nicht hergestellt werden können, muss im Allgemeinen eine geeignete kohlenstoff- haltige und formbare Masse hergestellt werden. Dazu ist es üblich, Ruß, Kokse oder Graphite in Form eines Granulates mit einem geeigneten Binder, wie einem thermoplastischen Binder, zu vermischen. Als Bindemittel kommen auch Pech auf Steinkohlenteer- oder Petrolpechbasis oder auch Kunstharze in Betracht.
Diese Mischungen werden anschließend durch Pressen zu einem grünen Formteil durch isostatisches Pressen in einer geeigneten Form zu einem so genannten grünen Rohling geformt. Anschließend muss der Rohling aus der Form entnommen werden, was ein durchaus kritischer Vorgang ist, weil der Rohling hierbei leicht beschädigt werden kann.
Dieser Rohling wird dann in einem Ofen bei etwa 3.000 °C carbonisiert, wobei sich das Bindemittel in flüchtige Bestandteile zersetzt. Übrig bleiben Kohlenstoff und Binderkoks als Überbleibsel des Bindemittels in Form eines porigen Gefüges.
Alternativ kann das grüne Formteil auch als ein Widerstandselement in einem Ofen o.dgl. zwischen Elektroden angeordnet und durch Stromfluss bis zur vollständigen Carbonisierung erhitzt werden.
Es versteht sich, dass ein solches Verfahren verhältnismäßig aufwändig zu realisieren ist, wobei besonders der Vorgang der Entnahme des Rohlings aus der Form infolge der zu diesem Zeitpunkt geringen Festigkeit des Rohlings kritisch ist. Zumeist handelt es sich um rotationssymmetrische Bauteile, die auf diese Weise hergestellt werden. Kompliziert aufgebaute dreidimensionale Bauteile, die auch Durchbrüche oder sonstige Öffnungen enthalten, lassen sich mit einem solchen Verfahren nicht hersteilen.
Die fertiggestellten carbonisierten Bauteile können schlussendlich auch mechanisch nachbearbeitet, z. B. geglättet, werden. Aus der EP 3359 218 Bl ist ein Verfahren zum 3D-Drucken eines 3-dimensionalen Objekts bekannt geworden, das folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen einer Suspension, umfassend 50-95 Gew.-% der gesamten Suspension aus zumindest einem keramischen Material und/oder einem festen kohlenstoffhaltigen Material, wobei das kohlenstoffhaltige Material aus Graphit, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren und anderen Allotropen von Kohlenstoff bestehen kann, sowie zumindest 5 Gew.-% der gesamten Suspension von einer oder mehreren Fettsäuren; 3D-Drucken des gewünschten Objekts unter Verwendung der Suspension als ein Ausgangsmaterial, wobei der 3D- Druckprozess Robocasting, Direct-Ink-Writing, Tintenstrahldrucken, Bindemitteljetting, selektives Wärmesintern, selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen, Stereolithographie, Filamentdruck, Pelletdruck, Pulverdruck, Freiformherstellung, Rapid- Prototyping oder Abscheidung aus einem Roboterarm umfassen kann. Verfestigen des gedruckten Materials durch ein Verfahren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sintern, Schmelzen und/oder Infiltrieren des 3D-gedruckten Materials.
Kritisch ist auch hier die relativ geringe Stabilität des gedruckten Rohlings, was dessen weitere Handhabung vor dem Verfestigen betrifft.
Als weitere Veröffentlichungen zum allgemeinen Stand der Technik bezieht sich die WO 95/32824 Al auf ein Verfahren für den Einsatz in der Gießereitechnik. Mit dem Verfahren wird eine Gussform aus einem warmhärtenden Material durch schichtweises selektives Verfestigen von Schichten aus
Formstoff unter Einwirkung elektromagnetischer Strahlung hergestellt. Der Formstoff besteht aus einem gegen elektromagnetische Strahlung inerten Material und einem zweiten Material, das durch elektromagnetische Strahlung aushärtbar ist, wodurch der Formstoff verfestigt wird.
Das erste Material besteht aus verschiedenen Sanden, Carbonsand, Quarzgut, oder auch aus Metall- oder Keramikpulver und das zweite Material aus verschiedenen
Harzen. Weiterhin bezieht sich die US 2016/0114529 Al auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes, was durch Laminieren von Schichten mit Hilfe eines mittels UV-Strahlung vernetzbaren Harzes und nachfolgender Wärmebehandlung erfolgt.
