WO2020120570A1 - Vorrichtung zur generativen fertigung eines dreidimensionalen werkstücks aus einer aluminiumhaltigen metallschmelze - Google Patents

Vorrichtung zur generativen fertigung eines dreidimensionalen werkstücks aus einer aluminiumhaltigen metallschmelze Download PDF

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WO2020120570A1
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nozzle plate
aluminum
hollow cylinder
bore
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Eberhard Maier
Peter Voehringer
Benjamin Schweizer
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Robert Bosch Gmbh
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    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/22—Direct deposition of molten metal
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a device for the additive manufacturing of a three-dimensional workpiece from an aluminum-containing one
  • Molten metal in particular an molten aluminum.
  • Generative manufacturing includes in particular 3D printing processes in which liquid or solid materials are layered into a three-dimensional one
  • the workpiece Liquid materials are applied to a workpiece carrier in the form of individual drops. Solid materials, for example in the form of powders, are melted locally.
  • the present invention relates to a 3D printing device that uses only liquid materials.
  • the device comprises an actuator device, by means of which a volume of the reservoir for generating a pressure wave can be reduced.
  • the pressure wave causes at least part of the fluid received in the reservoir to be output via the outlet device and applied to the workpiece carrier.
  • the actuator device has a membrane, which is formed in or as an outer wall of the reservoir and is elastic is deformable.
  • the actuator device comprises a movable piston, by means of which the elastic deformation of the membrane can be effected when an eddy current actuator or a magnetic actuator is actuated.
  • the published patent application DE102016224047A1 shows a print head for a 3D printer, in particular a metal printer, comprising a housing, a device for feeding a metal, a piston, a reservoir with a
  • the reservoir has a melting area and a displacement space for a liquid phase of the metal, the melting area being adjacent to an inert atmosphere and with the
  • Displacement chamber is connected such that the liquid phase of the metal can be excited to pass through the outlet opening by the displacement of the piston. Furthermore, the outlet opening is designed for ejecting drops of the liquid phase of the metal, the outlet opening being in the form of a nozzle and being able to be fixedly connected to the crucible, or having an exchangeable insert which uses different ones
  • a contact surface is created for exchangeable inserts. It is problematic if there are leaks at this sealing point of the exchangeable inserts. Since temperatures of more than 600 ° C occur during the intended use, only a few seals can be considered. The easiest way is to make the two surfaces in contact as flat as possible, which creates a very small gap through which the liquid metal can hardly penetrate. Furthermore, leaks occur at the sealing point when high pressures in the
  • Compression space occur due to the actuation or when the print head is emptied, a static excess pressure of the molten metal is pressed into the gap for a long time.
  • Aluphilic nozzle material tends to be designed to achieve small contact angles to the melt. This seems to be the right way to fill a nozzle hole permanently. However, this creates a supportive leak Capillary forces, which have a counterproductive effect on tightness.
  • the invention has for its object to provide a print head for a 3D printer with a nozzle device, which is designed such that leakage is prevented. Seals are often not temperature-resistant or decompose due to the highly reactive melt.
  • three-dimensional workpiece made of a molten metal, in particular an molten aluminum, comprises a receiving the molten metal
  • Compression space which is delimited by a reciprocating piston and by a nozzle body with a nozzle bore for the pot-shaped delivery of the molten metal, the nozzle body comprising a nozzle plate and a hollow cylinder for radially delimiting the compression space.
  • the nozzle plate has an area pointing towards the compression space, which is made of a metallophilic, in particular aluphilic material or has a coating with a metallophilic, in particular aluphilic material.
  • a contact area is formed between the nozzle plate and the hollow cylinder, in which area the nozzle plate and / or the hollow cylinder are made of a metallophopic, in particular aluminum, or have a coating with a metallophopic, in particular aluminum.
