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DE102009047237A9 - Method, apparatus and means for extracting support material in three-dimensionally printed models - Google Patents

Method, apparatus and means for extracting support material in three-dimensionally printed models Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Entfernen von Stützmaterial aus einem dreidimensionalen Druck, welcher Stützmaterial und Baumaterial umfasst, umfasst: ein temperierbares Spülbecken (2) zur Aufnahme einer Spülflüssigkeit, eine wässrige Lösung von Industriereiniger, welcher 5–15% nichtionische Tenside, 5–10% Glykole und < 5% Natriumhydroxid umfasst, ein temperierbares Filterbecken (3) zum Entfernen von in der Spülflüssigkeit vorliegendes Stützmaterial, und eine mechanische Rühreinrichtung (8) in dem Spülbecken (2).A device (1) for removing support material from a three-dimensional print, which comprises support material and building material, comprises: a temperature-controlled sink (2) for holding a rinsing liquid, an aqueous solution from industrial cleaner which contains 5-15% nonionic surfactants, 5-10 % Glycols and <5% sodium hydroxide, a temperature-controllable filter basin (3) for removing support material present in the rinsing liquid, and a mechanical stirring device (8) in the rinsing basin (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herauslösen von Stützmaterial aus dreidimensional gedruckten Modellen. Ferner wird eine Vorrichtung zum Herauslösen von Stützmaterial aus dreidimensional gedruckten Modellen vorgeschlagen.The present invention relates to a method of extracting support material from three-dimensionally printed models. Further, a device for extracting support material from three-dimensionally printed models is proposed.

Um beispielsweise Prototypmodelle oder Kleinserien herzustellen wurden in der Vergangenheit sogenannte 3D-Drucker entwickelt. Dabei werden mittels 3D-Drucker Schicht für Schicht, von unten nach oben, funktionelle 3D-Modelle aus einem festen Wachsmaterial oder auch Kunststoff aufgebaut. Man spricht dabei auch von Rapid Prototyping.For example, to produce prototype models or small batches, so-called 3D printers have been developed in the past. In this process, 3D printers are used to build functional 3D models from solid wax material or plastic, layer by layer, from bottom to top. This is also referred to as rapid prototyping.

Das feste Baumaterial liegt beispielsweise in Drahtform vor und wird einem Extrusionskopf zugeführt, dort verflüssigt und in dünnen Schichten spurweise durch eine Düse extrudiert und auf eine Grundplatte aufgebracht. Das Baumaterial verbindet sich durch thermisches Verschmelzen und wird beim Abkühlen verfestigt. Um Unterschneidungen oder freitragende Teile zu realisieren, werden Stützkonstruktionen, die herausgebrochen werden können „gedruckt” oder der Drucker verfüllt spätere Hohlräume oder Unterschneidungen mit einem Stützmaterial, das später durch Auswaschen entfernt wird.The solid building material is present, for example, in wire form and is fed to an extrusion head where it is liquefied and extruded in thin layers by way of a nozzle and applied to a base plate. The building material combines by thermal fusion and is solidified on cooling. To realize undercuts or cantilevered parts, support structures that can be broken out are "printed" or the printer backfills later cavities or undercuts with a backing material which is later removed by washing.

Ein von der Firma 3D Systems vertriebenes 3D-Drucksystem, welches unter der Bezeichnung ProJet vertrieben wird, verwendet als Baumaterial und Stützmaterial Wachse mit unterschiedlichen Schmelzpunkten. Die Materialien sind unter dem Handelsnamen VisiJet erhältlich. Das Stützmaterial muss anschließend mit einem temperierten Ölbad als Spülflüssigkeit ausgewaschen werden.A 3D printing system distributed by the company 3D Systems, which is marketed under the name ProJet, uses waxes with different melting points as building material and support material. The materials are available under the trade name VisiJet. The support material must then be washed out with a tempered oil bath as rinsing liquid.

