WO2020234240A1 - System und verfahren zur oberflächenbehandlung von in einem 3d-druckverfahren hergestellten formteil aus kunststoff - Google Patents

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WO2020234240A1
WO2020234240A1 PCT/EP2020/063819 EP2020063819W WO2020234240A1 WO 2020234240 A1 WO2020234240 A1 WO 2020234240A1 EP 2020063819 W EP2020063819 W EP 2020063819W WO 2020234240 A1 WO2020234240 A1 WO 2020234240A1
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WO
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process chamber
medium
dye
molded part
smoothing
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Application number
PCT/EP2020/063819
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Philipp Kramer
Lukas Erdt
Alena FOLGER
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Dyemansion Gmbh
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Publication date
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    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/06—Coating with compositions not containing macromolecular substances
    • C08J7/065—Low-molecular-weight organic substances, e.g. absorption of additives in the surface of the article
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2355/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers, obtained by polymerisation reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in groups C08J2323/00 - C08J2353/00
    • C08J2355/02—Acrylonitrile-Butadiene-Styrene [ABS] polymers

Definitions

  • the invention relates to a method for surface treatment of a molded part made of plastic, wherein the molded part is or has been produced in a 3D printing process.
  • the surface of the molded part made of plastic is smoothed and colored.
  • the production of such molded parts in a 3D printing process has the disadvantage that the surface of the molded parts is rough or porous and often does not meet industrial requirements for surface quality.
  • the molded parts can be subject to increased wear due to their rough surface.
  • due to the porous surface structure dirt can relatively easily stick to the surface. The aesthetics and feel of the molded part can thus be significantly impaired.
  • Another disadvantage in the production of such molded parts in a 3D printing process is that when coloring the molded parts, the colors of the The plastics available for printing the molded parts are limited.
  • the dyes contained in the plastics can also be partially destroyed, which can lead to a pale-looking surface of the molded part.
  • the dyes can partially absorb the light so that the entire energy of the light is no longer available for the printing process, which means that the printing process would have to be optimized for each color.
  • the molded part is therefore usually made with a white plastic and then colored or painted.
  • the molded part When dyeing, the molded part is placed in an immersion bath consisting of water and dyes dissolved in it. In contrast to painting, in which the paint layer only rests on the surface of the molded part, the dye can penetrate a certain depth into the material of the surface during dyeing. In the case of dyeing processes known from the prior art, the dye can penetrate up to 0.1 millimeters into the material, ie the molded part can be dyed through to this depth.
  • This disadvantage here is on the one hand that, especially with mechanically highly stressed molded parts, this coloring depth of up to 0.1 millimeters is usually not sufficient, since especially in mechanically highly stressed sections of the molded part, the abrasion can be so great that the original color of the plastic of the molded part can be seen on the surface.
  • the object of the present invention is therefore to provide solutions with which a molded part made of plastic made in a 3D printing process can be smoothed and colored significantly more efficiently, and which at least partially avoid the disadvantages known from the prior art.
  • a method for the surface treatment of molded plastic parts produced in a 3D printing process, the surface of the molded part being smoothed and colored, and where
  • the surface of the molded part is brought into contact with a fluid or gaseous medium dissolving the surface of the molded part, whereby the surface of the molded part is smoothed and homogenized without material from wear, and
  • a dye is introduced into the material of the surface of the molded part by means of a fluidförmi gene or gaseous carrier medium.
  • “Smoothing and homogenizing without material removal” means that there is largely no material removal or essentially no material removal, so that the geometry of the molded part is essentially not changed.
  • dyeing is nevertheless also possible without simultaneous smoothing, for example if the dyeing temperature is set in such a way that the molded part is colored but not smoothed.
  • the smoothing and the dyeing are carried out in two independent steps, the smoothing preferably being carried out before the dyeing.
  • the medium can be used as the carrier medium.
  • the medium for smoothing the surface of the molded part can thus be reused as a carrier medium for coloring the surface of the molded part.
  • the desired dye can be added to the medium and the molding can be treated with the medium-dye mixture.
  • the smoothing and the dyeing are carried out at the same time, the medium being used as the carrier medium, so that the medium is used both for smoothing the surface of the molded part and as a carrier medium for the dye.
  • “Simultaneously” in this context means that a molded part is smoothed and colored in a single process step.
  • the molded part can be both smoothed and colored.
  • the smoothing and the dyeing can be carried out several times, preferably at intervals.
  • the fluid or gaseous medium and / or the fluid or gaseous carrier medium can comprise a solvent and / or an acid.
  • the solvent is selected from the group comprising acetaldehyde, acetamide, acetone, acetonitrile, acetophenone, acetylene, aliphatic hydrocarbons (especially cyclohexane, cyclohexene, diisobutylene, hexane, octane, n-pentane and terpinene), alcohols (especially benzyl alcohol, butylene glycol, Butanol, ethanol, ethylene glycol, methanol, allyl alcohol, n-propanol and isopropanol), amyl acetate, aniline, anisole, gasoline, benzaldehyde, benzene, chlorobenzene, dioxane, Dimethylamide, dimethylformamide, diethyl ether, dimethylformamide, dimethyl sulfide, dimethyl sulfoxide, ethylbenzene, ethyl acetate, formalde
  • the acid is selected from the group comprising formic acid, sulfuric acid, nitric acid, trifluoroacetic acid, phosphoric acid, phosphorous acid, sulfurous acid, and combinations thereof.
  • smoothing can be carried out below atmospheric pressure and coloring above atmospheric pressure.
  • the smoothing and coloring of the surface of the molded part can be carried out in a process chamber, the process chamber being supplied with the fluid or gaseous medium and / or the fluid or gaseous carrier medium, and the process chamber preferably being pressure-tight.
  • the air present in the process chamber is largely removed before the surface of the molded part is smoothed and colored. It has been found to be advantageous if the molded part is heated for a predetermined period before smoothing and dyeing in order to bring about a controlled escape of the water bound in the molded part. This is particularly advantageous if the molded part is made of a material that can absorb a lot of water from the humidity.
  • the fluid or gaseous medium and / or the fluid or gaseous carrier medium together with the dye can be swirled in the process chamber during the smoothing and coloring of the surface of the molded part in order to achieve a uniform smoothing and coloring of the surface of the molded part.
  • the swirling can be accomplished with a swirling device.
  • the swirling can be brought about by a cyclical supply and suction of the medium and / or the carrier medium into and out of the process chamber.
  • an ink container can be arranged in which the dye is accommodated, the dye being released from the ink container into the process chamber.
  • the paint container is arranged inside the process chamber.
  • the fluid or gaseous medium and / or the fluid or gaseous carrier medium can be passed through the paint container when it is fed into the process chamber, whereby the medium and / or carrier medium absorb dye from the paint container and transport it into the process chamber.
  • a gas can be applied to the paint container, the gas absorbing coloring material from the paint container and transporting it into the process chamber.
  • the paint container can be introduced into the process chamber in the open state.
  • the opening of the paint container is here preferably on the upper side of the paint container.
  • the paint container can be opened after it has been introduced into the process chamber, so that the dye can be dispensed from the paint container into the process chamber.
  • a wall of the paint container is pierced by means of a nozzle arranged in the process chamber, the nozzle preferably being designed to be movable. It can be advantageous here if the wall is only pierced after smoothing.
  • the medium and / or the carrier medium can be fed to the ink container via the nozzle, the medium and / or the carrier medium taking up the dye and introducing it through the opening into the process chamber.
  • the medium and / or carrier medium can be separated from residues of the dye.
  • the medium and / or carrier medium separated from the residues of the dye can be fed back to the process chamber in order to clean the process chamber.
  • a new medium and / or carrier medium can also be introduced into the process chamber.
  • carrier medium means that a not yet used or unused medium and / or carrier medium is introduced into the process chamber after the medium and / or carrier medium present and used in the process chamber has been removed from the process chamber.
  • the molded parts can remain in the process chamber.
  • the molded parts can optionally be smoothed again.
  • the process chamber can be moved.
  • the movement of the molded parts can be effected by swirling the medium and / or the carrier medium.
  • the dye container can be refilled or topped up with additional dye.
  • a dosage of the dye in the process chamber can be determined. Depending on the determined dosage, the amount of the dye supplied to the process chamber can be adjusted.
  • a surface treatment device is also provided for smoothing and coloring a surface of a molded part made of plastic produced in a 3D printing process, the device comprising - A process chamber in which the molded part can be introduced, the process chamber being designed to be pressure-tight and being closable in a fluid- and gas-tight manner,
  • the container is coupled to the process chamber (1) in order to supply the medium to the process chamber,
  • the container is coupled to the paint container in order to add one or more dyes from the paint container to the medium to be supplied to the process chamber.
  • the container can be coupled to the process chamber and to the paint container via a mixing unit, the mixing unit being able to supply the medium from the container and the dyes from the paint container, the mixing unit being designed to supply the medium and the coloring materials supplied to it mix and feed the medium-dye mixture to the process chamber.
  • the surface treatment device can comprise a vapor generator which is coupled to the container, the vapor generator being configured to bring a medium supplied to it from the container into a vaporous form and to supply the vaporous medium to the mixing unit and / or the process chamber.
  • the paint container can be designed as a cartridge or capsule and at least partially can be arranged inside the process chamber.
  • the paint container can have an outlet opening which can be opened after the paint container has been arranged in the process chamber and through which the dye received in the paint container can escape into the interior of the process chamber.
  • the paint container can already be introduced into the process chamber with an open opening and arranged there.
  • nozzles can be arranged with which the ink container arranged in the process chamber can be opened, in particular its wall can be pierced.
  • the nozzles can be designed to be movable and controllable, so that the opening of the paint container can be controlled. This makes it possible to open the paint container, for example after smoothing, without the process chamber having to be opened for this.
  • the paint container can be coupled to the container or to the vapor developer in such a way that the medium supplied to the paint container by the container or by the vapor developer takes up the dye present in the paint container and introduces it into the interior of the process chamber through the outlet opening of the paint container.
  • the surface treatment device can have a separating unit which is coupled to the process chamber, the separating unit being able to be supplied with the medium or medium-dye mixture received in the process chamber, the separating unit being adapted to the medium or medium-dye supplied to it. Mixture, optionally in a multi-stage process, to separate from the dyes.
  • the mixing unit a heating / cooling device, and / or
  • the steam generator has a heating / cooling device
  • the process chamber is coupled to a suction device from in order to remove the medium or medium-dye mixture contained in the process chamber or the air contained in the process chamber, and / or
  • the steam generator is coupled to a vacuum pump, and / or
  • sensors can be assigned to the process chamber, which sensors are arranged in the process chamber, for example, with which the dosage of the dye in the medium-dye mixture can be determined. Due to the color absorption by the moldings arranged in the process chamber, the proportion of the dye in the medium-dye mixture is reduced, so it can be advantageous to increase the proportion of the dye in the medium-dye mixture during the dyeing process. It can be advantageous here if the amount of colorants added to the process chamber from the color container can be adjusted as a function of the determined dosage.
  • FIG. 1 a flow chart of the method according to the invention, only the basic steps being shown here, and based on which several variants of the method according to the invention are described;
  • FIG. 2 shows an embodiment of a system according to the invention for surface treatment of molded parts produced in a 3D printing process.
  • the surface of the molded part is in contact with a die Surface of the molded part dissolving, fluid or gaseous medium ge brought.
  • the surface of the molded part is loosened without any material being removed.
  • the surface is smoothed and at the same time homogenized.
  • "Uniformly homogenized" in this context means that the surface of the molded part has the same or largely the same density and porosity (if there are still pores at all after smoothing) so that uniform color absorption is guaranteed everywhere.
  • the surface of the molded part is colored in that a dye is introduced into the material on the upper surface of the molded part with the aid of a fluid or gaseous carrier medium.
  • a particular advantage is that significantly better Desirbeergeb nisse are achieved, since the dye can penetrate much deeper into the surface, ie into the material of the molding, than in the prior art known dyeing process. Tests have shown that penetration depths of up to 2 millimeters and more can be achieved, whereas in the case of dyeing processes known from the prior art, penetration depths of only 0.1 millimeters are sufficient. This has the advantage that in the case of sections of the surface of the molded part that are subject to high mechanical loads, the original color of the material of the molded part does not appear (at least only very late). Because In order for the original color to come out, material would have to be removed by up to 2 millimeters or more.
  • Another important advantage is that a completely homogeneous surface is created by loosening the surface of the molded part. Due to the printing process, the surface of a molded part has different surface qualities and surface densities. Mechanical processes such as grinding can improve this. In contrast to the dissolving of the surface, such mechanical processes cannot achieve completely homogeneous surfaces.
  • the inventive smoothing of the surface of the molded parts plays a special role, since in these processes the molded parts have a particularly rough surface due to caking powder.
  • the method according to the invention has the advantage that molded parts with complex geometries or functional molded parts that cannot be painted can also be colored.
  • FIG. 1 shows a flow chart of an embodiment of a method according to the invention, variants of the method according to the invention also being described using this flow chart.
  • the smoothing and coloring of a molded part made of plastic using a 3D printing process is advantageously carried out in a process chamber which is designed to be closable. It can be particularly advantageous if the Process chamber is designed pressure-tight, so that a negative pressure, advantageously a substantial vacuum, or an overpressure can be produced in the process chamber.
  • the molded parts After manufacturing, i.e. After printing the molded parts in an additive manufacturing process and, if necessary, after removing powder from the printed molded parts, the molded parts are placed in a process chamber in a first step S10 and the process chamber is sealed gas and fluid-tight.
  • the air in the process chamber can be sucked off.
  • a (extensive) vacuum can also be generated in the process chamber. Sucking off the air or generating the vacuum has the advantage that the process chamber is largely deprived of oxygen, which can lead to yellowing of the molded part during smoothing and dyeing due to the increased temperature in combination with the oxygen.
  • the water inevitably contained in the air is withdrawn from the process chamber, so that the entire process can be carried out completely without water according to the invention.
  • a major advantage of sucking the air out of the process chamber is that smoothing and dyeing can always be carried out under constant and repeatable conditions, since the air, which can contain different amounts of water in several dyeing processes, does not smoothing and dyeing can influence more. This is particularly important when a large number of molded parts have to be smoothed and colored at different times with the same results.
  • the process chamber is heated or cooled prior to the smoothing and coloring of the molded part in order to bring the molded parts to a predetermined temperature.
  • a previous heating The process chamber also has the advantage that less vaporous medium (solvent and / or acid) condenses on the inner wall of the process chamber, so that more vapor is available for condensation on the surface of the molded parts.
  • the medium (solvent and / or acid) is supplied to the process chamber in the vaporous state.
  • the result of smoothing depends not only on the process temperature (or temperature profile of the process) and process duration, but also on the amount of medium that comes into contact with the molded part. With steaming, this amount is determined by how much medium condenses on the surface of the molded part. The greater the temperature difference between the molded part and the steam, the more medium condenses on the surface of the molded part and the stronger the smoothing effect.