  • Metallophile means that the contact angle between the molten metal and the surface made of the aluminum material is comparatively small. This causes the surface to be wetted with the molten metal improved. This has the advantage that the droplet detachment only takes place at the end of the nozzle bore and not already within the nozzle bore. A premature detachment of drops can thus be counteracted. It is also ensured that after the creation of a drop, the nozzle bore remains filled with molten metal, so that the next drop can be formed from this immediately. The process can thus be designed to be highly dynamic, in particular the drop frequency can be increased. For example, a drop frequency of 500 to 1000 Hz can be realized without the disadvantages mentioned at the outset.
  • the embodiment according to the invention advantageously ensures an optimized sealing surface, since the contact angle between the nozzle body and the melt is increased by the fact that an aluminum-like behavior occurs due to an additional coating. This removes the influence of the capillary forces. Penetrating liquid aluminum is repelled, so to speak.
  • the aluminum material is silicon nitride.
  • Silicon nitride has optimal properties for the intended area of use in relation to metal melts containing aluminum. In particular, the contact angle between the aluminum-containing
  • Metal melt and the surface consisting of silicon nitride can be reduced.
  • the aluminum material can be, for example, a ceramic material - in particular aluminum oxide, boron nitride and niobium or the like as a metallic coating.
  • the coating on the contact surface with e.g. Niobium oxide or boron nitride is advantageously applied to the nozzle plate and / or the hollow cylinder, which forms a guide sleeve.
  • the coating can advantageously be applied using a spray or brush, but only in the area of the contact zone
  • nozzle body is made of an aluminum material
  • the aluminum area can be coated with the aluminum material.
  • the nozzle body can also be made of an aluminum-made material and the area facing the compression space can have a coating made of an aluminum-made material.
  • an aluphilic or aluphobic surface area can also be created by structural transformation.
  • the nozzle bore preferably has sections with differently large bore diameters, the bore diameters preferably becoming smaller in the direction of the end of the nozzle bore.
  • the decreasing bore diameter supports the drop formation and the detachment of the drops at the end of the nozzle bore.
  • the sections with different bore diameters are connected via a conically shaped section.
  • the nozzle body is made of several parts and comprises a nozzle plate and a hollow cylinder. These are preferably connected by means of a nozzle clamping nut. The two parts can be clamped together using the nozzle clamping nut. By clamping the two parts of the nozzle body, high sealing forces can be achieved.
  • Device with an actuator preferably with a magnetic or piezo actuator, is operatively connected.
  • the piston With the help of the actuator, the piston can be moved back and forth.
  • a piezo actuator is preferably used, since this enables short, rapid movements to generate pressure pulses which follow one another quickly.
  • the inventive device shown in FIG. 1 for the additive manufacturing of a three-dimensional workpiece from an aluminum-containing molten metal comprises a multi-part nozzle body 4, which comprises a plate-shaped part or a nozzle plate 12.
  • the nozzle plate 12 is connected to a hollow cylinder 9 by means of a nozzle clamping nut 10, i. H. axially clamped in which a reciprocating piston 3 is received.
  • the piston 3, the hollow cylinder 9 and the nozzle plate 12 together delimit a compression space 2 which can be filled with a molten metal 1.
  • the device further comprises an actuator (not shown) with the aid of which the piston 3 can be moved back and forth.
  • the piston 3 is immersed in the
  • Compression room 2 withdraws from it. In this way, pressure waves or pressure pulses are generated, which press the molten metal 1 into a nozzle bore 5 of the nozzle plate 12, so that it is discharged through the nozzle bore 5 in the form of individual drops.
  • the nozzle plate 12 has a metallophilic in the region of the nozzle bore 5,
  • aluphilic behavior especially aluphilic behavior. This can be, for example
  • Coating 6 from a metallophilic, in particular aluphilic material Coating 6 from a metallophilic, in particular aluphilic material.
  • the aluphilic behavior, or the aluphilic material improves the aluphilic behavior
  • drops can be formed from an aluminum-containing molten metal 1, which have a defined size and can be positioned exactly, since they are not deflected after detachment, but fall vertically downward.
