DE102021131219A1 - Device for debinding a green body - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entbinderung eines Grünkörpers (1). Die Vorrichtung umfasst eine Entbinderstation (2), die eine beheizbare Entbinderkammer (20) umfasst. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren ein Säurereservoir (3), das mit der Entbinderkammer (20) strömungsmechanisch verbunden und dazu ausgebildet und vorgesehen ist, eine zum Entbindern erforderliche Säure (4) aufzunehmen und der Entbinderkammer (20) die für einen Entbindervorgang des Grünkörpers (1) erforderliche Säure im gasförmigen Zustand bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren Heizmittel (5) zum Beheizen des Säurereservoirs (3) unabhängig von der Entbinderkammer (20). Es sind Steuermittel (10) vorgesehen, die dazu vorgesehen und eingerichtet sind, die Menge der zum Entbindern erforderlichen Säure (4), die das Säurereservoir (3) an die Entbinderkammer (20) bereitstellt, über die Einstellung der Temperatur der Heizmittel (5) zu steuern. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entbindern eines Grünkörpers (1).The invention relates to a device for debinding a green body (1). The device comprises a debinding station (2) which includes a heatable debinding chamber (20). The device also includes an acid reservoir (3), which is fluidically connected to the debinding chamber (20) and is designed and provided to receive an acid (4) required for debinding and to the debinding chamber (20) for a debinding process of the green body (1st ) to provide required acid in gaseous state. The device also includes heating means (5) for heating the acid reservoir (3) independently of the debinding chamber (20). Control means (10) are provided, which are provided and set up to control the amount of acid (4) required for debinding, which the acid reservoir (3) provides to the debinding chamber (20), by adjusting the temperature of the heating means (5). to control. The invention also relates to a method for debinding a green body (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entbinderung eines Grünkörpers.The invention relates to a device for debinding a green body.
Ein Grünkörper oder Grünling ist ein Bauteil, das aus einem pulverförmigen Stoff, beispielsweise einem Metall- oder Keramikpulver bestehen, der durch einen Binder in Form gehalten wird. Dabei ist der Grünkörper ein Zwischenprodukt, das zwar alle geometrischen Eigenschaften des zu produzierenden Bauteils aufweist, bei dem jedoch noch weitere Bearbeitungsschritte notwendig sind. So wird im Normalfall in einem weiteren Schritt der typischerweise organische Binder aus dem Grünkörper herausgelöst und das Teil anschließend gesintert. Durch die Entbinderung wird aus dem Grünkörper ein sogenannter Braunkörper beziehungsweise Bräunling, der wiederum durch das Sintern zu dem zu fertigen Bauteil wird. Das Sintern ist dabei mit einem Schrumpfungsprozess verbunden.A green body or green body is a component that consists of a powdery material, such as a metal or ceramic powder, which is held in shape by a binder. The green body is an intermediate product which, although it has all the geometric properties of the component to be produced, requires further processing steps. Normally, in a further step, the typically organic binder is dissolved out of the green body and the part is then sintered. Debinding turns the green body into a so-called brown body or brown compact, which in turn becomes the finished component through sintering. The sintering is associated with a shrinking process.
Es sind als „Fused Deposition Modeling“ (FDM) oder „Fused Filament Fabrication“ (FFF) bezeichnete Fertigungsverfahren bekannt, bei denen in einer Druckereinheit ein Filament schichtweise zu einem metallischen oder keramischen Druckteil gefertigt wird, welches einen Grünkörper bildet. Allerdings kann auch durch andere Herstellungsarten ein Grünkörper bereitgestellt werden, beispielsweise durch einen Metallpulver-Spritzguss. In jedem Fall wird aus dem Grünkörper durch eine Entbinderung der Binder gelöst.Manufacturing methods known as “Fused Deposition Modeling” (FDM) or “Fused Filament Fabrication” (FFF) are known, in which a filament is manufactured in layers in a printer unit to form a metallic or ceramic printed part, which forms a green body. However, a green body can also be provided by other types of production, for example by metal powder injection molding. In any case, the binder is removed from the green body by debinding.
