DE102019005605A1 - Verfahren zur Herstellung eines additiv gefertigten Produkts aus einem mineralischen Ausgangsmaterial mittels direkter Laserversinterung sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Leichtbauteil - Google Patents
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Abstract
Neuartigkeit des Verfahrens ist die Nutzbarmachung von mineralischen Materialien für die Additive Fertigung, die durch ein kontrolliertes expandieren bei dem Sinterungsprozess mittels einer Laserquelle, im Vergleich zur gängigen Additiven Fertigung schneller, kostengünstiger und technisch einfacher umsetzbar ist. Der gesamte Produktionsprozess ist frei von Organik und bietet die Möglichkeit bisher nicht realisierbare Endanwendungen in den Bereichen Akustikdämmung, Wärmedämmung, Brandschutz, Filtration, Designobjekte und Leichtbauelemente umzusetzen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Produktes mittels 3D-Druck, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Leichtbauteil.
- Insbesondere richtet sich die Erfindung auf die Nutzbarmachung und den Einsatz von leichten, mineralischen Materialien in Pulverform, im speziellen mit einer Rohdichtevon unter 1500 kg/m3, für die punktuelle Versinterung mittels einer Energiequelle und einem kontinuierlichen schichtweisen Aufbau. Die Energiequelle ist vorzugsweise ein CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6 µm. Bei dieser Wellenlänge absorbiert silikatisches, makroskopisch undurchsichtiges Material über 90% der Wärmeenergie. Diese Eigenschaft führt bei Laserleistungen ab 10 Watt bei einer Bewegungsgeschwindigkeit von 200 mm/s bei modifizierten Leichtsanden, wie Blähglas, expandiertem Perlit und granuliertem Wasserglas, zu einer Versinterung bei der punktuell Temperaturen zwischen 800 und 1300 °C entstehen. Die durch Temperung, Siebung, Mahlung und z.T. anorganische Beschichtung modifizierten Leichtsande zeigen, die hervorstechende Eigenschaft, durch einen spezifischen Restanteil an Feuchtigkeit im Inneren bei dem Lasersinterprozess um den gleichen Anteil an den sie schwinden zu expandieren, womit es zu einer Annullierung der Gesamtschwindung kommt. Resultierend ermöglicht dies die Herstellung von stabilen mineralischen Objekten, die z.T. direkt als Endanwendung ohne thermische Nachbehandlung genutzt werden können.
- Die Erfindung nimmt den aktuellen industriellen Trend im Bereich Leichtbau, additiver Fertigung, Individualisierung und Nachhaltigkeit auf. Mineralische Materialien ersetzen zunehmend organisches, erdölbasiertes Dämmmaterial, wie expandiertes Polystyrol (EPS), u.a. im Bausektor, aufgrund der schlechten Ökobilanz und hohen Brandgefahr (va-Q-tec AG, Verbunddämmplatte mit Vakuumdämmung,
DE10226188A1 ), (Ingeniuer.de, Studie für Bundesbauministerium, „Häuser mit Styropordämmung können zur Feuerhölle werden“ 01.12.2014). Des Weiteren fordert die Industrie 4.0 „eine starke Individualisierung der Produkte unter den Bedingungen einer hoch flexibilisierten Produktion“ (Bundesministerium für Bildung und Forschung, Zukunftsprojekt Industrie 4.0, August 2017). Das Grundprinzip des umgangssprachlich bekannten 3D-Drucks, bei der Materialien additiv zusammengefügt werden, statt wie bisher abtragend (Bohren, Fräsen, Schneiden), sprich subtraktiv, bietet hierbei einen Lösungsansatz. Gemäß dem Hype-Zyklus nach Gartner Inc. befindet sich der 3D-Druck gerade am Übergang aus der reinen Prototypenherstellung (Rapid Prototyping) für Anschauungsmuster, hin zu real nutzbaren industriellen Produkten, der sogenannten Additiven Fertigung. (Airbus GmbH, Additive Fertigung eines Bauteils aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff,DE102015113677A1 ). - Aus der