Schließlich wird in der US 2019/0047173 Al ein Verfahren und Material zur additiven Fertigung eines Keramik enthaltenden Materials beschrieben. Dazu wird das Keramik enthaltende Material mit einem härtbaren Harz in einem vorgegebenen Verhältnis gemischt und mit einem 3D-Drucker schichtweise aufgetragen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Carbon oder Graphit mittels 3D-Druck zu schaffen, das besonders einfach zu realisieren ist und das es auch erlaubt, auch komplexe
Formteile ohne mechanische Nachbearbeitung herzustellen.
Erreicht wird das durch ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Carbon oder Graphit, durch
Herstellen einer fließfähigen polymeren Mischung aus einem für UV-Strahlung durchlässigen und polymerisierbaren Polymer oder Zellulose sowie einem durch UV-Strahlung vernetzbaren Harz und wobei der polymeren Mischung Zucker und/oder Zellstoff zugemischt wird, bis die Mischung eine derartige Konsistenz aufweist, dass diese in einen 3D- Drucker gefüllt und durch diesen verarbeitet werden kann
Homogenisieren der Mischung bei Raumtemperatur, oder erhöhter Temperatur bis ca. 60 °C,
Befüllen eines 3D-Druckers mit der Mischung schichtweises Drucken eines Formteiles mit dem 3D- Drucker unter gleichzeitiger Einwirkung von UV-Strahlung zum schichtweisen Vernetzen des durch UV-Strahlung vernetzbaren Harzes, Reinigen des Formteiles, insbesondere von
Flüssigkeitsrückständen und Fremdpartikeln,
Einbringen des Formteiles in einen Ofen und Stabilisieren des mit UV-Strahlung vorgehärteten Formteiles in Luft bei einer vorgegebenen Stabilisierungstemperatur, bis sämtliche flüchtigen Bestandteile aus dem vorgefertigten Formteil ausgegast sind, und anschließende Hochtemperaturbehandlung des Formteiles zum Carbonisieren oder Graphitieren in einem Ofen unter Schutzgas. Der fließfähigen polymeren Mischung aus einem für UV-
Strahlung durchlässigen und polymerisierbaren Polymer oder Zellulose kann auch ein Lösemittel beigemischt sein.
Als stabilisierbares Polymer wird Polyacrylnitril (PAN) verwendet, das in einem Lösemittel gelöst sein kann. Als Lösemittel kommen Dimethylsulfoxid (DMSO),
Dimethylformamid (DMF) oder N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) in Betracht, wobei wegen der geringeren Gesundheitsgefahr (DMSO) bevorzugt wird.
In einer Fortführung der Erfindung wird das Stabilisieren des vorgehärteten Formteiles durch gleichmäßiges Aufheizen desselben in dem Ofen bis auf eine Stabilisierungstemperatur und anschließendes kurzzeitiges Tempern bei gleichbleibender Temperatur vorgenommen. Bevorzugt wird das Stabilisieren des vorgefertigten Formteiles über eine Zeitdauer von mehreren Stunden in Abhängigkeit von der Größe des Formteiles bei einer Temperatur von 200 °C bis maximal 450 °C und bevorzugt von 250 °C vorgenommen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Carbonisieren des Formteiles in dem Ofen unter Schutzgas oder im Vakuum bei einer Temperatur von ca. 1.000 °C.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Graphitieren in dem Ofen unter Schutzgas oder im Vakuum bei einer Temperatur ab 2.000 °C, wobei ein Voll Graphitieren bei einer Temperatur von >2.500 °C vorgenommen wird.
Bevorzugt erfolgt das Graphitieren des Formteiles bei einem Druck von 700 mbar unter Argon als Schutzgas oder im Vakuum mit einer Heizrampe von 1°C min.
Der polymeren Mischung kann auch ein Metall- oder Siliziumoxid beigemischt werden, so dass nach der Vorfertigung des Formteiles mit dem 3D-Drucker und dessen nachfolgender Stabilisierung eine Hochtemperaturbehandlung bei > 1.000 °C vorgenommen werden kann, um Metall- oder Siliziumcarbide zu bilden, wobei darauf geachtet werden muss, dass die Mischung nicht intransparent für UV-Strahlung wird, wie dies beispielsweise beim Beimischen von Pech der Fall wäre. Die Metall- oder Siliziumoxide sind in der Regel UV-transparent, so dass UV-Strahlung gut durchgelassen wird.
