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Hintergrund
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Freiformherstellung
entwickelt sich zurzeit schnell zu einem beliebten Prozess zum Herstellen von
dreidimensionalen Objekten, die fertige Produkte, Prototypenteile
oder Modelle und Arbeitswerkzeuge umfassen. Zum Beispiel wird die
Freiformherstellung dazu verwendet, um Produkte, wie z. B. Baukeramik
und Keramikschalenformen, zu erzeugen. Einige Verfahren zur Freiformherstellung
beinhalten einen Prozess eines sequentiellen Bildens von Schichten
des erwünschten
Endprodukts.
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Wenn
die Freiformherstellung einen Prozess eines sequentiellen Bildens
von Schichten beinhaltet, wird eine Anzahl von planaren Schichten
miteinander kombiniert, um ein planares oder nicht-planares dreidimensionales
Objekt zu bilden. Das Objekt wird Schicht für Schicht gebildet, wobei ein
Segment jeder Schicht einen Querschnitt des erwünschten Endproduktes darstellt.
Benachbart gebildete Schichten haften in vorbestimmten Mustern aneinander,
um das erwünschte
Produkt aufzubauen.
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Bei
einem Freiformherstellungsprozess wird ein pulvriges Material verwendet,
um jede einzelne Schicht des erwünschten
Produktes zu bilden. Wie in 1 gezeigt,
umfasst eine Freiformherstellungseinheit (100) einen Vorrat
an pulverisiertem Baumaterial. Eine abgemessene Menge des Pulvers
wird von einer Vorratskammer abgegeben. Eine Rolle auf einer beweglichen
Bühne (103)
verteilt und komprimiert das Pulver an dem oberen Ende einer Herstellungskammer
(102). Dann bringt ein Mehrkanalspritzkopf, der auf einer
Tintenstrahldrucktechnologie basieren kann, in einem zweidimensionalen
Muster Haftmittel oder Bindemittel auf das Pulver in der Herstellungskammer
(102) auf. Der Spritzkopf kann auch an der beweglichen
Bühne (103)
angeordnet sein.
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Dieses
zweidimensionale Muster ist ein Querschnitt des erwünschten
Produktes. Dieser Spritzkopf kann außerdem Tinte oder Toner ausstoßen, um
eine erwünschte
Farbe oder ein Farbmuster für
den speziellen Querschnitt des erwünschten Produktes bereitzustellen.
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Das
Pulver verbindet sich in den Bereichen, wo das Haftmittel aufgebracht
ist, wodurch eine Schicht des erwünschten Produkts gebildet wird.
Dieser Prozess wird wiederholt, wobei eine neue Schicht von Pulver über das
obere Ende der vorausgegangenen Schicht aufgebracht wird. Der nächste Querschnitt
des erwünschten
Produkts wird dann in die neue Pulverschicht gebildet. Das Haftmittel
dient außerdem
dazu, die benachbarten Schichten des erwünschten Produkts miteinander
zu verbinden.
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Dieser
Prozess wird fortgeführt,
bis das gesamte Objekt in dem Pulverbett in der Herstellungskammer
(102) gebildet ist. Das zusätzliche Pulver, das nicht durch
das Haftmittel gebunden ist, wird dann abgebürstet, wodurch das Basis- oder „grüne" Objekt verbleibt.
Eine Benutzerschnittstelle (104) erlaubt es, dass ein Benutzer
den Herstellungsprozess auslöst
und steuert.
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Ein
derartiger Prozess bietet die Vorteile einer schnellen Herstellung
und niedriger Materialkosten. Derselbe wird als eines der schnellsten
Freiformherstellungsverfahren angesehen und kann Produkte in einer
Vielzahl von Farben erzeugen.
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Jedoch
gibt es mehrere Nachteile bei herkömmlichen Freiformherstellungsprozessen,
die die Zerbrechlichkeit des resultierenden Produkts umfassen. Schlechte
mechanische Eigenschaften bei dem Endprodukt sind ein Ergebnis eines
geringen Kompressionsmodulus, der zum Teil auf schlechte Pulverhaftung
zurückzuführen ist.