Nachteilig bei der bisher eingesetzten Spülflüssigkeit ist insbesondere der hohe apparative Aufwand mit einer notwendigen Ultraschalleinstrahlung. Außerdem sind mehre Schritte notwendig, da von dem behandelten 3D-Modell der verbleibende Ölfilm zusätzlich entfernt werden muss.A disadvantage of the previously used rinsing liquid is in particular the high expenditure on equipment with a necessary ultrasound irradiation. In addition, several steps are necessary because of the treated 3D model of the remaining oil film must be additionally removed.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Entfernen von Stützmaterial aus gedruckten 3D-Modellen bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for removing support material from 3D printed models.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 8.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet eine Spülflüssigkeit zum Lösen von Stützmaterial aus einem dreidimensionalen Druck, welcher Stützmaterial und Baumaterial umfasst, wobei die Spülflüssigkeit eine wässrige Lösung von Industriereiniger, welcher 5–15% nichtionische Tenside, 5–10% Glykole und < 5% Natriumhydroxid enthält, umfasst.The method of the present invention utilizes a rinse liquid for dissolving support material from a three-dimensional pressure comprising support material and building material, the rinse liquid containing an aqueous solution of industrial cleaner containing 5-15% nonionic surfactants, 5-10% glycols, and <5% sodium hydroxide. includes.

Als nichtionische Tenside werden Tenside verstanden, die keine dissoziierbaren funktionellen Gruppen enthalten und sich daher in Wasser nicht in Ionen auftrennen. Infrage kommen beispielsweise übliche Polyalkylenglykolether, Fettalkoholpropoxylate, Alkylglucoside, Alkylpolyglucoside, Oktylphenolethoxylate oder Nonylphenolethoxylate. Als Glykole werden zweiwertige Alkohole bezeichnet, die sich vom Ethylenglykol ableiten. Man spricht auch von 1,2-Diole oder vicinale Diolen. In dem Industriereiniger können zum Beispiel Ethylenglykol und Propylenglykol verwendet werden. Außerdem können auch Derivate des Ethylenglykols, wie z. B. Methylglykol (Ethylenglykolmonomethylether) sowie weitere Diole, deren Hydroxygruppen nicht vicinal angeordnet sind, wie Trimethylenglykol oder Neopentylglykol in dem Glykolbestadteil auftreten.Nonionic surfactants are understood as meaning surfactants which contain no dissociable functional groups and therefore do not separate into ions in water. For example, conventional polyalkylene glycol ethers, fatty alcohol propoxylates, alkylglucosides, alkylpolyglucosides, octylphenol ethoxylates or nonylphenol ethoxylates are suitable. Glycols are divalent alcohols derived from ethylene glycol. This is also known as 1,2-diols or vicinal diols. In the industrial cleaner, for example, ethylene glycol and propylene glycol can be used. In addition, derivatives of ethylene glycol, such as. As methyl glycol (ethylene glycol monomethyl ether) and other diols whose hydroxy groups are not vicinally arranged, such as trimethylene glycol or neopentyl occur in the Glykolbestadteil.

Vorzugsweise wird der Industriereiniger in einem Mischungsverhältnis von 1 zu 100 mit Wasser verdünnt.Preferably, the industrial cleaner is diluted in a mixing ratio of 1 to 100 with water.

Der Industriereiniger kann ferner bis zu 5% Komplexbildner enthalten. Zum Beispiel ist Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) als Komplexbildner geeignet.The industrial cleaner may also contain up to 5% complexing agent. For example, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) is suitable as a complexing agent.

Außerdem kann der Industriereiniger ferner bis zu 5% Amine enthalten.In addition, the industrial cleaner may further contain up to 5% of amines.

Das Baumaterial besteht zum Beispiel zu 60% bis 100% aus einem Wachsmaterial, insbesondere Paraffin, mit einem ersten Schmelzpunktbereich zwischen 60°C und 70°C. Das Baumaterial hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt zwischen 60°C und 70°C. Dabei kann das Baumaterial ein Prototypmaterial vom Typ CPX200 des Herstellers 3D-Systems sein.The building material consists, for example, of 60% to 100% of a wax material, in particular paraffin, with a first melting point range between 60 ° C and 70 ° C. The building material preferably has a melting point between 60 ° C and 70 ° C. The building material can be a prototype material of the type CPX200 of the manufacturer 3D-Systems.

Das Stützmaterial besteht bevorzugt zu 60% bis 100% aus einem Wachsmaterial, insbesondere aus hydroxiliertem Wachs, mit einem Schmelzpunkt zwischen 55°C und 65°C. Zum Beispiel kann das Stützmaterial vom Typ VisiJet S100 oder VisiJet S200 des Herstellers 3D-Systems sein.The support material preferably consists of 60% to 100% of a wax material, in particular of hydroxylated wax, with a melting point between 55 ° C and 65 ° C. For example, the support material may be of the type VisiJet S100 or VisiJet S200 of the manufacturer 3D-Systems.