Alternativ kann grundsätzlich auch reines Silizium oder reines Metall der polymeren Mischung beigemischt werden, allerdings können dann nur dünne Schichten gedruckt werden, weil die Eindringtiefe der UV-Strahlung nur sehr gering ist. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Für die Herstellung von Formteilen aus Graphit mit einem 3D- Drucker ist es erforderlich, zunächst eine polymere Mischung aus einem stabilisierbaren Polymer, sowie einem durch UV- Strahlung vernetzbaren Harz herzustellen, wobei der polymeren Mischung Zucker und/oder Zellstoff zugemischt wird, bis die polymere Mischung eine Konsistenz aufweist, um mit einem 3D-Drucker verarbeitet werden zu können. Der fließfähigen polymeren Mischung aus einem für UV-
Strahlung durchlässigen und polymerisierbaren Polymer oder Zellulose kann auch ein Lösemittel, wie DMSO, beigemischt sein.
Als stabilisierbares Polymer wird Polyacrylnitril (PAN) verwendet, das in einem Lösemittel gelöst sein kann.
Anstelle von Polyacrylnitril (PAN) können grundsätzlich auch andere polymerisierbare und damit stabilisierbare Polymere oder Zellstoff verwendet werden. Voraussetzung ist, dass die verwendeten Polymere oder der Zellulose UV-Strahlung durchlassen.
Es ist auch grundsätzlich möglich, das Polyacrylnitril (PAN) in einem Lösemittel zu lösen, oder vollständig durch Zellstoff zu ersetzen.
Als Lösemittel kommen Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylformamid (DMF) oder N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) in Betracht, wobei wegen der geringeren Gesundheitsgefahr DMSO bevorzugt wird.
Das durch UV-Strahlung vernetzbare Harz kann ein DLP Photopolymer Resin (Harz) oder ein SLA Resin (Harz), oder auch ein anderes geeignetes für UV-Strahlung transparentes Harz sein.
Zusätzlich können der polymeren Mischung auch Metalloxide, wie Siliziumoxid, beigemischt werden, wobei darauf geachtet werden muss, dass die Mischung nicht intransparent für UV- Strahlung wird, wie dies beispielsweise beim Beimischen von Pech der Fall wäre.
Anschließend wird ein Formteil durch schichtweises Drucken der polymeren Mischung mit einem 3D-Drucker unter gleichzeitiger Einwirkung von UV-Strahlung zum schichtweisen Vernetzen des UV sensiblen Harzes hergestellt.
Für das schichtweise Vernetzen des UV sensiblen Harzes genügt die Strahlung eines Beamers, bei dem der UV-Filter entfernt worden ist.
Das auf diese Weise hergestellte vorgehärtete Formteil wird unmittelbar anschließend in einen Ofen bei einer Temperatur von 200 °C - maximal 450 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von 250 °C, in Luft stabilisiert, wobei flüchtige Bestandteile aus dem vorgehärteten Formteil ausgasen.
Durch die Verwendung des für UV-Strahlung sensiblen Harzes, das unter Einwirkung der UV-Strahlung vernetzt/gehärtet wird, ist es überhaupt erst möglich, ein Formteil zu drucken, dass während dem Druckvorgang eine ausreichende Stabilität erreicht, um eine Handhabung desselben für die weiteren Herstellungsschritte zu ermöglichen.
Das Stabilisieren des UV gehärteten Formteiles erfolgt durch gleichmäßiges Aufheizen des Formteiles in dem Ofen bis zur Stabilisierungstemperatur und anschließendes kurzzeitiges Tempern bei gleichbleibender Temperatur, bis sämtliche flüchtigen Bestandteile der Mischung ausgegast sind.
Bevorzugt wird das Stabilisieren über eine Zeitdauer von mehreren Stunden in Abhängigkeit von der Größe des Formteiles vorgenommen.