Schlechte mechanische Eigenschaften manifestieren sich außerdem durch eine
Zerbrechlichkeit bei Dehnung oder eine geringe Bruchfestig keit.
In sowohl der Intra- als auch der Interschichtebene sind die Pulverpartikel
lediglich lose zusammengeklebt. Insbesondere basieren Pulver, die
gegenwärtig
auf dem Markt verwendet werden, auf anorganischen Füllstoffpartikeln,
wie z. B. Gips und/oder gebranntem Gips etc., zusammen mit in Wasser
quellbaren Polymeren, wie etwa Stärken, Poly(vinylalkohol) etc.
und Mischungen dieser in Wasser quellbaren Polymere.
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Wenn
diese Arten von Systemen verwendet werden, wird die Pulveroberfläche mit
einem wässrigen
Bindemittel bedruckt und die Polymerpartikel quellen aufgrund einer
Adsorption des wässrigen Bindemittels.
Haftung ist das Ergebnis des Quellens der Polymerpartikel. Wechselwirkungen
dieser Pulver mit einem wässrigen
Bindemittel führen
zu einer schlechten mechanischen Festigkeit als auch zu hoher Porosität des grünen Objekts.
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Außerdem leiden
Teile, die durch Pulver-basierte Freiformherstellung als auch Spritz-Direktaufbau-Art-Freiformherstellung
hergestellt sind, unter einer schlechten Festigkeit. Letzteres liegt
aufgrund der Tatsache vor, dass nur Polymere mit niedrigerem Molekulargewicht
gespritzt werden können,
da Polymere mit einem hohen Molekulargewicht Viskositäten aufweisen,
die zu hoch sind.
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Außerdem tendiert
der Quellprozess für
die Bindungspolymere des obigen Verfahrens dazu, sehr langsam stattzufinden.
Die Wechselwirkung zwischen Wasser und gebranntem Gips tritt ebenfalls sehr
langsam auf. Aus diesen Gründen
benötigt
der herkömmliche
Prozess mehr als eine Stunde, bis sich die zur Reaktion gebrachten
Materialien setzen und das hergestellte Produkt aus dem Pulverbett
entfernt wird.
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Ein
anderes Problem, das direkt herkömmlicher
Pulverbasierter Freiformherstellung zugeordnet ist, ist die hohe
Dichte des Endprodukts. Die Ausgangsmaterialien in dem Pulver weisen
eine derart hohe Dichte auf, dass der Proto typ, der durch den herkömmlichen
Prozess erzeugt wird, typischerweise eine Dichte aufweist, die größer als
1 g/cm3 ist. Die hohe Dichte des Prototyps
ist ein schwerwiegendes Ärgernis,
besonders wenn Modelle von großen
Objekten im Maßstab
von 1:1 erzeugt werden.
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Ferner
sind die schlechten mechanischen Eigenschaften des resultierenden
Produkts mit der Tatsache verbunden, dass das grüne Objekt, das durch ein Erzeugen
von Schichten in einem Pulverbett hergestellt wird, arbeitsintensiver
Nachverarbeitung unterzogen werden muss. Diese Nachverarbeitung
beinhaltet häufig
ein Durchtränken
der Oberfläche
des gedruckten Objekts mit Verstärkungsmitteln,
wie z. B. Cyanoacrylat-Klebemittel etc. Auf Gips basierte Pulver
und in Wasser quellbare Polymere, die gegenwärtig verfügbar sind, benötigen lange
Quellzeiten, die 30 Minuten oder mehr betragen können. Ein weiterer Nachteil
dieses und ähnlicher
Prozesse ist, dass die resultierenden Produkte eine schlechte Auflösung aufweisen
können,
die sich durch eine körnige Textur
des Produktes darstellt.
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Wie
oben angemerkt, verwenden die gegenwärtig verfügbaren Prozesse zur Freiformherstellung lose
verbundene Polymer- und
anorganische Partikel, um ein Produkt zu erzeugen, das schlechte
mechanische Eigenschaften und eine körnige Textur aufweist. Während ein
Trocknen des resultierenden Artikels bei einer Nachverarbeitung
die mechanischen Eigenschaften geringfügig verbessert, sind die Verbesserungen
minimal und der Trocknungsprozess ist sehr langsam. Andere Nachverarbeitungsmaßnahmen
umfassen ein Verstärken
mit polymerisierbarem Klebemittel, wie etwa Cyanoacrylat, oder ein
Oberflächenvergüten, aber
diese Maßnahmen sind
teuer und arbeitsintensiv.