Es ist bekannt, als Binder Bindemittelsysteme aus Polyoxymethylene (POM) oder anderen organischen Substanzen einzusetzen. Zur Entbinderung eines solchen Grünkörpers ist eine katalytische Entbinderung bekannt, bei der eine Behandlung des Grünkörpers in einer gasförmigen, säurehaltigen Atmosphäre von Halogenwasserstoffen, Ameisensäure oder Salpetersäure bei erhöhter Temperatur erfolgt. Entsprechende Verfahren sind beispielsweise in der
Eine katalytische Entbinderung mit Oxalsäure ist aus der
Der Prozess des Entbinderns umfasst typischerweise zwei Phasen. In der ersten Phase erfolgt in einer gasförmigen, säurehaltigen Atmosphäre eine weitgehende Entfernung des Binders, wobei jedoch ein Restbinder verbleibt, der in einer anschließenden zweiten Phase thermisch im Sinterofen zersetzt wird. Die erste Phase findet dabei in einer sogenannten Entbinderstation statt, die für die Aufnahme der gasförmigen Säure geeignet und dabei beheizbar ist, damit keine kalten Stellen entstehen, an denen die Säure kondensieren könnte.The debinding process typically involves two phases. In the first phase, the binder is largely removed in a gaseous, acidic atmosphere, with a residual binder remaining, which is then thermally decomposed in the sintering furnace in a second phase. The first phase takes place in what is known as a debinding station, which is suitable for receiving the gaseous acid and can be heated so that there are no cold spots where the acid could condense.
Nachteilig an bekannten Entbindersystemen ist, dass die exakte Menge der für die Entbinderung erforderlicher Säure schwierig zu dosieren ist.A disadvantage of known debinding systems is that it is difficult to dose the exact amount of acid required for debinding.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für eine effektive Entbinderung eines Grünkörpers zur Verfügung zu stellen.Accordingly, the object of the invention is to provide a device for effective debinding of a green body.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a device having the features of
Demnach betrachtet die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Entbinderung eines Grünkörpers. Die Vorrichtung umfasst eine Entbinderstation mit einer beheizbaren Entbinderkammer zur Entbinderung des Grünkörpers sowie ein Säurereservoir. Das Säurereservoir ist mit der Entbinderkammer strömungsmechanisch verbunden und dazu ausgebildet und vorgesehen, eine zum Entbindern erforderliche Säure aufzunehmen und der Entbinderkammer die für einen Entbindervorgang des Grünkörpers erforderlich Säure im gasförmigen Zustand bereitzustellen.Accordingly, the present invention considers a device for debinding a green body. The device includes a debinding station with a heatable debinding chamber for debinding the green body and an acid reservoir. The acid reservoir is fluidically connected to the debinding chamber and designed and provided to receive an acid required for debinding and to provide the debinding chamber with the acid in the gaseous state required for a debinding process of the green body.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung des Weiteren Heizmittel zum Beheizen des Säurereservoirs unabhängig von der Entbinderkammer. Dabei sind Steuermittel vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, die Menge der zum Entbindern erforderlichen Säure, die das Säurereservoir an die Entbinderkammer bereitstellt, über die Einstellung der Temperatur der Heizmittel zu steuern.According to the present invention, the apparatus further comprises heating means for heating the acid reservoir independently of the debinding chamber. In this case, control means are provided which are set up to control the quantity of acid required for debinding, which the acid reservoir makes available to the debinding chamber, by adjusting the temperature of the heating means.
Der Erfindung basiert auf dem Gedanken, die für den Prozess des Entbinderns erforderliche Säure in einem gesonderten Säurereservoir bereitzustellen, wobei die für den Prozess bereitgestellte Säure über die Temperatur des Säurereservoirs, die unabhängig von der Temperatur der Entbinderkammer einstellbar ist, geeignet gesteuert werden kann. So kann über die Temperatur des Säurereservoirs genau eingestellt werden, welche Menge an Säure in gasförmigen Zustand übergeht und über die strömungsmechanische Verbindung in die Entbinderkammer strömen kann und damit zur Entbinderung des Grünteils bereitgestellt wird.The invention is based on the idea of providing the acid required for the debinding process in a separate acid reservoir, with the acid provided for the process being able to be suitably controlled via the temperature of the acid reservoir, which can be set independently of the temperature of the debinding chamber. In this way, the temperature of the acid reservoir can be used to precisely set the amount of acid that is converted into a gaseous state and can flow into the debinding chamber via the fluidic connection and is thus made available for debinding the green part.
Hierbei kann über die Heizmittel des Säurereservoirs und deren Steuerung der Wärmeeintrag beziehungsweise die Temperatur der Säure so angepasst werden, dass ein gesteuerter Phasenübergang der Säure erfolgt. Die unabhängig von der Entbinderkammer angeordneten Heizmittel zum Beheizen des Säurereservoirs in Verbindung mit den Steuermitteln ermöglichen eine verbesserte Dosierung der zugeführten Säure zur Entbinderung, unabhängig von der Temperatur in der Entbinderkammer.Here, the heating means of the acid reservoir and their control of the heat input or the temperature of the acid can be adjusted in such a way that a controlled phase transition of the acid takes place. The heating means for heating the acid reservoir, which are arranged independently of the debinding chamber, in conjunction with the control means, enable improved dosing of the acid supplied for debinding, regardless of the temperature in the debinding chamber.
