DE19728113A1

DE19728113A1 - Producing a workpiece prototype

Info

Publication number: DE19728113A1
Application number: DE19728113A
Authority: DE
Inventors: Jialin Dr Ing Shen; Peter Dipl Ing Stierlen; Till Kaz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Universitaet Stuttgart
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Universitaet Stuttgart
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-01-07

Abstract

The method consists of a repeated sequence of the following steps: (a) application of a thin layer (13) consisting of a mould material, with cutouts (14) corresponding to the workpiece geometry, onto a carrier structure (18); and (b) filling of the cutouts with a castable workpiece material (16). The mould material is removed after a required number of repetitions of the above two steps. Alternatively thin layers of a workpiece material is applied onto a carrier structure. The layers are provided with contour lines and cutouts or grooves which subsequently are filled with a mould material. After a required number of repetitions of these steps the mould material is removed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstückprototyps insbesondere aus Metall oder Keramik.The invention relates to a method for manufacturing a workpiece prototype, in particular made of metal or Ceramics.

In vielen Bereichen der Industrie tritt das Problem auf, daß von einem Metall- oder Keramikwerkstück zunächst einige Prototypen erstellt werden sollen, um die Eigen schaften und die Verwendbarkeit des Werkstückes vor dessen Serienfertigung zu erproben. Dabei sollen die Prototypen in ihren Materialeigenschaften dem späteren Serienprodukt bereits möglichst nahekommen. Zur Herstel lung der Prototypen können diese auf rechnergesteuerten Werkzeugmaschinen jeweils einzeln aus dem gewünschten Werkstoff gearbeitet werden. Bei dieser Vorgehensweise sind zwar die Prototypen mit dem Serienprodukt hinsicht lich der Abmessungen und der Materialeigenschaften iden tisch, jedoch ist die Herstellung sehr aufwendig und langsam und somit kostenintensiv. Darüber hinaus ist die Ausbildung von Hinterschnitten häufig schwierig oder sogar unmöglich.In many areas of industry, the problem arises that of a metal or ceramic workpiece first some prototypes are to be created to match the and the usability of the workpiece to test its series production. The should Prototypes in their material properties later Series product already come as close as possible. For the manufacture The prototypes can be computer-controlled Machine tools individually from the desired one Material to be worked. With this approach are the prototypes with the series product Lich the dimensions and the material properties table, however, the production is very complex and slow and therefore expensive. In addition, the Forming undercuts is often difficult or difficult even impossible.

Es sind im Laufe der Zeit verschiedene sogenannte genera tive Rapid-Prototyping-Verfahren entwickelt worden, um durch eine häufige Aufeinanderfolge gleicher Schritte Prototypen aus Kunststoff oder Papier relativ schnell herzustellen, jedoch sind diese Verfahren für metallische oder keramische Prototypen nicht oder nur sehr bedingt anwendbar, da die Prototypen in ihren Eigenschaften stark von dem Serienprodukt abweichen. Bei dem sogenannten selektiven Lasersintern werden pulverförmige Ausgangsma terialien schichtweise aufgetragen und mittels eines Laserstrahls selektiv soweit aufgeheizt, daß die Pulver partikel in der Bearbeitungszone miteinander verbunden werden, wodurch sich eine dreidimensionale Form ergibt. Als Material wird bei einem EOSINT-Prozeß eine Nickelba sis-Bronzelegierung verwendet. Die lasergesinterten Metallteile haben jedoch eine relativ grobe Oberfläche und größere Poren. Um die Gebrauchseigenschaften der Teile zu verbessern, muß ein Infiltrationsprozeß mit polymeren Harzen oder niedrigschmelzenden Metall-Legie rungen durchgeführt werden, wodurch der Prototyp jedoch andere Eigenschaften als das Serienprodukt erhält. Darü ber hinaus ist beim selektiven Lasersintern auch die Verwendung eines mit Polymer beschichteten Stahlpulvers bekannt, aus dem sich in genannter Weise ein metallisches Grünteil aufbauen läßt, das mit einem Harz infiltriert und anschließend entbindert wird. Da das metallische Ausgangspulver eine grobe Körnung hat, ist nach dem Ofensintern keine volle Dichte eines Stahls zu erreichen, so daß eine zusätzliche Infiltration mit 30% Kupfer notwendig ist. In the course of time there are various so-called genera tive rapid prototyping processes have been developed to through a frequent succession of the same steps Prototypes made of plastic or paper relatively quickly to manufacture, however, these processes are for metallic or ceramic prototypes not or only to a very limited extent applicable, because the prototypes are strong in their properties deviate from the series product. With the so-called selective laser sintering becomes powdery starting material materials applied in layers and using a Laser beam selectively heated so far that the powder particles connected to each other in the processing zone which results in a three-dimensional shape. In an EOSINT process, a nickel ba sis bronze alloy used. The laser sintered However, metal parts have a relatively rough surface and larger pores. To the performance characteristics of the An infiltration process has to improve parts polymeric resins or low-melting metal alloy the prototype different properties than the series product. That In addition, selective laser sintering also includes Use a polymer powder coated steel powder known from which a metallic Build up green part that infiltrates with a resin and then is delivered. Because the metallic Starting powder has a coarse grain is after Not reach the full density of a steel inside the furnace, so that an additional infiltration with 30% copper necessary is.