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Die
WO 01/34371 A offenbart
ein Verfahren zum Bauen von Querschnittsabschnitten eines 3D-Artikels
und Zusammenbauen der einzelnen Querschnittsbereiche in einer geschichteten
Weise, um einen Endartikel zu bilden. Ein Tintenstrahl druckkopf
wird verwendet, um ein Fluid zu einem Partikelmaterial zu liefern,
um die einzelnen Querschnittsbereiche aufzubauen.
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Die
US 2002/0016387 offenbart
ein Materialsystem zur Verwendung beim 3D-Drucken, das ein Bindemittel
und ein Lösungsmittel
als auch optional Füllstoffmaterialien
aufweist, wobei das Bindemittel in dem Lösungsmittel löslich ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Materialsystem zwei komplementäre Polyelektrolyte
und/oder einen Initiator für
eine vernetzende Reaktion des Bindemittels enthält.
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Die
EP 0 393 676 offenbart ein
Verfahren zum genauen Herstellen eines integrierten dreidimensionalen
Objekts aus aufeinanderfolgenden Schichten einer photohärtbaren
Flüssigkeitszusammensetzung,
das folgende Schritte aufweist:
- (a) Bilden
einer Schicht einer photohärtbaren Flüssigkeit;
- (b) Photohärten
von zumindest einem Abschnitt der Schicht der photohärtbaren
Flüssigkeit
durch ein Aussetzen gegenüber
aktinischer Strahlung;
- (c) Einbringen einer neuen Schicht einer photohärtbaren
Flüssigkeit
auf die Schicht, die vorhergehend aktinischer Strahlung ausgesetzt
wurde; und
- (d) Photohärten
von zumindest einem Abschnitt der neuen Flüssigkeitsschicht durch Aussetzung gegenüber aktinischer
Strahlung, mit der Bedingung, dass die photohärtbare Zusammensetzung ein
Ethylen-ungesättigtes
Monomer, einen Photoinitiator und eine Strahlungsablenkungssubstanz aufweist,
wobei die Ablenkungssubstanz ein thermischer Isolator ist und einen
ersten Brechungsindex aufweist, wobei der Rest der Zusammensetzung
einen zweiten Brechungsindex aufweist, wobei der Absolutwert der
Differenz zwischen dem ersten Bre chungsindex und dem zweiten Brechungsindex
ungleich Null ist; und
- (e) aufeinanderfolgendes Wiederholen der Schritte (c) und
- (d), bis das dreidimensionale Objekt vollständig ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Schnellprototypherstellungsmaterialsystem,
das folgende Merkmale aufweist:
Partikel geringer Dichte, die
aus der Gruppe ausgewählt
sind, die Silika, Metalloxid, Keramikmaterial, Glaskugeln, hohle
Siliziumpartikel, hohle Metallkugeln, Aerogel, geschlossenporige
Metallschwämme und
Mischungen derselben umfasst;
eine kationische Polyelektrolytkomponente;
eine
anionische Polyelektrolytkomponente; und
ein polares lösungsmittelbasiertes
Bindemittel, das in der Lage ist, eine Reaktion zwischen der kationischen
Polyelektrolytkomponente und der anionischen Polyelektrolytkomponente
zu stimulieren, um einen an Partikel geringer Dichte gebundenen
Polyelektrolytkomplex zu bilden,
wobei die Partikel geringer
Dichte und ein geladenes Element der Gruppe, die die kationische
Polyelektrolytkomponente und die anionische Polyelektrolytkomponente
umfasst, als Teil eines Breis kombiniert werden, und ein Element
der Gruppe, das relativ zu dem geladenen Element entgegengesetzt
geladen ist, in dem polaren lösungsmittelbasierten
Bindemittel getrennt von dem Brei gelöst wird.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner eine Zusammensetzung zur Schnellprototypherstellung, die
folgende Merkmale aufweist:
Partikel geringer Dichte, die aus
der Gruppe ausgewählt
sind, die Silika, Metalloxid, Keramikmaterial, Glaskugeln, hohle
Siliziumpartikel, hohle Metallkugeln, Aerogel, geschlossenporige
Metallschwämme und
Mischungen derselben umfasst; und
eine erste Polyelektrolytkomponente,
die aus der Gruppe ausgewählt
ist, die eine kationische Polyelektrolytkomponente und eine anionische
Polyelektrolytkomponente umfasst,
wobei die erste Polyelektrolytkomponente
an einer Oberfläche
der Partikel geringer Dichte adsorbiert wird und die Zusammensetzung
in Form eines Breis vorliegt.
