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DE102017126274B4 - Slip application unit and method for layer application for slip-based additive manufacturing - Google Patents

Slip application unit and method for layer application for slip-based additive manufacturing Download PDF

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DE102017126274B4
DE102017126274B4 DE102017126274.1A DE102017126274A DE102017126274B4 DE 102017126274 B4 DE102017126274 B4 DE 102017126274B4 DE 102017126274 A DE102017126274 A DE 102017126274A DE 102017126274 B4 DE102017126274 B4 DE 102017126274B4
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slip
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Jens Günster
Andrea Zocca
Jörg Lüchtenborg
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LITHOZ GMBH, AT
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Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
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    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
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Abstract

Auftragsvorrichtung (10) für die additive Fertigung, eingerichtet für mindestens eine vorbestimmte geradlinige Bewegungsrichtung (20) während eines Auftragens eines Auftragsmaterials (4), umfassend ein Arbeitsvolumen zur Aufnahme des Auftragsmaterials (4), wobei das Arbeitsvolumen zumindest seitlich von einer Wandung umschlossen ist, und eine Bodenfläche mit einer in der Bodenfläche angeordneten und im Wesentlichen rechteckigen Öffnung (30) aufweist, wobei sich die langen Seiten der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung (30) in einer orthogonalen Richtung zur geradlinigen Bewegungsrichtung (20) erstrecken und die langen Seiten definierende Kanten identische Abstände zu einer Ebene aufweisen, die durch die Bewegungsrichtung (20) definiert wird.An application device (10) for additive manufacturing, configured for at least one predetermined rectilinear movement direction (20) during application of a coating material (4), comprising a working volume for receiving the application material (4), wherein the working volume is at least laterally enclosed by a wall, and a bottom surface having a substantially rectangular opening (30) disposed in the bottom surface, the long sides of the substantially rectangular opening (30) extending in an orthogonal direction to the rectilinear moving direction (20) and edges defining the long sides being identical Have distances to a plane defined by the direction of movement (20).

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der additiven Fertigung und betrifft eine Auftragsvorrichtung und Schichtauftragsseinheit, insbesondere eine Doppelrakel, zum schichtweisen Auftragen von Schlicker auf einer Auftragsfläche.The invention is in the field of additive manufacturing and relates to an application device and layer application unit, in particular a double doctor blade, for the layered application of slurry on a job surface.

Die pulverbasierte additive Fertigung basiert auf dem Stapeln von einzelnen Pulverschichten und dem lokalen Konsolidieren des Pulvers zu dem gewünschten Bauteil. Die Schichten können mittels eines fließfähigen Pulvers oder einer Suspension mit anschließendem Trocknen aufgebracht werden. Der Prozess kann durch folgende drei Arbeitsschritte beschrieben werden, die sich repetitiv wiederholen:

  • - Aufbau einer Pulverschicht;
  • - lokale Konsolidierung des Pulvers durch Einspritzen von Binder durch einen Druckkopf oder durch lokales Sintern mit einem fokussierten Laserstrahl;
  • - Absenken der Bauplattform um die Schichtdicke.
Powder-based additive manufacturing is based on the stacking of individual powder layers and the local consolidation of the powder to the desired component. The layers can be applied by means of a flowable powder or a suspension with subsequent drying. The process can be described by the following three steps, which repeat repetitively:
  • - Construction of a powder layer;
  • local consolidation of the powder by injecting binder through a printhead or by local sintering with a focused laser beam;
  • - Lowering the build platform by the layer thickness.

Im vorbekannten LSD-Verfahren (lagenweise schlicker deposition) erfolgt der Aufbau einer Pulverschicht durch den Auftrag einer keramischen Suspension (Schlicker) und anschließendes Trocknen dieser Schicht zu einem Scherben. Ein technisches Problem stellt der Schichtauftrag da. Dieser wird mit einer Hohlrakel ausgeführt, die einen Schlickerberg vor der Hohlrakel herschiebt. Die Breite dieses Schlickerbergs ist nicht definiert. Des Weiteren kann der Schichtauftrag bedingt durch die Rakeltechnologie nur durch eine Bewegung der Rakel von einer Seite der Auftragsfläche her erfolgen. Die Rakel muss deshalb einmal ungenutzt über die Aufbaufläche fahren, um nach einem vollzogenen Schichtauftrag erneut zum Start zu gelangen. Zusätzlich müssen Vorkehrungen getroffen werden, damit es während des nutzlosen Hinüberfahrens zu keiner Verunreinigung der zuvor aufgetragenen Schicht durch aus der Rakel herabfallendes Material (Tropfen) kommt.In the previously known LSD method (layer-wise sludge deposition), the buildup of a powder layer is carried out by applying a ceramic suspension (slip) and then drying this layer into a piece of broken glass. A technical problem is the layer order. This is done with a hollow blade that pushes a Schlickerberg in front of the hollow blade. The width of this Schlickerberg is not defined. Furthermore, due to the squeegee technology, the layer application can only take place by moving the squeegee from one side of the application surface. The squeegee must therefore drive once unused over the construction area to get back to the start after a completed shift order. In addition, precautions must be taken to prevent contamination of the previously applied layer by material falling from the squeegee during useless driving over.