  • the temperature difference must be set so that the condensation of the steam on the surface of the molded part results in the formation of drops and / or the formation of bubbles on the surface of the molded part and / or a blurring of geometric details on the surface of the molded part due to excessive condensation Medium can be prevented.
  • the molded parts introduced into the process chamber are smoothed and colored.
  • the molded parts introduced into the process chamber are both smoothed and colored in a single process step. This means that the molded part is smoothed and colored at the same time. If necessary, the simultaneous smoothing and coloring of the molded part can be repeated several times, such multiple repetitions of smoothing and coloring being a single process step within the meaning of the present invention.
  • step S30 a carrier medium / dye mixture is fed to the process chamber.
  • the carrier medium serves on the one hand to smooth the surface and on the other hand as a carrier medium for transporting the dyes.
  • the carrier medium / dye mixture can be produced outside the process chamber and fed into the process chamber.
  • a solvent dissolving the surface of the molded part, an acid dissolving the surface of the molded part, or a solvent-acid mixture dissolving the surface of the molded part is used as the medium for smoothing, which is also used as a carrier medium for the dye.
  • the desired dye is added to this solvent and / or this acid.
  • the medium or carrier medium / dye mixture After the medium or carrier medium / dye mixture has been produced, it is fed to the process chamber. Whereby this mixture according to the invention can be added to the process chamber in liquid form as well as in vapor form.
  • the process chamber is flooded so far that the molded parts are completely in the liquid mixture, or the molded parts are completely moved into the process chamber by moving the process chamber or by moving the process chamber - at least temporarily - liquid mixture can be immersed.
  • Moving the molded parts in the process chamber or moving the process chamber can not only be advantageous for the purpose of - at least temporarily - complete immersion, but also positively influence the smoothing and / or coloring result, for example the homogeneity of the coloring and / or the Smoothing.
  • Moving the molded parts in the process chamber or moving the process chamber can also be advantageous when treating the molded parts by means of a vaporous medium and when cleaning the molded parts or the process chamber.
  • the molded parts can be moved indirectly by swirling the medium, which in turn sets the molded parts in motion.
  • the mixture When adding the mixture in vapor form, it can be provided that the mixture is brought into a vaporous state outside the process chamber and the mixture is fed to the process chamber as vapor.
  • a negative pressure can be generated in the process chamber so that the mixture can also be added to the process chamber in liquid form, the liquid mixture suddenly evaporating at a corresponding negative pressure in the process chamber.
  • Providing a negative pressure also has the advantage that the thermal load on the molded part is significantly lower because the evaporation temperature of the mixture is correspondingly lower.
  • the molded parts arranged in the process chamber are smoothed and colored at the same time.
  • the solvent and / or acid contained in the mixture partially dissolves the surface of the molded part and thereby smooths it.
  • the pores present on the surface of the molded part are also closed.
  • the surface of the molded part is smoothed without material removal, without the geometry of the molded part changing significantly. As a result, a smooth and homogeneous surface of the molded part is achieved. Simultaneously with the smoothing of the surface, the surface of the molded part is colored with the dye contained in the mixture.
  • the simultaneous dissolving of the surface of the molded part allows the dye to penetrate significantly deeper into the surface or into the material because the dissolved surface of the molded part mixes with the dye. As a result, the color can penetrate the surface by up to 2 millimeters or more, so that the molded part is completely colored up to this depth.
  • the mixture which may contain residues of the dye, is removed from the process chamber, for example suctioned off (step S50).
  • step S40 smoothing and coloring
  • a fluid medium-dye mixture can be swirled, for example, with a stirring device arranged in the process chamber, in the case of a vaporous or liquid medium-dye mixture, such a vortex can be achieved by cyclical feeding and suction of the mixture in take place at short intervals.
  • a flow valve can be provided on the process chamber through which part of the vaporous medium-dye mixture can escape as soon as possible
  • a predetermined value for example 50 mbar
  • the steaming time has reached a predetermined time (for example 10 s).
  • a further predetermined time e.g. 15 s
  • the flow valve can be closed again and a valve through which the vaporous medium-dye mixture is fed to the process chamber can be opened again.
  • Process chamber arranged fan-like device can be accomplished.
  • the extracted mixture can be returned to the process chamber after a predetermined time.
  • the extracted mixture can be fed to a processing facility, and a new medium-dye mixture can be fed to the process chamber to repeat step S40. This also applies to a liquid medium-dye mixture.
  • the molded part can first be smoothed and then colored.
  • a solvent that dissolves the surface of the molded part and / or an acid that dissolves the surface of the molded part is first supplied to the process chamber.
  • the solvent and / or the acid can be fed to the process chamber in liquid form or in vapor form.
  • the surface becomes of the molded part is smoothed in step S40 in that the supplied agent dissolves the upper surface of the molded part, whereby the pores are closed and the roughness of the surface is reduced as far as possible without removing material. After smoothing the medium is sucked off. If necessary, step S40 of smoothing can be repeated.
  • the desired dye can be added to the suctioned-off medium.
  • the medium used for smoothing is used or reused as a carrier medium for the dye.
  • the carrier medium and the dye are then fed to the process chamber in step S30, the carrier medium-dye mixture also being able to be fed to the process chamber in liquid or vapor form.
  • the surface of the molded part is then colored with the added carrier medium / dye mixture.
  • a new, i.e. Fresh medium can be used as the carrier medium with which the dye is fed to the process chamber.
  • the extracted medium can also be processed (for example because it is contaminated due to the smoothing process) and then used as a carrier medium.
  • a different medium can be used for dyeing than for smoothing.
  • an acid can be used for smoothing and a solvent for coloring or a solvent for smoothing and an acid for coloring.
  • the temporal separation of smoothing and dyeing within the surface treatment treatment step can be advantageous, for example, if
  • the smoothing and the dyeing are to be carried out under different pressure conditions in the process chamber (e.g. smoothing with negative pressure and dyeing with positive pressure, or smoothing and coloring with negative pressure / positive pressure with different pressures each), or
  • the pressure conditions can also be changed during smoothing and dyeing.
  • the pressure can be increased or decreased during the process.
  • the temperature at which smoothing and dyeing takes place can also be changed.
  • the molded part can first be colored and then smoothed.
  • the molded part can be cooled or heated in the process chamber in step S60, this step being optional.
  • any solvent / acid still present on the surface of the molded part can be removed.
  • the molded part can also be dried in a vacuum.
  • the molded part can be removed from the process chamber (step S70) and optionally subjected to an after-treatment.
  • the medium-dye mixture sucked out of the process chamber can be fed to a treatment.
  • the preparation of the extracted medium-dye mixture can take place in a separation unit or with the aid of a separation unit, with which the medium or carrier medium is separated from the remaining dye.
  • the remaining dye can be separated from the medium, for example, by means of filtration, sedimentation, centrifugation, evaporation and a combination thereof.
  • the separation unit here has corresponding facilities. Any additives used in smoothing and dyeing can also be separated from the medium.
  • the remaining dye can also be separated from the medium by means of distillation. It is particularly advantageous here if an extensive vacuum or negative pressure can be generated in the separation unit so that the distillation can be carried out at lower temperatures and the color particles of the remaining dye are not destroyed by the distillation.
  • a multi-stage separation process can also be provided.
  • the extracted medium-dye mixture can first be filtered and then distilled.
  • the method according to the invention has several advantages.
  • One advantage is that only a single device is required for smoothing and dyeing, while separate devices are required in the prior art for both smoothing and dyeing.
  • the hardware effort can be reduced considerably.
  • Another essential advantage is that, in contrast to the methods known from the prior art, the molded parts are exposed to thermal stress only once (if high due to the media used Temperatures are necessary), which benefits the quality of the surface-treated molded part. This thermal load can also be reduced even further if the smoothing and dyeing are carried out at negative pressure, because the entire process can be carried out at lower temperatures overall.
  • the entire process can be carried out without water, i.e. there is no wastewater.
  • a closed circuit can be realized by providing a separation unit, since the remaining dye can be separated from the carrier medium and both the carrier medium and the remaining dye can be reused for surface treatment of other molded parts.
  • the separated carrier medium can also be reused for cleaning the process chamber with or without the molded parts contained therein. This has the advantage that possible paint deposits on the surfaces are completely removed. If the process chamber is cleaned together with the molded parts located therein, a further smoothing process can take place depending on the selected medium. The cleaning and / or renewed smoothing can be carried out with the medium Ml, M2 in liquid or gaseous form. In this case, the carrier medium can be fed back to the separation unit.
  • a separation unit which separates the medium and the dye
  • the medium can be permanently mixed with dye for coloring the components.
  • a separation unit can be omitted.
  • a separation unit can still be provided to separate dirt, water or other foreign matter from the medium-dye mixture.
  • the dosage of the dye in the medium-dye mixture can be controlled via photospectrometric or comparable measurements.
  • Corresponding sensors can be assigned to the process chamber, with which the dosage of the dye in the medium-dye mixture can be determined.
  • additional dye can be added to the process chamber or the mixing unit can be controlled or regulated accordingly.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that, compared to the method known from the prior art, the dye can penetrate orders of magnitude deeper into the material of the molded part for the same dyeing time. In the case of objects of daily use, for example, it can be prevented that the original color of the material of the molded part appears through minor scratches. In addition, the dyeing time can be reduced considerably with the same dyeing depth.
  • the above-described method for smoothing and coloring can be combined with a pretreatment and / or post-treatment of the surface of the molded parts. This can improve the results of straightening and coloring.
  • the surface of the molded part can be blasted with abrasive.
  • the beam means can be made of metal, plastic, an organic material, or a mineral material.
  • the blasting media can have a spherical or polygonal shape. Kugelför shaped and largely non-abrasive blasting media made of plastic have proven to be particularly advantageous.
  • the degree of hardness of the plastic balls should be selected so that it corresponds essentially to the degree of hardness of the plastic of the molded part or is slightly greater or slightly smaller than the degree of hardness of the plastic of the molded part. In this way, on the one hand, the residual powder present on the molded part can be loosened and removed before the molding is smoothed and colored. On the other hand, before or after smoothing and coloring, the surface of the molded part can be compacted and homogenized. Homogenizing the surface before smoothing has the advantage that smoothing the surface leads to even better results.
  • blasting methods known per se such as wet blasting, pressure blasting, centrifugal wheel blasting, wet blasting or injector blasting, can be used.
  • the surface of the molded part can be ground, it being possible to use known grinding means and grinding methods.
  • the subsequent smoothing process can be supported by the previous grinding.
  • the temperature of the molded parts can be optimally adjusted for the subsequent smoothing and dyeing.
  • the temperature of the molded part can be set so that a predetermined temperature difference is set between the temperature of the molded part and the temperature of the vaporous medium supplied to the process chamber.
  • a coating such as a lacquer, can be applied to the surface.
  • the molded part After the molded part has been smoothed and colored, it can be washed out with cold or warm water.
  • active substances can be applied to the molded part, for example UV absorbers, antibacterial compounds, or the like.
  • the smoothing and coloring according to the invention it is possible, for example, with the smoothing and coloring according to the invention to color the molded part with pigments with a metallic effect and then to apply a neon color.
  • the subsequent surface treatment of the molded part can also include impregnation and / or infiltration.
  • Fig. 2 shows a block diagram of a device according to the invention for upper surface treatment of molded plastic parts produced in a 3D printing process.
  • the central component of the device is the process chamber 1, in which the medium-dye mixture is introduced and in which the molded parts are smoothed and colored, as described above.
  • the process chamber 1 is air-, fluid- and pressure-tight.
  • the process chamber 1 can be heated, for example by means of a jacket heater 1.1 arranged on the process chamber 1.
  • the process chamber is coupled to a pump or a vacuum pump 7 in order to suck the liquid medium-dye mixture or the vaporous medium-dye mixture from the process chamber 1.
  • a pump or a vacuum pump 7 in order to suck the liquid medium-dye mixture or the vaporous medium-dye mixture from the process chamber 1.
  • an additional vacuum pump 7.1 can be provided with which the air contained in the process chamber can be sucked off after the mold parts have been introduced into the process chamber, effectively preventing the mold parts from yellowing.
  • the suction of the air can also be accomplished with the vacuum pump 7.
  • the liquid medium-dye mixture can alternatively also be removed from the process chamber by applying pressure to the process chamber or by gravity.
  • the device can have a mixing unit 8 with which the medium (for example a solvent and / or an acid) is mixed with the dye.
  • the required dyes can be fed to the mixing unit 8 from one or more dye containers 4.
  • the required medium (solvent and / or acid) can also be supplied to the mixing unit 8 from one or more containers provided for this purpose.
  • the medium-dye mixture produced with the mixing unit 8 can be fed directly from the mixing unit 8 from the process chamber 1.
  • the mixture produced in the mixing unit 8 can be supplied to the process chamber 1 via a vapor developer 6, where the vapor developer 6 is adapted to the Mixing unit 8 to convert the liquid mixture produced into a steam state.
  • the Dampfent winder 6 can be heated with a heating device 6.1 in order to achieve the temperatures necessary for generating steam.
  • the vapor generator 6 can also be coupled to a vacuum pump 6.2 in order to generate a negative pressure in the vapor generator 6 with which the evaporation temperature can be reduced.
  • the vapor developer 6 can also be dispensed with if there is a negative pressure in the process chamber 1 that is suitable for allowing the liquid medium-dye mixture supplied by the mixing unit 8 to evaporate suddenly.
  • the mixing unit 8 can also be equipped with a heating device 8.1 in order to heat the medium-dye mixture to a predetermined temperature before it is fed into the process chamber 1, especially when the medium-dye mixture is fed to the process chamber 1 in liquid form shall be.
  • the mixture sucked off with the vacuum pump 7 is fed to a separation unit 3 with which the remaining dye is separated from the carrier medium.
  • the separated dye can then be fed to a dye container 5.
  • the remaining carrier material can be fed to the container 2.
  • the separation unit 3 can have corresponding devices to enable the separation of carrier medium and dye, for example by means of filtration, sedimentation, centrifugation, evaporation and a combination thereof.
  • the separation unit 3 can also be designed to carry out the separation of the carrier medium and dyes by distillation. To a distillation also with To enable lower temperatures, it can be advantageous to couple the separating unit 3 to a vacuum pump 9.
  • the system according to the invention is designed in such a way that the medium can be fed directly to the process chamber 1 from the container 2.
  • the medium from the loading ratio 2 is used to smooth the molding.
  • the medium is fed from the container 2 to the mixing unit 8 and mixed there with the dyes.
  • the medium-dye mixture is then fed from the mixing unit 8 to the process chamber 1 as described above.
  • the paint container 4, 5 can be arranged outside the process chamber 1.
  • the paint container 4; 5 can also be arranged inside or partially inside the process chamber 1.
  • the paint container can be designed as a cartridge or capsule.
  • the cartridge or the capsule can be designed in such a way that they can be opened in a targeted manner in order to release the dye contained therein into the process chamber.
  • movable lances or nozzles can be provided in the process chamber, with which the wall of the cartridge or the capsule can be pierced. This makes it possible, for example, to specifically open the capsule or the cartridge after the smoothing process in order to specifically release dye into the process chamber for the subsequent dyeing process.
