DE202004020897U1 - Mixture of sinterable powders for rapid prototyping, contains polymeric matrix in powder form and reinforcement material in form of fibers - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischung von sinterbaren Pulvern für Rapid-Prototyping, insbesondere für SLS-Prozesse (selektive Lasersinterprozesse).The The present invention relates to a mixture of sinterable powders for rapid prototyping, especially for SLS processes (selective laser sintering processes).
Bekanntermaßen ist Rapid-Prototyping eine Technik, die erst vor kurzem entwickelt wurde und es erlaubt, den Prototypen eines mechanischen Bauteils ausgehend von seiner entsprechenden CAD-Zeichnung unabhängig von seiner Geometrie in kurzer Zeit und zu relativ niedrigen Kosten automatisch zu erhalten.As is known Rapid prototyping a technique that has been developed recently and it allows starting the prototype of a mechanical component independent of its corresponding CAD drawing its geometry in a short time and at relatively low cost to receive automatically.
Der resultierende Prototyp kann während Untersuchungen, zum Beispiel vom spannungsoptischen Typ, als Ersatz für das tatsächliche Bauteil benutzt werden, um die mechanischen Eigenschaften des Bauteils zu bestimmen.Of the resulting prototype can during Investigations, for example of the voltage-optical type, as a replacement for the actual Component used to increase the mechanical properties of the component determine.
Außerdem ist es bekannt, dass es verschiedene Rapid-Prototyping-Technologien gibt, die es in jedem Fall mit sich bringen, eine Vielzahl von Materialschichten übereinander zu legen, die miteinander verbunden werden, um ein Modell, möglicherweise ein maßstabsgerechtes Modell, des tatsächlichen Bauteils zu erhalten.Besides that is it is known that there are several rapid prototyping technologies which in any case bring with it, a multitude of material layers on top of each other to put together a model, possibly connected to each other a true to scale Model, of the actual To obtain component.
Diese Technologien unterscheiden sich in der Art und Weise, in der die Materialschichten während des Baus des Prototypen aufgetragen werden; insbesondere basiert jede Technologie auf einem anderen physikalischen Prinzip, das die Natur und den Zustand der End-Ansammlung der benutzten Materialien bestimmt.These Technologies differ in the way in which the Material layers during the construction of the prototype are applied; in particular based every technology on a different physical principle that the Nature and the condition of the end-collection of used materials certainly.
Der Rapid-Prototyping-Prozess ist in mehrere Schritte gegliedert: anfänglich muss das gerade untersuchte Bauteil mit Hilfe eines dreidimensionalen Festkörper- oder Oberflächenmodellierungssystems konstruiert werden, um ein dreidimensionales CAD-Modell zu erhalten, das dann in ein Format umgewandelt wird, das von der Prototyping-Maschine gelesen werden kann, im Allgemeinen ein STL-Format (Stereolithographie- Format).Of the Rapid prototyping process is divided into several steps: initially must the component being examined using a three-dimensional Solid State or surface modeling system be constructed to obtain a three-dimensional CAD model, which is then converted into a format by the prototyping machine generally an STL (Stereolithography) format.
Diese Umwandlung besteht in Approximation der Oberfläche des Modells mittels einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Dreiecken, die aneinander angrenzend angeordnet werden, um die ganze Oberfläche zu bedecken.These Conversion consists in approximation of the surface of the model by means of a Variety of adjacent triangles that are adjacent to each other be arranged to cover the whole surface.
Das Modell im STL-Format wird von der Software, die die Rapid-Prototyping-Maschine lenkt, in Abschnitte zerlegt, mit einer Vielzahl von parallelen Ebenen, die mit passender Dicke in Intervallen angeordnet sind.The Model in STL format is provided by the software, which is the rapid prototyping machine steers, split into sections, with a multitude of parallel Layers that are arranged with appropriate thickness at intervals.
Jede Ebene ist eine der Materialschichten, die die Maschine nachfolgend übereinander legt; die aneinander angrenzenden Schichten werden schon während des Baus des Prototypen miteinander zusammengefügt.each Level is one of the layers of material that the machine is subsequently stacked sets; the adjoining layers are already during the Build the prototype together.
Zum Schluss kann man den resultierenden Prototypen Reinigungs- und Endbearbeitungstätigkeiten oder anderen Behandlungsarten unterziehen.To the Can you conclude the resulting prototype cleaning and finishing activities or undergo other types of treatment.