Insbesondere in Verbindung mit Papier ist das sogenannte LOM-Verfahren (laminated object manufacturing) bekannt, bei dem ein einseitig mit Klebstoff versehenes Papier schichtweise aufgetragen und mit einem Laser in gewünsch te Konturen geschnitten wird. Dieses Verfahren ist theo retisch auch für Keramikbänder anstelle des Papiers einsetzbar, jedoch liegen darüber noch keine praxisorien tierten Erkenntnisse vor.Especially in connection with paper this is the so-called LOM (laminated object manufacturing) process known, in which a paper provided with adhesive on one side applied in layers and with a laser in the desired contours are cut. This procedure is theo Retic also for ceramic tapes instead of paper can be used, but there are still no practicalities presented knowledge.

Bei dem sogenannten FDM-Verfahren (fused deposition modeling) werden Polymere, insbesondere Wachse, mittels einer Heißdüse geschmolzen und bahnweise aufgetragen, um ein dreidimensionales Werkstück zu bilden. Auch hier wäre es denkbar, statt des Wachses oder der Thermoplaste ein Verbundmaterial in Form eines Keramik-Polymers zu verwen den, jedoch besäße das daraus hergestellte Werkstück eine zu hohe Porosität und damit nicht die gleichen Eigen schaften wie ein reines Keramikwerkstück.In the so-called FDM process (fused deposition modeling) are polymers, especially waxes, by means of melted in a hot nozzle and applied in layers to to form a three-dimensional workpiece. Would be here too it is conceivable instead of wax or thermoplastics To use composite material in the form of a ceramic polymer that, however, the workpiece made from it has one too high porosity and therefore not the same properties like a pure ceramic workpiece.

Bei einem weiteren Verfahren wird ein Bindemittel mit Hilfe eines aus der Drucktechnologie bekannten Strahlkop fes in Tröpfchenform auf ein Pulverbett in gewünschter Konfiguration aufgespritzt, wodurch die Pulverpartikel gebunden und Metall- oder Keramikwerkstücke gewünschter Form gebildet werden. Jedoch ist die Oberflächenbeschaf fenheit und die Genauigkeit dieses Verfahrens zumindest zur Zeit noch sehr nachteilig.Another method uses a binder With the help of a jet head known from printing technology fes in droplet form on a powder bed in the desired Configuration sprayed on, causing the powder particles bound and desired metal or ceramic workpieces Form are formed. However, the surface finish ingenuity and the accuracy of this procedure at least still very disadvantageous at the moment.