Durch die verbesserte Dosierung der Säure kann der Entbindungsvorgang kontrolliert und mit maximaler Effektivität ablaufen, sodass beispielsweise eine zu schnelle Entbinderung, bei der der Grünkörper durch Einschlüsse beschädigt werden könnte, ausgeschlossen ist. Gleichzeitig ist durch die Trennung von Entbinderkammer und Säurereservoir eine erhöhte Sicherheit gegeben, da die Möglichkeit eines Kontakts mit der Säure, beispielsweise beim Einsetzen des Grünkörpers in die Entbinderkammer, verringert ist.Thanks to the improved dosing of the acid, the debinding process can be controlled and carried out with maximum effectiveness, so that, for example, debinding that is too rapid, which could damage the green body with inclusions, is ruled out. At the same time, the separation of the debinding chamber and the acid reservoir increases safety, since the possibility of contact with the acid, for example when inserting the green body into the debinding chamber, is reduced.
Ein weiterer mit der Erfindung verbundener Vorteil besteht darin, dass zur Bereitstellung der erforderlichen Menge an gasförmiger Säure keine mechanisch bewegten Teile notwendig sind.Another advantage associated with the invention is that no mechanically moving parts are necessary to provide the required amount of gaseous acid.
Als strömungsmechanische Verbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede Verbindung angesehen, die einen Gasaustausch zwischen dem Säurereservoir und der Entbinderkammer ermöglicht.Any connection that enables gas exchange between the acid reservoir and the debinding chamber is considered to be a fluidic connection within the meaning of the present invention.
Der Grünkörper besteht aus einem Metall- und/oder Keramikpulver, welches mit einem Binder vermischt ist. Beispielsweise kann der Grünkörper ein Druckteil umfassen, welches mittels eines 3D-Druckverfahrens schichtweise aus einem Filament gefertigt ist. Dabei besteht das Filament aus einem Metall- oder Keramikpulver, welches mit einem Binder vermischt ist. Bei einem 3D-Druck wird beispielsweise ein Filament verwendet, das ein Metallpulver aus Kupfer, Edelstahl oder Vergütungsstahl aufweist. Materialbeispiele sind Edelstähle vom Typ 17-4PH oder 316L und Vergütungsstahl vom Typ 42CrMo4. Für die Verwendung von Keramikpulver sehen Ausführungsbeispiele vor, dass das Keramikpulver aus Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid oder allgemein einer Oxidkeramik, Nitridkeramik oder Carbidkeramik oder einer Mischung aus solchen Keramiken besteht.The green body consists of a metal and/or ceramic powder mixed with a binder. For example, the green body can comprise a printed part which is produced in layers from a filament using a 3D printing process. The filament consists of a metal or ceramic powder mixed with a binder. In a 3D print, for example, a filament is used that has a metal powder made of copper, stainless steel or tempered steel. Examples of materials are 17-4PH or 316L stainless steels and 42CrMo4 heat-treatable steels. For the use of ceramic powder, exemplary embodiments provide that the ceramic powder consists of aluminum oxide or zirconium oxide or generally an oxide ceramic, nitride ceramic or carbide ceramic or a mixture of such ceramics.
Alternativ kann der Grünkörper beispielsweise ein Spritzgussteil sein, bei dem ein Binder zur Verbindung des Metall- und/oder Keramikpulvers während der Spritzgussvorgangs verwendet ist. Geeignete Materialien, die das Metallpulver oder als Keramikpulver bilden, sind beispielsweise in der
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Heizmittel gesonderte Heizelemente für unterschiedliche Heizzonen des Säurereservoirs aufweisen, wobei das Säurereservoir und die in dieser enthaltenen Säure in den unterschiedlichen Heizzonen unterschiedlich stark erhitzbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die verschiedenen Heizzonen vertikal übereinander angeordnet sind. Dieser Erfindungsaspekt erlaubt es, den durch die Heizmittel bereitgestellten Steuereffekt zu steigern und zu verfeinern. Beispielsweise wird lediglich die oberste Heizzone beheizt, wenn die Menge bereitzustellender gasförmiger Säure nur gering ist und werden weitere Heizzonen dazu geschaltet, wenn die Menge an Säure zu steigern ist.One embodiment of the invention provides that the heating means have separate heating elements for different heating zones of the acid reservoir, with the acid reservoir and the acid contained in it being able to be heated to different degrees in the different heating zones. It can be provided that the different heating zones are arranged vertically one above the other. This aspect of the invention allows to increase and refine the control effect provided by the heating means. For example, only the uppermost heating zone is heated when the amount of gaseous acid to be provided is only small, and additional heating zones are connected when the amount of acid is to be increased.