US 2004 / 0 038 009 A1 CN 105 254 309 A und derEP 1 347 853 B1 ist bei einer Fertigung im Rahmen des „3D Inkjet Printing“ oder „Selective Laser Sintering bzw. Melting“ ein Infiltrieren oder Tempern in Industrieöfen von Materialien aus dem Bereich der Metalle, Polymere und kunststoffummantelter Keramiken notwendig, um eine ausreichende Dichte zu erreichen oder um die Kunststoffbeschichtung thermisch zu entfernen, für z.B. reine Keramiken ohne Anhaftung von organischen Additiven. Während sich dieEP 1 347 853 B1 nur dem 3D-Druck von Metallteilen widmet, lehrt dieUS 2004 / 0 038 009 A1 - Aus der
EP 1 509 382 B1 ist es bekannt, zwei verschiedene Materialkomponenten schichtweise übereinander aufzutragen, wobei eine Komponente ein Pulver und die andere ein Bindemittel ist. DieUS 5 640 667 A widmet sich dagegen dem 3D-Druck von metallischen Substanzen. - Auch die
US 5 076 869 betrifft den 3D-Druck mittels mehrerer verschiedener Materialkomponenten. Gemäß derEP1347853B1 ist es erforderlich, bei der Nutzung des Selective Laser Sintering im Rahmen der Herstellung metallischer Objekte ein Schutzgas zu verwenden; ferner ist ein Temperierung bzw. Vorwärmen des Druckraums und/oder des pulverförmigen Materials und eine Abdichtung des Druckraumes notwendig. - Aus der
WO 01 / 014 126 A1 EP 0 734 842 A sind Vorrichtungen sowie jeweils dazugehörende Verfahren zum selektiven Laserversintern von Pulvern bekannt, die auf Basis einer Stereolithographievorrichtung begründet sind. Die erwähnten Offenlegungsschriften weisen nicht auf eine gezielte Änderung des Energieeinsatzes zur kontrollierten Veränderung von chemischen und physikalischen Eigenschaften innerhalb des gedruckten Objektes hin. - Aus der
WO 2013 / 053 635 A1 - Aus der
EP 3 260 272 B1 , derWO 2011 /124 204 A1 DE 10 2006 038 858 A1 ist es bekannt, dreidimensionale Bauteile u.a. für die Bauindustrie, ggf. aus Sand herzustellen. Diese nutzen zur Verbindung des Sandes flüssige Additive, wie u.a. Polyurethan- und Epoxidharze, die tropfenweise auf reaktiv beschichtetes Pulver aufgetragen werden. - Aus der
DE 10 2010 005 800 A1 ist es bekannt, Dämmstoffe für den Hochtemperaturbereich aus pyrogener Kieselsäure, die zu Formkörper verpresset werden, die z.T. manuell für individuelle Kundenwünsche zugeschnitten werden müssen. - Allgemein gültig werden mineralische Bauprodukte mittels spanender Fertigungsverfahren für optische oder funktionelle Zwecke weiterverarbeitet. Das Fertigungsverfahren des Zerspanens bietet im Vergleich zur Additiven Fertigung weniger Freiheitsgrade für das Endprodukt. Zudem müssen die Produkte zwei Produktionsschritte (Herstellung der Elemente sowie spätere Weiterverarbeitung) durchlaufen, die nicht einheitlich automatisiert werden können. Nicht zuletzt wird beim Zerspanen überschüssiges Material abgetrennt, dass zum Großteil nicht wiederverwendet werden kann. Dies kann je nach Anforderung bis zu 90% des Werkstücks betragen [Rebecca Eisert: „Drucken statt Fräsen: 3-D-Druck - Maschinenbau öffnet Tür zur Zukunft“, WirtschaftsWoche, 27.02.2013].
- Aus den Nachteilen des bekannten Standes der Technik resultiert das die vorliegenden Erfindung initiierende Problem, ein Verfahren zur Herstellung eines filigranen Leichtbauteils mittels additiver Fertigung zu schaffen.