Eine der bekannten Rapid-Prototyping-Technologien wird zum Beispiel durch das so genannte SLS-Verfahren (selektives Lasersintern) gebildet, das auf der Verfestigung der Pulver mittels eines Sinterprozesses basiert, der unter Verwendung eines Lasers erreicht wird.A The known rapid prototyping technologies, for example, by the so-called SLS process (selective laser sintering) is formed, this is due to the solidification of the powder by means of a sintering process based on using a laser.
Die zur Durchführung dieses Verfahrens benutzte Maschine wird im Wesentlichen durch eine vertikal bewegliche Plattform gebildet, auf die das Pulver aufgebracht wird, wobei das Pulver innerhalb der Maschine auf einer Temperatur gehalten wird, die gerade unter seinem Schmelzpunkt liegt, um eine Schicht mit gleichförmiger Dicke zu bilden, welche von dem Laser nur in dem Bereich getroffen wird, der zu dem entsprechenden Querschnitt des zu erzeugenden Modells passt, und zum Sintern gebracht wird.The to carry out This machine is essentially powered by a vertically movable platform formed, on which applied the powder with the powder inside the machine at a temperature which lies just below its melting point, around one Layer with uniform Thickness to be taken, which hit by the laser only in the area which is the corresponding cross section of the model to be generated fits, and is brought to sintering.
Die Plattform bewegt sich dann um einen Betrag nach unten, der der Dicke des vorher aufgebrachten Materials entspricht, und es wird eine neue Schicht Pulver auf die vorhergehende Schicht gelegt und gesintert, wie oben beschrieben, damit sie fest wird und an der darunter liegenden Schicht festhält.The Platform then moves down by an amount that is the thickness corresponds to the previously applied material, and it will be a new layer of powder placed on the previous layer and sintered, like described above, so that it becomes solid and on the underlying Layer holds.
Der Prozess wird wiederholt, bis das vollständige Modell erhalten wird.Of the Process is repeated until the complete model is obtained.
Das bei Rapid-Prototyping-Prozessen und insbesondere dem SLS-Verfahren gegenwärtig benutzte Material wird im Allgemeinen durch eine Mischung von Pulvern vom Polyamid-Typ gebildet, wahlweise mit Zugabe von verschiedenartigen Pulvern mit einer Versteifungswirkung.The material currently used in rapid prototyping processes, and in particular the SLS process, is generally formed by a blend of polyamide-type powders, optionally with Zu gift of various powders with a stiffening effect.
Diese Mischungen von sinterbaren Pulvern ermöglichen es zwar, Modelle von mehr als zufriedenstellender Qualität zu erhalten, sie sind aber nicht frei von Nachteilen, einschließlich des Umstands, dass die resultierenden Modelle begrenzte Elastizitätsmodule und geringe End-Zugfestigkeiten haben.These Although mixtures of sinterable powders make it possible to use models from but they are more than satisfactory quality not free of disadvantages, including the fact that the resulting models have limited moduli of elasticity and low ultimate tensile strengths to have.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischung von sinterbaren Pulvern für Rapid-Prototyping bereitzustellen, die es ermöglicht, die mechanischen Festigkeitseigenschaften der damit erhaltenen Modelle zu optimieren.The The aim of the present invention is a mixture of sinterable Powders for To provide rapid prototyping, which allows the mechanical strength properties to optimize the models thus obtained.
Im Hinblick auf dieses Ziel und auf andere Aufgaben, die nachfolgend klarer werden, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Mischung von sinterbaren Pulvern für Rapid-Prototyping bereitgestellt, die eine Polymerpulvermatrix aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie Verstärkungsmaterial in Form von Fasern aufweist.in the With regard to this objective and to other tasks, which follow be clear, will be in accordance with the present invention, a mixture of sinterable powders for rapid prototyping provided comprising a polymer powder matrix, characterized that they are reinforcing material in the form of fibers.
Die Polymermatrix ist vorzugsweise vom Polyamid-Typ und kann zum Beispiel Nylon aufweisen.The Polymer matrix is preferably of the polyamide type and may be, for example Nylon.
Ein derartiges Verstärkungsmaterial kann vom polymeren Typ, vorzugsweise gebildet durch Aramid-Typ-Fasern, vom anorganischen Typ, vorzugsweise gebildet durch Glas- und/oder Kohlenstofffasern, oder von einem polymeren und anorganischen Typ sein.One such reinforcing material may be of the polymeric type, preferably formed by aramid-type fibers, of the inorganic type, preferably formed by glass and / or Carbon fibers, or of a polymeric and inorganic type be.
Der Ausdruck "Aramidfasern" wird zur Bezeichnung von Fasern benutzt, die aus aromatischen Polyamiden mit einem Gehalt an aromatischen Gruppen von mehr als 85% bestehen.Of the The term "aramid fibers" becomes the name used of fibers containing aromatic polyamides consist of aromatic groups of more than 85%.