Vorzugsweise erfolgt das Herauslösen und Auswaschen des gedruckten Stützmaterials bei einer die vorgegebene Temperatur zwischen 50°C und 60°C.Preferably, the leaching and washing out of the printed support material occurs at a predetermined temperature between 50 ° C and 60 ° C.

Das Stützmaterial oder das Baumaterial kann auch ein ABS-Kunststoff oder Silikon sein.The support material or the building material may also be an ABS plastic or silicone.

Als Rühreinrichtung wird beispielsweise ein Magnetrührer verwendet. Durch die mechanische Bewegung der Spülflüssigkeit ist eine Verbindung der Spülflüssigkeit mit dem Stützmaterials und damit dessen Ablösen gewährleistet.As a stirring device, for example, a magnetic stirrer is used. The mechanical movement of the rinsing liquid ensures a connection of the rinsing liquid with the supporting material and thus its detachment.

Das Filterbecken ist vorzugsweise mit dem Spülbecken verbunden und derart eingerichtet ist, dass die Temperatur des Filterbeckens und der dortigen mit Stützmaterial beaufschlagten Spülflüssigkeit derart gewählt ist, dass festes Stützmaterial aus der Spülflüssigkeit ausflockt. Man kann die Spülflüssigkeit damit über viele Spülvorgänge hinweg verwenden, was Material spart. Das Filterbecken hat zum Beispiel Zimmertemperatur und das Spülbecken etwa 55°C.The filter basin is preferably connected to the sink and is set up in such a way that the temperature of the filter basin and the flushing liquid acted upon there with support material is selected such that solid support material flocculates out of the flushing liquid. You can use the rinse liquid over many flushes away, which saves material. For example, the filter basin has room temperature and the sink about 55 ° C.

Es kann ferner eine Heizeinrichtung zum Temperieren des Spülbeckens und/oder des Filterbeckens sowie eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche die mechanische Rühreinrichtung und die Heizeinrichtung steuert.Furthermore, a heating device for controlling the temperature of the sink and / or the filter bowl as well as a control device can be provided, which controls the mechanical stirring device and the heating device.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and the embodiments of the invention described below.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt dabei:In the following the invention will be explained in more detail by means of examples and with reference to the figures. It shows:

1: eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zum Entfernen von Stützmaterial; und 1 a perspective view of an embodiment of a device for removing support material; and

2: eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zum Entfernen von Stützmaterial. 2 : A sectional view of the embodiment of a device for removing support material.

Beispiel 1 (herkömmliche Entfernung des Stützmaterials):Example 1 (conventional removal of the support material):

Ein Prototypdruck, der schichtweise aus wachsartigem Stützmaterial und Produkt- oder Baumaterial aufgebaut ist, wird gemäß bekannter dreidimensionaler Druckverfahren hergestellt. Das Stützmaterial ist vom Typ VisiJet S100, S200, oder S300 und besteht zu 60% bis 100% aus hydroxiliertem Wachs. Das Baumaterial ist vom Typ VisiJet CPX200 oder CP200 und besteht zu 60% bis 100% aus Paraffin. Das Baumaterial hat eine Dichte von 0,85–0,91g/cm3 und einen Schmelzpunkt von etwa 60–70°C, und das Stützmaterial hat ebenfalls eine Dichte von 0,85–0,91 g/cm3 aber einen Schmelzpunkt von etwa 55–65°C.A prototype printing constructed in layers of waxy support material and product or building material is produced according to known three-dimensional printing processes. The support material is of the VisiJet S100, S200 or S300 type and consists of 60% to 100% hydroxiluted wax. The building material is of the type VisiJet CPX200 or CP200 and consists of 60% to 100% paraffin. The building material has a density of 0.85-0.91 g / cm 3 and a melting point of about 60-70 ° C, and the support material also has a density of 0.85-0.91 g / cm 3 but a melting point of about 55-65 ° C.

Das Stützmaterial dient dazu, Unterschneidungen und beliebige Freiformflächen aus dem Baumaterial zu realisieren. Dazu wird zunächst der Druck von seiner Grundplatte entfernt, indem er in einem Backofen kurz auf 70°C erhitzt wird. Anschließend wird, um das Stützmaterial aus dem 3D-Druck zu entfernen, dasselbe mit Mineralöl herausgelöst. Alternativ wird ein Pflanzenöl verwendet. Der Druck wird daher bei 60°C ± 1°C über 4 bis 5 Stunden in ein Ölbad unter Einwirkung von Ultraschall gestellt. Das heiße Öl löst das Stützmaterial ab.The support material serves to realize undercuts and any free-form surfaces of the building material. For this purpose, the pressure is first removed from its base plate by briefly heating to 70 ° C in an oven. Then, to remove the support material from the 3D print, it is dissolved out with mineral oil. Alternatively, a vegetable oil is used. The pressure is therefore placed at 60 ° C ± 1 ° C for 4 to 5 hours in an oil bath under the influence of ultrasound. The hot oil dissolves the support material.