In WO 00/ 78 485 A2 wird eine Einrichtung zum Zuführen von Pulver für eine Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objektes beschrieben. Von DE 10 2014 010 951 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren von formlosem Baumaterial in einem Schichtbauverfahren gelehrt. DE 10 2015 003 372 A1 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen aus partikelförmigen Baumaterialien und partikelbeladenen Flüssigkeiten mit einem Doppelrecoater. DE 10 2005 056 260 A1 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum flächigen Auftragen von fließfähigem Material. DE 10 2015 022 308 A1 lehrt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit einem beheizten Beschichter für pulverförmiges Aufbaumaterial. Schließlich lehrt WO 95/ 18 715 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts.In WO 00/78 485 A2 A device for supplying powder for a device for producing a three-dimensional object in layers is described. From DE 10 2014 010 951 A1 For example, there is taught a method and apparatus for dosing informal building material in a laminating process. DE 10 2015 003 372 A1 teaches a method and apparatus for producing 3D moldings from particulate building materials and particle loaded liquids with a double recoater. DE 10 2005 056 260 A1 teaches a method and apparatus for applying flowable material flatly. DE 10 2015 022 308 A1 teaches an apparatus and method for manufacturing a three-dimensional object with a heated powdered build material coater. Finally teaches WO 95/18715 A1 a method and apparatus for producing a three-dimensional object.

Vor diesem Hintergrund wird eine Schlickerauftragseinheit nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Schichtauftrag nach Anspruch 5 vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung der beigefügten Ansprüche und der angefügten Figuren.Against this background, a slip application unit according to claim 1 and a method for coating application according to claim 5 is proposed. Further embodiments, modifications, and improvements will become apparent from the following description of the appended claims and the attached drawings.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird eine Schlickerauftragseinheit umfassend eine Auftragsvorrichtung für die additive Fertigung vorgeschlagen, die eingerichtet ist für mindestens eine vorbestimmte geradlinige Bewegungsrichtung während eines Auftragens eines Auftragsmaterials. Die Auftragsvorrichtung umfasst ein Arbeitsvolumen zur Aufnahme des Auftragsmaterials, wobei das Arbeitsvolumen zumindest seitlich von einer Wandung umschlossen ist, und eine Bodenfläche mit einer in der Bodenfläche angeordneten und im Wesentlichen rechteckigen Öffnung aufweist. Hierbei erstrecken sich die langen Seiten der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung in einer orthogonalen Richtung zur geradlinigen Bewegungsrichtung und die langen Seiten der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung definierende Kanten weisen identische Abstände zu einer Ebene auf, die durch die Bewegungsrichtung definiert wird. Weiter umfasst die Schlickerauftragseinheit eine Auftragsfläche, wobei die Auftragsvorrichtung so über der Auftragsfläche anordenbar ist, dass ein Abstand zwischen der Bodenfläche und der Auftragsfläche bei einer linearen Bewegung der Auftragsvorrichtung in einer zur langen Seite der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung orthogonalen Bewegungsrichtung auf einen konstanten Wert einstellbar ist. Die Auftragsfläche umfasst eine sie umgebende Randfläche und zumindest eine Parkstation für die Auftragsvorrichtung, wobei die Parkstation so eingerichtet ist, dass die im Wesentlichen rechteckige Öffnung in der Bodenfläche der Auftragsvorrichtung während des Parkens der Auftragsvorrichtung auf der Parkstation so verschlossen ist, sodass kein Auftragsmaterial aus dem Arbeitsvolumen durch die im Wesentlichen rechteckige Öffnung austreten kann, wenn eine Viskosität des Schlickers in einem Bereich von 0,1 Pa s - 5 Pa s liegt.According to a first embodiment, a slip application unit comprising an application device for additive manufacturing is proposed, which is set up for at least one predetermined rectilinear movement direction during application of an application material. The application device comprises a working volume for receiving the application material, wherein the working volume is at least laterally enclosed by a wall, and has a bottom surface with an opening arranged in the bottom surface and substantially rectangular. Here, the long sides of the substantially rectangular opening extend in an orthogonal direction to the rectilinear moving direction, and the long sides of the substantially rectangular opening defining edges have identical distances to a plane defined by the moving direction. Furthermore, the slip application unit comprises an application surface, wherein the application device can be arranged above the application surface in such a way that a distance between the base surface and the application surface can be set to a constant value in a linear movement of the application device in a movement direction orthogonal to the long side of the substantially rectangular opening , The application surface comprises a surrounding edge surface and at least one parking station for the application device, wherein the parking station is arranged so that the substantially rectangular opening in the bottom surface of the application device during parking of the application device on the parking station is closed so that no application material from the Working volume can escape through the substantially rectangular opening, when a viscosity of the slurry is in a range of 0.1 Pa s - 5 Pa s.