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Die
vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Erzeugen
eines dreidimensionalen Objekts, das die folgenden Schritte aufweist:
iteratives
Kombinieren einzelner Schritte, die Partikel geringer Dichte, die
aus der Gruppe ausgewählt
sind, die Silika, Metalloxid, Keramikmaterial, Glaskugeln, hohle
Siliziumpartikel, hohle Metallkugeln, Aerogel, geschlossenporige
Metallschwämme
und Mischungen derselben umfasst, und eine erste Polyelektrolytkomponente
umfassen, mit einer polaren lösungsmittelbasierten
Bindemittellösung,
die in der Lage ist, eine Reaktion zwischen der ersten Polyelektrolytkomponente
und einer zweiten Polyelektrolytkomponente zu stimulieren, um einen
an Partikel geringer Dichte gebundenen Polyelektrolytkomplex zu
bilden, wobei die einzelnen Schichten benachbart zueinander gebildet
werden, um das dreidimensionale gedruckte Objekt zu bilden, wobei
die Partikel geringer Dichte und ein geladenes Element der Gruppe,
die die kationische Polyelektrolytkomponente und die anionische
Polyelektrolytkomponente umfasst, als Teil eines Breis bei jeder
der einzelnen Schichten kombiniert werden, bevor dieselbe mit dem
Bindemittel kombiniert wird, und ein Element der Gruppe, das relativ
zu dem geladenen Element entgegengesetzt geladen ist, in dem polaren
lö sungsmittelbasierten Bindemittel
getrennt von dem Brei gelöst
wird, bevor dasselbe mit dem Brei kombiniert wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Im
Folgenden werden ein System zur Freiformherstellung, die Zusammensetzungen,
die bei dem System umfasst sind, und ein Freiformherstellungsverfahren,
das das System beinhaltet, beschrieben. Das System zur Freiformherstellung
ist vorzugsweise durch Polyelektrolyte beeinflusst, die zusammen
einen Polyelektrolytkomplex bilden können, der Partikel geringer
Dichte miteinander verbindet. Die in dem System umfassten Komponenten
umfassen Partikel geringer Dichte, da die Dichte der hergestellten
Produkte teilweise durch die Dichte der Materialien, die das Produkt
bilden, bestimmt ist. Die Komponenten in dem System umfassen außerdem ein
kationisches Polymer, das als ein polybasiges Elektrolyt dient,
und ein anionisches Polymer, das als ein mehrsäuriges Elektrolyt dient. Die
Komponenten in dem System umfassen ferner ein polares lösungsmittelbasiertes
Bindemittel, das dazu in der Lage ist, die Polyelektrolyte des Systems
zu lösen.
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Entgegengesetzt
geladene Polyelektrolyte bilden, wenn dieselben in Lösungen gelöst und/oder gemischt
werden, einen Polyelektrolytkomplex (PEC; PEC = polyelectrolyte
complex). Üblicherweise
besteht ein PEC aus verhakten Polyanionen und Polykationen (oder
Polysäuren
und Polybasen), die miteinander reagiert haben, um eine Konglomeration aus
Polymerketten zu bilden. Der verhakte Polymer-PEC kann zum Binden
anderer Materialien verwendet werden, die in einer Reaktionslösung nicht
so reaktionsfähig
sind. Wenn Wasser oder ein anderes polares Lösungsmittel zu geladenen Polyelektrolyten zugegeben
wird, führt
dies zu der Lösung
und Ionisation der Polyelektrolyte. Wenn die Polyelektrolyte entgegengesetzt
geladen sind, wird nachfolgend ein PEC gebildet. Wenn weniger reaktionsfähige oder
im Wesentlichen reaktionsunfähige
Partikel einer angemessenen Größe in der
PEC-Reaktionslösung
umfasst sind, wirken die verhakten Komponenten des PEC als ein Bindemittel,
das die Partikel zusammenhält.