- Die Lösung dieses Problems gelingt im Rahmen eines gattungsgemäßen Verfahrens dadurch, dass ein offenporiges Leichtbauteil aus einem pulverförmigen anorganischen nichtmetallischen Werkstoff schichtweise ohne Verwendung organischer Binder oder anderer organischer Hilfsmittel aufgebaut wird, wobei ab der zweiten Schicht die jeweils zuletzt aufgetragene Schicht durch eine unmittelbar anschließend durchgeführte direkte selektive Laserversinterung mit der Oberfläche des bereits existierenden Korpus des Leichtbauteils verbunden wird.
- Mit der vorliegenden Erfindung der mineralischen, direkten Laserversinterung können stabile Bauelemente mit einer Gerüststruktur, deren Stegdicken 0,2 bis 1,5 mm betragen, mit Rohdichten unter 100 kg/m3 hergestellt werden. Die Bauelemente erreichen dabei Wärmeleitzahlen von unter 0,035 W/mK und sind somit ein besserer Isolator als expandiertes Polystyrol. Vakuumierte Objekte zeigen sogar Werte von 0,014 W/mK.
- Durch die additive Fertigung können 3D-Objekte z.B. im Schiffs- oder Flugzeugbausektor erzeugt werden, die hinsichtlich Isolation, Wärmebrücken an einer komplexen zu dämmenden Außenstruktur deutlich reduzieren und gleichzeitig zum Brandschutz beitragen.
- Die Erfindung macht durch das direkte Verschmelzen bzw. Versintern des mineralischen Materials ein nachträgliches Tempern obsolet und eine Infiltration durch andere Materialien optional.
- Im Allgemeinen erreichen die Endprodukte mittels „3D Inkjet Printing“ oder „Selective Laser Sintering bzw. Melting“ eine Dichte zwischen ca. 1200 (bei Quarzsand) und ca. 7000 kg/m3 (bei Metallen) und sind bei Größen von mehreren Kubikmetern für Endanwendung, wie z.B. Flugzeugbau aufgrund des hohen Endgewichts wenig geeignet. Die Erfindung erreicht durch eine Matrix aus Glasschaum Rohdichten von 100 bis 900 kg/m3, die für mehrere Kubikmeter große Objekte genutzt werden können. Diese Objekte können u.a. durch intelligente Anordnung statisch ausgleichender Strukturen, wie einer Wabenstruktur, optimal für spezifische Dauerbelastungen, wie Überhänge oder Vibrationen, in der jeweiligen Endanwendung genutzt werden.
- Die Erfindung benötigt zur Herstellung kein Schutzgas, Temperierung oder Abdichtung des Druckraums, was zu einer vereinfachten Bauweise des Druckers führt, was wiederum zu einem im Vergleich weniger kostenintensiver Anlage und Endprodukten führt. Der Grund liegt hierbei zum einen in der kontrollierten Expansion des Materials beim Sinterprozess und der wärmedämmenden Eigenschaften des Materials innerhalb des Pulverbetts, die die Sintertemperatur nur geringfügig ableitet. Nicht zuletzt können thermische Spannungen durch die relativ flexible Glasschaummatrix besser abgeleitet werden, als es bei anderen starren und dichten Materialien möglich ist.
- Die Erfindung ist in der Lage, ausgewählte Teilbereiche des Endproduktes gezielt hinsichtlich Endfestigkeit, Offenporigkeit und Lumineszenz durch einen stärkeren oder schwächeren Grad der punktuellen Energieeinbringung einzustellen. Schematisch dargestellt sieht man in
2 , das expandierte Pulver5 in Schicht6 , welches dichter und stärker gesintert ist, während in Schicht7 das Pulver offenporiger und weniger dicht verschmolzen ist. Endprodukte aus bisherigen selektiven Laserversinterungsprozessen weisen zudem eine maximale Größe von ca. 65 cm Kantenlänge auf. Die Erfindung ist durch eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit, basierend auf einer dickeren Auftragungsschicht des Pulvers von bis zu 1,2 mm und besseren Ausnutzung der Absorption des Laserlichts, hingegen für Endprodukte mit Kantenlängen von 0,5 bis über 200 cm ausgelegt. - Die Erfindung basiert auf einer Laserversinterung, wodurch es zu einer verbesserten chemisch-physikalischen Verbindung der Schichten mit erhöhter spezifischer Festigkeit mit relativ geringem Gewicht für das Endprodukt kommt. Durch den Verzicht auf organische Binder und die direkte Verbindung einzelner Körner, ist zudem eine offenporige Struktur möglich, die für spätere Beschichtung mit Katalysatoren oder Bakterienkulturen, Filtration von Flüssigkeiten und Gasen, Vakuumierbarkeit, Akustische Absorption, Wärmedämmung, Brandhemmung, Anbau von Pflanzen und Entsalzungsanlagen anwendbar ist.