Vorteilhaft wird beim Auftragen des Auftragsmaterials mit der beschriebenen Auftragsvorrichtung das gesamte aus der Öffnung austretende Material in die Schicht eingebracht. Die Ausbildung eines Schlickerbergs vor der Auftragsvorrichtung unterbleibt. Damit tritt auch kein Verlust von Auftragsmaterial auf. Zusätzlich kann die Auftragsvorrichtung bei Bewegung in zwei verschiedenen Richtungen eine Schicht auf der Auftragsfläche auftragen. Damit wird die Effektivität des Schichtaufbaus gegenüber zuvor bekannten Bauformen erheblich gesteigert.Advantageously, when applying the application material with the described application device, the entire material emerging from the opening is introduced into the layer. The formation of a slip mountain before the application device is omitted. Thus, no loss of order material occurs. In addition, the applicator can apply a layer on the application surface when moving in two different directions. In order to the effectiveness of the layer structure over previously known types is significantly increased.

Gemäß einer Weiterbildung der Auftragsvorrichtung beträgt ein Abstand zwischen langen Seiten der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung von 1 mm bis 100 mm, bevorzugt von 1 mm bis 20 mm.According to a development of the application device, a distance between long sides of the substantially rectangular opening is from 1 mm to 100 mm, preferably from 1 mm to 20 mm.

Die Schichtausbildung erfolgt über die gesamte Breite der Auftragsvorrichtung gleichmäßig. Die Arbeitsbreite der Auftragsvorrichtung ist durch die Länge der langen Seiten der im Wesentlichen rechtwinkligen Öffnung, die im Falle des Auftrags eines Schlickers die Schlickeraustrittsöffnung oder der Schlickeraustrittsschlitz ist, definiert.The layer formation takes place uniformly over the entire width of the application device. The working width of the applicator is defined by the length of the long sides of the substantially rectangular opening, which in the case of the application of a slurry is the slip exit opening or the slip exit slot.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst die im Wesentlichen rechteckige Öffnung die gesamte Bodenfläche des Arbeitsvolumens.According to a development, the substantially rectangular opening comprises the entire bottom surface of the working volume.

Vorteilhaft kann so der Schlicker ungehindert über die gesamte Breite und Länge der im Wesentlichen rechtwinkligen Öffnung austreten. Die Austrittsgeschwindigkeit des Auftragsmaterials (Schlickers) wird so bei gegebener Viskosität des Auftragsmaterials (Schlickers) und gegebener Fortschrittsgeschwindigkeit allein wesentlich durch die Füllhöhe im Arbeitsvolumen bestimmt.Advantageously, the slurry can pass unhindered over the entire width and length of the substantially rectangular opening. The exit speed of the application material (slurry) is determined so much for the given viscosity of the application material (slip) and given rate of progress alone by the level in the working volume.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt eine Höhe der Wandung, gemessen von der Bodenfläche aus, zumindest 50 mm.According to a further embodiment, a height of the wall, measured from the bottom surface, is at least 50 mm.

Vorteilhaft gestattet es diese Höhe, viele verschiedene Füllhöhen des Auftragsmaterials, z.B. eines Schlickers, im Arbeitsvolumen vorzusehen.Advantageously, this height allows many different fill levels of the application material, e.g. of a slip to provide in the working volume.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt eine lange Seite der in der Bodenfläche angeordneten rechteckigen Öffnung zumindest 10-100 mm, typischerweise zumindest 200-1100 mm.According to a further embodiment, a long side of the rectangular opening arranged in the bottom surface is at least 10-100 mm, typically at least 200-1100 mm.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform ergibt sich mit einer erreichbaren maximalen Kantenbreite des zu erzeugenden Bauteils.An advantage of this embodiment results with an achievable maximum edge width of the component to be produced.