Für eine
exzellente Bindung der Partikel geringer Dichte ist es wichtig,
dass zumindest einer der Polyelektrolyte, entweder der kationische
oder anionische, dazu in der Lage ist, an der Partikeloberfläche zu adsorbieren.
Zum Beispiel adsorbieren viele kationische Polyelektrolyte ohne
weiteres an Partikel, die eine negative Ladung aufnehmen, wenn dieselben
in Kontakt mit einer Flüssigphase
sind. Beispiele für
Partikel mit negativer Ladung in wässriger Umgebung umfassen Glas,
viele Alumosilicate, Zeolithe, Erdpartikel (Huminsäure) etc.
Eine Wasserstoffbindung zwischen Polyelektrolyten und Partikeloberflächen verbessert
ebenfalls die Bindungsfähigkeit
des PEC. Zum Beispiel Polyamidoamine und andere lösliche Polymere,
die Amidogruppen in den Seitenketten enthalten, adsorbieren ohne
weiteres an der Oberfläche
von Silika, Glas oder Alumosilicaten durch eine Wasserstoffbindung
von Amidogruppen mit Hydroxylen der Oberfläche.
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Es
wurde festgestellt, dass, wenn ein PEC als ein Bindemittel fungiert,
um Partikel geringer Dichte zusammenzuhalten, ein hergestelltes
Produkt schnell erzeugt werden kann. Ferner weisen dreidimensionale
hergestellte Produkte, die aus dem PEC und den Partikeln geringer
Dichte hergestellt sind, unter Umständen eine Dichte auf, die wesentlich
kleiner als 0,1 g/cm3 ist, wobei eine Erleichterung
bei einer Handhabung von hergestellten Produkten in großem Maßstab bereitgestellt
wird, besonders im Vergleich zu den wesentlich dichteren hergestellten
Produkten, die durch herkömmliche
praktizierte Prozesse erzeugt werden. Ferner bildet sich der PEC
recht schnell, in Sekundenschnelle oder weniger. Daher kann durch
ein Miteinanderverbinden der Partikel und der einzelnen Schichten
unter Verwendung eines PEC als einem Bindemittel das erzeugte hergestellte
Produkt sofort aus dem Bett aus ungebundenen Partikeln entfernt
werden, in dem das hergestellte Produkt erzeugt wurde.
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Die
anionische Polyelektrolytkomponente kann eine bzw. ein oder mehr
negativ geladene Polysäuren
oder Polysäuresalze
sein. Beispiele derartiger; Polysäuren oder Salze derselben umfassen
Poly(carbon)säuren,
Poly(sulfon)säuren,
Poly(phosphon)säuren
oder andere anionische Polymere, wie z. B. Polyacrylate, Polymethacrylate,
anionisch modifizierte Stärken
und Polysaccharide. Diese anionischen Polysäuren oder Salze derselben können einzeln
als ein Homopolymer oder als ein Copolymer aus einer bzw. einem
oder mehr der Polysäuren
oder Polysäuresalze
dargestellt sein. Ferner können
die anionischen Polyelektrolyte außerdem Copolymere aus anionischen
Monomeren mit nichtionischen sein.
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Die
kationische Polyelektrolytkomponente kann eine bzw. ein oder mehr
positiv geladene Polybasen oder Polybasensalze sein. Beispiele für derartige
Polybasen oder Salze derselben umfassen Poly(amin), Poly(ethylenimin),
Poly(amidoamin), Poly(vinylpyrrolidon), Poly(diallyldimethylammoniumsalze),
Polyquaternärammoniumsalze,
verschiedene kationische Acrylcopolymere, Poly(vinylpyridin) etc. Diese
kationischen Polybasen oder Salze derselben können ebenfalls einzeln als
ein Homopolymer oder als ein Copolymer aus einer bzw. einem oder
mehr der Polybasen oder Polybasensalze dargestellt sein. Ferner
können
kationische Polyelektrolyte auch Co-Polymere aus kationischen Monomeren
mit nichtionischen sein. Natürlich
sind die obigen bloß Beispiele
aus einer Unzahl von Polyanionen und Polykationen, die als Polyelektrolyte
dienen können,
um den PEC zu bilden, um die Partikel zu binden und ein hergestelltes
Produkt gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung schnell zu bilden.