Desweiteren sind Harze mit einem Anteil von ca. 50% Metall- oder Keramikpulver bekannt, wobei sich mittels einer UV-Lampe unter Verwendung von entsprechend geform ten Masken Grünteile der Prototypmodelle herstellen lassen, die anschließend thermisch entbindert werden. Ein heißisostatisches Sintern ergibt dann die endgültige Dichte der Modelle. Auch hierbei ist kein reines Metall- oder Keramikwerkstück gebildet, so daß sich die Eigen schaften des Prototyps deutlich von denen eines entspre chenden Serienprodukts unterscheiden.Furthermore, resins with a share of approx. 50% Metal or ceramic powder known, with the help of a UV lamp using appropriately shaped Make green parts of the prototype models leave, which are then thermally debindered. A hot isostatic sintering then gives the final one Density of models. Again, this is not a pure metal or ceramic workpiece formed so that the Eigen Prototype characteristics clearly correspond to those of one different series product.

Soweit mit den genannten Verfahren Werkstücke aus Papier oder Kunststoff hergestellt werden, sind weitere Verfah rensschritte notwendig, um aus diesen einen metallischen oder keramischen Prototyp zu erstellen. Es gibt dazu eine Reihe von Verfahrensvarianten. Am häufigsten geschieht das dadurch, daß die mit den generativen Rapid-Prototy ping-Verfahren erzeugten Kunststoff- oder Papiermodelle in eine Keramikmasse eingetaucht werden, um eine äußere Schale auszubilden, aus der das Kunststoff- oder Papier modell dann entfernt wird. In die so gefertigte hohle Schale kann anschließend in bekannter Weise ein flüssiges Metall eingegossen werden. Weit verbreitet ist die Ver wendung lasergesinteter Polystyrolmodelle, die sich unproblematisch ausbrennen lassen. Gerade für die Werk zeugherstellung sind die gesinterten Oberflächen jedoch im allgemeinen relativ rauh, so daß insbesondere bei komplexen Oberflächen eine aufwendige Nacharbeit zu leisten ist. Mittels Stereolithographie hergestellte Modelle bieten zwar eine hohe Maßhaltigkeit und Oberflä chenqualität, jedoch ist der Restaschegehalt volumenmäßig größer als bei Polystyrol und es bilden sich teilweise Ablagerungen an der Keramik- bzw. Gipsschale, die zu Oberflächenfehlern führen. Die thermische Expansion vor allem dickwandiger Bauteile kann dabei zum Springen der Schale führen. Probleme bereitet auch oftmals die ungenü gende Dichtigkeit solcher Modelle, wodurch das Schalenma terial in das Bauteil eindringen kann und die Form somit unbrauchbar wird. So far with the above-mentioned processes, workpieces made of paper or plastic, other methods are steps necessary to get out of this one metallic or to create a ceramic prototype. There is one Range of process variants. Most often happens the fact that the generative Rapid-Prototy ping process produced plastic or paper models to be immersed in a ceramic mass to form an outer Form shell from which the plastic or paper model is then removed. In the hollow so made Shell can then be a liquid in a known manner Metal can be poured. The Ver application of laser-sintered polystyrene models that are let it burn out easily. Especially for the factory The sintered surfaces, however, are used to manufacture tools generally relatively rough, so that in particular complex reworking of complex surfaces afford is. Made using stereolithography Models offer a high degree of dimensional accuracy and surface quality, but the residual ash content is by volume larger than polystyrene and some of them form Deposits on the ceramic or plaster shell, too Cause surface defects. The thermal expansion before all thick-walled components can jump to the Guide bowl. Problems are also often caused by inaccuracies sufficient tightness of such models, whereby the shell dimension material can penetrate into the component and thus the shape becomes unusable.