Vorteil dieser Schlickerauftragseinheit ist, dass beim Auftragen des Auftragsmaterials mit der beschriebenen Schlickerauftragseinheit das gesamte aus der Öffnung der Auftragsvorrichtung austretende Material in die Schicht eingebracht wird. Die Ausbildung eines Schlickerbergs vor der Auftragsvorrichtung unterbleibt. Damit tritt auch kein Verlust von Auftragsmaterial durch Abschieben dieses Schlickerbergs von der Auftragsfläche am Ende des Schichtauftrags auf. Zusätzlich kann die Schlickerauftragseinheit bei jeder Bewegung der Auftragsvorrichtung in zwei entgegengesetzte Richtungen jeweils eine Schicht auf der Auftragsfläche auftragen. Damit wird die Effektivität des Schichtaufbaus gegenüber zuvor bekannten Bauformen erheblich gesteigert.Advantage of this slip application unit is that when applying the application material with the slip application unit described, the entire material emerging from the opening of the applicator material is introduced into the layer. The formation of a slip mountain before the application device is omitted. Thus, no loss of application material occurs by pushing this Schlickerbergs of the order surface at the end of the shift order. In addition, the slip application unit can apply a layer on the application surface in each case in two opposite directions for each movement of the applicator. Thus, the effectiveness of the layer structure over previously known types is significantly increased.

Gemäß einer Weiterbildung der vorgenannten Schlickerauftragseinheit beträgt der konstante Wert des Abstandes zwischen der Bodenfläche der Auftragsvorrichtung und der Auftragsfläche von 20 µm bis 1000 µm.According to a development of the aforementioned slip application unit, the constant value of the distance between the bottom surface of the application device and the application surface is from 20 μm to 1000 μm.

Vorteilhaft ermöglicht das hinlänglich glatte äußere Konturen eines erzeugten Grünkörpers.Advantageously, the sufficiently smooth outer contours of a produced green body.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schlickerauftragseinheit weiter einen Linearmotor zur Bewegung der Auftragsvorrichtung über der Auftragsfläche.According to a further embodiment, the slip application unit further comprises a linear motor for moving the application device over the application surface.

Vorteilhaft kann ein Linearmotor an unterschiedliche gewünschte Fortschrittsgeschwindigkeiten der Auftragseinheit über der Auftragsfläche angepasst werden.Advantageously, a linear motor can be adapted to different desired speeds of progression of the application unit over the application surface.

Vorteilhaft erlaubt die im Anspruch 1 beschriebene Randfläche die Bildung einer sauberen Kante der aufgetragenen Schichten und somit des Schichtstapels, da die Randfläche im Gegensatz zu den bereits auf die Auftragsfläche aufgetragenen Schichten nicht saugend ist und somit kein bzw. sehr wenig Material beim Überstreichen mit der Öffnung hier abgelegt wird. Zudem kann der Abstand der Randfläche unabhängig von der Arbeitsfläche relativ zur Auftragsvorrichtung eingestellt und mit dem Ziel wenig Material abzulegen minimiert werden. In diesem Zusammenhang sind Abstände kleiner 10 µm vorteilhaft.Advantageously, the edge surface described in claim 1 allows the formation of a clean edge of the applied layers and thus of the layer stack, since the edge surface, in contrast to the already applied to the application surface layers is not absorbent and thus no or very little material when passing over the opening is stored here. In addition, the distance between the edge surface can be adjusted independently of the working surface relative to the application device and minimized with the aim to deposit little material. In this context, distances smaller than 10 microns are advantageous.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Randfläche hydrophob.According to a further embodiment, the edge surface is hydrophobic.

Vorteilhaft ist die Benetzbarkeit der hydrophoben Randfläche mit dem Auftragsmaterial, also dem Schlicker, stark vermindert. Bevorzugt benetzt der typischerweise wässrige Schlicker die Randfläche überhaupt nicht.The wettability of the hydrophobic edge surface with the application material, ie the slip, is advantageously greatly reduced. Preferably, the typically aqueous slip does not wet the edge surface at all.

Vorteilhaft kann über das Einnehmen der Parkposition ein Verlust von Schlicker vermieden werden. Während des Konsolidierungsschrittes bleibt die Auftragsvorrichtung einsatzbereit, kein Schlicker trocknet an.Advantageously, a loss of slip can be avoided by taking the parking position. During the consolidation step, the applicator remains operational, no slurry dries.