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Ein
weiterer Hauptvorteil eines Beinhaltens eines PEC als einem Bindemittel
ist das Vermögen für den PEC,
Partikel geringer Dichte miteinander zu verbinden, auch wenn die
Partikel mit Bezug zueinander und gegenüber dem PEC im Wesentlichen
reaktionsunfähig
sind. Um ein hergestelltes Produkt zu erzeugen, das eine sehr niedrige
Dichte besitzt, bis zu dem Punkt, dass dieselbe weniger als 0,1
g/cm3 beträgt, werden die Partikel geringer
Dichte aus Silika, Metalloxid, Keramikmaterial, Glaskugeln, hohlen Siliziumpartikeln,
hohlen Metallkugeln, Aerogel und geschlossenporigen Metallschwämmen ausgewählt. Die
Mischung von Partikeln geringer Dichte muss nicht homogen sein,
auch wenn es häufig
hilfreich ist, dass dieselbe Art von Partikeln das hergestellte
Produkt bildet, um derartige Parameter wie Dichte, Struktur und
Festigkeit zu steuern.
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Die
Polyelektrolyte sind in einem polaren Lösungsmittel, wie z. B. Wasser,
aber sicherlich nicht beschränkt
auf Wasser, löslich.
Die in Wasser oder einem anderen polaren Lösungsmittel löslichen
Polymere können
Polybasen und Polysäuren
oder deren jeweilige Salze sein, wie oben angemerkt. Polybasen und
Polysäuren
werden gegenüber
deren jeweiligen Salzen bevorzugt.
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Insbesondere
Partikel geringer Dichte, wie z. B. poröses Silika, Metalloxide, Keramiken,
hohle Glaskugeln, hohle Siliziumpartikel, hohle Metallkugeln, Aerogel
und geschlossenporige Metallschwämme,
liegen in der Pulvermischung mit einer Konzentration, die von ungefähr 40 bis
ungefähr
99,9 Gew.-% reicht, vor. Das kationische Polymer in trockener Form
liegt in der Pulvermischung mit einer Konzentration, die von 0,05
bis 50 Gew.-% reicht, vor. Es ist vorzuziehen, dass die Konzentration
des kationischen Polymers in trockener Form von 0,1 bis 10 Gew.-%
reicht. Das anionische Polymer in trockener Form liegt ebenfalls
in der Pulvermischung mit einer Konzentration, die von 0,05 bis
50 Gew.-% reicht, vor. Es ist vorzuziehen, dass die Konzentration
des anionischen Polymers in trockener Form von 0,1 bis 10 Gew.-% reicht.
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Die
Pulvermischung wird verwendet, um jede einzelne Schicht des erwünschten
Produktes zu bilden. Erneut Bezug nehmend auf die 1 wird
zuerst eine abgemessene Pulvermenge aus einer Vorratskammer abgegeben.
Das Pulver wird dann durch eine bewegliche Bühne (103) an dem oberen
Ende einer Herstellungskammer (102) verteilt und komprimiert.
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Dann
bringt ein Mehrkanalspritzkopf, der ebenfalls vorzugsweise an der
beweglichen Bühne (103)
angeordnet ist, das wässrige
oder polare lösungsmittelbasierte
Bindemittel auf das Pulver in der Herstellungskammer (102)
in einem zweidimensionalen Muster auf. Die Polyelektrolyte in dem
Pulver lösen
sich sofort in dem Bindemittellösungsmittel
und bilden einen PEC.