  • the nozzle plate 12 has the area 6 pointing towards the compression space 2, which has a metallophilic behavior, in particular an alu-philic behavior, or is made, for example, from an alu-philic material or has a coating 6 with an alu-philic material.
  • a contact area 8 is formed between the nozzle plate 12 and the hollow cylinder 9.
  • the nozzle plate 12 and / or the hollow cylinder 9 are made of an aluminum-raised material or the nozzle plate 12 and / or the hollow cylinder 9 have a coating 8 with an aluminum-raised material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks aus einer aluminiumhaltigen Metallschmelze (1), insbesondere einer Aluminiumschmelze, umfassend einen die Metallschmelze (1) aufnehmenden Kompressionsraum (2), der durch einen hin- und herbeweglichen Kolben (3) und durch einen Düsenkörper(4) mit einer Düsenbohrung (5) zur topfenförmigen Abgabe der Metallschmelze (1) begrenzt wird, wobei der Düsenkörper (4) eine Düsenplatte (12) und einen Hohlzylinder (9) zur radialen Begrenzung des Kompressionsraums (2) umfasst. Erfindungsgemäß weist die Düsenplatte (12) einen zum Kompressionsraum (2) zeigenden Bereich (6) auf, dermetallophiles, insbesondere aluphiles Verhalten aufweist oderaus einem aluphilen Werkstoff gefertigt ist oder eine Beschichtung (6) mit einem aluphilen Werkstoff aufweist und zwischen der Düsenplatte (12) und dem Hohlzylinder (9) ein Kontaktbereich (8) ausgebildet ist, wobei in diesem Bereich (8) die Düsenplatte (12) und/ oder der Hohlzylinder (9) metallophobes, insbesondere aluphobes Verhalten aufweisen oder aus einem aluphoben Werkstoff gefertigt sind oder die Düsenplatte (12) und/ oder der Hohlzylinder (9) eine Beschichtung(8) mit einem aluphoben Werkstoff aufweisen.

Description

Beschreibung
Titel:
Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks aus einer aluminiumhaltigen Metallschmelze
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks aus einer aluminiumhaltigen
Metallschmelze, insbesondere einer Aluminiumschmelze.
Die generative Fertigung umfasst insbesondere 3D-Druckverfahren, bei denen flüssige oder feste Werkstoffe schichtweise zu einem dreidimensionalen
Werkstück aufgebaut werden. Flüssige Werkstoffe werden in Form einzelner Tropfen auf einen Werkstückträger aufgebracht. Feste Werkstoffe, zum Beispiel in Form von Pulvern, werden lokal aufgeschmolzen. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer 3D-Druckvorrichtung, die ausschließlich flüssige Werkstoffe einsetzt.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 206 813 Al geht beispielhaft eine Vorrichtung zum Aufträgen eines Fluids auf einen Werkstückträger zum
Erzeugen eines Werkstücks hervor, die ein Reservoir zur Aufnahme des Fluids sowie eine Auslasseinrichtung zum Ausgeben des Fluids aufweist. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine Aktoreinrichtung, mittels welcher ein Volumen des Reservoirs zur Erzeugung einer Druckwelle verkleinerbar ist. Die Druckwelle bewirkt, dass zumindest ein Teil des im Reservoir aufgenommenen Fluids über die Auslasseinrichtung ausgegeben und auf den Werkstückträger aufgetragen wird. Die Aktoreinrichtung weist hierzu eine Membran auf, die in einer oder als eine Außenwand des Reservoirs ausgebildet und elastisch verformbar ist. Ferner umfasst die Aktoreinrichtung einen beweglichen Kolben, mittels dessen die elastische Verformung der Membran bei Betätigung eines Wirbelstromaktors bzw. eines Magnetaktors bewirkbar ist.