- Die Erfindung kann für bisher aufwendig herstellbare Ofendämmungen, diese automatisch, kostengünstig und mit deutlicher Verringerungung der Wärmeabgabe herstellen. Eine konstante Temperatur ist z.B. bei der Glasherstellung essenziell für eine stabile Zähflüssigkeit des Glases und würde durch die Erfindung zu einer Verringerung der Ausfallquote, sowie verbesserter Produktqualität führen.
- Die Erfindung vereint die Herstellung und Nachbearbeitung des Bauteils in einem Prozessschritt und bietet zudem mehr Freiheitsgrade, die eine Multifunktionalität des Endproduktes ermöglicht. Die Nutzung der Rohmaterialien ist wesentlich ökologischer und ökonomischer, da ein wesentlicher Anteil von ca. 98% des Pulvers durch Siebung und Sichtung aufbereitet und wiederverwendet werden kann.
- Ein weiterer ökonomischer Aspekt sind die geringen Kosten des Materials und somit der Herstellkosten des Endproduktes. Im Vergleich zu Metallen und Polymeren [Rapidobject GmbH, https://www.rapidobject.com/de/Wissenswertes/3 D-Druck-Preise-Kosten_1249.html, Stand 01.08.2019] ist die Erfindung mit weniger als einem Fünftel der Materialkosten bzw. Herstellkosten deutlich günstiger. Zu berücksichtigen sind natürlich die wesentlichen chemischen und physikalischen Eigenschaftsunterschiede zwischen mineralischen, metallischen und polymeren Werkstoffen.
- Im Stand der Technik wurden nur Versuche mit wesentlich kleineren Korngrößen, dünneren Schichtstärken und höheren Dichten ohne den Effekt des Expandierens beim Lasersinterprozess durchgeführt. Hierdurch hat nur die Erfindung das Potenzial für Endanwendungen des Leichtbaus, Akustik, Filtration, Vakuumierung, Isolation und vielen mehr zum Einsatz gebracht zu werden.
- Weitere Merkmale, Vorteile, Eigenschaften und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
-
1 eine schematische Ansicht eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung, sowie2 eine Vergrößerung eines Ausschnittes der direkten Laserversinterung des Pulvers aus1 . - Eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung umfasst eine Vorrats-Pulverkammer
1 mit einem ersten Hubkolben2 , sowie Baukammer5 mit einem zweiten Hubkolben3 , siehe1 . - Zu Beginn des Druckvorgangs wird das mineralische Material, welches in Pulverform vorliegt, in die Vorrats-Pulverkammer
1 hineingeschüttet. Bei der Nutzung einer austauschbaren, mobilen Vorrats-Pulverkammer1 wird diese mit Pulver gefüllt, das auf einem Förderband von einem vorgeschaltetem Silo angeliefert wird. - Sodann wird das eingefüllte Pulver über 30 Sekunden hinweg auf einem Rütteltisch bei einer Rüttelfrequenz von 50 Hz verdichtet, und sodann wird das überschüssige Material mit einem Lineal abgestreift.