  • the lances or nozzles can be designed in such a way that the carrier medium for the dye can be fed to the capsule or cartridge via them.
  • the supplied carrier medium can then absorb the dye and introduce it into the process chamber through the opening made.
  • the cartridge or capsule can already be placed in the process chamber 1 with an open outlet opening from which the dye can escape. With this configuration, it is then possible to carry out the smoothing with a vaporous medium without the dye being released into the process chamber.
  • the liquid medium can take up the dye from the open cartridge or capsule and bring it into the process chamber - the liquid medium then serves as a carrier medium for the dye.
  • the dye can be in powder form or in liquid form. It has proven to be particularly advantageous if the opening in this embodiment points upwards.
  • All units 1 to 10 of the system can be implemented in a single machine or as a unit, i.e. the smoothing and coloring of molded parts produced in a 3D printing process can be carried out in a single machine and preferably simultaneously.
  • solvents, acids and dyes mentioned below are particularly suitable for use in the method according to the invention. However, this does not rule out the fact that other solvents, acids and dyes are also suitable for the process according to the invention.
  • Acids as a medium for smoothing and as a carrier medium for the dye formic acid, sulfuric acid, nitric acid, trifluoroacetic acid, phosphoric acid, phosphorous acid, and sulphurous acid.
  • Dyes (classified according to chemical structures): Anthraquinone dyes, azo dyes, dioxazine dyes, indigoid dyes, metal complex dyes, phthalocyanine dyes, methine dyes, nitro and nitroso dyes, sulfur dyes, and combinations thereof.
  • Dyes (classified according to application technology): Mordant dyes, disperse dyes, developing or coupling dyes, cationic dyes, vat dyes, solvent dyes, reactive dyes, acid dyes, noun dyes, functional dyes, and combinations thereof.
  • Gases have also proven suitable as carrier media for the dye, in particular nitrogen, but also argon, hydrogen, helium, ethene, ethine, carbon dioxide, carbon monoxide, xenon, neon, krypton, nitrous oxide, acetylene, forming gas, ammonia, sulfur dioxide.
  • the method according to the invention is particularly (but not only) suitable for molded parts made with the following plastics.
  • ABS Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • PLA polylactide
  • PC polycarbonate
  • PA6 polyamide 6,6
  • PA12 polyamide 12
  • PA11 thermoplastic Elastomers
  • TPE thermoplastic polyurethane
  • PP polypropylene
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEKK poly (etherketoneketone)
  • PAEK polyaryletherketone
  • PEI polyetherimide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • materials that are filled with glass spheres or carbon fibers such as glass-filled PA12, or materials to which a flame retardant or other active substances have been added, can also be used.
  • Laser-sintering, so-called multi-jet modeling, so-called poly-jet modeling, binder jetting or so-called multi-jet fusion can be used as additive processes for printing the molded parts.
  • the invention is not limited to these powder-based methods. Rather, other additive processes that can be used for the production can also be used (Printing) molded parts made of a plastic, such as fused filament fabrication, fused deposition molding, stereolithography (SLA) or digital light processing (DLP).
  • a molded part made from polyamide 12 powder in a 3D printing process is smoothed and colored, with benzyl alcohol being used as the medium for smoothing and the carrier medium for coloring.
  • the process chamber 1 is opened and a goods carrier (basket), which contains the molded part to be smoothed and colored, is inserted into the process chamber.
  • the goods carrier has a device for receiving a cartridge in which dye is contained. The cartridge is inserted into the process chamber together with the goods carrier and the process chamber is sealed fluid, gas and pressure-tight.
  • the process chamber is then evacuated. Benzyl alcohol vapor is then introduced into the process chamber for a certain time, which in this example is about 45 s. The vaporization with the benzyl alcohol vapor is only started when the benzyl alcohol vapor has reached a pressure of 140 mbar.
  • the process chamber is then evacuated.
  • the process of introducing benzyl alcohol vapor and evacuating the process chamber is repeated five times.
  • the process chamber is then evacuated again so that only the molded parts with a now smoothed surface are in the process chamber.
  • liquid benzyl alcohol heated to 115 ° C is introduced into the process chamber with the smoothed molded parts located therein until a pressure of 2 bar is reached.
  • the cartridge is opened, for example with a device, such as a needle or point, arranged in the process chamber.
  • the dye now emerges from the cartridge and mixes with the liquid benzyl alcohol introduced into the process chamber.
  • TERASIL ® TC Black Heuntsman Inter national LLC.
  • the mixing of the dye with the liquid benzyl alcohol is supported by a stirrer arranged in the process chamber to ensure uniform distribution of the dye in the liquid benzyl alcohol.
  • the temperature (115 ° C.) and the pressure (2 bar) in the process chamber are maintained for about 10 minutes.
  • the overpressure prevailing in the chamber allows the dye to penetrate particularly well into the material of the molded part.
  • the process chamber is then emptied, i.e. the liquid benzyl alcohol and the dye it contains (i.e. residual dye) are removed from the chamber, for example by draining or by suction.
  • the liquid benzyl alcohol removed from the process chamber is collected in a separation unit together with the dye dissolved in it.
  • the process chamber is now evacuated several times to a pressure below 10 mbar. This allows residues of the benzyl alcohol to be removed from the molded part.
  • the process chamber is ventilated and opened, and the product carrier with the now smoothed and colored molded part and the empty cartridge can be removed.
  • the chamber was evacuated and benzyl alcohol vapor was introduced into the process chamber until the internal temperature of the process chamber rose from room temperature to around 140 ° C. The process chamber is then emptied and evacuated again.
  • the product carrier After the product carrier has been removed from the process chamber, it is closed again and evacuated. Then hot benzyl alcohol vapor is introduced, which condenses on all surfaces of the process chamber. This removes the possible dye residues from the process chamber. The process chamber is then emptied and evacuated again. The benzyl alcohol removed from the process chamber is also collected in the separation unit.
  • evacuation can be carried out to a pressure below 10 mbar.
  • the benzyl alcohol collected in the separation unit with the dyes dissolved in it is distilled.
  • the pure benzyl alcohol can then be made available for another process and the dye residues can either be disposed of or processed.

Abstract

Bereit gestellt werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteilen aus Kunststoff, wobei die Oberfläche des Formteils geglättet und gefärbt wird, und wobei - zum Glätten der Oberfläche des Formteils die Oberfläche des Formteils in Kontakt mit einem die Oberfläche des Formteils anlösenden, fluidförmigen oder gasförmigen Medium (M1) gebracht wird, wodurch die Oberfläche des Formteils ohne Materialabtrag geglättet und homogenisiert wird, und - zum Färben der Oberfläche des Formteils ein Farbstoff mittels eines fluidförmigen oder gasförmigen Trägermediums (M2) in das Material der Oberfläche des Formteils eingebracht wird.

Description

System und Verfahren zur Oberflächenbehandlung von in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteil aus Kunststoff
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Formteils aus Kunststoff, wobei das Formteil in einem 3D-Druckverfahren hergestellt wird bzw. hergestellt wurde. Die Oberfläche des Formteils aus Kunststoff wird geglättet und gefärbt.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, Formteile aus Kunststoff in einem additiven Fertigungsverfahren bzw. in einem 3D-Druckverfahren herzustellen. Das herzustellende Formteil wird hierbei schichtweise aufgebaut.
Die Herstellung solcher Formteile in einem 3D-Druckverfahren hat den Nachteil, dass die Oberfläche der Formteile rau bzw. porös ist und oftmals industriellen An forderungen an die Oberflächengüte nicht genügt. Die Formteile können aufgrund ihrer rauen Oberfläche einem erhöhten Verschleiß unterliegen. Andererseits kann aufgrund der porösen Oberflächenstruktur Schmutz verhältnismäßig leicht an der Oberfläche haften bleiben. Die Ästhetik und Haptik des Formteils kann so erheblich beeinträchtigt werden.
Ein weiterer Nachteil bei der Herstellung solcher Formteile in einem 3D-Druckver- fahren besteht darin, dass man bei der Farbgebung der Formteile auf die Farben der für den Druck der Formteile zur Verfügung stehenden Kunststoffe beschränkt ist. Bei Lichtbasierten 3D-Druckverfahren (z.B. beim selektiven Lasersintern) können zudem die in den Kunststoffen enthaltenen Farbstoffe teilweise zerstört werden, was zu einer blass aussehenden Oberfläche des Formteils führen kann. Zudem kön nen die Farbstoffe das Licht teilweise absorbieren, sodass nicht mehr die gesamte Energie des Lichtes für den Druckvorgang zur Verfügung steht, was zur Folge hat, dass der Druckprozess für jeden Farbton aufwändig optimiert werden müsste. Für eine individuelle Farbgebung des Formteils wird das Formteil daher meist mit ei nem weißen Kunststoff hergestellt und anschließend gefärbt oder lackiert.
Beim Lackieren der Formteile wird eine Lackschicht auf die Oberfläche der Form teile aufgebracht. Da eine solche Lackschicht lediglich an der Oberfläche des Form teils haftet, kann die Lackschicht relativ leicht abplatzen.
Beim Färben wird das Formteil in ein Tauchbad bestehend aus Wasser und darin gelösten Farbstoffen gegeben. Im Unterschied zum Lackieren, bei dem die Lack schicht lediglich an der Oberfläche des Formteils aufliegt, kann der Farbstoff beim Färben eine gewisse Tiefe in das Material der Oberfläche eindringen. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Färbeverfahren kann der Farbstoff bis zu 0, 1 Milli metern in das Material eindringen, d.h. bis zu dieser Tiefe kann das Formteil voll ständig durchgefärbt werden. Nachteilig hierbei ist einerseits, dass insbesondere bei mechanisch stark beanspruchten Formteilen diese Färbetiefe von bis zu 0, 1 Milli metern meist nicht ausreicht, da insbesondere bei mechanisch stark beanspruchten Abschnitten des Formteils der Abrieb so groß sein kann, dass die ursprüngliche Farbe des Kunststoffs des Formteils an der Oberfläche sichtbar werden kann. Dies kann zu einem ungewollten fleckigen Erscheinungsbild der Oberfläche des Form teils führen. Zudem bleibt die Rauigkeit bzw. die Porosität nach dem Färben weit gehend erhalten. Jedenfalls beim Färben ist es in vielen Fällen notwendig, die Oberfläche des Form teils vor dem Färben zu glätten, um eine möglichst homogenes Erscheinungsbild der Oberfläche des Formteils zu gewährleisten.
Zum Glätten der Oberflächen der Formteile werden diese mechanisch behandelt, etwa geschliffen. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass es hierbei zu einem teils erheblichen Material ab trag an der Oberfläche des Formteils kommt, was zu einer unerwünschten Geometrieänderung des Formteils fuhrt. Zudem führt eine solche mechanische Behandlung zu schlechten Ergebnissen in Kavitäten, an Ecken oder in Hinterschneidungen. Bei flexiblen bzw. weichen Formteilen ist eine solche me chanische Oberflächenbehandlung entweder nicht anwendbar oder führt nicht zu den gewünschten Ergebnissen. Insbesondere müssen mechanisch nachbearbeitete Formteile vor dem Färben aufwendig gesäubert werden, was einen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand bedeutet.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Lösungen bereitzustellen, mit de nen ein in einem 3D-Druckverfahren hergestelltes Formteil aus Kunststoff wesent lich effizienter geglättet und gefärbt werden kann, und die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise vermeiden.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Oberflächenbehand lung von in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteil aus Kunststoff, sowie durch eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von in einem 3D-Druckverfah- ren hergestellten Formteil aus Kunststoff nach den unabhängigen Ansprüchen ge löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Bereitgestellt wird demnach ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von in ei nem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteil aus Kunststoff, wobei die Oberflä che des Formteils geglättet und gefärbt wird, und wobei
- zum Glätten der Oberfläche des Formteils die Oberfläche des Formteils in Kon takt mit einem die Oberfläche des Formteils anlösenden, fluidförmigen oder gas förmigen Medium gebracht wird, wodurch die Oberfläche des Formteils ohne Material ab trag geglättet und homogenisiert wird, und
- zum Färben der Oberfläche des Formteils ein Farbstoff mittels eines fluidförmi gen oder gasförmigen Trägermediums in das Material der Oberfläche des Form teils eingebracht wird.
„Ohne Material ab trag glätten und homogenisieren“ bedeutet hierbei, dass weitge hend kein Materialabtrag bzw. im Wesentlichen kein Materialabtrag stattfindet, so- dass die Geometrie des Formteils im Wesentlichen nicht verändert wird.
In einer speziellen Ausgestaltung des Verfahrens ist dennoch auch Färben ohne gleichzeitiges Glätten möglich, etwa wenn die Färbetemperatur so eingestellt wird, dass das Formteil zwar gefärbt aber nicht geglättet wird.
Vorteilhaft ist es, wenn das Glätten und das Färben in zwei voneinander unabhän gigen Schritten durchgeführt werden, wobei das Glätten vorzugsweise vor dem Fär ben durchgeführt wird.
Als Trägermedium kann das Medium verwendet werden. Als Trägermedium zum Färben der Oberfläche des Formteils kann also das Medium zum Glätten der Oberfläche des Formteils wiederverwendet werden. Beispiels weise kann nach dem Glätten der Oberfläche des Formteils dem Medium der ge wünschte Farbstoff zugegeben werden und das Formteil kann mit dem Medium- Farb stoff-Gemisch beaufschlagt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn das Glätten und das Färben gleichzeitig durchgeführt wer den, wobei als Trägermedium das Medium verwendet wird, sodass das Medium sowohl zum Glätten der Oberfläche des Formteils als auch als Trägermedium für den Farbstoff verwendet wird.
„Gleichzeitig“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Glätten und das Färben eines Formteils in einem einzigen Prozessschritt durchgeführt werden. In einem einzigen Prozessschritt kann so das Formteil sowohl geglättet als auch gefärbt wer den. Hierbei kann es in einer Ausgestaltung des Verfahrens vorteilhaft sein, wenn in dem einen Prozessschritt die Oberfläche des Formteils mehrfach, beispielsweise zyklisch mit dem Medium-Farb stoff-Gemisch beaufschlagt wird.
Das Glätten und das Färben kann mehrmals durchgeführt werden, vorzugsweise zeitlich beabstandet.
Das fluidförmige oder gasförmige Medium und/oder das fluidförmige oder gasför mige Trägermedium können ein Lösemittel und/oder eine Säure umfassen.
