DE19835591C2

DE19835591C2 - Verfahren zur Herstellung von gesinterten feinkeramischen oder keramischen Formkörpern unter Verwendung von Laserstrahlen

Info

Publication number: DE19835591C2
Application number: DE1998135591
Authority: DE
Inventors: Jens Petzold
Original assignee: VER ZUR FOERDERUNG VON INNOVAT
Current assignee: VER ZUR FOERDERUNG VON INNOVAT
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: DE19835591A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten keramischen Formkörpern, z. B. aus Porzellan, und ein keramisches Granulat, z. B. ein Porzellangranulat, zur Durchführung des Verfahrens. Gesinterte Formkörper sind bekannt aus der metallverarbeitenden Industrie zur Herstellung von Feingußmodellformen. Modellformen werden auch in der Porzellanindustrie benötigt, insbesondere bei der Entwicklung einer neuen Form oder anders ausgedrückt, während des Prozesses der gestalterischen Erzeugnisentwicklung. Bisher erfolgt die Erzeugnisentwicklung in der Porzellanindustrie üblicherweise auf dem Weg der freien Entwicklungsskizze und liegt in ihrer vorläufigen Vollendung als geschnitztes Vollkernmodell aus Gips vor. Das Gipsmodell weicht aber, zumindest in der Größe, vom Porzellanerzeugnis ab, bedingt durch die Schwindung im Trocken- und Brennprozeß. Auch die Konstruktion neuer gestalterischer Ergebnisse mittels CAD endet mit dem Modell, z. B. aus Gips. Mit zunehmendem Konkurrenzdruck auf dem Markt sind die Keramikhersteller an Erzeugnisentwicklungsverfahren interessiert, mit denen sie Ihren Kunden innerhalb weniger Tage ein mit Porzellan vergleichbares Erzeugnis oder ein Enderzeugnis der Hochleistungskeramik vorstellen können und gleichzeitig Gebrauchserfordernisse und Auswirkungen auf die Produktionstechnologie für den Hersteller erkennbar werden. Verfahren zur Herstellung der Feingußmodelle aus der metallverarbeitenden Industrie nach dem Laser- Sintern sind diesbezüglich interessant, auf die Herstellung von feinkeramischen und keramischen Formkörpern aber nicht übertragbar. Das Problem liegt dabei nicht in der Anwendung des Lasers, sondern in einem mit dem Laserstrahl bearbeitbaren Material, welches im gesinterten Zustand den Charakter eines keramischen Scherbens hat. Aus der WO 93/19019 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Modellformen bekannt, indem ein polymerbeschichtetes Keramikmaterial schichtweise zu einem Körper gesintert wird. Dabei werden 2 Materialien mit deutlich unterschiedlichen Schmelzpunkten miteinander gebunden und bei so niedriger Temperatur lasergesintert, daß nur ein Material verschmilzt und damit als "Binder" dient. Das entstandene Objekt wird als Grünkörper bezeichnet. Aus DE-OS 41 33 923 A1 ist ebenfalls ein Modell und sein Herstellungsverfahren bekannt, wobei auch zwei, im Schmelzpunkt unterschiedliche, Materialien verwendet werden, dabei ist ein Polymer lichthärtend und wird außerdem noch laserstrahlgesintert und bildet die Formhülle. Das andere Material ist niedriger schmelzend und unterstützt die Formgebung. Wie bereits ausgeführt sind die bekannten Verfahren nicht anwendbar für feinkeramische oder keramische Versätze.

Grundlegende Verfahrensschritte zum schichtweisen Sintern mit Laserstrahlen werden in US 5 017 753 A auch für keramische Pulver offenbart. Die beschriebenen eingesetzten keramischen Pulver sind aber in, nach dem beschriebenen Verfahren, gesinterter Form nicht als feinkeramische Modelle oder keramische Enderzeugnisse verwendbar.

Vor diesem technischen Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren unter Verwendung der Lasersinterung und eines Materials zur Herstellung von feinkeramischen Modellen oder keramischen Erzeugnissen zu entwickeln, wobei das eingesetzte Material im gesinterten Zustand dem feinkeramischen oder keramischen Erzeugnis gleicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß nach einem speziellen Verfahren ein feinkeramisches oder keramisches Granulat hergestellt und dieses in bekannter Weise nach dem indirekten Verfahren mit einem Laserstrahl gesintert wird. Erfindungswesentlich ist dabei das Herstellungsverfahren für das feinkeramische oder keramische Granulat.