- Bei einer fixen Vorrats-Pulverkammer
1 in der Druckanlage kann eine manuelle Verdichtung des Pulvers über einen Handstampfer mit vorzugsweise 7 kg Gewicht erfolgen, der aus einer Fallhöhe von 1 bis 3 cm fallengelassen wird, um das eingefüllte Material, gleichmäßig über die gesamte Fläche zu verdichten. - Beide Kammern
1 ,5 haben vorzugsweise die gleiche Grundfläche; ggf. kann die Grundfläche der Vorrats-Putverkmmer1 geringfügig größer sein als die Grundfläche der Baukammer5 . - Über einen Schrittmotor, der von einem Controller-Board gesteuert wird, können die beiden Kolben
2 und3 jeweils zwischen 0,01 und 1,2 mm, beispielsweise zwischen 0,1 und 1,0 mm, insbesondere um 0,6 mm, stufenweise in vertikaler Richtung bewegt werden, und zwar vorzugsweise jeweils in entgegengesetzten vertikalen Richtungen. - Hierdurch hebt sich das Pulverbett in der Vorrats-Pulverkammer
1 über den Rand der Druckbettes in Z-Richtung4 um ein entsprechendes Maß an, und gleichzeitig dazu senkt sich die Baukammer5 um ein entsprechendes Maß ab. Beides jeweils um den entsprechenden Betrag von z.B. 0,6 mm. - Eine sich im Uhrzeigersinn mit 5 bis 30 U/min, vorzugsweise mit etwa 15 U/min drehende Nivellierungswalze
6 übernimmt die oberste Schicht des Pulvers von der Vorrats-Pulverkammer1 und verteilt das Pulver gleichmäßig auf der Grundplatte7 der Baukammer5 . Die Nivellierungswalze6 fährt nach Verteilen einer Schicht des Pulvers auf die Baukammer5 anschließend wieder zurück bis jenseits der Vorrats-Pulverkammer1 . Ggf. muss bei der Rückfahrt der Nivellierungswalze6 , aufgrund des quasi fließenden Verhaltens des Pulvers, die Baukammer5 sowie die Vorrats-Pulverkammer1 kurzfristig abgesenkt werden, um überschüssiges Material mit der Nivellierungswalze6 nicht über den Rand des Druckbettes zu bringen. - Das in der Baukammer
5 vorliegende mineralische Pulver wird von einem Laserstrahl8 , der über eine oder mehrere seriell geschaltete Fokuslinsen9 auf eine Laserstrahldicke zwischen 0,1 bis 1,0 mm fokussiert wird, getroffen, punktuell erhitzt und versintert. Der Laserstrahl10 wird dabei selektiv entweder über zwei Linearführungen in X- und Y-Richtung geführt oder über einen galvanischen Spiegel mit F-Theta Objektiv, auch Laserscanner11 genannt. - Nach Abschluss des Druckauftrags der ersten Schicht, bei der es sich ggf. um eine Stützstruktur handelt, die ggf. auf einer herausnehmbaren Metallplatte
12 mit einer bis zu 3 mm dicken Haftungsbeschichtung, vorzugsweiser mit einer Zusammensetzung aus 60 Gew.-% Natriumwasserglas, 30 Gew.-% vorexpandiertes und über 1h gemahlenes Perlit sowie 10 Gew.-% dest. Wasser, fährt der Laserkopf oder Laserscanner11 in seine Ausgangsstellung. - Die Baukammer
5 senkt sich wieder in Z-Richtung um den Betrag zwischen 0,01 und 1,2 mm ab, die Vorrats-Pulverkammer1 hebt sich um den gleichen Betrag. Eine weitere Pulverschicht wird von der Nivellierungswalze6 aufgetragen und vom Laserstrahl10 versintert. Dieser Vorgang setzt sich bis zum Abschluss des Druckvorgangs fort. - Das überschüssige lose Pulver aus der Druck- oder Baukammer
5 wird mittels einer Absaugvorrichtung entfernt und für den nächsten Druckauftrag gesiebt und für eine konstante Qualität, je nach verbrauchter Pulvermenge, mit ungebrauchtem Pulver vermengt und aufbereitet. - Das Druckobjekt
13 wird aus der Baukammer5 gehoben. Ggf. haftet das Druckobjekt noch an der beschichteten Metallplatte12 , wobei diese abschließend manuell voneinander getrennt werden. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10226188 A1 [0003]
- DE 102015113677 A1 [0003]
- US 2004/0038009 A1 [0004]
- CN 105254309 A [0004]
- EP 1347853 B1 [0004, 0006]
- EP 1509382 B1 [0005]
- US 5640667 A [0005]
- US 5076869 [0006]
- WO 01/014126 A1 [0007]
- EP 0734842 A [0007]
- WO 2013/053635 A1 [0008]
- EP 3260272 B1 [0009]
- WO 2011/124204 A1 [0009]
- DE 102006038858 A1 [0009]
- DE 102010005800 A1 [0010]
Claims (16)