Weiter wird ein Verfahren zum Schichtauftrag für die schlickerbasierte additive Fertigung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst:

  • - Bereitstellen einer Schlickerauftragseinheit gemäß zumindest einer der oben beschriebenen Ausführungsformen;
  • - Anordnen der Auftragsvorrichtung (10) auf einer ersten Parkstation (9);
  • - Befüllen eines Arbeitsvolumens der Auftragsvorrichtung (10) mit einem Schlicker (4), wobei eine Viskosität des Schlickers in einem Bereich von 0,1 Pa s - 5 Pa s liegt;
  • - Bewegen der mit dem Schlicker (4) befüllten Auftragsvorrichtung (10) entlang einer Bewegungsrichtung (20) über die Auftragsfläche (6) mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer Längsrichtung der Auftragsfläche (6) unter Einhalten eines konstanten Arbeitsabstands zwischen der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung (30) der Auftragsvorrichtung (10) und der Auftragsfläche (6);
  • - Anordnen der Auftragsvorrichtung (10) auf einer zweiten Parkstation (9), wobei die zweite Parkstation (9) an einer der ersten Parkstation (9) gegenüberliegenden Seite der Auftragsfläche (6) auf der die Auftragsfläche (6) umgebenden Randfläche (8) angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Parkstation (9) eingerichtet sind, die rechteckige Öffnung (30) in der Bodenfläche der Auftragsvorrichtung (10) so zu verschließen, dass kein Schlicker (4) austreten kann.
Furthermore, a method for layer application for slip-based additive manufacturing is proposed. The method comprises:
  • - Providing a slip application unit according to at least one of the embodiments described above;
  • Arranging the applicator device ( 10 ) on a first parking station ( 9 );
  • - Filling a working volume of the application device ( 10 ) with a slip ( 4 ), wherein a viscosity of the slurry is in a range of 0.1 Pa s - 5 Pa s;
  • - moving the with the slip ( 4 ) filled applicator device ( 10 ) along a direction of movement ( 20 ) over the application area ( 6 ) at a constant speed in a longitudinal direction of the application surface ( 6 ) while maintaining a constant working distance between the substantially rectangular opening ( 30 ) of the application device ( 10 ) and the application area ( 6 );
  • Arranging the applicator device ( 10 ) on a second parking station ( 9 ), the second parking station ( 9 ) at one of the first parking station ( 9 ) opposite side of the application surface ( 6 ) on which the application surface ( 6 ) surrounding edge surface ( 8th ), wherein the first and the second parking station ( 9 ), the rectangular opening ( 30 ) in the bottom surface of the applicator device ( 10 ) so that no slip ( 4 ) can escape.

Hierbei ist das Verfahren so eingerichtet, dass während des Bewegens der mit Schlicker (4) befüllten Auftragsvorrichtung (10) ein Scherben (7) einer konstanten Schichthöhe auf der Auftragsfläche (6) ausgebildet wird.In this case, the method is set up so that while moving with Schlicker ( 4 ) filled applicator device ( 10 ) a piece of broken glass ( 7 ) of a constant layer height on the application surface ( 6 ) is formed.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden.The above-described embodiments may be arbitrarily combined with each other.

In den letzten Jahren haben sich die Anforderungen an die Fertigungsindustrie, insbesondere im Bereich der Entwicklung und der Prototypenherstellung stark gewandelt. Die zunehmende Anzahl an Produktvarianten, bei einer größeren Komplexität, lässt den Bedarf an Prototypen ständig steigen. Unter dem Leitbegriff „Rapid Prototyping“ oder „Rapid Manufacturing“ sind eine Vielzahl neuartiger Technologien entstanden, mit deren Hilfe sich der Anspruch an flexiblere Fertigung realisieren lässt.In recent years, the demands on the manufacturing industry, especially in the field of development and prototype production have changed significantly. The increasing number of product variants, with greater complexity, is constantly increasing the need for prototypes. Under the heading "rapid prototyping" or "rapid manufacturing" a variety of new technologies have emerged, with the help of which the demand for more flexible production can be realized.

Die wesentlichen Merkmale dieser Verfahren sind die Erstellung von Prozesssteuerdaten aus CAD-Geometriedaten mit anschließender Steuerung von Bearbeitungseinrichtungen. Allen diesen Verfahren sind die folgende Merkmale gemein:

  1. 1: Die Formgebung geschieht nicht durch Materialabtrag, sondern durch Zugabe von Material, oder durch den Phasenübergang eines Materials von flüssig nach fest bzw. es findet eine Kompaktierung eines pulverförmigen Ausgangsmaterials statt.
  2. 2: Alle Verfahren bauen Teilgeometrien aus Schichten endlicher Dicke, die durch einen Slice-Prozess realisiert werden, direkt aus CAD-Daten auf.
The essential features of these methods are the creation of process control data from CAD geometry data with subsequent control of processing equipment. All of these methods share the following features:
  1. 1: The shaping is done not by material removal, but by adding material, or by the phase transition of a material from liquid to solid or there is a compaction of a powdered starting material instead.
  2. 2: All methods build part geometries from layers of finite thickness, realized by a slice process, directly from CAD data.