Dabei sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass die Säure im Säurereservoir bei Raumtemperatur (20°C) als Feststoff vorliegt, der ab einem Sublimationspunkt direkt in den gasförmigen Zustand übergeht. Die Heizmittel werden dabei durch die Steuermittel beispielsweise derart gesteuert, dass die Temperatur des Säurereservoirs oberhalb oder unterhalb des Sublimationspunkts liegt. Hierdurch lässt sich die bereitgestellte gasförmige Säuremenge besonders einfach und effektiv steuern. Auch kann die Säure in ihrer festen Form besonders gut gehandhabt und transportiert werden. Dabei ist in einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Säure in Granulatform im Säurereservoir vorliegt.An advantageous embodiment provides that the acid is present in the acid reservoir at room temperature (20° C.) as a solid which changes directly into the gaseous state from a sublimation point. The heating means are controlled by the control means, for example, in such a way that the temperature of the acid reservoir is above or below the sublimation point. As a result, the amount of gaseous acid provided can be controlled in a particularly simple and effective manner. The acid can also be handled and transported particularly well in its solid form. In one embodiment, the acid is present in granular form in the acid reservoir.
In einem Ausführungsbeispiel wird als Säure Oxalsäure verwendet. Oxalsäure weist im Vergleich zu anderen Säuren eine geringe Gefahrenklasse auf. Für eine Sublimation der Oxalsäure ist dabei vorgesehen, dass die Heizmittel des Säurereservoirs in Verbindung mit den Steuermitteln dazu ausgebildet sind, die Oxalsäure auf 157 °C aufzuheizen, wobei 157 °C der Sublimationspunkt von Oxalsäure ist.In one embodiment, oxalic acid is used as the acid. Oxalic acid has a low hazard class compared to other acids. For a sublimation of the oxalic acid, it is provided that the heating means of the acid reservoir, in conjunction with the control means, are designed to heat the oxalic acid to 157° C., 157° C. being the sublimation point of oxalic acid.
Jedoch wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den Einsatz von Säuren in Feststoffform beschränkt ist. Es sind grundsätzlich auch Säuren einsetzbar, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Ein Beispiel hierfür ist Salpetersäure. Salpetersäure ermöglicht ein vergleichsweise schnelles Herauslösen des Binders aus dem Grünkörper.However, it is pointed out that the present invention is not limited to the use of acids in solid form. In principle, acids which are liquid at room temperature can also be used. An example of this is nitric acid. Nitric acid enables the binder to be removed from the green body relatively quickly.
Die Anbindung des Säurereservoirs an die Entbinderkammer kann auf vielfältige Weise realisiert sein. Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass die Entbinderkammer und das Säurereservoir einteilig ausgebildet sind. Alternativ sind die Entbinderkammer und das Säurereservoir über einen Verschluss, beispielsweise einen Schnellverschluss miteinander verbunden sind, so dass sich das Säurereservoir in einfacher Weise entfernen und reinigen bzw. neu mit Säure füllen lässt.The acid reservoir can be connected to the debinding chamber in a variety of ways. An embodiment of this provides that the debinding chamber and the acid reservoir are designed in one piece. Alternatively, the debinding chamber and the acid reservoir are connected via a closure, for example a quick-release closure are connected to each other, so that the acid reservoir can be removed and cleaned or refilled with acid in a simple manner.
In einer weiteren Variante umfasst die Vorrichtung eine austauschbare Säurepatrone, die die Säure enthält und die in das Säurereservoir eingesetzt ist. Dies erlaubt eine besonders effektive und sichere Handhabung der Säure. Die Säurepatrone enthält dabei beispielsweise ein Granulat aus Oxalsäure. Durch Aufheizen des Granulats sublimiert das Granulat in den gasförmigen Zustand.In a further variant, the device comprises an exchangeable acid cartridge which contains the acid and which is inserted into the acid reservoir. This allows a particularly effective and safe handling of the acid. The acid cartridge contains granules of oxalic acid, for example. By heating the granules, the granules sublimate into the gaseous state.