Papiermodelle, die mittels des oben genannten LOM-Verfah rens hergestellt werden, eignen sich ebenfalls für den Feinguß, jedoch muß hier auf eine gute Versiegelung der Oberfläche geachtet werden, um ein Quellen des Papiers zu verhindern und um eine ausreichende Oberflächenqualität zu erzielen. Bei komplexen Formen bereitet der hohe Restaschegehalt Probleme, da er nicht aus jeder Geometrie entfernt werden kann.Paper models made using the LOM process mentioned above rens are also suitable for the Investment casting, however, here must be a good seal of the Surface must be taken to swell the paper prevent and a sufficient surface quality to achieve. For complex shapes, the high one Residual ash problems since it does not come from any geometry can be removed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, mit dem sich Werkstückpro totypen insbesondere aus metallischem oder keramischem Material schnell und in einfacher Weise herstellen las sen, wobei diese dem Serienprodukt ähnliche Eigenschaften aufweisen sollen.The invention has for its object a method to create the type with which workpiece pro totypes, in particular made of metallic or ceramic Read material quickly and easily sen, these properties similar to the series product should have.

Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung eines Werk stückprototyps gelöst, bei dem folgende Schritte mehrfach hintereinander ausgeführt werden:
According to a first embodiment of the invention, this object is achieved by a method for producing a workpiece prototype, in which the following steps are carried out several times in succession:

a.) Aufbringen einer dünnen Schicht aus einem Formmate rial mit Ausnehmungen entsprechend der Werkstückgeo metrie auf einen Träger unda.) Applying a thin layer of a Formmate rial with recesses corresponding to the workpiece geometry metry on a support and
b.) Auffüllen der Ausnehmungen mit einem gießfähigen Werkstückmaterialb.) Filling the recesses with a pourable Workpiece material

Nachdem eine Vielzahl von Schichten in dieser Weise auf gebracht wurde, wird das Formmaterial abschließend ent fernt, so daß der Werkstückprototyp übrig bleibt.Having a variety of layers in this way brought, the molding material is finally ent removed so that the workpiece prototype remains.

Auf diese Weise bildet die Ausnehmungsstruktur des Form materials eine Gießformschicht, wobei die Schicht bei spielsweise mit Hilfe eines der bekannten generativen Rapid Prototyping Verfahren, d. h. eines Strahldruckver fahrens, des FDM-Verfahrens oder selektives Lasersintern hergestellt werden kann.In this way, the recess structure of the form materials a mold layer, the layer at for example with the help of one of the well-known generatives Rapid prototyping process, d. H. of a jet pressure ver driving, the FDM process or selective laser sintering can be manufactured.

Das Formmaterial sollte eine niedrige Schmelztemperatur und eine geringe Viskosität aufweisen, damit es leicht vom fertigen Prototyp entfernt werden kann. Vorzugsweise erfolgt das Entfernen des Formmaterials durch Aufschmel zen oder Ausbrennen, wobei ein möglichst geringer Anteil von Restasche zurückbleiben soll. Darüber hinaus sollte das Formmaterial während des Aufschichtungsprozesses eine gute Haftung mit dem Werkstückmaterial eingehen und durch eventuelle Lösungsmittel des Werkstoffmaterials nicht negativ beeinflußt werden. In der Praxis hat sich die Verwendung von Wachs oder Polystyrol als Formmaterial als vorteilhaft erwiesen.The molding material should have a low melting temperature and have a low viscosity to make it light can be removed from the finished prototype. Preferably the molding material is removed by melting zen or burn out, taking as little as possible should remain of residual ash. In addition, should the molding material during the piling process enter into good adhesion with the workpiece material and through possible solvents of the material not be adversely affected. In practice, the Use of wax or polystyrene as a molding material proven advantageous.

Das Werkstückmaterial sollte eine aushärtbare Flüssigkeit oder ein Schlicker, d. h. eine flüssige Suspension mit festen Pulverpartikeln, einem Lösungsmittel und gegebe nenfalls anderen Zusätzen sein. Die Flüssigkeit sollte über eine geringe Viskosität verfügen, damit sie bei Aufbringung auch in dünne Spalten zuverlässig eindringen kann.The workpiece material should be a curable liquid or a slip, d. H. with a liquid suspension solid powder particles, a solvent and given otherwise be other additives. The liquid should have a low viscosity so that they Reliable penetration even into thin gaps can.