Die heute zur Verfügung stehenden Verfahren unterscheiden sich im Ausgangszustand der Materialien (fest, flüssig, pastös) bei der Schichtenaddition bzw. dem Bauprozess. Es gibt eine Vielzahl von Verfahren, die als Ausgangsmaterial ein festes pulverförmiges Material einsetzen, wobei bei der Verwendung trockner rieselfähiger Pulver für den Schichtauftrag Schichten mit nur geringer Packungsdichte der Pulverpartikel erreicht werden, typischerweise zwischen 30 und 50% Packungsdichte.The currently available methods differ in the initial state of the materials (solid, liquid, pasty) in the layer addition or the construction process. There are a variety of methods that use a solid powdery material as the starting material, wherein when using free-flowing powder for the layer coating layers with only a low packing density of the powder particles are achieved, typically between 30 and 50% packing density.

Es gibt ein Verfahren, welches Suspensionen mit geringem Anteil an organischen Additiven zum Schichtauftrag verwendet. Dieses Verfahren ist unter US 6 827 988 B2 beschrieben. Das LSD (lagenweise Schlicker Deposition) Verfahren bringt keramische Grünschichten über ein an das Foliengießen angelehntes Verfahren auf und verwendet gleich dem selektiven Lasersintern einen Laser zur lokalen Verfestigung/Versinterung der keramischen Grünschichten. Die Grünschichten haben eine Packungsdichte der Pulverpartikel von über 60%. In Kombination mit einem Druckkopf ist ebenfalls dieser Schichtauftrag zum Patent angemeldet PCT/ EP2012/060420 , internationale Veröffentlichungsnummer WO 2012/ 164 078 A2 .There is a method which uses suspensions with a low content of organic additives for coating. This procedure is under US Pat. No. 6,827,988 B2 described. The LSD (Layer-wise Slurry Deposition) process applies ceramic green sheets via a process similar to film casting and, similar to selective laser sintering, uses a laser for local solidification / sintering of the ceramic green sheets. The green sheets have a packing density of the powder particles of over 60%. In combination with a print head, this coating order is also patent pending PCT / EP2012 / 060420 , international publication number WO 2012/164 078 A2 ,

Die hohen Packungsdichten der Pulverpartikel im Pulverbett führen dazu, dass das Pulverbett einen frei stehenden Block darstellt, der das Bauteil einschließt.The high packing densities of the powder particles in the powder bed cause the powder bed to form a free-standing block that encloses the component.

Beim LSD-Prozess werden Suspensionen von keramischen oder metallischen Partikeln (nachfolgend Schlicker genannt) verwendet, um Pulverschichten mit einer hohen Packungsdichte der Pulverpartikel aufzubauen, und - mit zwischengeschalteten Schritten eines lokalen Konsolidierens - zu stapeln. Auf die typisch quadratische oder rechteckige Arbeitsplattform wird mittels einer Rakeleinheit (engl. doctor blade) eine Schlickerschicht aufgetragen und getrocknet. Anschließend werden die Pulverpartikel mittels Lasersintern oder Einspritzen eines Binders lokal konsolidiert.In the LSD process, suspensions of ceramic or metallic particles (hereafter called slip) are used to build up powder layers with a high packing density of the powder particles and to stack them with intervening local consolidation steps. On the typical square or rectangular working platform, a slip layer is applied and dried by means of a doctor blade. Subsequently, the powder particles are locally consolidated by laser sintering or injection of a binder.