Die Offenlegungsschrift DE102016224047A1 zeigt einen Druckkopf für einen 3D- Drucker, insbesondere Metalldrucker, umfassend ein Gehäuse, eine Vorrichtung zur Zuführung eines Metalls, einen Kolben, ein Reservoir mit einer
Austrittsöffnung und eine Aktorvorrichtung zur Verschiebung des Kolbens.
Sie zeichnet sich dadurch aus, dass das Reservoir einen Schmelzbereich und einen Verdrängerraum für eine flüssige Phase des Metalls aufweist, wobei der Schmelzbereich an einer inerten Atmosphäre angrenzt und mit dem
Verdrängerraum derart verbunden ist, dass durch die Verschiebung des Kolbens die flüssige Phase des Metalls zum Durchtritt durch die Austrittsöffnung anregbar ist. Ferner ist die Austrittsöffnung für den Ausstoß von Tropfen der flüssigen Phase des Metalls ausgebildet, wobei die Austrittsöffnung die Form einer Düse aufweist und fest mit dem Schmelztiegel verbunden sein kann, oder einen wechselbaren Einsatz aufweist, der den Einsatz von unterschiedlichen
Düsengeometrien erlaubt. Auf die Befestigung des Einsatzes, bzw. die
Verbindung am Druckkopf wird nicht näher eingegangen.
Bei wechselbaren Einsätzen entsteht eine Kontaktfläche. Problematisch ist, wenn es zu Undichtheiten an dieser Dichtstelle der auswechselbaren Einsätze kommt. Da bei dem vorgesehen Einsatz Temperaturen von größer 600°C auftreten, kommen nur wenige Dichtungen in Betracht. Am einfachsten ist es die zwei in Kontakt stehenden Flächen möglichst eben zu gestalten, wodurch ein sehr kleiner Spalt entsteht durch den das flüssige Metall nur schlecht eindringen kann. Ferner treten Leckagen an der Dichtstelle auf, wenn hohe Drücke im
Kompressionsraum aufgrund der Aktuierung auftreten oder beim Entleeren des Druckkopfes ein statischer Überdruck der Metallschmelze über längere Zeit in den Spalt gedrückt wird.
Düsenmaterial wird tendenziell aluphil ausgelegt, um kleine Kontaktwinkel zur Schmelze zu erreichen. Dies scheint zielführend zu sein, um eine Düsenbohrung dauerhaft zu befüllen. Dadurch entsteht jedoch eine Leckage unterstützende Wirkung durch Kapillar- Kräfte, welche sich kontraproduktiv auf die Dichtheit auswirken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckkopf für einen 3D-Drucker mit einer Düsenvorrichtung bereitzustellen, der derart ausgeführt ist, dass eine Leckage verhindert wird. Dichtungen sind häufig nicht temperaturbeständig oder zersetzen sich aufgrund der hochreaktiven Schmelze.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Vorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur generativen Fertigung eines
dreidimensionalen Werkstücks aus einer Metallschmelze, insbesondere einer Aluminiumschmelze, umfasst einen die Metallschmelze aufnehmenden
Kompressionsraum, der durch einen hin- und herbeweglichen Kolben und durch einen Düsenkörper mit einer Düsenbohrung zur topfenförmigen Abgabe der Metallschmelze begrenzt wird, wobei der Düsenkörper eine Düsenplatte und einen Hohlzylinder zur radialen Begrenzung des Kompressionsraums umfasst. Die Düsenplatte weist erfindungsgemäß einen zum Kompressionsraum zeigenden Bereich auf, der aus einem metallophilen, insbesondere aluphilen Werkstoff gefertigt ist oder eine Beschichtung mit einem metallophilen, insbesondere aluphilen Werkstoff aufweist. Zudem ist erfindungsgemäß zwischen der Düsenplatte und dem Hohlzylinder ein Kontaktbereich ausgebildet, wobei in diesem Bereich die Düsenplatte und/ oder der Hohlzylinder aus einem metallophopen, insbesondere aluphoben Werkstoff gefertigt sind oder eine Beschichtung mit einem metallophopen, insbesondere aluphoben Werkstoff aufweisen.