In bevorzugter Ausgestaltung ist dabei als Werkstückmate rial ein Schlicker mit metallischen oder keramischen Pulverpartikeln vorgesehen. Der Schlicker besteht im allgemeinen aus den Pulverpartikeln, einem Lösungsmittel und gegebenenfalls einem Dispergator sowie einem Binde mittel. Der Dispergator ist vor allem bei Keramiken notwendig, um ein Aneinanderhaften der Partikel zu ver hindern, da sich ansonsten Agglomerate bilden würden, wodurch eine dichte Packung der Pulverpartikel nicht möglich wäre. Mit Hilfe des Dispergators erhält man eine homogene Suspension ohne Sedimentation. Diese ermöglicht eine homogene Materialfüllung und ein Eindringen des Werkstückmaterials auch in feine Spalten. Um die Festig keit des Prototyps zu erhöhen, kann die Anwendung eines Bindemittels von Bedeutung sein.In a preferred embodiment, the workpiece mat rial a slip with metallic or ceramic Powder particles provided. The slip consists of generally from the powder particles, a solvent and optionally a dispersant and a bandage medium. The dispersant is especially for ceramics necessary to prevent the particles from sticking together prevent agglomerates from forming, whereby a tight packing of the powder particles does not it is possible. With the help of the disperser you get one homogeneous suspension without sedimentation. This enables a homogeneous material filling and penetration of the Workpiece material also in fine gaps. To the Festig to increase the prototype, the application of a Binder may be important.

Statt eines keramischen oder metallischen Schlickers kann auch ein Polymerschlicker oder ein mit feinen Metall- oder Keramikpulverpartikeln gefülltes, gießfähiges Harz verwendet werden.Instead of a ceramic or metallic slip also a polymer slip or one with fine metal or ceramic powder particles filled, pourable resin be used.

Nach dem Abschluß des Schichtungsvorganges und einer eventuell angeschlossenen Trocknung unter Zuführung externer Energie, insbesondere Wärmeenergie, muß das Formmaterial von dem aus dem Werkstückmaterial bestehen den Prototyp entfernt werden. Dies kann entweder mecha nisch geschehen, in Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß das Entfernen des Formmaterials durch Aufschmelzen oder Ausbrennen erfolgt. Da der Schlicker zur Verfestigung abschließend gesintert wird, ist es vorteilhaft, daß Entfernen des Formmaterials und das Sintern des Schlickers in einem einzigen Aufheizvor gang durchzuführen. Wenn dabei die Ausbrenn- oder Pyroli sationstemperatur des Formmaterials über der Temperatur liegt, bei der die Pulverpartikel des Schlickers anfan gen, sich miteinander zu verbindern (Sintertemperatur), kann erreicht werden, daß das Formmaterial, bevor es vollständig ausgebrannt ist, bei niedrigeren Temperaturen eine Abstützung des eigentlichen Werkstückmaterials bis zu dessen Vorsinterung bewirkt.After completing the stratification process and one possibly connected drying under feeding external energy, especially thermal energy, must Molding material from which consist of the workpiece material the prototype will be removed. This can either be mecha nisch happen in further development of the invention however, provided that the removal of the molding material by melting or burning out. Since the Slip is finally sintered for solidification, it is advantageous that removal of the molding material and sintering the slip in a single preheat to perform. If doing the burnout or pyroli sation temperature of the molding material above the temperature is at which the powder particles of the slip begin to connect with each other (sintering temperature), can be achieved that the molding material before it is completely burned out at lower temperatures a support of the actual workpiece material up to for its pre-sintering.

Falls bei dem Schichtungsvorgang sich in einer gerade ausgebildeten Schicht aufgrund der Oberflächenspannung des gießfähigen Werkstückmaterials eine Ungleichmäßigkeit ergibt, sollte die Schicht vor Ausbildung der nächsten Schicht oberflächlich geglättet werden, was insbesondere durch ein Planfräsen erfolgen kann.If the layering process is in a straight line trained layer due to the surface tension an irregularity in the castable workpiece material results in the shift before training the next Layer to be smoothed on the surface, which in particular can be done by face milling.