Das Lösemittel wird ausgewählt aus der Gruppe umfassend Acetaldehyd, Aceta- mid, Aceton, Acetonitril, Acetophenon, Acetylen, aliphatische Kohlenwasserstoffe (insbesondere Cyclohexan, Cyclohexen, Diisobutylen, Hexan, Octan, n-Pentan und Terpinen), Alkohole (insbesondere Benzylalkohol, Butylenglycol, Butanol, Etha nol, Ethylenglycol, Methanol, Allylalkohol, n-Propanol und Isopropanol), Amylacetat, Anilin, Anisol, Benzin, Benzaldehyd, Benzol, Chlorbenzol, Dioxan, Dimethylamid, Diemethylformaid, Diethylether, Dimethylformamid, Dimehtylsul- fid, Dimethylsulfoxid, Ethylbenzol, Ethylacetat, Formaldehyd, Formamid, Furfu- rol, Halogenkohlenwasserstoffe (insbesondere Chlorbrommethan, Chloroform, Ethylenchlorid, Hexafluorisopropanol, Methylenchlorid, Perchlorethylen, Trich- lormethan, Tetrachlormethan, Trichlorethan und Trichlorethylen), Menthon, Me- thyl-tert-butylether, Methylethylenketon, Nitrobenzol, Phenole, Phenylethylalko- hol, Propanol, Pyridin, Styrol, Tetrahydrofuran, Tetrahydronaphthalin, Toluol, Triethanolamin, und Kombinationen hiervon.
Die Säure wird ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ameisensäure, Schwefel säure, Salpetersäure, Trifluoressigsäure, Phoshporsäure, Phosphorige Säure, schwefelige Säure, und Kombinationen hiervon.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Färben und das Glätten der Oberfläche des Form teils unterhalb oder oberhalb des Atmosphärendrucks durchgeführt werden.
Beim Glätten und Färben der Oberfläche des Formteils kann das Glätten unterhalb des Atmosphärendrucks und das Färben oberhalb des Atmosphärendrucks durch geführt werden.
Das Glätten und das Färben der Oberfläche des Formteils kann in einer Prozess kammer durchgeführt werden, wobei der Prozesskammer das fluidförmige oder gasförmige Medium und/oder das fluidförmige oder gasförmige Trägermedium zu geführt werden, und wobei die Prozesskammer vorzugsweise druckdicht ausgestal tet ist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn vor dem Glätten und Färben der Oberfläche des Formteils die in der Prozesskammer vorhandene Luft weitestgehend entfernt wird. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Formteil vor dem Glätten und Färben für eine vorbestimmte Dauer erwärmt wird, um ein kontrolliertes Entwei chen des in dem Formteil gebundenen Wassers zu bewirken. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Formteil aus einem Material besteht, dass viel Wasser aus der Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann.
Das fluidförmige oder gasförmige Medium und/oder das fluidförmige oder gasför mige Trägermedium samt dem Farbstoff können während des Glättens und Färbens der Oberfläche des Formteils in der Prozesskammer verwirbelt werden, um ein gleichmäßiges Glätten und Färben der Oberfläche des Formteils zu erreichen.
Das Verwirbeln kann mit einer Verwirbelungseinrichtung bewerkstelligt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Verwirbeln durch ein zyklisches Zuführen und Absaugen des Mediums und/oder des Trägermediums in die und aus der Prozesskammer bewirkt werden.
In der Prozesskammer kann ein Farbbehälter angeordnet werden, in dem der Farb stoff aufgenommen ist, wobei der Farbstoff aus dem Farbbehälter in die Prozess kammer abgegeben wird. Der Farbbehälter wird dabei im Inneren der Prozesskam mer angeordnet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das fluidförmige oder gasförmige Me dium und/oder das fluidförmige oder gasförmige Trägermedium beim Zuführen in die Prozesskammer durch den Farbbehälter geführt werden, wodurch das Medium und/oder Trägermedium Farbstoff aus dem Farbbehälter aufnehmen und in die Pro zesskammer transportieren.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Farbbehälter mit einem Gas beaufschlagt werden, wobei das Gas Farbstoff aus dem Farbbehälter aufnimmt und in die Prozesskammer transportiert. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Farbbehälter im geöffneten Zustand in die Prozesskammer eingebracht werden. Die Öffnung des Farbbehälters befindet sich hier vorzugsweise an der oberen Seite des Farbbehälters. Beim Glätten mit einem gasförmigen Medium verbleibt der Farbstoff so in dem Farbbehälter, wäh rend beim anschließenden Färben mit einem fluidförmigen Trägermedium der Farbstoff aus dem offenen Farbbehälter "ausgespült" wird.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der Farbbehälter nach Ein- bringen in die Prozesskammer geöffnet wird, damit der Farbstoff aus dem Farbbe hälter in die Prozesskammer abgegeben werden kann.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass eine Wandung des Farbbehälters mittels einer in der Prozesskammer angeordneten Düse aufgestochen wird, wobei die Düse vor- zugsweise bewegbar ausgestaltet ist. Vorteilhaft kann es hierbei sein, wenn die Wandung erst nach dem Glätten aufgestochen wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann über die Düse das Medium und/oder das Trägermedium dem Farbbehälter zugeführt werden, wobei das Medium und/oder das Trägermedium den Farbstoff aufnehmen und durch die Öffnung hindurch in die Prozesskammer einbringen.
Nach dem Glätten und Färben kann das Medium und/oder Trägermedium von Res ten des Farbstoffes getrennt werden.
Das von den Resten des Farbstoffes getrennte Medium und/oder Trägermedium kann erneut der Prozesskammer zugeführt werden, um die Prozesskammer zu rei nigen. Zum Reinigen der Prozesskammer kann auch ein neues Medium und/oder Träger medium in die Prozesskammer eingebracht werden. "Neues" Medium und/oder Trägermedium bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein noch nicht verwende tes bzw. nicht gebrauchtes Medium und/oder Trägermedium in die Prozesskammer eingebracht wird, nachdem das in der Prozesskammer vorhandene und benutzte Medium und/oder Trägermedium aus der Prozesskammer entfernt wurde.
Zum bzw. beim Reinigen der Prozesskammer können die Formteile in der Prozess kammer verbleiben. Dabei können die Formteile gegebenenfalls erneut geglättet werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können während des Glättens und/oder wäh rend des Färbens
- die Formteile in der Prozesskammer bewegt werden, und/oder
- die Prozesskammer bewegt werden.
Dadurch wird ein besonders homogenes Glätt- und/oder Färbeergebnis erzielt.
Das Bewegen der Formteile kann durch ein Verwirbeln des Mediums und/oder des Trägermediums bewirkt werden.
Während des Färbens kann der Farbbehälter mit zusätzlichem Farbstoff nachgefüllt bzw. aufgefüllt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Dosierung des Farbstoffes in der Prozesskammer ermittelt werden. In Abhängigkeit von der ermittelten Dosierung kann die Menge des der Prozesskammer zugeführten Farbstoffes eingestellt wer den.
Bereit gestellt wird ferner eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zum Glätten und Färben einer Oberfläche eines in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteils aus Kunststoff, wobei die Vorrichtung umfasst - eine Prozesskammer, in der das Formteil einbringbar ist, wobei die Prozesskam mer druckdicht ausgestaltet ist und fluid- und gasdicht verschließbar ist,
- einen Farbbehälter zur Aufnahme eines oder mehrerer Farbstoffe,
- ein Behältnis zur Aufnahme eines die Oberfläche des Formteils anlösenden, flu- idförmigen oder gasförmigen Mediums,
wobei
- das Behältnis mit der Prozesskammer (1) gekoppelt ist, um das Mediums der Prozesskammer zuzuführen,
- das Behältnis mit dem Farbbehälter gekoppelt ist, um dem der Prozesskammer zuzuführenden Medium einen oder mehrere Farbstoffe aus dem Farbbehälter zu zugeben.
Das Behältnis kann über eine Mischeinheit mit der Prozesskammer und mit dem Farbbehälter gekoppelt sein, wobei der Mischeinheit das Medium aus dem Behält nis und die Farbstoffe aus dem Farbbehälter zuführbar sind, wobei die Mischeinheit ausgestaltet ist, das ihr zugeführte Medium und die ihr zugeführten Farbstoffe zu vermischen und das Medium-Farb stoff-Gemisch der Prozesskammer zuzuführen.
Die Oberflächenbehandlungsvorrichtung kann einen Dampfentwickler umfassen, der mit dem Behältnis gekoppelt ist, wobei der Dampfentwickler ausgestaltet ist, ein ihm aus dem Behältnis zugeführtes Medium in eine dampfförmige Form zu bringen und das dampfförmige Medium der Mischeinheit und/oder der Prozess kammer zuzuführen.
Der Farbbehälter kann als Kartusche oder Kapsel ausgestaltet sein und zumindest teilweise im Inneren der Prozesskammer anordenbar sein. Der Farbbehälter kann eine Austrittsöffnung aufweisen, die nach dem Anordnen des Farbbehälters in der Prozesskammer öffenbar ist und durch die der in dem Farbbehälter aufgenommene Farbstoff in das Innere der Prozesskammer entweichen kann. Alternativ kann der Farbbehälter bereits mit einer offenen Öffnung in die Prozesskammer eingebracht werden und dort angeordnet werden. In der Prozesskammer können Düsen angeordnet sein, mit denen der in der Pro zesskammer angeordnete Farbbehälter geöffnet werden kann, insbesondere dessen Wandung aufgestochen werden kann. Die Düsen können bewegbar und steuerbar ausgestaltet sein, sodass das Öffnen des Farbbehälters gesteuert werden kann. Da mit wird es möglich, den Farbbehälter beispielsweise nach dem Glätten zum öffnen, ohne das die Prozesskammer hierfür geöffnet werden muss.
Der Farbbehälter kann mit dem Behältnis oder mit dem Dampfentwickler gekoppelt sein, derart, dass das von dem Behältnis oder von dem Dampfentwickler dem Farb behälter zugeführte Medium den im Farbbehälter vorhandenen Farbstoff aufnimmt und durch die Austrittsöffnung des Farbbehälters in das Innere der Prozesskammer einbringt. Die Oberflächenbehandlungsvorrichtung kann eine Trenneinheit aufweist, die mit der Prozesskammer gekoppelt ist, wobei der Trenneinheit das in der Prozesskam mer aufgenommen Medium oder Medium-Farb stoff-Gemisch zuführbar ist, wobei die Trenneinheit angepasst ist, das ihr zugeführte Medium oder Medium-Farb stoff- Gemisch, gegebenenfalls in einem mehrstufigen Verfahren, von den Farbstoffen zu trennen.
In einer Ausgestaltung der Oberflächenbehandlungsvorrichtung kann
- die Prozesskammer eine Heiz-/Kühleinrichtung, und/oder
- die Mischeinheit eine Heiz-/Kühleinrichtung, und/oder
- der Dampfentwickler eine Heiz-/Kühleinrichtung
aufweisen, und/oder
- die Prozesskammer mit einer Ab saugeinrichtung gekoppelt ist, um das in der Prozesskammer aufgenommene Medium oder Medium-Farb stoff-Gemisch oder die in der Prozesskammer enthaltene Luft zu entfernen, und/oder
- der Dampfentwickler mit einer Vakuumpumpe gekoppelt ist, und/oder
- die Trenneinheit mit einer Vakuumpumpe gekoppelt ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung können der Prozesskammer Sensoren zuge ordnet sein, die beispielsweise in der Prozesskammer angeordnet sind, mit denen die Dosierung des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Gemisch ermittelt werden kann. Aufgrund der Farbaufnahme durch die in der Prozesskammer angeordneten Formteile verringert sich der Anteil des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Ge misch, sodass es vorteilhaft sein kann, den Anteil des Farbstoffes in dem Medium- Farb stoff-Gemisch während des Färbevorganges zu erhöhen. Vorteilhaft kann es hierbei sein, wenn die der Prozesskammer aus dem Farbbehälter zugegebene Menge an Farbstoffen in Abhängig von der ermittelten Dosierung ein stellbar ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt: Fig. 1 ein Ablaufdiagramm des erfmdungsgemäßen Verfahrens, wobei hier le diglich die Grundschritte gezeigt sind, und anhand dessen mehrere erfm- dungsgemäße Varianten des Verfahrens beschrieben werden; und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfmdungsgemäßen Systems zur Oberflä chenbehandlung von in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formtei- len.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Zum Glätten der Oberfläche des in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Form teils aus Kunststoff wird die Oberfläche des Formteils in Kontakt mit einem die Oberfläche des Formteils anlösenden, fluidförmigen oder gasförmigen Medium ge bracht. Dadurch wird die Oberfläche des Formteils angelöst, ohne dass es hierbei zu einem Materialabtrag kommt. Durch das Anlösen der Oberfläche wird die Ober fläche geglättet und gleichzeitig homogenisiert. Beispielsweise kann die Rauheit der Oberfläche eines mit Polyamid 12 (PA 12) in einem selektiven Lasersinterver fahren hergestellten Formteils von Ra = 10 pm auf einen Wert Ra = 2 pm reduziert werden. "Gleichmäßig homogenisiert" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Oberfläche des Formteils die gleiche oder weitestgehend die gleiche Dichte und Porosität (sofern nach dem glätten überhaupt noch Poren vorhanden sind) aufweist, sodass überall eine gleichmäßige Farbaufnahme gewährleistet wird.
Zudem wird die Oberfläche des Formteils gefärbt, indem ein Farbstoff mit Hilfe eines fluidförmigen oder gasförmigen Trägermediums in das Material an der Ober fläche des Formteils eingebracht wird.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Glätten der Oberfläche und das Fär ben der Oberfläche des Formteils in einem Schritt, d.h. gleichzeitig durchgeführt werden. Das Durchführen des Glättens und des Färbens in einem einzigen Verfah rensschritt hat den Vorteil, dass die gesamte Oberflächenbehandlung deutlich effi zienter, d.h. mit deutlich weniger Zeitaufwand und weniger Materialaufwand durchgeführt werden kann.
Ein besonderer Vorteil liegt allerdings darin, dass erheblich bessere Färbeergeb nisse erzielt werden, da der Farbstoff wesentlich tiefer in die Oberfläche, d.h. in das Material des Formteils eindringen kann, als bei aus dem Stand der Technik bekann ten Färbeverfahren. Versuche haben gezeigt, dass Eindringtiefen von bis zu 2 Mil limetern und mehr erreicht werden können, wohingegen bei aus dem Stand der Technik bekannten Färbeverfahren Eindringtiefen von lediglich 0,1 Millimetern er reicht werden. Dies hat den Vorteil, dass bei selbst stark mechanisch beanspruchten Abschnitten der Oberfläche des Formteils die ursprüngliche Farbe des Materials des Formteils nicht (jedenfalls aber erst sehr spät) zum Vorschein kommt. Denn damit die ursprüngliche Farbe zum Vorschein kommt müsste ein Material ab trag von bis zu 2 Millimeter oder mehr stattfinden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass durch das Anlösen der Oberflä che des Formteils eine komplett homogene Oberfläche geschaffen wird. Bedingt durch den Druckprozess weist die Oberfläche eines Formteils unterschiedliche Oberflächengüten und Oberflächendichten auf. Mechanische Verfahren, etwa schleifen, können dies zwar verbessern. Im Unterschied zum Anlösen der Oberflä che können mit solchen mechanischen Verfahren aber keine komplett homogenen Oberflächen erreicht werden.
Insbesondere bei Pulverbettverfahren als Druckverfahren, wie selektives Lasersin tern, Multi Jet Fusion oder High Speed Sintering, spielt das erfindungsgemäße Glät ten der Oberfläche der Formteile eine besondere Rolle, da bei diesen Verfahren die Formteile durch anbackendes Pulver eine besonders raue Oberfläche aufweisen.