Weiter kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Säurereservoir und der Entbinderkammer ein Ventil angeordnet ist, das eine strömungsmechanische Verbindung zwischen dem Säurereservoir und der Entbinderkammer öffnen und schließen kann. Das Ventil ist beispielsweise als Schieberventil ausgebildet, das elektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch verschiebbar ist. Dabei sehen Ausgestaltungen vor, dass das Ventil mindestens bis zu einer Temperatur von 200°C temperaturbeständig und säurebeständig ist.Furthermore, it can be provided that a valve is arranged between the acid reservoir and the debinding chamber, which valve can open and close a flow-mechanical connection between the acid reservoir and the debinding chamber. The valve is designed, for example, as a slide valve that can be moved electrically, pneumatically and/or hydraulically. Configurations provide that the valve is temperature-resistant and acid-resistant at least up to a temperature of 200°C.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Entbinderstation eine Außenbeheizung umfasst, um eine gleichmäßige Temperatur im Inneren der Entbinderkammer bereitzustellen. Beispielsweise sind elektrische Heizmatten vorgesehen, die die gesamte Entbinderkammer umfassen, sodass in der Entbinderkammer eine möglichst homogene Temperaturverteilung vorliegt. Alternativ oder darüber hinausgehend kann die Beheizung durch ein Thermoöl oder durch innerhalb einer Wand der Entbinderkammer liegende Heizelemente vorgesehen sein.An embodiment of the invention provides that the debinding station includes external heating in order to provide a uniform temperature inside the debinding chamber. For example, electric heating mats are provided that encompass the entire debinding chamber, so that the temperature distribution in the debinding chamber is as homogeneous as possible. Alternatively or in addition, the heating can be provided by thermal oil or by heating elements located within a wall of the debinding chamber.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Entbinderstation einen in der Entbinderkammer angeordneten Ventilator und Luftleitbleche zur homogenen Stoff- und Temperaturverteilung aufweist. Zum Betrieb des Ventilators kann vorgesehen sein, dass ein Motor außerhalb der Entbinderkammer angeordnet ist, der den Ventilator über eine in die Entbinderkammer ragende Welle antreibt. Dabei ist am Eintritt der Welle in die Entbinderkammer eine Dichtung vorgesehen, die eine gas- und säuredichte Drehdurchführung darstellt und verhindert, dass Gas austritt.Furthermore, it can be provided that the debinding station has a fan arranged in the debinding chamber and air baffles for homogeneous material and temperature distribution. In order to operate the fan, it can be provided that a motor is arranged outside the debinding chamber, which motor drives the fan via a shaft projecting into the debinding chamber. A seal is provided at the entry of the shaft into the debinding chamber, which represents a gas-tight and acid-tight rotary feedthrough and prevents gas from escaping.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Erfindungsaspekt ein Verfahren zur Entbinderung eines Grünkörpers, welches die Schritte aufweist:
- - Aufnahme einer Säure, die zur Mitwirkung bei der Entbinderung eines Grünkörpers geeignet ist, in einem Säurereservoir, welches an eine beheizbare Entbinderstation zur Entbinderung des Grünkörpers angeschlossen ist,
- - Erhitzen der Säure im Säurereservoir durch von der Entbinderstation unabhängige Heizmittel, sodass die Säure zumindest teilweise in gasförmigen Zustand übergeht, dabei
- - Steuerung der Heizmittel zur Dosierung der Menge an Säure, die für die Entbinderung in gasförmigen Zustand übergeht,
- - Gasaustausch zwischen dem Säurereservoir und der Entbinderstation, bei dem die gasförmige Säure zumindest teilweise in die Entbinderstation strömt, und
- - Entbindern des Grünkörpers in der Entbinderstation unter Mitwirkung der gasförmigen Säure.
- - Acquisition of an acid, which is suitable for participating in the debinding of a green body, in an acid reservoir, which is connected to a heatable debinding station for debinding of the green body,
- - Heating the acid in the acid reservoir by means of heating independent of the debinding station, so that the acid is at least partially converted into the gaseous state
- - control of the heating means for dosing the amount of acid that turns into gaseous state for debinding,
- - Gas exchange between the acid reservoir and the debinding station, in which the gaseous acid flows at least partially into the debinding station, and
- - Debinding of the green body in the debinding station with the participation of the gaseous acid.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Säure in festen Zustand im Säurereservoir aufgenommen wird und beim Erhitzen sublimiert, wobei die Temperatur der Heizmittel derart gesteuert wird, dass die Temperatur des Säurereservoirs oberhalb oder unterhalb der Sublimationstemperatur der Säure liegt.One embodiment of the method provides that the acid is taken up in the acid reservoir in the solid state and sublimes when heated, the temperature of the heating means being controlled in such a way that the temperature of the acid reservoir is above or below the sublimation temperature of the acid.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Entbinderung eines Grünkörpers mit einer Entbinderkammer und einem gesonderten Säurereservoir; -
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Entbinderung eines Grünkörpers mit einer Entbinderkammer und einem gesonderten Säurereservoir, wobei das Säurereservoir über mehrzonige Heizmittel beheizbar ist; -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Entbinderung eines Grünkörpers mit einer Entbinderkammer und einem gesonderten Säurereservoir, wobei das Säurereservoir eine Patrone umfasst; und -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Entbinderung eines Grünkörpers mit einer Entbinderkammer und einem gesonderten Säurereservoir, wobei zwischen der Entbinderstation und dem Säurereservoir ein Ventil angeordnet ist.