Die Aramid-Typ-Fasern können zum Beispiel durch Fasern aus Poly-Paraphenylenterephthalamid gebildet werden, bekannt unter dem Markennamen Kevlar und angeboten von der Firma DuPont.The Aramid-type fibers can For example, formed by fibers of poly-Paraphenylenterephthalamid are known under the brand name Kevlar and offered by the Company DuPont.
Die Fasern, die das Verstärkungsmaterial bilden, können von einem gehakten oder gemahlenen Typ sein.The Fibers that are the reinforcing material can form be of a hooked or ground type.
herkömmlich sind gehackte Fasern Fasern mit einer Länge zwischen 3 und 6 mm und sind gemahlene Fasern Fasern mit einer Länge zwischen 100 und 450 μm.are conventional chopped fibers fibers with a length between 3 and 6 mm and For example, ground fibers are fibers between 100 and 450 microns in length.
Die Mischung kann weiterhin Material von einem im Wesentlichen glasartigen Typ in Form von Mikrokugeln, pulverisiertes Aluminium und pulverisierten Graphit aufweisen.The Mixture may still be material of a substantially glassy Type in the form of microspheres, powdered aluminum and powdered Graphite exhibit.
Die
Polymermatrix, das Verstärkungsmaterial
in Form von Fasern, das glasartige Material in Form von Mikrokugeln,
das pulverisierte Aluminium und der pulverisierte Graphit sind in
den folgenden Mengen vorhanden, welche voneinander unabhängig sind
und als Prozentsätze
des Gesamtgewichts der Mischung ausgedrückt sind:
Polymermatrix,
zwischen 20% und 99%; Verstärkungsmaterial
in Form von Fasern, zwischen 1% und 80%; glasartiges Material in
Form von Mikrokugeln, zwischen 0% und 70%; pulverisiertes Aluminium,
zwischen 0% und 70%; pulverisierter Graphit, zwischen 0% und 40%.The polymer matrix, the reinforcing material in the form of fibers, the glassy material in the form of microspheres, the powdered aluminum and the pulverized graphite are present in the following amounts, which are independent of one another and expressed as percentages of the total weight of the mixture:
Polymer matrix, between 20% and 99%; Reinforcing material in the form of fibers, between 1% and 80%; glassy material in the form of microspheres, between 0% and 70%; powdered aluminum, between 0% and 70%; powdered graphite, between 0% and 40%.
Die
Polymermatrix, das Verstärkungsmaterial
in Form von Fasern, das glasartige Material in Form von Mikrokugeln,
das pulverisierte Aluminium und der pulverisierte Graphit sind vorzugsweise
in den folgenden Mengen vorhanden, welche voneinander unabhängig sind
und als Prozentsätze
des Gesamtgewichts der Mischung ausgedrückt sind:
Polymermatrix,
zwischen 50% und 90%; Verstärkungsmaterial
in Form von Fasern, zwischen 10% und 50%; glasartiges Material in
Form von Mikrokugeln, zwischen 15% und 25%; pulverisiertes Aluminium,
zwischen 10% und 25%; pulverisierter Graphit, zwischen 0% und 10%.The polymer matrix, the reinforcing material in the form of fibers, the glassy material in the form of microspheres, the powdered aluminum and the pulverized graphite are preferably present in the following amounts, which are independent of one another and expressed as percentages of the total weight of the mixture:
Polymer matrix, between 50% and 90%; Reinforcing material in the form of fibers, between 10% and 50%; glassy material in the form of microspheres, between 15% and 25%; powdered aluminum, between 10% and 25%; powdered graphite, between 0% and 10%.
In Übereinstimmung mit herkömmlichen Arbeitsverfahren und in Abhängigkeit von den zu produzierenden Mengen kann die Mischung in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt werden durch mechanisches Mischen (zum Beispiel Innenmischer, in die die passenden Mengen der verschiedenen Bestandteile eingebracht werden) oder durch pneumatisches Mischen (zum Beispiel durch Einblasen von Luft in Silos, die die verschiedenen Bestandteile enthalten); alternative Ausführungsformen sind natürlich nicht ausgeschlossen.In accordance with conventional Working method and depending of the quantities to be produced, the mixture in accordance be prepared with the invention by mechanical mixing (For example, internal mixers, in which the appropriate amounts of different Components are introduced) or by pneumatic mixing (For example, by blowing air into silos, which are the different ones Contain ingredients); Of course, alternative embodiments are not locked out.