Zusätzlich hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass auch Formteile mit komplexen Geometrien oder funktionale Formteile, die nicht lackiert werden können, gefärbt werden können.
Details des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei anhand dieses Ablaufdiagramms auch Varianten des erfindungs gemäßen Verfahrens beschrieben werden.
Das Glätten und das Färben eines in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Form teils aus Kunststoff wird vorteilhafterweise in einer Prozesskammer durchgeführt, die verschließbar ausgestaltet ist. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Pro- zesskammer druckdicht ausgestaltet ist, sodass in der Prozesskammer ein Unter drück, vorteilhafterweise ein weitgehendes Vakuum, oder ein Überdruck hergestellt werden kann.
Nach dem Herstellen, d.h. nach dem Drucken der Formteile in einem additiven Fer tigungsverfahren und gegebenenfalls nach einem Entpulvern der gedruckten Form teile, werden die Formteile in einem ersten Schritt S10 in eine Prozesskammer ein gebracht und die Prozesskammer wird gas- und fluiddicht verschlossen.
Nach dem Einbringen des Formteils in die Prozesskammer kann in einem weiteren Schritt S20, der optional ausgeführt werden kann, die in der Prozesskammer be findliche Luft abgesaugt werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann in der Prozesskammer auch ein (weitgehendes) Vakuum erzeugt werden. Das Absaugen der Luft bzw. das Erzeugen des Vakuums hat den Vorteil, dass der Prozesskammer der Sauerstoff weitgehend entzogen wird, der während des Glättens und Färbens aufgrund der erhöhten Temperatur in Kombination mit dem Sauerstoff zu einer Vergilbung des Formteils fuhren kann. Zudem wird der Prozesskammer auch das in der Luft zwangsläufig enthaltene Wasser entzogen, sodass der gesamte Prozess erfmdungsgemäß vollständig ohne Wasser durchgeführt werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil des Absaugens der Luft aus der Prozesskammer liegt auch darin, dass das Glätten und Färben bei immer gleichbleibenden und wiederholbaren Bedingungen durchgeführt werden kann, da die Luft, die bei mehreren Färbevor gängen unterschiedlich viel Wasser aufweisen kann, das Glätten und das Färben nicht mehr beeinflussen kann. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn eine große Stückzahl von Formteilen zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit gleichen Ergebnissen geglättet und gefärbt werden müssen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, die Prozesskammer vor dem Glätten und Färben des Formteils zu erhitzen oder abzukühlen, um die Formteile auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen. Ein vorheriges Erhitzen der Prozesskammer hat zudem den Vorteil, dass an der Innenwandung der Prozess kammer weniger dampfförmiges Medium (Lösemittel und/oder Säure) kondensiert, sodass mehr Dampf zum Kondensieren an der Oberfläche der Formteile zur Verfü gung steht.
Mit Bezug auf die unten genannten Schritte S30 bis S50 wird eine Variante des Verfahrens beschrieben, bei dem das Medium (Lösemittel und/oder Säure) im dampfförmigen Zustand der Prozesskammer zugeführt wird. Das Ergebnis des Glättens hängt hierbei neben der Prozesstemperatur (oder Temperaturverlauf des Prozesses) und Prozessdauer auch von der Menge des Mediums ab, die in Kontakt mit dem Formteil kommt. Beim Bedampfen wird diese Menge dadurch bestimmt, wie viel Medium an der Oberfläche des Formteils kondensiert. Je größer der Tem peraturunterschied zwischen dem Formteil und dem Dampf ist, desto mehr Medium kondensiert an der Oberfläche des Formteils und desto stärker ist der Glättungsef fekt. Der Temperaturunterschied ist allerdings so einzustellen, dass durch das Kon densieren des Dampfes an der Oberfläche des Formteils eine Tropfenbildung und/o- der eine Blasenbildung an der Oberfläche des Formteils und/oder ein Verwischen von geometrischen Details der Oberfläche des Formteils aufgrund zu viel konden siertem Medium verhindert werden.
Bei Formteilen aus Materialien, die viel Wasser aus der Luftfeuchtigkeit aufnehmen können, kann das Vorwärmen zudem zu einem kontrollierten Entweichen des in dem Formteil gebundenen Wassers fuhren. Versuche haben gezeigt, dass ohne ein vorheriges Erhitzen/Erwärmen solcher Formteile die Hitze des der Prozesskammer zugeführten dampfförmigen Mediums zu einem schlagartigen Entweichen des in dem Formteil gebundenen Wassers führen kann, was das Ergebnis des Glättens ne gativ beeinflussen kann.
In den nachfolgenden Schritten S30 bis S51 werden die in die Prozesskammer ein- gebrachten Formteile geglättet und gefärbt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Variante des erfmdungsgemäßen Verfahrens, die besonders vorteilhaft ist, werden die in die Pro zesskammer eingebrachten Formteile in einem einzigen Prozessschritt sowohl ge glättet als auch gefärbt. Das bedeutet, dass das Formteil gleichzeitig geglättet und gefärbt wird. Bei Bedarf kann das gleichzeitige Glätten und Färben des Formteils mehrfach wiederholt werden, wobei ein solches mehrfaches Wiederholen des Glät- tens und des Färbens ein einziger Prozessschritt im Sinne der vorliegenden Erfin dung ist.
Gleichzeitiges Glätten und Färben
In dem Schritt S30 wird der Prozesskammer ein Trägermedium-Farbstoff-Gemisch zugeführt. Das Trägermedium dient hierbei einerseits zum Glätten der Oberfläche und andererseits als Trägermedium für den Transport der Farbstoffe.
Das Trägermedium-Farbstoff-Gemisch kann außerhalb der Prozesskammer herge stellt werden und der Prozesskammer zugeführt werden. Als Medium für das Glät ten, das gleichzeitig als Trägermedium für den Farbstoff verwendet wird, wird er findungsgemäß ein die Oberfläche des Formteils anlösendes Lösemittel, eine die Oberfläche des Formteils anlösende Säure, oder ein die Oberfläche des Formteils anlösendes Lösemittel-Säure-Gemisch verwendet. Diesem Lösemittel und/oder dieser Säure wird der gewünschte Farbstoff zugegeben.
Nach dem Herstellen des Medium- bzw. Trägermedium-Farbstoff-Gemischs wird dieses der Prozesskammer zugeführt. Wobei dieses Gemisch erfindungsgemäß so wohl in flüssiger Form als auch in Dampfform in die Prozesskammer gegeben wer den kann.
Wird dieses Gemisch in flüssiger Form der Prozesskammer zugegeben, wird die Prozesskammer so weit geflutet, dass sich die Formteile vollständig in dem flüssi gen Gemisch befinden, oder die Formteile durch Bewegen in der Prozesskammer oder durch Bewegen der Prozesskammer - zumindest zeitweise - vollständig in das flüssige Gemisch getaucht werden können. Ein Bewegen der Formteile in der Pro zesskammer oder ein Bewegen der Prozesskammer kann nicht nur zum Zweck des - zumindest zeitweisen - vollständigen Eintauchens vorteilhaft sein, sondern auch das Glättungs- und/oder Färbeergebnis positiv beeinflussen, beispielsweise die Ho mogenität der Färbung und/oder der Glättung. Ein Bewegen der Formteile in der Prozesskammer oder ein Bewegen der Prozesskammer kann auch bei der Behand lung der Formteile mittels dampfförmigem Medium vorteilhaft sein, sowie beim Reinigen der Formteile oder der Prozesskammer.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Bewegen der Formteile indirekt durch ein Verwirbeln des Mediums, welches seinerseits die Formteile in Bewegung setzt, bewirkt werden.
Bei der Zugabe des Gemisches in Dampfform kann es vorgesehen sein, das Ge misch außerhalb der Prozesskammer in einen dampfförmigen Zustand zu bringen und das Gemisch als Dampf der Prozesskammer zuzuführen. Alternativ kann in der Prozesskammer ein Unterdrück erzeugt werden, sodass das Gemisch auch in flüs siger Form der Prozesskammer zugegeben werden kann, wobei das flüssige Ge misch bei einem entsprechenden Unterdrück in der Prozesskammer schlagartig ver dampft. Das Vorsehen eines Unterdruckes hat zudem den Vorteil, dass die thermi sche Belastung des Formteils wesentlich geringer ist, weil die Verdampfungstem peratur des Gemisches entsprechend geringer ist.
Sowohl beim Zuführen des Gemisches in dampfförmiger als auch in flüssiger Form werden die in der Prozesskammer angeordneten Formteile gleichzeitig geglättet und gefärbt. Durch das in dem Gemisch enthaltene Lösemittel und/oder Säure wird die Oberfläche des Formteils angelöst und dadurch geglättet. Dabei werden auch die an der Oberfläche des Formteils vorhandenen Poren verschlossen. Gleichzeitig wird die Oberfläche des Formteils ohne Materialabtrag geglättet, ohne dass sich die Geometrie des Formteils wesentlich ändert. Dadurch wird eine glatte und homo gene Oberfläche des Formteils erreicht. Gleichzeitig mit dem Glätten der Oberfläche wird die Oberfläche des Formteils mit dem im Gemisch enthaltenen Farbstoff gefärbt. Durch das gleichzeitige Anlösen der Oberfläche des Formteils kann der Farbstoff deutlich tiefer in die Oberfläche bzw. in das Material eindringen, weil sich die angelöste Oberfläche des Formteils mit dem Farbstoff vermischt. Dadurch können Eindringtiefen der Farbe in die Ober fläche von bis zu 2 Millimetern oder mehr erreicht werden, sodass das Formteil bis zu dieser Tiefe vollständig durchgefärbt wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, das eingebrachte Ge misch in der Prozesskammer zu verwirbeln, um ein noch gleichmäßigeres Glätten und ein noch gleichmäßigeres Färben des Formteils zu erreichen.
Nach dem Glätten und Färben, was in dem Schritt S40 durchgeführt wird, wird das Gemisch, in dem Reste des Farbstoffes enthalten sein können, aus der Prozesskam mer entfernt, beispielsweise abgesaugt (Schritt S50).
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schritt S40 (glätten und färben) wie derholt werden. Während bei einem flüssigen Medium-Farb stoff-Gemisch eine Verwirbelung beispielsweise mit einer in der Prozesskammer angeordneten Rühr einrichtung bewerkstelligt werden kann, kann bei einem dampfförmigen oder flüs sigem Medium-Farb stoff-Gemisch eine solche Verwirbelung durch ein zyklisches Zuführen und Absaugen des Gemisches in zeitlich kurzen Abständen erfolgen. Hierzu kann an der Prozesskammer ein Strömungsventil vorgesehen sein, durch das ein Teil des dampfförmigen Medium-Farb stoff-Gemisches entweichen kann, so bald
- der Druck in der Prozesskammer einen vorbestimmten Wert (beispielsweise 50 mbar) überschreitet und/oder
- die Bedampfungsdauer eine vorbestimmte Zeit (beispielsweise 10 s) erreicht hat. Sobald
- der Druck in der Prozesskammer wieder auf einen vorbestimmten Werte (bei spielsweise 30 mbar) gefallen ist und/oder
- nach einer weiteren vorbestimmten Zeit (beispielsweise 15 s)
kann das Strömungsventil wieder geschlossen werden und ein Ventil, durch das das dampfförmige Medium-Farb stoff-Gemisch der Prozesskammer zugeführt wird, kann wieder geöffnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Verwirbelung des dampfförmigen Medium-Farb stoff-Gemisches beispielsweise auch mit einer in der
Prozesskammer angeordneten ventilatorartigen Einrichtung bewerkstelligt werden.
Bei einem dampfförmigen Medium-Farb stoff-Gemisch kann das abgesaugte Ge misch nach einer vorbestimmten Zeit wieder der Prozesskammer zugeführt werden. Alternativ kann das abgesaugte Gemisch einer Aufbereitung zugeführt werden, und für die Wiederholung des Schrittes S40 kann ein neues Medium-Farb stoff-Gemisch der Prozesskammer zugeführt werden. Das gilt auch für ein flüssiges Medium-Farb- stoff-Gemisch. Getrenntes Glätten und Färben
Vorstehend ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens beschrieben worden, bei dem das Glätten und das Färben gleichzeitig, d.h. in einem einzigen Prozess schritt durchgeführt wird.
Alternativ hierzu kann das Formteil zunächst geglättet und anschließend gefärbt werden. Hierbei wird im Schritt S30 zunächst ein die Oberfläche des Formteils an lösendes Lösemittel und/oder eine die Oberfläche des Formteils anlösende Säure der Prozesskammer zugeführt. Das Lösemittel und/oder die Säure kann hierbei in flüssiger Form oder in dampfförmiger Form der Prozesskammer zugeführt werden. Mit dem zugegebenen Medium (Lösemittel und/oder Säure) wird die Oberfläche des Formteils in dem Schritt S40 geglättet, indem das zugeführte Mittel die Ober fläche des Formteils anlöst, wodurch sich die Poren verschließen und die Rauheit der Oberfläche weitestgehend ohne Material ab trag reduziert wird. Nach dem Glät ten wird das Medium abgesaugt. Gegebenenfalls kann der Schritt S40 des Glättens wiederholt werden.
Nach dem Glätten des Formteils kann dem abgesaugten Medium der gewünschte Farbstoff zugegeben werden. Das zum Glätten verwendete Medium wird hierbei als Trägermedium für den Farbstoff verwendet bzw. wiederverwendet. Das Träger medium und der Farbstoff werden dann in dem Schritt S30 der Prozesskammer zu geführt, wobei auch hierbei das Trägermedium-Farbstoff-Gemisch in flüssiger oder in dampfförmiger Form der Prozesskammer zugeführt werden kann. In dem Schritt S40 wird die Oberfläche des Formteils dann mit dem zugegebenen Trägermedium- Farbstoff-Gemisch gefärbt.
Alternativ kann hier anstelle des nach dem Glätten abgesaugten Mediums ein neues, d.h. frisches Medium als Trägermedium verwendet werden, mit dem der Farbstoff der Prozesskammer zugeführt wird. Anstelle eines neuen bzw. frischen Mediums kann das abgesaugte Medium auch aufbereitet werden (etwa weil es aufgrund des Glättungsvorganges verunreinigt ist) und anschließend als Trägermedium verwen det werden.
In einer noch weiteren Alternative kann es vorgesehen sein, zum Färben ein anderes Medium (Trägermedium) zu verwenden als zum Glätten. So kann beispielsweise zum Glätten eine Säure und zum Färben ein Lösemittel oder zum Glätten ein Löse mittel und zum Färben eine Säure verwendet werden.