In der bisherigen LSD-Technologie wird der Schlicker über eine Hohlrakel aufgebracht. Die Hohlrakel umfasst einen Spalt in einem länglichen hohlen Rakel, wobei die Spaltweite im Bereich von 250 bis 2000 µm liegt. Die erste Rakelfläche der Hohlrakel weist eine Kante (die Vorderkante der Hohlrakel, erste Kante) und die zweite Rakelfläche weist ebenfalls eine Kante, die Hinterkante der Hohlrakel, bzw. die zweite Kante auf. Auf die Bewegungsrichtung der Hohlrakel bezogen ist die erste Kante die führende, während die zweite Kante die jener nachfolgende ist. Die Breite des zwischen erster und zweiter Kante, bzw. zwischen Vorderkante und Hinterkante gebildeten Spaltes beträgt üblicherweise 250 bis 2000µm, vorzugsweise etwa 500µm. In den durch die beiden Kanten begrenzten Hohlraum wird der Schlicker gepumpt. Die Hohlrakel ist an eine Pumpe angeschlossen, welche den nötigen Druck aufbaut, um den Schlicker durch die Rakel zu fördern. Die erste und die zweite Kante, bzw. Vorder- und Hinterkante haben unterschiedliche Höhen. Die Vorderkante hat einen größeren Abstand zu der unter der Rakel befindlichen Aufbaufläche als die Hinterkante. Dadurch wird der Schlicker unter der Vorderkante hindurchgefördert und es bildet sich ein Berg Schlicker vor der Vorderkante. Dieser Schlickerberg wird bei der Bewegung der Rakel über die Auftragsfläche vor der Rakel - einer Bugwelle vergleichbar - hergeschoben. Die Menge an Schlicker in dem Schlickerberg gewährleistet einen ausreichenden Nachschub an Schlicker für den gleichmäßigen Schichtauftrag bei Bewegung der Rakel. Die Hinterkante der Rakel bestimmt bei der Bewegung der Rakel, durch ihre Höhe zur unter der Rakel befindlichen Fläche oder Schicht, die Höhe der jeweils aufgetragenen Schlickerschicht. Üblicherweise liegt die Schichthöhe zwischen 50 und 200µm.In previous LSD technology, the slurry is applied via a hollow blade. The hollow blade comprises a gap in an elongate hollow doctor blade, the gap width being in the range of 250 to 2000 μm. The first doctor blade surface of the hollow blade has an edge (the front edge of the hollow blade, first edge) and the second doctor blade surface also has an edge, the trailing edge of the hollow blade, and the second edge. Based on the direction of movement of the hollow blade, the first edge is the while the second edge is the one following. The width of the gap formed between the first and second edge or between the leading edge and the trailing edge is usually 250 to 2000 μm, preferably approximately 500 μm. In the limited by the two edges cavity of the slurry is pumped. The hollow blade is connected to a pump, which builds up the necessary pressure to convey the slurry through the squeegee. The first and the second edge, respectively front and rear edge have different heights. The leading edge is a greater distance from the surface under the squeegee than the trailing edge. As a result, the slip is conveyed under the leading edge and a mountain slip forms in front of the leading edge. This Schlickerberg is pushed during the movement of the doctor blade over the application surface in front of the doctor blade - a bow wave comparable. The amount of slip in the Schlickerberg ensures a sufficient supply of slurry for the uniform layer application when moving the squeegee. The trailing edge of the squeegee determines the height of the respective slip layer applied during the movement of the squeegee, through its height to the surface or layer below the squeegee. Usually the layer height is between 50 and 200μm.

Vor diesem Hintergrund betrifft das mit der vorgeschlagenen Schichtauftragseinheit verwirklichte Prinzip ein Verfahren, welches den Aufbau eines Pulverbetts mittels der LSD-Technologie vorsieht, aber über den Stand der Technik hinaus eine verbesserte Rakel- und Schichtauftragstechnologie aufweist. Die hier verwendeten Schlicker können keramische Schlicker, beispielsweise Silikat-Schlicker sein. Ebenso können Suspensionen metallischer Partikel eingesetzt werden.Against this background, the principle realized with the proposed layer application unit relates to a method which provides for the construction of a powder bed by means of the LSD technology, but has an improved doctoring and coating application technology beyond the prior art. The slip used here can be ceramic slip, for example silicate slip. Likewise suspensions of metallic particles can be used.

Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile.

  • 1 zeigt eine herkömmliche Hohlrakel im Querschnitt.
  • 2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung (hier auch als Doppelrakel bezeichnet) im Querschnitt.
  • 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel im Querschnitt.
  • 4 zeigt eine Aufsicht auf die hier vorgeschlagene Schichtauftragseinheit.
The accompanying drawings illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. The elements of the drawings are relative to one another and not necessarily to scale. Like reference numerals designate corresponding parts accordingly.
  • 1 shows a conventional hollow blade in cross section.
  • 2 shows a first embodiment of the applicator device according to the invention (also referred to here as a double blade) in cross section.
  • 3 shows a second embodiment of the applicator or double squeegee according to the invention in cross section.
  • 4 shows a plan view of the proposed here layer application unit.

Insbesondere zeigt 1 eine von links nach rechts auf der Auftragsfläche 6 bewegte hohle Rakel 1, umfassend eine erste Kante 2 bzw. Vorderkante 2 und eine zweite Kante 3, bzw. Hinterkante 3. Die Rakel 1 transportiert die zum Schichtauftrag verwendete Suspension, also den Schlicker 4. Bei der Bewegung der Rakel 1 während des Schichtauftrages (in 1 von links nach rechts) bildet sich vor der Vorderkante 2 der Rakel 1 ein Schlickerberg 5 aus, während die Rakel 1 über die Auftragsfläche 6 geführt wird. Der Schlicker wird kontinuierlich mit einer Pumpe nachgeführt, sodass während des Schichtauftrages stets ein Schlickerberg vor der Rakel hergeschoben wird. Bevorzugt ist die Auftragsfläche saugfähig.In particular shows 1 one from left to right on the application surface 6 moved hollow squeegee 1 comprising a first edge 2 or front edge 2 and a second edge 3 , or trailing edge 3 , The squeegee 1 transports the suspension used for coating, ie the slurry 4 , When moving the squeegee 1 during the shift order (in 1 from left to right) forms in front of the front edge 2 the squeegee 1 a slip mountain 5 off while the squeegee 1 over the application area 6 to be led. The slurry is continuously fed with a pump, so that during the shift job always a slip mountain is pushed in front of the squeegee. Preferably, the application surface is absorbent.