Die Erfindung wird an den Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1

Im ersten Ausführungsbeispiel wird ein in der Porzellanindustrie üblicher Versatz hergestellt. In bekannter Weise wird durch Wasserzusatz eine Suspension, auch Schlicker genannt, hergestellt und die Viskosität so eingestellt, daß die Suspension wirbelschichtgetrocknet werden kann. Die Suspension wird mit einem 63 µm-Sieb abgesiebt und über einen Stabmagneten geführt, um metallische Verunreinigungen zu entfernen. Die gereinigte Suspension wird unter Keimzusatz wirbelschichtgetrocknet. Auf diese Weise wird ein Porzellanvollgranulat erhalten, was durch seinen schalenmäßigen Aufbau gekennzeichnet ist. Das erhaltene Porzellanvollgranulat wird mit einem 200 µm-Sieb abgesiebt, der Rückstand wird verworfen. Der erhaltene 1. Siebdurchgang wird nun bei < 900°C gebrannt und anschließend wiederum mit einem 200 µm-Sieb abgesiebt. Der 2. Siebdurchgang ist das im weiteren erfahren einsetzbare erfindungsgemäße Porzellanvollgranulat. Eine bekannte Lasermaschine wird mit einem Programm zum Aufbau eines dreidimensionalen Körpers, der das gestalterische Ergebnis für ein Porzellanerzeugnis ist, eingestellt, der bereits beschriebene 2. Siebdurchgang wird in einen Vorratsbehälter gefüllt und schichtweise aus dem Vorratsbehälter in den Arbeitsraum übertragen und programmgemäß gesintert. Der programmgemäß aufgebaute Körper wird dem Arbeitsraum entnommen, das überschüssige, nicht gesinterte Porzellanvollgranulat entfernt und das erhaltene Porzellanerzeugnis auf porzellantypische Weise weiterbehandelt, d. h. glasiert, bei < 1300°C gebrannt und event. dekoriert. Mit dem erfindungsgemäßen Porzellanvollgranulat ist die Lasersinterung möglich und der Porzellanproduzent wird in die Lage versetzt, innerhalb weniger Tage 1 realitätsnahe Porzellanmuster seinem Kunden präsentieren zu können.

Ausführungsbeispiel 2

Im zweiten Ausführungsbeispiel wird ein in der technischen Keramik üblicher Versatz, z. B. Aluminiumoxid-Versatz, hergestellt. Durch Zugabe von Wasser, Verflüssigern und Rieselfähigkeitsverbesserern wird eine Suspension hergestellt, die in ihrer Viskosität so eingestellt ist, daß die Suspension wirbelschichtgetrocknet werden kann. Die Suspension wird mit einem 63 µm Sieb abgesiebt und auf Verunreinigungen gefiltert. Die Suspension wird unter Keimzusatz wirbelschichtgetrocknet. Auf diese Weise wird ein Keramikvollgranulat für technische Keramik erhalten, was durch seinen schalenmäßigen Aufbau gekennzeichnet ist. Das erhaltene Keramikvollgranulat wird mit einem < 100 µm-Sieb abgesiebt, der Rückstand wird verworfen. Der erhaltene 1. Siebdurchgang wird nun bei < 1200°C gebrannt und anschließend wiederum mit einem < 100 µm-Sieb abgesiebt. Der 2. Siebdurchgang ist das im weiteren erfahren einsetzbare erfindungsgemäße Keramikvollgranulat zur Herstellung verschiedenster End- oder Halberzeugnisse von technischer Keramik. Eine bekannte Lasermaschine wird mit einem Programm zum Aufbau eines oder mehrerer dreidimensionaler Körper, die das Halb- oder Enderzeugnis einer technischen Keramik sind, eingestellt. Der bereits beschriebene 2. Siebdurchgang wird in einen Vorratsbehälter gefüllt und schichtweise aus dem Vorratsbehälter in den Arbeitsraum übertragen und programmgemäß gesintert. Der oder die programmgemäß aufgebauten Körper werden dem Arbeitsraum entnommen und das überschüssige, nicht gesinterte Keramikvollgranulat entfernt. Der oder die keramischen Formkörper stellen das End- oder Halberzeugnis für eine technische Keramik dar. Das Halberzeugnis wird in der üblichen Weise weiterbehandelt, d. h. gebrannt und durch Abtragsverfahren auf die gewünschte Maßhaltigkeit gebracht. Mit dem erfindungsgemäßen Keramikvollgranulat für technische Keramik ist die Lasersinterung für die verschiedenste technische Keramik möglich und der Produzent technischer Keramik wird in die Lage versetzt, effektiv komplizierteste Formen technischer Keramik als End- oder Halberzeugnis herzustellen.