Das zeitliche Trennen von Glätten und Färben innerhalb des Oberflächenbehand lungsschrittes kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn
- für das Glätten höhere oder niedrigere Temperaturen erwünscht / notwendig sind als für das Färben, - das Glätten und das Färben bei jeweils unterschiedlichen Druckverhältnissen in der Prozesskammer durchgeführt werden sollen (z.B. Glätten bei Unterdrück und Färben bei Überdruck, oder Glätten und Färben bei Unterdrück / Überdruck mit jeweils verschiedenen Drücken), oder
- das Glätten mit einem dampfförmigen Medium und das Färben in einem Tauch bad durchgeführt werden sollen, oder umgekehrt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können die Druckverhältnisse während des Glättens und Färbens auch verändert werden. So kann beispielsweise während des Prozesses der Druck erhöht oder verringert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch die Temperatur, bei der das Glätten und Färben stattfindet, verändert werden.
Möglich ist es auch, der Prozesskammer für das Färben ein Trägermedium mit dem Farbstoff zuzugeben, ohne vorher das in der Prozesskammer vorhandene Medium, das zum Glätten verwendet wurde, abzusaugen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das Formteil zunächst gefärbt und anschließend geglättet werden.
Nach dem Glätten und Färben des Formteils kann das Formteil in der Prozesskam mer in dem Schritt S60 abgekühlt oder erwärmt werden, wobei dieser Schritt opti onal ist. Durch ein Erwärmen des Formteils kann an der Oberfläche des Formteils noch vorhandenes Lösemittel / Säure entfernt werden. Alternativ oder optional kann auch ein Trocknen des Formteils in einem Vakuum durchgeführt werden.
Nach dem Glätten und Färben bzw. nach dem Abkühlen / Erwärmen / Vakuum trocknen kann das Formteil aus der Prozesskammer entnommen werden (Schritt S70) und gegebenenfalls einer Nachbehandlung unterzogen werden. Das aus der Prozesskammer abgesaugte Medium-Farb stoff-Gemisch kann einer Aufbereitung zugeführt werden. Die Aufbereitung des abgesaugten Medium-Farb- stoff-Gemisches kann in einer Trenneinheit bzw. mit Hilfe einer Trenneinheit er folgen, mit der das Medium bzw. Trägermedium von dem restlichen Farbstoff ge trennt wird. Das Trennen des restlichen Farbstoffes von dem Medium kann bei spielsweise mittels Filtration, Sedimentation, Zentrifugieren, Abdampfen und einer Kombination hiervon erfolgen. Die Trenneinheit weist hierbei entsprechende Ein richtungen auf. Eventuell beim Glätten und Färben verwendete Zusatzstoffe können hiermit ebenfalls von dem Medium getrennt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Trennen des restlichen Farbstoffes von dem Medium auch mittels Destillation erfolgen. Besonders vorteil haft ist es hierbei, wenn in der Trenneinheit ein weitgehendes Vakuum bzw. ein Unterdrück erzeugt werden kann, sodass die Destillation bei niedrigeren Tempera turen durchgeführt werden kann und die Farbpartikel des restlichen Farbstoffes durch die Destillation nicht zerstört werden.
In einer Ausgestaltung kann auch ein mehrstufiges Trennverfahren vorgesehen sein. Beispielsweise kann das abgesaugte Medium-Farb stoff-Gemisch zunächst ge filtert und anschließend destilliert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat mehrere Vorteile.
Ein Vorteil liegt darin, dass für das Glätten und Färben lediglich eine einzige Vor richtung benötigt wird, während im Stand der Technik sowohl für das Glätten als auch für das Färben jeweils separate Vorrichtungen benötigt werden. Der Aufwand für Hardware kann so erheblich reduziert werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass die Formteile im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren lediglich einmal einer thermi schen Belastung ausgesetzt sind (sofern aufgrund der verwendeten Medien hohe Temperaturen notwendig sind), was der Qualität des oberflächenbehandelten Form teils zugutekommt. Diese thermische Belastung kann zudem noch weiter reduziert werden, wenn das Glätten und Färben bei Unterdrück durchgeführt werden, weil der gesamte Prozess hierbei bei insgesamt niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann.
Durch die Reduzierung der thermischen Belastung kann beispielsweise ein Verzie hen des Formteils vermieden werden, insbesondere bei Formteilen, die in schlechter Qualität gedruckt wurden, und/oder die unterschiedliche Wandstärken aufweisen. Zudem kann verhindert werden, dass sich mechanische Eigenschaften des Form teils ändern oder gar verschlechtern.
Zudem kann der gesamte Prozess ohne Wasser durchgeführt werden, d.h. es ent steht kein Abwasser.
Ferner kann durch das Vorsehen einer Trenneinheit ein geschlossener Kreislauf re alisiert werden, da der restliche Farbstoff von dem Trägermedium getrennt werden kann und sowohl das Trägermedium als auch der restliche Farbstoff für eine Ober flächenbehandlung anderer Formteile wiederverwendet werden können. Das abge trennte Trägermedium kann zudem zum Reinigen der Prozesskammer mit oder ohne der darin enthaltenen Formteile wiederverwendet werden. Dies hat den Vor teil, dass mögliche Farbablagerungen auf den Oberflächen vollständig entfernt wer den. Falls die Reinigung der Prozesskammer zusammen mit den darin befindlichen Formteilen erfolgt, kann dabei abhängig vom gewählten Medium ggf. ein weiterer Glättvorgang stattfinden. Das Reinigen und/oder erneute Glätten kann mit dem Me dium Ml, M2 in flüssiger oder gasförmiger Form durchgeführt werden. In diesem Fall kann das Trägermedium erneut der Trenneinheit zugeführt werden.
Anstelle der Verwendung einer Trenneinheit, welche Medium und Farbstoff trennt, kann es vorteilhaft sein, dass das Medium zum Färben der Bauteile dauerhaft mit Farbstoff versetzt bleibt. In diesem Fall kann eine Trenneinheit entfallen. Alternativ kann aber dennoch eine Trenneinheit vorgesehen sein, um Schmutz, Wasser oder andere Fremdstoffe von dem Medium-Farb stoff-Gemisch zu trennen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Möglichkeit zum Nachfüllen von Farbstoff, beispielsweise in den Farbstoffbehälter vorhanden sein. Dabei kann in einer Ausgestaltung die Dosierung des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Ge misch über photospektrometrische oder vergleichbare Messungen gesteuert wer den. Der Prozesskammer können entsprechende Sensoren zugeordnet sein, mit de nen die Dosierung des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Gemisch ermittelt werden kann. In Abhängigkeit von der ermittelten Dosierung kann der Prozesskam mer zusätzlicher Farbstoff zugegeben werden oder die Mischeinheit kann entspre chend gesteuert bzw. geregelt werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt allerdings darin, dass im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Farbstoff bei gleicher Färbedauer um Größenordnungen tiefer in das Material des Formteils eindringen kann. Bei Gegenständen des täglichen Gebrauchs kann so bei spielsweise verhindert werden, dass durch kleinere Kratzer die ursprüngliche Farbe des Materials des Formteils zum Vorschein tritt. Zudem kann bei gleicher Färbe tiefe die Färbedauer erheblich reduziert werden.
Erfindungsgemäß kann das vorstehend beschriebene Verfahren zum Glätten und Färben mit einer Vorbehandlung und/oder Nachbehandlung der Oberfläche der Formteile kombiniert werden. Dadurch können die Ergebnisse des Glättens und Färbens verbessert werden.
Die nachfolgend genannten Verfahren können sowohl als Vorbehandlung als auch als Nachbehandlung durchgeführt werden.
Strahlen der Oberfläche Die Oberfläche des Formteils kann mit Strahlmittel gestrahlt werden. Die Strahl mittel können aus Metall, Kunststoff, einem organischen Material, oder aus ei nem mineralischen Material sein. Die Strahlmittel können eine kugelförmige o- der vieleckige Form aufweisen. Als besonders vorteilhaft haben sich kugelför mige und weitgehend nicht-abrasiv wirkende Strahlmittel aus Kunststoff heraus gestellt. Der Härtegrad der Kunststoffkugeln sollte hierbei so gewählt werden, dass er im Wesentlichen dem Härtegrad des Kunststoffes des Formteils ent spricht bzw. leicht größer oder leicht kleiner ist, als der Härtegrad des Kunststof fes des Formteils. Damit kann einerseits vor dem Glätten und Färben des Form teils das am Formteil vorhandene Restpulver gelockert und entfernt werden. An dererseits kann damit vor oder nach dem Glätten und Färben die Oberfläche des Formteils verdichtet und homogenisiert werden. Das Homogenisieren der Ober fläche vor dem Glätten hat den Vorteil, dass das Glätten der Oberfläche zu noch besseren Ergebnissen führt.
Zum Strahlen können an sich bekannte Strahlverfahren, etwa Nassstrahlen, Druckstrahlen, Schleuderradstrahlen, Feuchtstrahlen oder Injektor strahlen, ver wendet werden.
- Schleifen
Die Oberfläche des Formteils kann geschliffen werden, wobei hierbei an sich bekannte Schleifmittel und Schleifverfahren verwendet werden können. Durch das vorherige Schleifen kann der nachfolgende Prozess des Glättens unterstützt werden.
- Erhitzen und Kühlen der Formteile
Durch das Erhitzen oder Kühlen der Formteile kann die Temperatur der Form teile optimal für das nachfolgende Glätten und Färben eingestellt werden. So kann beispielsweise die Temperatur des Formteils so eingestellt werden, dass sich zwischen der Temperatur des Formteils und der Temperatur des der Pro zesskammer zugeführten dampfförmigen Mediums eine vorbestimmte Tempe raturdifferenz einstellt.
- Aufbringen eine Beschichtung
An der Oberfläche kann eine Beschichtung, etwa ein Lack aufgebracht werden.
- Auswaschen mit Wasser
Nach dem Glätten und Färben des Formteils kann dieses mit kaltem oder war mem Wasser ausgewaschen werden.
- Erneutes Färben / Oberflächenbehandeln
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, das geglättete und gefärbte Formteil mit einem wasserbasierten Verfahren erneut zu färben o- der die Oberfläche erneut zu behandeln. Beispielsweise können nach dem erfin- dungsgemäßen Glätten und Färben aktive Substanzen auf das Formteil aufge bracht werden, etwa UV-Absorber, antibakterielle Verbindungen, oder derglei chen. Ferner ist es so beispielsweise möglich mit dem erfindungsgemäßen Glät ten und Färben das Formteil mit Pigmenten mit Metalleffekt zu färben und an schließend eine Neon-Farbe aufzubringen. Das anschließende Oberflächenbe handeln des Formteils kann auch ein Imprägnieren und/oder Infiltrieren umfas sen.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ober flächenbehandlung von in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteil aus Kunststoff. Zentraler Bestandteil der Vorrichtung ist die Prozesskammer 1, in der das Medium- Farb stoff-Gemisch eingebracht wird und in der die Formteile geglättet und gefärbt werden, wie vorstehend beschrieben.
In einer Ausgestaltung ist die Prozesskammer 1 luft-, fluid- und druckdicht ausge staltet. Je nach Bedarf kann die Prozesskammer 1 beheizbar sein, etwa mittels einer an der Prozesskammer 1 angeordneten Mantelheizung 1.1.
Die Prozesskammer ist mit einer Pumpe bzw. einer Vakuumpumpe 7 gekoppelt, um das flüssige Medium-Farb stoff-Gemisch bzw. das dampfförmige Medium- Farb stoff-Gemisch aus der Prozesskammer 1 abzusaugen. In einer alternativen Ausgestaltung kann eine zusätzliche Vakuumpumpe 7.1 vorgesehen sein, mit der die in der Prozesskammer enthaltene Luft nach dem Einbringen der Formteile in die Prozesskammer abgesaugt werden kann, wodurch ein Vergilben der Formteile effektiv verhindert wird. Selbstverständlich kann das Absaugen der Luft auch mit der Vakuumpumpe 7 bewerkstelligt werden. Das flüssige Medium-Farb stoff-Ge misch kann alternativ auch durch Beaufschlagen der Prozesskammer mit Druck o- der durch die Schwerkraft aus der Prozesskammer abgeführt werden.
Sofern das Medium-Farb stoff-Gemisch nicht bereits in gemischter Form vorliegt, kann die Vorrichtung eine Mischeinheit 8 aufweisen, mit der das Medium (bei spielsweise ein Lösemittel und/oder eine Säure) mit dem Farbstoff gemischt wird. Die benötigten Farbstoffe können aus einem oder mehreren Farbstoffbehältern 4 der Mischeinheit 8 zugeführt werden. Das benötigte Medium (Lösemittel und/oder Säure) kann ebenfalls aus einem oder mehreren dafür vorgesehenen Behältnissen der Mischeinheit 8 zugeführt werden.
Sofern das Glätten und Färben der Formteile in einem Tauchbad durchgeführt wer den sollen, kann das mit der Mischeinheit 8 hergestellte Medium-Farb stoff-Ge misch direkt von der Mischeinheit 8 aus der Prozesskammer 1 zugeführt werden. Sofem das Glätten und Färben mit einem dampfförmigen Medium-Farb stoff-Ge- misch durchgeführt werden soll, kann das in der Mischeinheit 8 hergestellte Ge misch über einen Dampfentwickler 6 der Prozesskammer 1 zugeführt werden, wo bei der Dampfentwickler 6 angepasst ist, das in der Mischeinheit 8 hergestellte flüs sige Gemisch in einen Dampfzustand zu überführen. Hierzu kann der Dampfent wickler 6 mit einer Heizeinrichtung 6.1 beheizbar sein, um die für die Dampferzeu gung notwendigen Temperaturen zu erreichen. Alternativ oder zusätzlich kann der Dampfentwickler 6 auch mit einer Vakuumpumpe 6.2 gekoppelt sein, um in dem Dampfentwickler 6 einen Unterdrück zu erzeugen, mit dem die Verdampfungstem peratur reduziert werden kann.
Alternativ kann auf den Dampfentwickler 6 auch verzichtet werden, wenn in der Prozesskammer 1 ein Unterdrück herrscht, der geeignet ist, das von der Mischein heit 8 zugeführte flüssige Medium-Farb stoff-Gemisch schlagartig verdampfen zu lassen.
Die Mischeinheit 8 kann ebenfalls mit einer Heizeinrichtung 8.1 ausgestattet sein, um das Medium-Farb stoff-Gemisch vor dem Zuführen in die Prozesskammer 1 auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, insbesondere wenn das Medium- Farb stoff-Gemisch in flüssiger Form der Prozesskammer 1 zugeführt werden soll.
Das mit der Vakuumpumpe 7 abgesaugte Gemisch wird einer Trenneinheit 3 zuge führt, mit der der restliche Farbstoff von dem Trägermedium getrennt wird. Der abgetrennte Farbstoff kann dann einem Farbstoffbehälter 5 zugeführt werden. Das verbleibende Trägermaterial kann dem Behältnis 2 zugeführt werden.