- Verfahren zur Herstellung eines Produktes mittels 3D-Druck bzw. additiver Fertigung, dadurch gekennzeichnet, dass ein offenporiges Leichtbauteil (13) aus einem pulverförmigen anorganischen nichtmetallischen Werkstoff (21) schichtweise ohne Verwendung organischer Binder oder anderer organischer Hilfsmittel aufgebaut wird, wobei ab der zweiten Schicht die jeweils zuletzt aufgetragene Schicht durch eine unmittelbar anschließend durchgeführte direkte selektive Laserversinterung mit der Oberfläche des bereits existierenden Korpus des Leichtbauteils (13) verbunden wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Leichtbauteil (13) außer der Laserstrahlung weder einem nachträglichen Sinterungsprozess noch einer zusätzlichen Wärmebehandlung unterzogen werden muss. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das lose Pulver (21) die Energie des Laserstrahls (10) absorbiert und diese in Wärme umwandelt, die wiederum die einzelnen Körner des Pulvers (21) oberflächlich anschmilzt und damit thermisch miteinander verschmelzen bzw. versintern lässt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Wärmeenergie des Laserstrahls verursachte Expansion bzw. Aufblähung (23) des der Laserstrahlung ausgesetzten Pulvers (21) einer bei einem Lasersinterungsprozess ansonsten auftretenden Schrumpfung des gedruckten Leichtbauteils (13) entgegenwirkt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralische Ausgangsmaterial in Pulverform industriell bereitgestellt wird, beispielsweise mittels Granulierung von Wasserglas wie Natrium-, Kalium-, Lithiumwasserglas, mit oder ohne Verwendung von Härtern, wie beispielsweise Metakaolin, Flugasche oder Silikastaub, beispielsweise mit folgender Zusammensetzung: 75 bis 95 Gew.-% Natriumwasserglas, 5 bis 15 Gew.-% Flugasche.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Ausgangsrohstoff einen SiO2-Gehalt von mehr als 35 Gew.-% aufweist, vorzugsweise einen SiO2-Gehalt von mehr als 70% Gew.-%, beispielsweise in Form von Quarzsand, Kalknatronglas, Borosilikatglas, Blähglas, Hohlglas, Vermiculit, Diatomeenerde, pyrogene Kieselsäure, vorzugsweise Perlit, in reiner Form oder industriell vorbehandelt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralische Ausgangsmaterial durch Trockensiebung oder ähnliche Trennverfahren eine Korngröße zwischen 1 und 500 µm hat, vorzugsweise eine Korngröße zwischen 20 und 250 µm, so dass die Dicke einer einzelnen Schicht zwischen 0,01 und 1,2 mm liegt, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,0 mm, insbesondere zwischen 0,4 und 0,8 mm.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralische Ausgangsmaterial eine thermische Vorbehandlung erfährt, insbesondere in Form einer Expansion bzw. Blähung.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralische Ausgangsmaterial durch Sichten oder ähnliche Trennverfahren von schweren Bestandteilen zwischen 500 und 3500 kg/m3 Reindichte getrennt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralische Ausgangsmaterial zur Verringerung der Sintertemperatur, zur Erhöhung der Festigkeit des fertigen Leichtbauteils (13), zur Versiegelung von dessen Oberfläche, zur Erzielung einer transluzenten Wirkung und/oder zur Aktivierung weiterer chemisch-physikalischer Eigenschaften vorbehandelt wird, insbesondere mit Kaliumsilikaten, Lithiumsilikaten, Flugaschen, Borosilikatglas (fest oder flüssig), Kalknatronglas (fest oder flüssig), Glasfasern, Glasfaserarmierung, Emailpulver, Pentlandit, Titanoxid, und/oder ähnlichen anorganischen Stoffen, vorzugsweise Natriumsilikaten mit 5-100 % anteilig zum Trockengewicht des Pulvers, über ein Trommel-Coating, Eintauchverfahren, Sprühen, oder ähnliches Beschichtungsverfahren vor oder nach dem Lasersinterverfahren beschichtet wird, und/oder ggf. thermisch behandelt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Material für eine optimal gleichmäßige Auftragung mittels Nivellierungswalze für wenigstens 20 Sekunden pro 2 bis 7 cm, vorzugsweise 5 cm des eingefüllten Materials gleichmäßig über die gesamte Fläche nachverdichtet wird, beispielsweise maschinell mittels eines Rütteltisches bei einer Rüttelfrequenz von vorzugsweise 40 bis 60 Hz oder manuell mittels eines Handstampfers, vorzugsweise mit einem Gewicht zwischen 5 und 10 kg bei einer Fallhöhe von 1 bis 3 cm.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls (10) bei einer Leistung des Lasers von 10 bis 10.000 W zwischen 20 und 5.000 mm/s liegt.