In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens werden die folgenden Schritte mehrfach hintereinander durchge führt:
In an alternative embodiment of the method, the following steps are carried out several times in succession:

a.) Aufbringen einer dünnen Schicht aus einem gießfähigen Werkstückmaterial auf einen Träger,a.) Applying a thin layer of a pourable Workpiece material on a carrier,
b.) Konturierung der zumindest angetrockneten Schicht entsprechend der Werkstückgeometrie durch Ausbilden von Nuten oder Ausnehmungen entlang den Konturlinien undb.) Contouring the at least dried layer by training according to the workpiece geometry of grooves or recesses along the contour lines and
c.) Auffüllen der Nuten oder Ausnehmungen mit einem Formmaterial.c.) Filling the grooves or recesses with a Molding material.

Auch hierbei wird nach Anordnung bei einer Vielzahl von Schichten das Formmaterial abschließend entfernt. Im Gegensatz zu dem erstgenannten Verfahren wird hier nicht zunächst mit dem Formmaterial eine Negativform gebildet, in die das Werkstückmaterial eingefüllt wird, sondern zunächst wird eine dünne Werkstücksmaterialschicht, insbesondere Schlickerschicht auf einen Träger aufgetra gen. Bei geeigneten Lösungsmitteln und Betriebsbedingun gen trocknet diese Schicht relativ schnell. Mit Hilfe beispielsweise einer NC-gesteuerten Fräsmaschine oder einer Laserabtragungsanlage lassen sich entlang den Konturlinien dünne Trennungsfugen ausbilden, in die anschließend das Formmaterial eingefüllt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, statt der Ausbildung der Nuten den gesamten komplementären Bereich, der außerhalb des auszu bildenden Werkstücks liegt, abzutragen und durch Formma terial aufzufüllen.Here too, a large number of Layers of the molding material finally removed. in the Contrary to the former method is not here first formed a negative mold with the molding material, into which the workpiece material is filled, but first a thin layer of workpiece material, in particular slip layer applied to a carrier With suitable solvents and operating conditions this layer dries relatively quickly. With help for example an NC-controlled milling machine or a laser ablation system can be along the Form contour lines thin separation joints into which then the molding material is filled. Alternatively can be provided instead of the formation of the grooves entire complementary area that is outside of the forming workpiece is removed and by Formma fill up material.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit beiden Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens Werkstücke und insbeson dere Metall- sowie Keramikteile hoher Qualität herstellen lassen, deren Packungsdichte weitgehend dem in der Pul vermetallurgie üblichen Standard entspricht, so daß die Eigenschaften der auf diese Weise hergestellten Prototy pen denen des späteren Serienprodukts entsprechen oder zumindest sehr nahekommen. Insbesondere lassen sich die genannten Verfahren in wirtschaftlicher Weise in Kombina tion mit einem dreidimensionalen CAD-Datenmodell und einer entsprechenden numerischen Steuerung durchführen.It has been shown that both configurations of the method according to the invention workpieces and in particular Manufacture high quality metal and ceramic parts leave, their packing density largely that in the Pul metallurgy corresponds to the usual standard, so that the Properties of the prototype produced in this way pen correspond to those of the later series product or at least get very close. In particular, the mentioned process in an economical manner in Kombina tion with a three-dimensional CAD data model and a corresponding numerical control.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zei gen:Further details and features of the invention are from the following description of an embodiment with reference to the drawing. It shows gene:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens in Aufsicht und Seitenansicht in einer ersten Verfahrensabschnitt, Fig. 1 shows a device for carrying out of the procedure, in top and side view in a first process section

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem zwei ten Verfahrensabschnitt und Fig. 2 shows the device of FIG. 1 in a two-th process section and

Fig. 3 die Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 in einem dritten Verfahrensabschnitt. Fig. 3 shows the device according to FIGS. 1 and 2 in a third process step.