Die Trenneinheit 3 kann entsprechende Vorrichtungen aufweisen, um das Trennen von Trägermedium und Farbstoff, beispielsweise mittels Filtration, Sedimentation, Zentrifugieren, Abdampfen und einer Kombination hiervon, zu ermöglichen. Die Trenneinheit 3 kann auch dazu ausgestaltet sein, das Trennen von Trägermedium und Farbstoffen durch Destillation durchzuführen. Um eine Destillation auch bei niedrigeren Temperaturen zu ermöglichen kann es vorteilhaft sein, die Trenneinheit 3 mit einer Vakuumpumpe 9 zu koppeln.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens beschrieben worden, bei der das Glätten und Färben innerhalb eines Prozessschrittes zeitlich hintereinander durchgeführt werden, d.h. das Formteil wird zunächst geglättet und anschließend gefärbt, oder umgekehrt. Für diesen Fall ist das erfindungsgemäße System so ausgestaltet, dass das Medium aus dem Behältnis 2 direkt der Prozess kammer 1 zugeführt werden kann. In diesem Fall wird das Medium aus dem Be hältnis 2 zum Glätten des Formteils verwendet. Für das anschließende Färben wird das Medium aus dem Behältnis 2 der Mischeinheit 8 zugeführt und dort mit den Farbstoffen vermischt. Das Medium-Farb stoff-Gemisch wird dann wie vorstehend beschrieben aus der Mischeinheit 8 der Prozesskammer 1 zugeführt.
Der Farbbehälter 4, 5 kann außerhalb der Prozesskammer 1 angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Farbbehälter 4; 5 auch im Inneren oder teilweise im Inneren der Prozesskammer 1 angeordnet sein. In diesem Fall kann der Farbbehälter als Kartusche oder Kapsel ausgestaltet sein. Die Kartusche oder die Kapsel können so ausgestaltet sein, dass sie gezielt geöffnet werden kön nen, um den darin aufgenommen Farbstoff in die Prozesskammer abzugeben. Für ein gezieltes Öffnen der Kartusche oder der Kapsel können in der Prozesskammer bewegbare Lanzen oder Düsen vorgesehen sein, mit denen die Wandung der Kar tusche oder der Kapsel aufgestochen werden kann. Dadurch kann beispielsweise ermöglicht werden, die Kapsel oder die Kartusche nach dem Glättvorgang gezielt zu öffnen, um für den anschließenden Färbevorgang gezielt Farbstoff in die Pro zesskammer abzugeben. Die Lanzen oder Düsen können hierbei so ausgestaltet sein, dass über diese das Trägermedium für den Farbstoff der Kapsel bzw. Kartu sche zugeführt werden kann. Das zugeführte Trägermedium kann dann den Farb stoff aufnehmen und ihn über die hergestellt Öffnung in die Prozesskammer ein- bringen. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kartusche oder Kapsel bereits mit einer offenen Austrittsöffnung, aus der der Farbstoff entweichen kann, in die Pro zesskammer 1 gegeben werden. Mit dieser Ausgestaltung ist es dann möglich, das Glätten mit einem dampfförmigen Medium durchzuführen, ohne dass hierbei der Farbstoff in die Prozesskammer abgegeben wird. Bei einem anschließenden Färben mit einem flüssigen Medium kann das flüssige Medium den Farbstoff aus der offe nen Kartusche oder Kapsel aufnehmen und in die Prozesskammer einbringen - das flüssige Medium dient dann als Trägermedium für den Farbstoff. Der Farbstoff kann hierbei in Pulverform oder in flüssiger Form vorliegen. Es hat sich als beson ders vorteilhaft erweisen, wenn die Öffnung in dieser Ausgestaltung nach oben zeigt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, der Prozesskammer eine Sensoreinrichtung 10 zuzuordnen, mit der die Dosierung des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Gemisch ermittelt werden kann. Anhand der ermittelten Dosierung kann zusätzlicher Farbstoff der Prozesskammer zugegeben werden. Fer ner kann in Anhängigkeit von der ermittelten Dosierung auch die Mischeinheit 8 so gesteuert werden, dass sich die Dosierung des Farbstoffes in dem in der Prozess- kammer enthaltenen Medium-Farb stoff-Gemische auf einen vorbestimmten Wert einstellt.
Sämtliche Einheiten 1 bis 10 des Systems können in einer einzigen Maschine bzw. als eine Einheit ausgeführt sein, d.h. das Glätten und Färben von in einem 3D- Druckverfahren hergestellten Formteilen kann in einer einzigen Maschine und vor zugsweise gleichzeitig durchgeführt werden.
Versuche haben gezeigt, dass sich nachfolgend genannte Lösemittel, Säuren und Farbstoffe besonders gut für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfah- ren eignen. Hierdurch wird aber nicht ausgeschlossen, dass sich auch andere Löse mittel, Säuren und Farbstoffe für das erfindungsgemäß Verfahren eignen. Lösemittel als Medium zum Glätten und als Trägermedium für den Farbstoff:
Acetaldehyd, Acetamid, Aceton, Acetonitril, Acetophenon, Acetylen, aliphatische Kohlenwasserstoffe (insbesondere Cyclohexan, Cyclohexen, Diisobutylen, Hexan, Octan, n-Pentan und Terpinen), Alkohole (insbesondere Benzylalkohol, Buty- lenglycol, Butanol, Ethanol, Ethylenglycol, Methanol, Allylalkohol, n-Propanol und Isopropanol), Amylacetat, Anilin, Anisol, Benzin, Benzaldehyd, Benzol, Chlorbenzol, Dioxan, Dimethylamid, Diemethylformaid, Diethylether, Dimethyl- formamid, Dimehtylsulfid, Dimethylsulfoxid, Ethylbenzol, Ethylacetat, Formalde hyd, Formamid, Furfurol, Halogenkohlenwasserstoffe (insbesondere Chlorbrom methan, Chloroform, Ethylenchlorid, Hexafluorisopropanol, Methylenchlorid, Perchlorethylen, Trichlormethan, Tetrachlormethan, Trichlorethan und Trichlo- rethylen), Menthon, Methyl-tert-butylether, Methyl ethylenketon, Nitrobenzol, Phe- nole, Phenylethylalkohol, Propanol, Pyridin, Styrol, Tetrahydrofuran, Tetrahydro naphthalin, Toluol, Triethanolamin, und Kombinationen hiervon.
Säuren als Medium zum Glätten und als Trägermedium für den Farbstoff: Ameisensäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Trifluoressigsäure, Phoshporsäure, Phosphorige Säure, und Schwefelige Säure.
Farbstoffe (klassifiziert nach chemischen Strukturen): Anthrachinonfarb Stoffe, Azofarbstoffe, Dioxazinfarb Stoffe, Indigoide Farbstoffe, Metallkomplexfarbstoffe, Phthalocyaninfarbstoffe, Methinfarb Stoffe, Nitro- und Nitrosofarb Stoffe, Schwefelfarbstoffe, und Kombinationen hiervon.
Farbstoffe (klassifiziert nach anwendungstechnischen Verfahren): Beizenfarbstoffe, Dispersionsfarbstoffe, Entwicklungs- oder Kupplungsfarbstoffe, Kationische Farbstoffe, Küpenfarbstoffe, Lösungsmittelfarbstoffe, Reaktivfarb stoffe, Säurefarbstoffe, Substantive Farbstoffe, Funktionelle Farbstoffe, und Kom binationen hiervon.
Als Trägermedien für den Farbstoff haben sich zudem Gase als geeignet erwiesen, insbesondere Stickstoff, aber auch Argon, Wasserstoff, Helium, Ethen, Ethin, Koh lendioxid, Kohlenmonoxid, Xenon, Neon, Krypton, Distickstoffoxid, Acetylen, Formiergas, Ammoniak, Schwefeldioxid.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere (aber nicht nur) für Formteile, die mit folgenden Kunststoffen hergestellt werden.
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Polylactide (PLA), Polycarbonate (PC), Polyamid 6 (PA6), Polyamid 6,6 (PA6,6), Polyamid 12 (PA12), Polyamid 11 (PA11), thermoplastische Elastomere (TPE), thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polypropylen (PP), Polyetheretherketon (PEEK), Poly(etherketonketon) (PEKK), Polyaryletherketone (PAEK), Polyetherimide (PEI), Polyphenylensulfid (PPS), oder Polymethylmethacrylat (PMMA), und Polymerblende/Polymerblends aus den genannten Kunststoffen.
Daneben können beispielsweise auch Materialien, die mit Glaskugeln oder Carbon- fasem gefüllt sind verwendet werden, etwa glasgefülltes PA12, oder Materialien, denen ein Flammschutzmittel oder andere aktive Substanzen zugesetzt wurden.
Als additive Verfahren zum Drucken der Formteile können das Laser-Sintern, das sogenannte Multi-Jet Modelling, das sogenannte Poly-Jet Modelling, das Binder Jetting oder das sogenannte Multi Jet Fusion verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese pulverbasierten Verfahren beschränkt. Vielmehr können auch andere additive Verfahren verwendet werden, die sich für die Herstellung (Drucken) von Formteilen aus einem Kunststoff eignen, etwa Fused Filament Fabri- cation, Fused Deposition Molding, Stereolithographie (SLA) oder Digital Light Processing (DLP).
Beispiel:
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines konkreten Bei spiels beschrieben. Hierbei wird ein in einem 3D-Druckverfahren aus Polyamid 12- Pulver hergestelltes Formteil geglättet und gefärbt, wobei Benzylalkohol als Me dium zum Glätten und als Trägermedium zum Färben verwendet wird.
Die Prozesskammer 1 wird geöffnet und ein Warenträger (Korb), der das zu glät tende und zu färbende Formteil enthält, wird in die Prozesskammer eingeführt. In diesem Beispiel weist der Warenträger eine Einrichtung zur Aufnahme einer Kar tusche auf, in der Farbstoff enthalten ist. Die Kartusche wir zusammen mit dem Warenträger in die Prozesskammer eingeführt und die Prozesskammer wird fluid-, gas- und druckdicht verschlossen.
Die Prozesskammer wird anschließend evakuiert. Anschließend wird für eine vor bestimmte Zeit, die in diesem Beispiel etwa 45 s beträgt, Benzylalkohol-Dampf in die Prozesskammer eingeleitet. Das Bedampfen mit dem Benzylalkohol-Dampf wird erst dann gestartet, wenn der Benzylalkohol-Dampf einen Druck von 140 mbar erreicht hat.
Anschließend wird die Prozesskammer evakuiert. Der Vorgang Benzylalkohol- Dampf einleiten und Evakuieren der Prozesskammer wird hier fünfmal wiederholt. Anschließend wird die Prozesskammer erneut evakuiert, sodass sich in der Prozess kammer nur mehr die Formteile mit einer nunmehr geglätteten Oberfläche befin den. Nach diesem Vorgang wird solange flüssiger und auf 115°C erhitzter Benzylalko hol in die Prozesskammer mit den sich darin befindlichen geglätteten Formteilen eingeleitet bis ein Druck von 2 bar erreicht wird.
Gleichzeitig mit Einleiten des flüssigen Benzylalkohols wird die Kartusche geöff net, beispielsweise mit einer in der Prozesskammer angeordneten Einrichtung, wie etwa eine Nadel oder Spitze. Der Farbstoff tritt nun aus der Kartusche aus und ver mischt sich mit dem in die Prozesskammer eingeleiteten flüssigen Benzylalkohol. Als Farbstoff wird in diesem Beispiel TERASIL® TC Black (von Huntsman Inter national LLC) verwendet. Das Vermischen des Farbstoffes mit dem flüssigen Benzylalkohol wird durch einen in der Prozesskammer angeordneten Rührer unter stützt, um eine gleichmäßige Verteilung des Farbstoffes in dem flüssigen Benzylal kohol zu gewährleisten.
Nachdem die Prozesskammer vollständig mit dem flüssigen Benzylalkohol gefüllt wurde werden die Temperatur (1 15 °C) und der Druck (2 bar) in der Prozesskam mer für etwa 10 Minuten aufrecht erhalten. Durch den in der Kammer herrschenden Überdruck kann der Farbstoff besonders gut in das Material des Formteils eindrin- gen.
Anschließen wird die Prozesskammer geleert, d.h. der flüssige Benzylalkohol und der darin enthaltene Farbstoff (d.h. Restfarbstoff) werden der Kammer entnommen, etwa durch Ablassen oder durch Absaugen.
Der der Prozesskammer entnommene flüssige Benzylalkohol wird zusammen mit dem darin gelösten Farbstoff in einer Trenneinheit gesammelt.
Die Prozesskammer wird nunmehr mehrfach auf einen Druck unter 10 mbar eva kuiert. Dadurch können Rückstände des Benzylalkohols von dem Formteil entfernt werden. Nach Abschluss dieses Vorganges wird die Prozesskammer belüftet und geöffnet, und der Warenträger mit dem nunmehr geglätteten und gefärbten Formteil und der leeren Kartusche kann entnommen werden. Vor dem Einbringen des Warenträgers mit dem Formteil und der Kartusche in die Prozesskammer ist die Kammer evakuiert worden und es wurde Benzylalkohol- Dampf in die Prozesskammer eingeleitet bis die Innentemperatur der Prozesskam mer von der Raumtemperatur auf etwa 140°C angestiegen ist. Anschließend wird die Prozesskammer geleert und erneut evakuiert.
Nach dem Entnehmen des Warenträgers aus der Prozesskammer wird diese erneut verschlossen und evakuiert. Im Anschluss daran wird heißer Benzylalkohol-Dampf eingeleitet, der an allen Oberflächen der Proesskammer kondensiert. Dadurch wer den mögliche Farbstoff-Rückstände von der Prozesskammer gewaschen. Die Pro- zesskammer wird dann nochmals geleert und evakuiert. Der dabei der Prozesskam mer entnommene Benzylalkohol wird ebenfalls in der Trenneinheit gesammelt.
Bei allen vorstehend zu diesem Beispiel genannten Evakuierungsvorgängen kann auf einen Druck unter 10 mbar evakuiert werden.
Der in der Trenneinheit gesammelte Benzylalkohol mit den darin gelösten Farb stoffen wird destilliert. Der reine Benzylalkohol kann dann für einen weiteren Pro zess bereitgestellt werden und die Farbstoffrückstände können entweder einer Ent sorgung oder Aufbereitung zugeführt werden.