Die resultierende Mischung ist gebrauchsfertig und kann daher herkömmlichen Rapid-Prototyping-Maschinen zugeführt werden, insbesondere Maschinen zur Durchführung des SLS-Verfahrens.The resulting mixture is ready to use and therefore can be conventional Rapid prototyping machines are supplied, in particular machines to carry out of the SLS procedure.
Zweckmäßig kann die Mischung auf allen herkömmlichen Anwendungsgebieten von Rapid-Prototyping angewendet werden, wie zum Beispiel der Herstellung von Teilen von Fahrzeugen, elektrischen Haushaltsgeräten, Design-Gegenständen oder anderen.Appropriately the mixture on all conventional Application areas of rapid prototyping can be applied, such as for example, the manufacture of parts of vehicles, electrical Household appliances, Design objects or others.
Vorteilhaft wurde mittels Laboruntersuchungen festgestellt, dass die mit der Mischung in Übereinstimmung mit der Erfindung geschaffenen Modelle eine größere mechanische Festigkeit haben als mit herkömmlichen Materialien erhaltene Prototypen, sowohl bei Umgebungstemperatur als auch bei hohen Temperaturen.Advantageous was determined by laboratory tests that with the Mix in accordance With the invention created models a greater mechanical strength have as with conventional Materials obtained prototypes, both at ambient temperature as well as at high temperatures.
Darüber hinaus wurden wesentliche Zunahmen des Elastizitätsmoduls und der End-Zugfestigkeit des Materials beobachtet.Furthermore were substantial increases in modulus of elasticity and ultimate tensile strength of the material observed.
Die End-Zugfestigkeit des durch Sintern der Mischung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erhaltenen Materials liegt tatsächlich in der Größenordnung von 55 bis 60 MPa, während die End-Zugfestigkeit der bei Rapid-Prototyping herkömmlich benutzten Materialen in der Größenordnung von 40 bis 48 MPa liegt.The Final tensile strength of the mixture by sintering the mixture in accordance The material obtained with the present invention is actually in of the order of magnitude from 55 to 60 MPa while the ultimate tensile strength of those conventionally used in rapid prototyping Materials of the order of magnitude from 40 to 48 MPa.
Die folgenden Beispiele werden nur als eine Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben und sind nicht als ihren durch die begleitenden Ansprüche definierten Schutzbereich beschränkend zu verstehen.The The following examples are given only as an illustration of the present invention Given invention and are not as their by the accompanying claims limiting the scope of protection to understand.
BEISPIEL 1EXAMPLE 1
Eine
erste Mischung von sinterbaren Pulvern für Rapid-Prototyping, die aus den folgenden Bestandteilen
erhalten werden kann:
BEISPIEL 2EXAMPLE 2
Eine
zweite Mischung von sinterbaren Pulvern für Rapid-Prototyping, die aus den folgenden Bestandteilen
erhalten werden kann:
Wie der Fachmann leicht erkennt, kann man auf Basis der oben dargelegten Offenbarung der Erfindung andere Mischungen von sinterbaren Pulvern herstellen, die man aber alle als im Schutzbereich der Ansprüche enthalten ansehen würde.As The skilled artisan will readily recognize, based on the above DISCLOSURE OF THE INVENTION Other mixtures of sinterable powders but which are all included within the scope of the claims would watch.
Die Offenbarungen in der italienischen Patentanmeldung Nr. MO2004A000227, deren Priorität diese Anmeldung beansprucht, werden durch Bezugnahme hierin aufgenommen.The Disclosures in Italian Patent Application No. MO2004A000227, their priority this application claims are incorporated herein by reference.
Claims (23)
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| IT000227A IT1337831B1 (en) | 2004-09-09 | 2004-09-09 | MIXTURE OF SINTERIZABLE POWDERS FOR QUICK PROTOTYPING. |
| ITMO2004A000227 | 2004-09-09 | ||
| EP04030428A EP1634693B1 (en) | 2004-09-09 | 2004-12-22 | Mixture of sinterable powders for rapid prototyping |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE202004020897U1 true DE202004020897U1 (en) | 2006-05-24 |
Family
ID=36580512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE202004020897U Expired - Lifetime DE202004020897U1 (en) | 2004-09-09 | 2004-12-22 | Mixture of sinterable powders for rapid prototyping, contains polymeric matrix in powder form and reinforcement material in form of fibers |
Country Status (1)
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|---|---|
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-
2004
- 2004-12-22 DE DE202004020897U patent/DE202004020897U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20060629 |
|
| R165 | Request for cancellation or ruling filed | ||
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20080305 |
|
| R169 | Utility model cancelled in part |
Effective date: 20080818 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20110111 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20130702 |