-
1 a first embodiment of a device for debinding a green body with a debinding chamber and a separate acid reservoir; -
2 a further exemplary embodiment of a device for debinding a green body with a debinding chamber and a separate acid reservoir, the acid reservoir being heatable via multi-zone heating means; -
3 a further exemplary embodiment of a device for debinding a green body with a debinding chamber and a separate acid reservoir, the acid reservoir comprising a cartridge; and -
4 a further exemplary embodiment of a device for debinding a green body with a debinding chamber and a separate acid reservoir, a valve being arranged between the debinding station and the acid reservoir.
Die
Die
Die Entbinderstation 2 weist eine beispielsweise aus Edelstahl bestehende, korrosionsfeste Entbinderkammer 20 auf, um die eine Außenheizung in Form einer Vielzahl an Heizmatten 9 zum gleichmäßigen Beheizen eines Innenraums 21 der Entbinderkammer 20 angeordnet ist. Die Heizmatten 9 sind mit einer Steuerung 10 verbunden, die die Heizleistung der Heizmatten 9 und damit die Temperatur im Innenraum 21 auf einen gewünschten Wert steuert.The
Im Innenraum 21 der Entbinderkammer 20 sind des Weiteren ein Ventilator 6 sowie Luftleitbleche 7 angeordnet. Sie dienen einer gleichmäßigen Verteilung gasförmiger Säure und der Temperatur. Dabei wird der Ventilator 6 im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Motor 8 über eine Welle 81 angetrieben, wobei der Motor 8 außerhalb der Entbinderkammer 20 angeordnet ist. Am Eintritt der Welle 81 in die Entbinderkammer 20 ist eine Dichtung 82 vorgesehen, die den Innenraum 20 der Entbinderkammer 20 abdichtet und verhindert, dass Gas aus der Entbinderkammer 20 austreten kann. Der Motor 8 kann ebenfalls über die Steuerung 10 gesteuert werden.In the interior 21 of the
Die Entbinderstation 2 weist zum Einführen eines Grünteils 1 in den Innenraum 21 eine Tür 22 auf, die mit einem säurebeständigen und säuredichtem O-Ring versehen ist. Weitergehend kann vorgesehen, in den Innenraum 20 der Entbinderstation 2 Stickstoff und/oder weitere Gase einzuleiten, die beim Prozess des Entbinderns notwendig oder förderlich sind.For introducing a
Die Vorrichtung umfasst des Weiteren ein Säurereservoir 3. Dieses bildet eine Zusatzkammer, die von der Entbinderkammer 20 räumlich getrennt ist. Das Säurereservoir 3 ist dabei an der Unterseite bzw. Bodenplatte der Entbinderkammer 20 über einen Schnellverschluss 12 lösbar angeordnet. Das Säurereservoir 3 bildet einen Innenraum 31, der strömungsmechanisch mit dem Innenraum 21 der Entbinderkammer 20 verbunden ist, d. h. im Säurereservoir bereitgestellte gasförmiger Säure kann in den Innenraum 21 der Entbinderkammer 20 einströmen.The device also includes an
Das Säurereservoir 3 umfasst des Weiteren Heizmittel 5 zum Beheizen des Säurereservoirs 3 unabhängig von der Entbinderkammer 20. Diese Heizmittel 5 sind beispielsweise ebenfalls durch Heizmatten gebildet, wobei dies lediglich beispielhaft zu verstehen ist und grundsätzlich beliebige Heizmittel einsetzbar sind. Die Heizleistung der Heizmittel 5 wird durch die Steuerung 10 eingestellt.The
Das Säurereservoir 3 enthält eine Säure 4, die für den Entbinderprozess erforderlich ist. Hierzu ist vorgesehen, dass die Säure 4 in fester Form, beispielsweise in Form eines Granulats in das Säurereservoir 3 eingebracht ist. Über die Heizmittel 5 ist es möglich, die Säure 4 auf eine gewünschte Temperatur zu erhitzen und damit die Menge der zum Entbindern erforderlichen Säure 4, die in gasförmigen Zustand in die Entbinderkammer 20 einströmt, zu steuern.The
In einer Ausführungsvariante wird als Säure 4 Oxalsäure eingesetzt, die bei einer Temperatur von 157 °C sublimiert, also einen direkten Phasenübergang vom festem in den gasförmigen Zustand erfährt. Die Steuermittel 10 steuern die Heizmittel 5 dabei derart, dass die Temperatur des Säurereservoirs 3 oberhalb oder unterhalb der Sublimationstemperatur von 157 °C liegt, so dass in einfacher Weise einstellbar ist, ob und wieviel gasförmige Säure in den gasförmigen Zustand übergeht, in die Entbinderkammer einströmt und dort für ein Entbindern zur Verfügung steht.In one embodiment, oxalic acid is used as