Bezugszeichen:
1 Prozesskammer
1.1 Heizeinrichtung 2 Behältnis
3 Trenneinheit
4 F arb stoffb ehälter
5 F arb stoffb ehälter
6 Dampfentwickler 6. 1 Heizeinrichtung 6.2 Vakuumpumpe
7 Pumpe / Vakuumpumpe
7.1 Vakuumpumpe
8 Mischeinheit
8.1 Heizeinrichtung
9 Vakuumpumpe
10 Sensoreinrichtung
S10 bis S70 Schritte des Verfahrens

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von in einem 3D-Druckverfahren her gestellten Formteil aus Kunststoff, wobei die Oberfläche des Formteils ge glättet und gefärbt wird, und wobei
- zum Glätten der Oberfläche des Formteils die Oberfläche des Formteils in Kontakt mit einem die Oberfläche des Formteils anlösenden, fluidförmi gen oder gasförmigen Medium (Ml) gebracht wird, wodurch die Oberflä che des Formteils ohne Material ab trag geglättet und homogenisiert wird, und
- zum Färben der Oberfläche des Formteils ein Farbstoff mittels eines fluid- förmigen oder gasförmigen Trägermediums (M2) in das Material der
Oberfläche des Formteils eingebracht wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Glätten und das Färben in zwei voneinander unabhängigen Schritten durchgeführt werden, wobei das Glätten vorzugsweise vor dem Färben durchgeführt wird.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei als Trägerme dium (M2) das Medium (Ml) verwendet wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Glätten und das Färben gleichzeitig durchgeführt werden, wobei als Trägermedium (M2) das Medium (Ml) ver wendet wird, sodass das Medium (Ml) sowohl zum Glätten der Oberfläche des Formteils als auch als Trägermedium für den Farbstoff verwendet wird. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Glätten und das Färben mehrmals durchgeführt werden, vorzugsweise zeitlich beabstandet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fluidför- mige oder gasförmige Medium (Ml) und/oder das fluidförmige oder gasför mige Trägermedium (M2) ein Lösemittel und/oder eine Säure umfassen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- das Lösemittel ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend Acetaldehyd, Acetamid, Aceton, Acetonitril, Acetophenon, Acetylen, aliphatische Koh lenwasserstoffe (insbesondere Cyclohexan, Cyclohexen, Diisobutylen, Hexan, Octan, n-Pentan und Terpinen), Alkohole (insbesondere Benzylal kohol, Butylenglycol, Butanol, Ethanol, Ethylenglycol, Methanol, Allylal kohol, n-Propanol und Isopropanol), Amylacetat, Anilin, Anisol, Benzin, Benzaldehyd, Benzol, Chlorbenzol, Dioxan, Dimethylamid, Diemethyl- formaid, Diethylether, Dimethylformamid, Dimehtylsulfid, Dimethylsul foxid, Ethylbenzol, Ethylacetat, Formaldehyd, Formamid, Furfurol, Halo genkohlenwasserstoffe (insbesondere Chlorbrommethan, Chloroform, Ethylenchlorid, Hexafluorisopropanol, Methylenchlorid, Perchlorethylen, Trichlormethan, Tetrachlormethan, Trichlorethan und Trichlorethylen), Menthon, Methyl-tert-butylether, Methylethylenketon, Nitrobenzol, Phe nole, Phenylethylalkohol, Propanol, Pyridin, Styrol, Tetrahydrofuran, Tet rahydronaphthalin, Toluol, Triethanolamin, und Kombinationen hiervon, und/oder
- die Säure ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend Ameisensäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Trifluoressigsäure, Phoshporsäure, Phos- phorige Säure, schwefelige Säure, und Kombinationen hiervon.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Färben und das Glätten der Oberfläche des Formteils unterhalb oder oberhalb des Atmo sphärendrucks durchgeführt werden. - 3 -
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei beim Gläten und Färben der Oberfläche des Formteils das Gläten unterhalb des Atmosphärendrucks und das Färben oberhalb des Atmosphärendrucks durchgeführt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glätten und das Färben der Oberfläche des Formteils in einer Prozesskammer durchge führt werden, wobei der Prozesskammer das fluidförmige oder gasförmige Medium (Ml) und/oder das fluidförmige oder gasförmige Trägerme- dium (M2) zugeführt werden, und wobei die Prozesskammer vorzugsweise druckdicht ausgestaltet ist.
11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei vor dem Glätten und Färben der Oberfläche des Formteils die in der Prozesskammer vorhandene Luft weitestgehend entfernt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formteil vor dem Glätten und Färben für eine vorbestimmte Dauer erwärmt wird, um ein kontrolliertes Entweichen des in dem Formteil gebundenen Wassers zu bewirken.
13. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das flu idförmige oder gasförmige Medium (Ml) und/oder das fluidförmige oder gasförmige Trägermedium (M2) samt dem Farbstoff während des Glättens und Färbens der Oberfläche des Formteils in der Prozesskammer verwirbelt werden, um ein gleichmäßiges Glätten und Färben der Oberfläche des Form teils zu erreichen.
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verwirbeln mit einer Verwirbelungseinrichtung bewerkstelligt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verwirbeln durch ein zyklisches Zu führen und Absaugen des Mediums und/oder des Trägermediums in die und aus der Prozesskammer bewirkt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei in der
Prozesskammer ein Farbbehälter angeordnet wird, in dem der Farbstoff auf genommen ist, wobei der Farbstoff aus dem Farbbehälter in die Prozesskam mer abgegeben wird.
17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das fluidförmige oder gasförmige Medium (Ml) und/oder das fluidförmige oder gasförmige Trä germedium (M2) beim Zuführen in die Prozesskammer durch den Farbbehäl ter geführt werden, wodurch das Medium (Ml) und/oder Trägerme dium (M2) Farbstoff aus dem Farbbehälter aufnehmen und in die Prozess- kammer transportieren.
18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Farbbehälter mit einem Gas beauf schlagt wird, wobei das Gas Farbstoff aus dem Farbbehälter aufnimmt und in die Prozesskammer transportiert.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Farbbehälter im geöffneten Zustand in die Prozesskammer eingebracht wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Farbbehälter nach Einbringen in die Prozesskammer geöffnet wird, damit der Farbstoff aus dem
Farbbehälter in die Prozesskammer abgegeben werden kann.
21. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Wandung des Farbbehälters mittels einer in der Prozesskammer angeordneten Düse aufge stochen wird, wobei die Düse vorzugsweise bewegbar ausgestaltet ist.
22 Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei über die Düse das Me dium (Ml) und/oder Trägermedium (M2) dem Farbbehälter zugeführt wird.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Glät- ten und Färben das Medium (Ml) und/oder Trägermedium (M2) von Resten des Farbstoffes getrennt werden.
24. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch und nach einem der vorher gehenden Ansprüche 10 bis 21, wobei das von den Resten des Farbstoffes getrennte Medium (Ml) und/oder Trägermedium (M2) erneut der Prozess kammer zugeführt wird, um die Prozesskammer zu reinigen.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei zum Reinigen der Pro zesskammer ein neues Medium und/oder Trägermedium in die Prozesskam mer eingebracht wird.
26. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Reinigen der Prozesskammer die Formteile in der Prozesskammer verbleiben.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 24, wobei wäh rend des Glättens und/oder während des Färbens
- die Formteile in der Prozesskammer bewegt werden, und/oder
- die Prozesskammer bewegt wird.
28. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bewegen der Formteile durch ein Verwirbeln des Mediums (Ml) und/oder des Trägerme diums (M2) bewirkt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei während des Färbens der Farbbehälter mit zusätzlichem Farbstoff nachgefüllt wird.
30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dosierung des Farbstoffes in der Prozesskammer ermittelt wird und wobei in Abhängig keit von der ermittelten Dosierung die Menge des der Prozesskammer zuge führten Farbstoffes eingestellt wird.
31. Oberflächenbehandlungsvorrichtung zum Glätten und Färben einer Oberflä che eines in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteils aus Kunst stoff, wobei die Vorrichtung umfasst
- eine Prozesskammer (1), in der das Formteil einbringbar ist, wobei die Prozesskammer druckdicht ausgestaltet ist und fluid- und gasdicht ver schließbar ist,
- einen Farbbehälter (4; 5) zur Aufnahme eines oder mehrerer Farbstoffe,
- ein Behältnis (2) zur Aufnahme eines die Oberfläche des Formteils anlö senden, fluidförmigen oder gasförmigen Mediums (Ml; M2),
wobei
- das Behältnis (2) mit der Prozesskammer (1) gekoppelt ist, um das Medi ums (Ml; M2) der Prozesskammer zuzuführen,
- das Behältnis (2) mit dem Farbbehälter (4; 5) gekoppelt ist, um dem der Prozesskammer (1) zuzuführenden Medium (Ml; M2) einen oder mehrere Farbstoffe aus dem Farbbehälter (4; 5) zuzugeben.
32. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Behältnis (2) über eine Mischeinheit (8) mit der Prozesskam mer (1) und mit dem Farbbehälter (4; 5) gekoppelt ist, wobei der Mischein- heit (8) das Medium (Ml; M2) aus dem Behältnis (2) und die Farbstoffe aus dem Farbbehälter (4; 5) zuführbar sind, wobei die Mischeinheit (8) ausgestal tet ist, das ihr zugeführte Medium (Ml; M2) und die ihr zugeführten Farb stoffe zu vermischen und das Medium-Farbstoff- Gemisch der Prozesskam mer (1) zuzuführen.
33. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei diese einen Dampfentwickler (6) umfasst, der mit dem Be hältnis (2) gekoppelt ist, wobei der Dampfentwickler (6) ausgestaltet ist, ein ihm aus dem Behältnis (2) zugeführtes Medium (Ml; M2) in eine dampfför- mige Form zu bringen und das dampfförmige Medium der Mischeinheit (8) und/oder der Prozesskammer (1) zuzuführen.
34. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Farbbe- hälter (4; 5) als Kartusche oder Kapsel ausgestaltet ist und zumindest teil- weise im Inneren der Prozesskammer (1) anordenbar ist und eine Austritts öffnung aufweist, die vorzugsweise nach dem Anordnen des Farbbehälters in der Prozesskammer (1) öffenbar ist und durch die der in dem Farbbehälter aufgenommene Farbstoff in das Innere der Prozesskammer (1) entweichen kann.
35. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Farbbehälter (4; 5) mit dem Behältnis (2) oder mit dem Dampfent wickler (6) gekoppelt ist, derart, dass das von dem Behältnis (2) oder von dem Dampfentwickler (6) dem Farbbehälter (4; 5) zugeführte Medium den im F arbbehälter vorhandenen F arbstoff aufnimmt und durch die Austrittsöffnung des Farbbehälters in das Innere der Prozesskammer einbringt.
36. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 35, wobei in der Prozesskammer Düsen angeordnet sind, mit denen der in der Prozesskammer angeordnete Farbbehälter geöffnet werden kann, insbeson dere dessen Wandung aufgestochen werden kann.
37. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Düsen bewegbar ausgestaltet sind.
38. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 37, wobei diese eine Trenneinheit (3) aufweist, die mit der Prozesskammer (1) gekoppelt ist, wobei der Trenneinheit (3) das in der Prozesskammer aufge nommen Medium oder Medium-Farb stoff-Gemisch zuführbar ist, wobei die Trenneinheit (3) angepasst ist, das ihr zugeführte Medium oder Medium-
Farb stoff-Gemisch, gegebenenfalls in einem mehrstufigen Verfahren, von den Farbstoffen zu trennen.
39. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 38, wobei
- die Prozesskammer (1) eine Heiz-/Kühleinrichtung (1.1), und/oder
- die Mischeinheit (8) eine Heiz-/Kühleinrichtung (8.1), und/oder
- der Dampfentwickler (6) eine Heiz-/Kühleinrichtung (6.1)
aufweist, und/oder wobei
- die Prozesskammer (1) mit einer Absaugeinrichtung (7; 7.1) gekoppelt ist, um das in der Prozesskammer (1) aufgenommene Medium oder Medium- Farb stoff-Gemisch oder die in der Prozesskammer enthaltene Luft zu ent fernen, und/oder
- der Dampfentwickler (6) mit einer Vakuumpumpe (6.2) gekoppelt ist, und/oder
- die Trenneinheit (3) mit einer Vakuumpumpe (9) gekoppelt ist.
40. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche 31 bis 39, wobei der Prozesskammer (1) Sensoren zugeordnet sind, mit denen die Dosierung des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Gemisch ermittelt werden kann.
41. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die der Prozesskammer (1) aus dem Farbbehälter (4; 5) zugegebene Menge an Farbstoffen in Abhängig von der ermittelten Dosierung einstellbar ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022171985A3 (en) * 2021-02-12 2022-09-22 Additive Manufacturing Technologies Limited Method of colouring additively manufactured parts
EP4241991A1 (de) * 2022-03-10 2023-09-13 Howmedica Osteonics Corporation Verfahren zum einfärben oder behandeln von kunststoffteilenoberflächen
CN116945600A (zh) * 2023-08-04 2023-10-27 北京易加三维科技有限公司 粉末床熔融热塑性弹性体的表面处理方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021101995A1 (de) 2021-01-28 2022-07-28 Dyemansion Gmbh Kunststoffstrahlmittel sowie Verwendung eines Kunststoffstrahlmittels
DE102021106355A1 (de) 2021-03-16 2022-09-22 Dyemansion Gmbh Anlage für Chemisches Glätten von Kunststoffbauteilen und Verfahren
DE102021116666A1 (de) 2021-06-28 2022-12-29 Dyemansion Gmbh Heizen beim entpacken oder entpulvern von bauteilen eines additiven fertigungsprozesses

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015124639A1 (de) * 2014-02-19 2015-08-27 Dyemansion Gmbh Verfahren zum behandeln von oberflächen von kunststoffgegenständen
DE102015115821A1 (de) * 2015-09-18 2017-03-23 Dyemansion Gmbh Verfahren zum Herstellen und zur Oberflächenbehandlung eines Formteils

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1966541C3 (de) * 1969-01-18 1978-11-16 Arthur Pfeiffer-Vakuumtechnik-Wetzlar Gmbh, 6334 Asslar Anlage zur Verarbeitung von Gießharz
DE102010001101A1 (de) * 2010-01-21 2011-07-28 Mykita Studio GmbH, 10115 Verfahren zur Oberflächenbehandlung
DE102014112508B4 (de) * 2014-08-29 2022-06-02 Dyemansion Gmbh Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Formteilen
EP3305510A1 (de) * 2016-10-10 2018-04-11 Acondicionamiento Tarrasense Verfahren zum polieren von durch generative fertigung oder 3d-drucktechniken hergestellten polyamidobjekten
DE102017200191A1 (de) * 2017-01-09 2018-07-12 Ford Global Technologies, Llc Glätten einer aus einem Kunststoff gebildeten Oberfläche eines Artikels
DE102018002401C5 (de) * 2018-03-22 2023-04-27 Luxyours Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum chemischen Glätten von Kunststoffteilen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015124639A1 (de) * 2014-02-19 2015-08-27 Dyemansion Gmbh Verfahren zum behandeln von oberflächen von kunststoffgegenständen
DE102015115821A1 (de) * 2015-09-18 2017-03-23 Dyemansion Gmbh Verfahren zum Herstellen und zur Oberflächenbehandlung eines Formteils

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022171985A3 (en) * 2021-02-12 2022-09-22 Additive Manufacturing Technologies Limited Method of colouring additively manufactured parts
EP4241991A1 (de) * 2022-03-10 2023-09-13 Howmedica Osteonics Corporation Verfahren zum einfärben oder behandeln von kunststoffteilenoberflächen
CN116945600A (zh) * 2023-08-04 2023-10-27 北京易加三维科技有限公司 粉末床熔融热塑性弹性体的表面处理方法
CN116945600B (zh) * 2023-08-04 2024-02-23 北京易加三维科技有限公司 粉末床熔融热塑性弹性体的表面处理方法

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Publication number Publication date
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EP3934895A1 (de) 2022-01-12
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