Eine Vorrichtung 10 zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen Träger 18, der höhenverfahrbar ausgebildet ist. Oberhalb des Trägers 18 sind ein Behälter 11 zur Aufbringung eines Formmaterials 12 auf die Oberseite des Trägers 18, sowie ein Behälter 15 mit einem Werkstückma terial 16, insbesondere einem metallischen oder kerami schen Schlicker vorgesehen. Beide Behälter 11 und 15 sind oberhalb des Trägers 18 horizontal verfahrbar (s. Pfeile a, b), wobei das im ihnen enthaltene Material in einer dünnen Schicht auf den Träger 18 aufgebracht werden kann.A device 10 for carrying out the method comprises a support 18 which is designed to be height-adjustable. Above the carrier 18 , a container 11 for applying a molding material 12 to the top of the carrier 18 , and a container 15 with a workpiece material 16 , in particular a metallic or ceramic slip are provided. Both containers 11 and 15 can be moved horizontally above the carrier 18 (see arrows a, b), it being possible for the material contained in them to be applied to the carrier 18 in a thin layer.

In einem ersten Abschnitt des Verfahrens, der in der Fig. 1 dargestellt ist, wird durch Verfahren des Behäl ters 11 auf der Oberseite des Trägers 18 eine dünne Schicht 13 aus dem Formmaterial 12 ausgebildet, wobei entsprechend der Geometrie des auszubildenden Werkstücks Ausnehmungen 14 in der Formmaterialschicht 13 freigelas sen werden.In a first section of the method, which is shown in FIG. 1, a thin layer 13 is formed from the molding material 12 by moving the container 11 on the top of the carrier 18 , with recesses 14 in the according to the geometry of the workpiece to be formed Molding material layer 13 are released.

In einem zweiten Abschnitt des Verfahrens, der in Fig. 2 dargestellt ist, wird der Behälter 15 mit dem Schlicker 16 über die Formmaterialschicht verfahren, wobei die Ausnehmungen 14 mit dem Schlicker 16 aufgefüllt werden, so daß eine von der Formmaterialschicht 13 begrenzte Schlickerstruktur 17 gebildet ist.In a second section of the method, which is shown in FIG. 2, the container 15 with the slip 16 is moved over the molding material layer, the recesses 14 being filled with the slip 16 , so that a slip structure 17 delimited by the molding material layer 13 is formed is.

Nach einem gegebenenfalls vorzusehenden Trocknungs- und/oder Glättungsschritt für die ausgebildete Schicht wird der Träger 18 um das Maß einer Schichtdicke nach unten verfahren (s. Pfeil v), so daß auf der zuvor ausge bildeten Schicht in gleicher, oben beschriebener Weise eine weitere Formmaterialschicht mit Ausnehmungen ausge bildet werden kann, die anschließend mit dem Schlicker aufgefüllt werden. Nach vielfacher Abfolge dieser Schrit te ergibt sich ein aus einer Vielzahl von Schichten aufgebautes Grünteil eines Werkstückes, das in Formmate rial eingebettet ist. Anschließend wird das Formmaterial durch Aufschmelzung oder Ausbrennung vom Grünteil ent fernt, wobei das im Schlicker enthaltene Bindemittel dem Grünteil eine ausreichende Festigkeit verleiht, um eine gegebenenfalls mechanische Nachbearbeitung zu ermögli chen. Wenn das Ausbrennen des Formmaterials und das Sintern des Grünteils in einem Aufheizvorgang durchge führt werden, kann auch Schlicker ohne Bindemittel einge setzt werden, wenn die Ausbrenntemperatur oberhalb der Vorsintertemperatur des Werkstückmaterials liegt.After an optional drying and / or smoothing step for the layer formed, the carrier 18 is moved down by the amount of a layer thickness (see arrow v), so that a further layer of molding material is formed on the previously formed layer in the same manner as described above can be formed with recesses, which are then filled with the slip. After a multiple sequence of these steps, a green part of a workpiece that is built up from a multiplicity of layers and is embedded in molding material results. The molding material is then removed from the green part by melting or burning out, the binder contained in the slip giving the green part sufficient strength to enable mechanical post-processing, if necessary. If the burnout of the molding material and the sintering of the green part are carried out in one heating process, slip without binder can also be used if the burnout temperature is above the presintering temperature of the workpiece material.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückprototyps mit der mehrfachen Abfolge der Schritte:

a.) Aufbringen einer dünnen Schicht (13) aus einem Formmaterial (12) mit Ausnehmungen (14) entspre chend der Werkstückgeometrie auf einen Träger (18) und
b.) Auffüllen der Ausnehmungen (14) mit einem gießfähi gen Werkstückmaterial (16), wobei abschließend nach Anordnung der Vielzahl von Schichten das Formmaterial (12) entfernt wird.