Für das nachfolgende Graphitieren wird der Ofen auf eine für das vollständige Graphitieren notwendigen Temperatur weiter aufgeheizt. Nach dem Stabilisieren des vorgefertigten Formteiles wird dieses in dem Ofen unter Schutzgas oder im Vakuum bei einer Temperatur von ca. 1.000 °C carbonisiert.
Alternativ kann das vorgefertigte Formteil in dem Ofen unter einem Schutzgas oder im Vakuum bei einer Temperatur ab 2.000 °C graphitiert werden, wobei ein Voll Graphitieren bei einer Temperatur von >2.500 °C erreicht werden kann.
Bevorzugt erfolgt das Graphitieren des Formteiles bei einem Druck von 700 mbar unter Argon als Schutzgas oder im Vakuum mit einer Heizrampe von 1°C min. Wobei grundsätzlich auch andere Edelgase wie, Neon, Krypton, Xenon, verwendet werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Carbon oder
Graphit mittels 3D-Druck
Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Carbon oder
Graphit mittels 3D-Druck, gekennzeichnet durch
Herstellen einer fließfähigen polymeren Mischung aus einem für UV-Strahlung durchlässigen und polymerisierbaren Polymer oder Zellulose sowie einem durch UV-Strahlung vernetzbaren Harz und wobei der polymeren Mischung Zucker und/oder Zellstoff zugemischt wird, bis die Mischung eine derartige Konsistenz aufweist, dass diese in einen 3D- Drucker gefüllt und durch diesen verarbeitet werden kann, und Homogenisieren der Mischung bei Raumtemperatur, oder erhöhter Temperatur bis ca. 60 °C,
Befüllen eines 3D-Druckers mit der Mischung, und schichtweises Drucken eines Formteiles mit dem 3D- Drucker unter gleichzeitiger Einwirkung von UV-Strahlung zum schichtweisen Vernetzen des durch UV-Strahlung vernetzbaren Harzes,
Reinigen des Formteiles, insbesondere von Flüssigkeitsrückständen und Fremdpartikeln,
Einbringen des mit UV-Strahlung vorgehärteten Formteiles in einen Ofen und Stabilisieren des mit UV- Strahlung vorgehärteten Formteiles in Luft bei einer vorgegebenen Stabilisierungstemperatur, bis sämtliche flüchtigen Bestandteile aus dem vorgefertigten Formteil ausgegast sind, und anschließende Hochtemperaturbehandlung des Formteiles zum Carbonisieren oder Graphitieren in einem Ofen unter Schutzgas.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der fließfähigen polymeren Mischung aus einem für UV-Strahlung durchlässigen und polymerisierbaren Polymer oder Zellulose ein Lösemittel beigemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als stabilisierbares Polymer Polyacrylnitril (PAN) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyacrylnitril in einem Lösemittel gelöst ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösemittel Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylformamid (DMF) oder N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) verwendet werden, wobei Dimethylsulfoxid (DMSO) bevorzugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisieren des mit UV-Strahlung vorgehärteten Formteiles durch gleichmäßiges Aufheizen des vorgehärteten Formteiles in dem Ofen bis zu einer vorgegebenen Stabilisierungstemperatur und anschließendem kurzzeitigem Tempern bei gleichbleibender Temperatur vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisieren des vorgefertigten Formteiles über eine Zeitdauer von mehreren Stunden bei einer Temperatur von
200 °C bis maximal 450 °C und bevorzugt von 250 °C vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil nach dem Stabilisieren in dem Ofen unter Schutzgas oder im Vakuum bei einer Temperatur um 1.000 °C carbonisiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgefertigte Formteil in dem Ofen unter einem Schutzgas oder im Vakuum bei einer Temperatur ab 2.000 °C graphitiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Voll Graphitieren des vorgefertigten Formteiles bei einer Temperatur von > 2.500 °C unter einem Schutzgas oder im Vakuum durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Carbonisieren oder Graphitieren des vorgefertigten Formteiles bei einem Druck von 700 mbar unter Argon als Schutzgas mit einer Heizrampe von l°C/min vorgenommen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der polymeren Mischung ein Metall- oder Siliziumoxid beigemischt wird, so dass nach der Vorfertigung des Formteiles mit dem 3D-Drucker und dessen nachfolgender Stabilisierung eine Hochtemperaturbehandlung bei > 1.000 °C vorgenommen werden kann, um Metall- oder Siliziumcarbide zu bilden.
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