- Verfahren nach
Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Laserleistung zu Abtastgeschwindigkeit zwischen 0,01 und 1 Ws/mm, das vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,3 Ws/mm liegt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtegehalt des pulverförmigen, mineralischen Ausgangsmaterials zwischen 0,1 und 5,0 Gew.-% liegt, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2,0 Gew.-%
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Versintern von modifiziertem Perlit als Beiprodukt pyrogene Kieselsäure mit einem Anteil von 75% bis 99% SiO2, vorzugsweise 85%, entsteht, wobei das Beiprodukt aus der Abluft im Bereich der Druckvorrichtung elektrostatisch abgeschieden wird.
- Offenporiges Leichtbauteil (13) aus einem anorganischen nichtmetallischen Werkstoff (1), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 1 bis15 .
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| US17/634,095 US12186933B2 (en) | 2019-08-09 | 2020-08-06 | Method for producing an additively manufactured product from a mineral starting material by means of direct laser sintering, and lightweight part produced by means of said method |
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| WO (1) | WO2021028797A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022203604A1 (de) | 2022-04-11 | 2023-10-12 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Pulver, keramische Wand, Reaktionskammer sowie Verfahren |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0146497A2 (de) * | 1983-11-16 | 1985-06-26 | Schweizerische Aluminium Ag | Filter und Verfahren für die Filtration von geschmolzenem Metall |
| DE102011105688A1 (de) * | 2011-06-22 | 2012-12-27 | Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH | Verfahren zum schichtweisen Aufbau von Modellen |
| US20180057405A1 (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-01 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Printable concrete composition |
Family Cites Families (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5076869A (en) | 1986-10-17 | 1991-12-31 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Multiple material systems for selective beam sintering |
| DE19511772C2 (de) | 1995-03-30 | 1997-09-04 | Eos Electro Optical Syst | Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes |
| US5640667A (en) | 1995-11-27 | 1997-06-17 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Laser-directed fabrication of full-density metal articles using hot isostatic processing |
| DE19939616C5 (de) | 1999-08-20 | 2008-05-21 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Vorrichtung zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes |
| EP1347853B1 (de) | 2000-11-27 | 2005-10-26 | National University Of Singapore | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen metallteils unter verwendung von hochtemperatur-direktlaserschmelzen |
| DE10224981B4 (de) | 2002-06-05 | 2004-08-19 | Generis Gmbh | Verfahren zum schichtweisen Aufbau von Modellen |
| DE10226188A1 (de) | 2002-06-12 | 2003-12-24 | Va Q Tec Ag | Verbunddämmplatte mit Vakuumdämmung |
| US20040038009A1 (en) | 2002-08-21 | 2004-02-26 | Leyden Richard Noel | Water-based material systems and methods for 3D printing |
| DE102006038858A1 (de) | 2006-08-20 | 2008-02-21 | Voxeljet Technology Gmbh | Selbstaushärtendes Material und Verfahren zum schichtweisen Aufbau von Modellen |
| US20110129640A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-02 | George Halsey Beall | Method and binder for porous articles |