Ausführungsbeispiel 3

Im dritten Ausführungsbeispiel wird ein in der Dachziegelindustrie üblicher Versatz über eine Feinaufbereitung hergestellt. Durch Zugabe von Wasser wird eine Suspension, auch Schlicker genannt, hergestellt und die Viskosität so eingestellt, daß die Suspension wirbelschichtgetrocknet werden kann. Die Suspension wird mit einem 100 µm Sieb abgesiebt, um grobe Partikel zu entfernen. Die Suspension wird unter Keimzusatz wirbelschichtgetrocknet. Auf diese Weise wird ein Dachziegelvollgranulat erhalten, was durch seinen schalenmäßigen Aufbau gekennzeichnet ist. Das erhaltene Dachziegelvollgranulat wird mit einem 200 µm-Sieb abgesiebt, der Rückstand wird verworfen. Der erhaltene 1. Siebdurchgang wird nun bei <600°C gebrannt und anschließend wiederum mit einem 200 µm-Sieb abgesiebt. Der 2. Siebdurchgang ist das im weiteren Verfahren einsetzbare erfindungsgemäße Dachziegelvollgranulat. Eine bekannte Lasermaschine wird mit einem Programm zum Aufbau eines dreidimensionalen Körpers, der das gestalterische Ergebnis für einen Dachziegel ist, eingestellt. Der bereits beschriebene 2. Siebdurchgang wird in einen Vorratsbehälter gefüllt und schichtweise aus dem Vorratsbehälter in den Arbeitsraum übertragen und programmgemäß gesintert. Der programmgemäß aufgebaute Dachziegel wird dem Arbeitsraum entnommen und das überschüssige, nicht gesinterte Dachziegelvollgranulat entfernt. Der so erhaltene Dachziegel wird auf dachziegeltypische Weise weiterbehandelt, d. h. engobiert, glasiert und bei < 900°C gebrannt. Mit dem erfindungsgemäßen Dachziegelvollgranulat ist die Lasersinterung möglich und der Dachziegelproduzent wird in die Lage versetzt, innerhalb weniger Tage realitätsnahe Dachziegelmuster seinem Kunden präsentieren zu können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung gesinterter feinkeramischer oder keramischer Formkörper unter Verwendung eines feinkeramischen oder keramischen Vollgranulates, welches mittels Laserstrahlen, die einem entsprechenden Programm folgen, schichtweise versintert wird, gekennzeichnet dadurch, daß

- eine feinkeramische oder keramische Suspension hergestellt wird,
- die Suspension auf 63 µm oder 100 µm abgesiebt wird,
- die abgesiebte Suspension gereinigt wird,
- die abgesiebte und gereinigte Suspension mit Keimzusatz wirbelschichtgetrocknet wird,
- das wirbelschichtgetrocknete Granulat ein Vollgranulat ist und auf 100 µm oder 200 µm abgesiebt wird,
- der 1. Siebdurchgang bei 600°C bis < 1200°C gebrannt und nochmals auf 100 µm oder 200 µm abgesiebt wird, und
- der 2. Siebdurchgang das lasersinterfähige feinkeramische oder keramische Vollgranulat ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß

- die Suspension ein feinkeramischer Schlicker ist,
- die Suspension auf 63 µm abgesiebt wird,
- die abgesiebte Suspension gereinigt wird,
- die abgesiebte und gereinigte Suspension mit Keimzusatz wirbelschichtgetrocknet wird,
- das wirbelschichtgetrocknete Granulat ein feinkeramisches Vollgranulat ist und auf 200 µm abgesiebt wird,
- der 1. Siebdurchgang bei < 900°C gebrannt und nochmals auf 200 µm abgesiebt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß

- die Suspension ein Versatz üblicher technischer Keramik ist,
- die Suspension auf 63 µm abgesiebt wird,
- die abgesiebte Suspension gereinigt wird,
- die abgesiebte und gereinigte Suspension mit Keimzusatz wirbelschichtgetrocknet wird,
- das wirbelschichtgetrocknete Granulat ein keramisches Vollgranulat für technische Keramik ist und auf 100 µm abgesiebt wird,
- der 1. Siebdurchgang bei < 1200°C gebrannt und nochmals auf 100 µm abgesiebt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß

- die Suspension ein keramischer Schlicker zur Dachziegelfertigung ist,
- die Suspension auf 100 µm abgesiebt wird,
- die abgesiebte Suspension gereinigt wird,
- die abgesiebte und gereinigte Suspension mit Keimzusatz wirbelschichtgetrocknet wird,
- das wirbelschichtgetrocknete Granulat ein Dachziegelvollgranulat ist und auf 200 µm abgesiebt wird,
- der 1. Siebdurchgang bei < 600°C gebrannt und nochmals auf 200 µm abgesiebt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß

- das erhaltene feinkeramische Vollgranulat in bekannterweise mittels Laser schichtweise versintert wird und in gesinterter Form das feinkeramische Modell ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß

- das erhaltene Vollgranulat für technische Keramik in bekannterweise mittels Laser schichtweise versintert wird und in gesinterter Form das Enderzeugnis oder Halbfabrikat ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß

- das erhaltene Dachziegelvollgranulat in bekannterweise mittels Laser schichtweise versintert wird und in gesinterter Form das Dachziegelmodell ist.