1. Method for producing a workpiece prototype with the multiple sequence of the steps:

a.) Applying a thin layer ( 13 ) of a molding material ( 12 ) with recesses ( 14 ) accordingly the workpiece geometry on a carrier ( 18 ) and
b.) Filling the recesses ( 14 ) with a castable workpiece material ( 16 ), the molding material ( 12 ) being finally removed after arranging the plurality of layers.

2. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückprototyps mit der mehrfachen Abfolge der Schritte:

a.) Aufbringen einer dünnen Schicht aus einem gießfähi gen Werkstückmaterial auf einen Träger,
b.) Konturierung der zumindest angetrockneten Schicht entsprechend der Werkstückgeometrie durch Ausbilden von Nuten oder Ausnehmungen entlang den Konturli nien und
c.) Auffüllen der Nuten oder Ausnehmungen mit einem Formmaterial, wobei abschließend nach Anordnung einer Vielzahl von Schichten das Formmaterial entfernt wird.

2. Method for producing a workpiece prototype with the multiple sequence of steps:

a.) applying a thin layer of a castable workpiece material to a carrier,
b.) Contouring the at least dried layer according to the workpiece geometry by forming grooves or recesses along the contour lines and
c.) Filling the grooves or recesses with a molding material, the molding material being finally removed after arranging a large number of layers.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das außerhalb der Konturlinien liegende Werk stückmaterial vor Auffüllen mit dem Formmaterial vollständig abgetragen wird.3. The method according to claim 2, characterized in that that the work lying outside the contour lines piece material before filling with the molding material is completely removed.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstückmaterial nach dem Ausbringen unter Zuführung von externer Energie, insbesondere Wärmeenergie, getrocknet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the workpiece material according to the Application with supply of external energy, especially thermal energy, is dried.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht vor Ausbildung der nächsten Schicht oberflächlich geglättet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that each shift prior to training next layer is superficially smoothed.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formmaterial eine niedrige Schmelztemperatur und eine geringe Viskosität aufweist.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the molding material has a low Melting temperature and low viscosity having.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Formmaterial Wachs oder Polystyrol ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the molding material is wax or polystyrene.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Entfernen des Formmaterials durch Aufschmelzen oder Ausbrennen erfolgt.8. The method according to claim 6 or 7, characterized characterizes that the removal of the molding material by Melting or burning out takes place.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstückmaterial eine aushärtbare Flüssigkeit oder ein Schlicker (flüs sige Suspension mit festen Pulverpartikeln und einem Lösungsmittel) ist.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the workpiece material curable liquid or a slip (flu suspension with solid powder particles and a solvent).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlicker metallische oder keramische Pulverpartikel enthält.10. The method according to claim 9, characterized in that the slip is metallic or ceramic Contains powder particles.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schlicker ein Dispersionsmittel und/oder ein Bindemittel enthält.11. The method according to claim 9 or 10, characterized records that the slip is a dispersant and / or contains a binder.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß der Schlicker abschlie ßend gesintert wird.12. The method according to any one of claims 9 to 11, there characterized in that the slip closes is sintered.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen des Formmaterials und das Sintern des Schlickers in einem Aufheizvorgang erfolgt, wo bei die Ausbrenn- oder Pyrolisationstemperatur des Formmaterials über der Sintertemperatur der Pulver partikel des Schlickers liegt.13. The method according to claim 12, characterized in that that removing the molding material and sintering of the slip takes place in a heating process where at the burnout or pyrolysis temperature of the Molding material above the sintering temperature of the powder particle of the slip.