| DE102010005800A1 (de) | 2010-01-27 | 2011-07-28 | Günter Dr. 87471 Kratel | Behandlung von mikroporösen Wärmedämmstoffen zu hydrophoben Wärmedämmstoffen im Unterdruckverfahren mit siliciumorganischen Verbindungen |
| DE102010013732A1 (de) | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Voxeljet Technology Gmbh | Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Modelle |
| AT12878U1 (de) | 2011-10-10 | 2013-01-15 | Binder Co Ag | Verfahren zum geschlossenzelligen blähen von mineralischen material |
| US9561542B2 (en) * | 2012-11-06 | 2017-02-07 | Arcam Ab | Powder pre-processing for additive manufacturing |
| TWI510279B (zh) * | 2014-04-22 | 2015-12-01 | 研能科技股份有限公司 | 粉末回收系統 |
| DE102015113677B4 (de) | 2015-08-18 | 2025-06-18 | Airbus Operations Gmbh | Additive Fertigung eines Bauteils aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff |
| CN105254309B (zh) | 2015-09-24 | 2017-11-14 | 佛山华智新材料有限公司 | 一种3d打印陶瓷工艺 |
| US11111184B2 (en) * | 2015-12-04 | 2021-09-07 | Kaohsiung Medical University | Method for additive manufacturing of 3D-printed articles |
| AT518837B1 (de) | 2016-06-23 | 2018-06-15 | Metallconcept Gmbh | Vorrichtung zur Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Bauteils für die Bauindustrie |
| CN106390198B (zh) | 2016-09-19 | 2019-07-23 | 西安交通大学 | 一种选区激光成形及电解还原制备个性化多孔植入物方法 |
| WO2018128695A2 (en) * | 2016-11-07 | 2018-07-12 | Velo3D, Inc. | Gas flow in three-dimensional printing |
| EP3559094B1 (de) * | 2016-12-23 | 2023-12-13 | SHPP Global Technologies B.V. | Polyetherimidpulver zur additiven fertigung |
| JP7277103B2 (ja) * | 2017-10-27 | 2023-05-18 | キヤノン株式会社 | セラミックス造形物の製造方法 |
| EP3590905A1 (de) | 2018-07-03 | 2020-01-08 | ETH Zurich | Partikelstabilisierte schäume mit nachhaltigen materialien |
| CN108863332A (zh) | 2018-07-18 | 2018-11-23 | 中南大学 | 一种具有微纳结构表面的三维多孔硅酸钙骨支架及其制备方法 |
-
2019
- 2019-08-09 DE DE102019005605.1A patent/DE102019005605A1/de active Pending
-
2020
- 2020-08-06 US US17/634,095 patent/US12186933B2/en active Active
- 2020-08-06 WO PCT/IB2020/057447 patent/WO2021028797A1/de not_active Ceased
- 2020-08-06 EP EP20767873.1A patent/EP4010188A1/de active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0146497A2 (de) * | 1983-11-16 | 1985-06-26 | Schweizerische Aluminium Ag | Filter und Verfahren für die Filtration von geschmolzenem Metall |
| DE102011105688A1 (de) * | 2011-06-22 | 2012-12-27 | Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH | Verfahren zum schichtweisen Aufbau von Modellen |
| US20180057405A1 (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-01 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Printable concrete composition |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SCHWAGER, A.-M.; BLIEDTNER, J.; BRUDER, A.; GÖTZE, K.: Production of Glass Filters by Selective Laser Sintering, Proceedings SPIE, Vol. 10675, 3D Printed Optics and Additive Photonic Manufacturing, 106750P, 22. Mai 2018; URL: https://doi.org/10.1117/12.2305695 [abgerufen am 07.04.2020] * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022203604A1 (de) | 2022-04-11 | 2023-10-12 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Pulver, keramische Wand, Reaktionskammer sowie Verfahren |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US12186933B2 (en) | 2025-01-07 |
| WO2021028797A1 (de) | 2021-02-18 |
| US20220347882A1 (en) | 2022-11-03 |
| EP4010188A1 (de) | 2022-06-15 |
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