„Metallophil“ bedeutet, dass der Kontaktwinkel zwischen der Metallschmelze und der aus dem aluphilen Werkstoff ausgebildeten Oberfläche vergleichsweise klein ist. Dadurch wird die Benetzung der Oberfläche mit der Metallschmelze verbessert. Dies weist den Vorteil auf, dass die Tropfenablösung erst am Ende der Düsenbohrung und nicht bereits innerhalb der Düsenbohrung erfolgt. Einem vorzeitigen Ablösen von Tropfen kann somit entgegengewirkt werden. Ferner ist sichergestellt, dass nach der Erzeugung eines Tropfens die Düsenbohrung mit Metallschmelze gefüllt bleibt, so dass hieraus gleich der nächste Tropfen gebildet werden kann. Der Prozess kann somit hochdynamisch gestaltet werden, insbesondere kann die Tropfenfrequenz erhöht werden. Beispielsweise kann eine Tropfenfrequenz von 500 bis 1000 Hz realisiert werden, ohne dass es zu den eingangs genannten Nachteilen kommt.
Die erfindungsgemäße Ausführung sorgt in vorteilhafter Weise für eine optimierte Dichtfläche, da der Kontaktwinkel zwischen dem Düsenkörper und der Schmelze erhöht wird, indem ein aluphobes Verhalten durch eine zusätzliche Beschichtung einsetzt. Damit wird der Einfluss der Kapillarkräfte aufgehoben. Eindringendes flüssiges Aluminium wird sozusagen abgestoßen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der aluphile Werkstoff Siliziumnitrid. Siliziumnitrid weist für den vorgesehenen Einsatzbereich in Bezug auf aluminiumhaltige Metallschmelzen optimale Eigenschaften auf. Insbesondere kann der Kontaktwinkel zwischen der aluminiumhaltigen
Metallschmelze und der aus Siliziumnitrid bestehenden Oberfläche verringert werden.
Der aluphobe Werkstoff kann beispielsweise ein keramischer Werkstoff - insbesondere Aluminiumoxid, Bornitrid und Niob oder dergleichen als metallische Beschichtung - sein.
Die Beschichtung auf der Kontaktfläche mit z.B. Nioboxid oder Bornitrid erfolgt in vorteilhafter Weise auf die der Düsenplatte und/ oder des Hohlzylinders, der eine Führungshülse ausbildet.
Die Beschichtung kann in vorteilhafter Weise mittels Spray oder Pinsel aufgetragen werden, jedoch lediglich im Bereich der Kontaktzone der
Führungshülse zur Düsenplatte.
Alternativ kann auch mit z.B. aluphoben festen keramischen Beschichtungen gearbeitet werden, wie beispielsweise mit AI203 auf einer tendenziell aluphilen Si3N4 Düsenplatte. Sofern der Düsenkörper aus einem aluphilen Werkstoff gefertigt ist, kann der aluphobe Bereich mit dem aluphoben Werkstoff beschichtet sein. Umgekehrt kann der Düsenkörper auch aus einem aluphoben Werkstoff gefertigt sein und der zum Kompressionsraum zeigende Bereich eine Beschichtung aus einem aluphilen Werkstoff aufweisen.
Darüber hinaus kann auch im Wege einer Gefügeumwandlung ein aluphiler oder aluphober Oberflächenbereich geschaffen werden.
Bevorzugt weist die Düsenbohrung Abschnitte mit unterschiedlich großen Bohrungsdurchmessern auf, wobei vorzugsweise die Bohrungsdurchmesser in Richtung des Endes der Düsenbohrung kleiner werden. Der kleiner werdende Bohrungsdurchmesser unterstützt die Tropfenbildung und das Ablösen der Tropfen am Ende der Düsenbohrung. Zur Strömungsoptimierung innerhalb der Düsenbohrung wird vorgeschlagen, dass die Abschnitte mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern über einen konisch geformten Abschnitt verbunden sind.