In anderen Ausführungsbeispielen können andere Säuren eingesetzt werden, die sich bei Raumtemperatur in festem Zustand befinden. Darüber hinaus kann alternativ vorgesehen sein, dass die Säure im Säurereservoir 3 im flüssigen Zustand vorliegt und durch Erhitzen von dem flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand überführt wird. Ein Beispiel für eine flüssige Säure ist Salpetersäure.In other embodiments, other acids that are in the solid state at room temperature may be used. In addition, it can alternatively be provided that the acid is present in the
Das Säurereservoir 3 und die Entbinderkammer 20 bilden getrennte Kammern insofern, als ihre Innentemperatur unabhängig voneinander einstellbar ist. Die Temperatur im Innenraum 21 der Entbinderkammer 20 wird durch die Außenheizung 9 eingestellt. Die Temperatur im Innenraum 31 das Säurereservoirs 3 wird durch die Heizmittel 5 eingestellt. Das Säurereservoir 3 und die Entbinderkammer 20 sind zwar strömungsmechanisch miteinander gekoppelt, so dass gasförmige Säure vom Säurereservoir 3 in die Entbinderkammer 20 strömen und dort die Gasatmosphäre einstellen kann. Diese strömungsmechanische Kopplung bewirkt jedoch keine oder eine nur geringfügige thermische Kopplung, so dass die Temperatur des Säurereservoirs 3 nicht durch die Temperatur der Außenheizung 9 bestimmt wird, sondern durch die Temperatur der Heizmittel 5. Dabei kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass die Entbinderkammer 20 und das Säurereservoir 3 in deutlicher räumlicher Entfernung zueinander angeordnet sind, um die thermische Entkopplung sicherzustellen. Die Figuren sind insofern nur schematisch zu verstehen.The
Durch die Verbindung zwischen dem Innenraum 31 des Säurereservoirs 3 und dem Innenraum 21 der Entbinderstation 2 findet ein Gasaustausch statt, bei dem nach der Erhitzung die gasförmige Säure aus dem Säurereservoir 3 in die Entbinderstation 2 strömt. Dabei ist es über die mit den Heizmitteln 5 des Säurereservoirs 3 verbundene Steuerung 10 möglich, den Wärmeeintrag der Heizmittel 5 auf die Säure 4 zu steuern. Auf diese Weise ist es möglich, die Menge an Säure, die in den gasförmigen Zustand übergeht und zur Entbinderung bereitgestellt wird, genau zu kontrollieren.A gas exchange takes place through the connection between the interior 31 of the
Es wird darauf hingewiesen, dass die Art der Anbindung des Säurereservoir 3 an die Entbinderkammer 20 mittels eines Schnellverschlusses 12 nur beispielhaft zu verstehen ist. Grundsätzlich können beliebige Verbindungsmittel eingesetzt werden, beispielsweise eine Flanschverbindung. Weiter kann alternativ vorgesehen sein, dass das Säurereservoir einteilig mit der Entbinderkammer 20 ausgebildet ist, wobei die Zufuhr von Säure in das Säurereservoir 3 über die Tür 22 erfolgt.It is pointed out that the type of connection of the
Die
Die
Über die Heizmittel 5 wird die in der Patrone 35 angeordnete Säure in der erläuterten Weise erhitzt, wobei die Heizmittel 5 über die Steuermittel 10 gesteuert werden. Insbesondere werden die Heizmittel über die Steuermittel 10 derart gesteuert, dass das Granulat beim Entbindern über eine Sublimationstemperatur erhitzt wird. Auch bei dieser Ausführungsvariante können verschiedene Heizzonen 51 entsprechend der
Die
Das Ventil 15 ist beispielsweise als Schieberventil ausgebildet, das über einen Aktuator (nicht dargestellt) in seiner Position einstellbar ist. Der Aktuator kann ebenfalls mit der Steuerung 10 verbunden sein.The