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Die
Rate der Lösung
der Polyelektrolytpartikel ist sehr wichtig. Es gibt mehrere Wege,
die Lösungsrate
zu verbessern. Ein erster Weg ist, Polyelektrolytpartikel einer
kleinen Größe zu verwenden. Es
ist bevorzugt, dass die Partikel unter 30 μm, und weiter bevorzugt unter
10 μm im
durchschnittlichen Durchmesser betragen. Am meisten bevorzugt ist, dass
die Partikel unter 1-2 μm
im durchschnittlichen Durchmesser betragen.
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Einer
der Polyelektrolyte, d. h. entweder der kationische Polyelektrolyt
oder der anionische Polyelektrolyt, wird mit den Partikeln geringer
Dichte in einem nicht umgesetzten Zustand vermischt. Ein Lösungsmittel,
in dem der Polyelektrolyt löslich
ist, wird zu der Mischung zugegeben, um einen Brei zu bilden. Der
Brei aus Partikeln geringer Dichte und dem kationischen oder anionischen
Polyelektrolyt bildet das druckfähige
Material, auf das das Bindemittel selektiv aufgebracht werden soll.
Das Bindemittel wird auf Regionen der einzelnen Schichten des Breis
aufgebracht, während
die Schichten benachbart zueinander gebildet werden.
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Das
Bindemittel umfasst den Polyelektrolyt einer entgegengesetzten Ladung
relativ zu dem Polyelektrolyt, der Teil des Breis ist. Das Bindemittel
umfasst Wasser oder ein anderes polares Lösungsmittel, das mit dem Lösungsmittel
in dem Brei mischbar ist. Daher enthält das Bindemittel, wenn der
druckfähige
Brei eine Lösung
des kationischen Polyelektrolyts enthält, dann eine Lösung des
anionischen Polyelektrolyts und umgekehrt. Die Partikel geringer Dichte
liegen mit einer Konzentration, die von 80 bis 99,9 Gew.-% reicht,
vor. Der kationische oder anionische Polyelektrolyt, der mit den
Partikeln geringer Dichte vermischt ist, liegt mit einer Konzentration,
die von ungefähr
0,1 bis ungefähr
20 Gew.-% reicht, vor. Der entgegengesetzt geladene Polyelektrolyt
liegt, relativ zu dem Polyelektrolyt, der in dem Brei ist, ebenfalls
mit einer Konzentration, die von ungefähr 0,1 bis ungefähr 20 Gew.-%
reicht, vor. Diese Gewichtsprozentsätze basieren auf einem Gesamttrockengewicht
der Polyelektrolyte und der Partikel geringer Dichte. Das Lösungsmittel
kann außerdem
ein Farbmittel, wie z. B. einen Farbstoff, eine Tinte oder ein Pigment,
enthalten.
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Nachdem
alle der einzelnen Schichten aufgrund der Bildung des PEC innerhalb
und zwischen den Schichten selektiv verbunden sind, wird das grüne Objekt
aus dem Breibett entfernt und der verbleibende nicht umgesetzte
Brei wird von dem grünen Objekt
gewaschen. Nicht umgesetzter Brei kann durch ein Platzieren des
grünen
Objekts in ein Wasserbad abgewaschen werden. Ungebundener Brei dispergiert,
während
der PEC und die darin gebundenen Partikel als ein hergestelltes
Endprodukt intakt bleiben. Das hergestellte Produkt kann dann im
Freien oder unter Verwendung eines Ofens getrocknet werden. Der
Trocknungsschritt dient dazu, das hergestellte Produkt zu verstärken und
die Dichte desselben weiter zu reduzieren. Nach einem Trocknen kann
das gedruckte Objekt durch ein Durchtränken in Cyanoacrylat-Klebemittel
oder einem anderen Verstärkungsmittel
verstärkt
werden.
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Die
vorhergehende Beschreibung wurde lediglich vorgelegt, um Ausführungsbeispiele
der Erfindung darzustellen und zu beschreiben. Dieselbe ist nicht
dafür vorgesehen,
erschöpfend
zu sein oder die Erfindung auf irgendeine präzise offenbarte Form zu beschränken. Viele
Modifikationen und Variationen sind angesichts der obigen Lehre
möglich.
Es ist vorgesehen, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die
folgenden Ansprüche
definiert ist.