Der Düsenkörper ist mehrteilig ausgeführt und umfasst eine Düsenplatte und einen Hohlzylinder. Diese sind bevorzugt mittels einer Düsenspannmutter verbunden. Mittels der Düsenspannmutter können die beiden Teile miteinander verspannt werden. Durch Verspannen der beiden Teile des Düsenkörpers können hohe Dichtkräfte erzielt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der hin- und herbewegliche Kolben der
Vorrichtung mit einem Aktor, vorzugsweise mit einem Magnet- oder Piezoaktor, wirkverbunden ist. Mit Hilfe des Aktors kann der Kolben hin- und herbewegt werden. Vorzugsweise kommt ein Piezoaktor zum Einsatz, da dieser kurze schnelle Bewegungen zur Erzeugung schnell aufeinander folgender Druckpulse ermöglicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks aus einer aluminiumhaltigen Metallschmelze umfasst einen mehrteilig ausgeführten Düsenkörper 4, der ein plattenförmiges Teil bzw. eine Düsenplatte 12 umfasst. Die Düsenplatte 12 ist mittels einer Düsenspannmutter 10 mit einem Hohlzylinder 9 verbunden, d. h. axial verspannt, in dem ein hin- und herbeweglicher Kolben 3 aufgenommen ist. Der Kolben 3, der Hohlzylinder 9 und die Düsenplatte 12 begrenzen gemeinsam einen Kompressionsraum 2, der mit einer Metallschmelze 1 befüllbar ist.
Die Vorrichtung umfasst ferner einen Aktor (nicht dargestellt) mit dessen Hilfe der Kolben 3 hin- und herbewegbar ist. Dabei taucht der Kolben 3 in den
Kompressionsraum 2 ein oder zieht sich aus diesem zurück. Auf diese Weise werden Druckwellen bzw. Druckpulse erzeugt, welche die Metallschmelze 1 in eine Düsenbohrung 5 der Düsenplatte 12 drücken, so dass diese über die Düsenbohrung 5 in Form einzelner Tropfen ausgetragen wird.
Um sicherzustellen, dass sich die Tropfen jeweils erst am Ende der
Düsenbohrung 5 und nicht bereits innerhalb der Düsenbohrung 5 ablösen, weist die Düsenplatte 12 im Bereich der Düsenbohrung 5 ein metallophiles,
insbesondere aluphiles Verhalten auf. Dies kann beispielsweise eine
Beschichtung 6 aus einem metallophilen, insbesondere aluphilen Werkstoff sein. Das aluphile Verhalten, bzw. der aluphile Werkstoff verbessert die
Benetzungsfähigkeit der die Düsenbohrung 5 begrenzenden Oberflächen mit der aluminiumhaltigen Metallschmelze 1. Die Metallschmelze 1 neigt somit weniger dazu, sich nach der Erzeugung eines Tropfens in den Kompressionsraum 2 zurückzuziehen, so dass die Düsenbohrung 5 mit Metallschmelze 1 gefüllt bleibt und gleich der nächste Tropfen ausgebildet werden kann. Im Bereich einer an die Düsenbohrung 5 angrenzenden Oberfläche 7, die auf der dem Kompressionsraum 2 abgewandten Seite der Düsenplatte 12 ausgebildet ist, ist beispielsweise eine Beschichtung aus einem aluphoben Werkstoff vorgesehen. Die Beschichtung wiederum unterstützt das Ablösen der Tropfen am Ende der Düsenbohrung 5, in Strömungsrichtung der Metallschmelze 1 gesehen.