Die Steuerung 10 kann in sämtlichen Ausführungsbeispielen mindestens einen Prozessor und ein zugeordnetes Speichermedium enthalten, das Programmcode enthält, der bei seiner Ausführung durch den mindestens einen Prozessor die Steuerung vornimmt. Die Steuerung 10 enthält dabei als Eingangsgrößen Messwerte im Hinblick auf die Temperatur im Innenraum 21 der Entbinderkammer 20 und im Innenraum 31 des Säurereservoirs 3, die über nicht dargestellte Sensoren bereitgestellt werden. Dabei können weitere Sensoren vorgesehen sein, die die Steuerung 10 mit Messwerten versehen, beispielsweise im Hinblick auf die Drücke in der Entbinderkammer 20 und dem Säurereservoir 3 sowie im Hinblick auf die Gaszusammensetzung in der Entbinderkammer 20. Die Steuerung 10 kann „Wenn-Dann“-Regeln enthalten, beispielsweise der Art: „Wenn der Anteil an säurehaltigem Gas in der Entbinderkammer 20 unter dem Prozentsatz X liegt, Dann gebe einen Befehl an die Heizmittel 5 zur Beheizung der Steuerkammer 3 über die Sublimationstemperatur“. Ein noch einfacherer Steuerbefehl könnte lauten: „Gebe einen Befehl an die Heizmittel 5 zum Beheizen der Steuerkammer über die Sublimationstemperatur für einen Zeitraum von 5 Minuten, nachdem ein entsprechendes Steuersignal vorliegt“. Die im konkreten Fall jeweils vorzunehmende Steuerung bemisst sich dabei an fachüblichen Überlegungen des Fachmanns.In all of the exemplary embodiments, the
Dabei kann die „Steuerung“ auch eine Regelung umfassen, sofern über Sensoren eine ausreichende Rückkopplung im Hinblick auf die einzustellenden Werte an die Steuereinheit 10 erfolgt.In this case, the “control” can also include regulation, provided sufficient feedback is provided to the
Weiter wird darauf hingewiesen, dass in den Figuren die dargestellte Steuerung 10 nicht nur zur Steuerung der Heizmittel 5, sondern beispielsweise auch des Motors 8 und der Außenheizung 9 eingesetzt wird. Dies ist aber lediglich beispielhaft und schematisch zu verstehen. Alternativ können gesonderte Steuerungen für die Heizmittel 5 und für die weiteren Komponenten 8, 9 vorgesehen sein.It is also pointed out that the
Weiter kann die Steuerung 10 grundsätzlich auch in anderer Weise als über einen Prozessor und Programmcode, beispielsweise über eine analoge Schaltung bereitgestellt werden.Furthermore, the
An die beschriebene Vorrichtung schließt sich in an sich bekannter Weise ein Sinterofen zum Sintern des durch das Entbindern entstandenen Braunteils an. Beim Sintern zersetzt sich auch ein im Braunteil noch enthaltener Restbinder.A sintering furnace for sintering the brown part produced by the debinding follows the device described in a manner known per se. During sintering, any residual binder still contained in the brown part also decomposes.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.It should be understood that the invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the concepts described herein. It is further pointed out that any of the features described can be used separately or in combination with any other features, provided they are not mutually exclusive. The disclosure extends to and encompasses all combinations and sub-combinations of one or more features described herein. If ranges are defined, these include all values within these ranges as well as all sub-ranges that fall within a range.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 0413231 A1 [0004]EP 0413231 A1 [0004]
- EP 2686286 A1 [0004, 0018]EP 2686286 A1 [0004, 0018]
- CN 106270506 A1 [0004]CN 106270506 A1 [0004]
- WO 9425205 A1 [0005]WO 9425205 A1 [0005]
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DE102021131219.1A DE102021131219A1 (en) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | Device for debinding a green body |
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DE102021131219.1A Pending DE102021131219A1 (en) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | Device for debinding a green body |
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CN106270506A (en) | 2016-09-21 | 2017-01-04 | 深圳市星特烁科技有限公司 | A kind of catalysis degreasing stove using oxalic acid as catalyst and catalysis degreasing method |
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2021
- 2021-11-29 DE DE102021131219.1A patent/DE102021131219A1/en active Pending
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