Claims (11)

Verfahren zum Entfernen von Stützmaterial aus einem dreidimensionalen Druck, welcher Stützmaterial und Baumaterial umfasst, umfassend: Umströmen des dreidimensionalen Drucks mit einer Spülflüssigkeit, aufweisend: eine wässrige Lösung von Industriereiniger, welcher 5–15% nichtionische Tenside, 5–10% Glykole und < 5% Natriumhydroxid enthält, bei einer vorgegebenen Temperatur.A method of removing support material from a three-dimensional pressure comprising support material and building material, comprising: Flowing around the three-dimensional pressure with a rinsing liquid, comprising: an aqueous solution of industrial cleaner containing 5-15% nonionic surfactants, 5-10% glycols and <5% sodium hydroxide at a given temperature. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Industriereiniger in einem Mischungsverhältnis von 1 zu 100 mit Wasser verdünnt ist.The method of claim 1, wherein the industrial cleaner is diluted with water in a mixing ratio of 1 to 100. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Industriereiniger ferner bis zu 5% Komplexbildner enthält.The method of claim 1 or 2, wherein the industrial cleaner further contains up to 5% complexing agent. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Industriereiniger ferner bis zu 5% Amine enthält.The method of any one of claims 1-3, wherein the industrial cleaner further contains up to 5% of amines. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Baumaterial zu 60% bis 100% aus einem Wachsmaterial, insbesondere Paraffin, mit einem ersten Schmelzpunktbereich zwischen 60°C und 70°C besteht.A method according to claim 1, wherein the building material consists of 60% to 100% of a wax material, in particular paraffin, having a first melting point range between 60 ° C and 70 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Stützmaterial zu 60% bis 100% aus einem Wachsmaterial, insbesondere hydroxiliertes Wachs, mit einem Schmelzpunkt zwischen 55°C und 65°C besteht.The method of claim 1, wherein the support material consists of 60% to 100% of a wax material, in particular hydroxylated wax, having a melting point between 55 ° C and 65 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die vorgegebene Temperatur zwischen 50°C und 60°C liegt.A method according to any one of claims 1-6, wherein the predetermined temperature is between 50 ° C and 60 ° C. Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7, umfassend: ein temperierbares Spülbecken (2) zur Aufnahme der Spülflüssigkeit, ein temperierbares Filterbecken (3) zum Entfernen von in der Spülflüssigkeit vorliegendem Stützmaterial, und eine mechanische Rühreinrichtung (8) in dem Spülbecken (2).Contraption ( 1 ) for carrying out the method according to any one of claims 1-7, comprising: a heatable sink ( 2 ) for receiving the rinsing liquid, a temperature-controlled filter basin ( 3 ) for removing support material present in the rinsing liquid, and a mechanical stirring device ( 8th ) in the sink ( 2 ). Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei das Filterbecken (3) mit dem Spülbecken (2) verbunden ist und derart eingerichtet ist, dass die Temperatur des Filterbeckens (3) derart gewählt ist, dass festes Stützmaterial (13) aus der Spülflüssigkeit ausflockt.Contraption ( 1 ) according to claim 8, wherein the filter basin ( 3 ) with the sink ( 2 ) and is arranged such that the temperature of the filter tank ( 3 ) is selected such that solid support material ( 13 ) flocculates from the rinsing liquid. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die mechanische Rühreinrichtung (8) ein Magnetrührer ist.Contraption ( 1 ) according to claim 8 or 9, wherein the mechanical stirring device ( 8th ) is a magnetic stirrer. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8–10, ferner mit einer Heizeinrichtung (9) zum Temperieren des Spülbeckens und/oder des Filterbeckens und einer Steuereinrichtung (10), welche die mechanische Rühreinrichtung (8) und die Heizeinrichtung (9) steuert. Contraption ( 1 ) according to any one of claims 8-10, further comprising a heating device ( 9 ) for controlling the temperature of the sink and / or the filter basin and a control device ( 10 ), which the mechanical stirring device ( 8th ) and the heater ( 9 ) controls.
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