Das endseitige Ablösen der Tropfen wird bei der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ferner dadurch gefördert, dass die in der Düsenplatte 12
ausgebildete Düsenbohrung 5 Abschnitte 5.1, 5.2 mit unterschiedlich großen Bohrungsdurchmessern besitzt, die über einen konisch geformten Abschnitt 5.3 verbunden sind. Auf diese Weise wird eine sich in Strömungsrichtung zum Ende hin verjüngende Düsenbohrung 5 geschaffen, die ein endseitiges Ablösen der Tropfen unterstützt.
Mit Hilfe der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung lassen sich somit Tropfen aus einer aluminiumhaltigen Metallschmelze 1 ausbilden, die eine definierte Größe aufweisen und exakt positioniert werden können, da sie nach dem Ablösen nicht abgelenkt werden, sondern senkrecht nach unten fallen.
Ferner weist die Düsenplatte 12 den zum Kompressionsraum 2 zeigenden Bereich 6 auf, der ein metallophiles Verhalten, insbesondere aluphiles Verhalten aufweist, oder beispielsweise aus einem aluphilen Werkstoff gefertigt ist oder eine Beschichtung 6 mit einem aluphilen Werkstoff aufweist. Zudem ist zwischen der Düsenplatte 12 und dem Hohlzylinder 9 ein Kontaktbereich 8 ausgebildet. In diesem Bereich 8 sind die Düsenplatte 12 und/ oder der Hohlzylinder 9 aus einem aluphoben Werkstoff gefertigt oder die Düsenplatte 12 und/ oder der Hohlzylinder 9 weisen eine Beschichtung 8 mit einem aluphoben Werkstoff auf.
Dadurch wird der Einfluss von Kapillarkräften in diesem Bereich 8 aufgehoben und eindringendes Aluminium 1 wird sozusagen abgestoßen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen
Werkstücks aus einer aluminiumhaltigen Metallschmelze (1), insbesondere einer Aluminiumschmelze, umfassend einen die Metallschmelze (1) aufnehmenden Kompressionsraum (2), der durch einen hin- und herbeweglichen Kolben (3) und durch einen Düsenkörper (4) mit einer Düsenbohrung (5) zur topfenförmigen Abgabe der Metallschmelze (1) begrenzt wird, wobei der Düsenkörper (4) eine Düsenplatte (12) und einen Hohlzylinder (9) zur radialen Begrenzung des Kompressionsraums (2) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (12) einen zum
Kompressionsraum (2) zeigenden Bereich (6) aufweist, der metallophiles, insbesondere aluphiles Verhalten aufweist oder aus einem metallophilen Werkstoff gefertigt ist oder eine Beschichtung (6) mit einem metallophilen Werkstoff aufweist und zwischen der Düsenplatte (12) und dem Hohlzylinder (9) ein Kontaktbereich (8) ausgebildet ist, wobei in diesem Bereich (8) die
Düsenplatte (12) und/ oder der Hohlzylinder (9) ein metallophobes, insbesondere aluphobes Verhalten aufweisen oder aus einem aluphoben Werkstoff gefertigt sind oder die Düsenplatte (12) und/ oder der Hohlzylinder (9) eine
Beschichtung (8) mit einem aluphoben Werkstoff aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der aluphile Werkstoff Siliziumnitrid ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der aluphobe Werkstoff ein keramischer Werkstoff, insbesondere Aluminiumoxid oder Bornitrid, ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenbohrung (5) Abschnitte (5.1, 5.2) mit unterschiedlich großen Bohrungsdurchmessern aufweist, die vorzugsweise über einen konisch geformten Abschnitt (5.3) verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (12) und der Hohlzylinder (9) mittels einer Düsenspannmutter (10) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der hin- und herbewegliche Kolben (3) mit einem Aktor, vorzugsweise mit einem Magnet- oder Piezoaktor, wirkverbunden ist.
PCT/EP2019/084633 2018-12-14 2019-12-11 Vorrichtung zur generativen fertigung eines dreidimensionalen werkstücks aus einer aluminiumhaltigen metallschmelze WO2020120570A1 (de)

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