2 zeigt eine erste Bauform der hier vorgeschlagenen Auftragsvorrichtung 10 bzw. Schichtauftragseinheit. Auch diese transportiert den Schlicker 4. Im Unterschied zur vorbekannten Rakel 1 sind die erste Kante 2 entsprechend der Vorderkante 2 und die zweite Kante 3, entsprechend der Hinterkante 3 jedoch beide im gleichen Abstand von der saugfähigen Auftragsfläche 6 angeordnet. Dadurch tritt bei der linearen Bewegung der Auftragsvorrichtung bzw. der Doppelrakel über die Auftragsfläche der Schlicker jeweils an derjenigen Kante aus, die in Bewegungsrichtung hinter der anderen Kante liegt. Die Position der führenden Kante (leading edge) und die der jener folgenden Kante (tailing edge) ergibt sich somit aus der Bewegungsrichtung der Auftragsvorrichtung 10 bzw. Doppelrakel 10. An der jeweils in Bewegungsrichtung vorn angeordneten Kante 2 kann sich im Unterschied zu vorbekannten Rakeln so kein Schlickerberg mehr ausbilden. Der Nachschub des Schlickers erfolgt ausschließlich aus dem Schlickerreservoir der Vorrichtung 10 heraus und unmittelbar über den hier typischerweise breiteren Schlitz 30. Typische Spaltbreiten a des Schlitzes 30 betragen beispielsweise 1 mm bis 2 cm. Der Schlitz kann jedoch auch 100 mm breit sein. Bevorzugt ist eine Schlitzbreite a von 5 bis 20mm. Während der Schlitz die Breite a aufweist, haben die Kanten eine Breite b. Gemäß der hier gezeigten ersten Bauform ist die Breite der beiden Kanten b geringer als die Schlitzbreite a. Die Dosierung des Schlickers 4 auf die Auftragsfläche 6 erfolgt bei einem typischerweise konstanten hydrostatischen Druck, der sich mit der Stauhöhe h des Schlickers in der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 ergibt. Vorteilhaft ist die Stauhöhe h auf einen konstanten Wert einstellbar. Beispielsweise kann die Schichtauftragseinheit eingerichtet sein, eine Stauhöhe von 10-100 mm zu ermöglichen, insbesondere eine annähernd konstante Füllhöhe h des Schlickers in der Rakel von 4 cm bis zu 10 cm zu gewährleisten. Der in der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 stehende Schlicker 4 (Flüssigkeitssäule der Suspension) gewährleistet damit einen kontinuierlichen hydrostatischen Druck am Spalt über der Auftragsfläche 6. Das Vorhandensein einer stehenden Flüssigkeitssäule und eines konstanten hydrostatischen Drucks am Spalt über der Auftragsfläche ist ein typisches Merkmal der hier vorgeschlagenen Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10, unabhängig von der jeweiligen Bauform. Im Kontakt mit der saugfähigen Auftragsfläche 6 setzt unter der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 die Bildung eines Scherben 7 ein. Insbesondere wird der Scherben unter dem Schlitz und der in Bewegungsrichtung hinteren Kante der Auftragsvorrichtung 10 bzw. Doppelrakel ausgebildet. 2 shows a first design of the applicator device proposed here 10 or layer application unit. This also transports the slip 4 , In contrast to the previously known squeegee 1 are the first edge 2 according to the leading edge 2 and the second edge 3 , according to the trailing edge 3 but both at the same distance from the absorbent application surface 6 arranged. As a result, in the case of the linear movement of the application device or the double doctor blade over the application surface, the slurry emerges in each case at that edge which lies behind the other edge in the direction of movement. The position of the leading edge and that of the following edge (tailing edge) thus results from the direction of movement of the applicator 10 or double squeegee 10 , At the edge in the direction of movement in front 2 In contrast to previously known doctor blades, it is no longer possible to form a slip mountain. The replenishment of the slurry takes place exclusively from the Schlickerreservoir the device 10 out and immediately beyond the typically wider slot here 30 , Typical gap widths a of the slot 30 be for example 1 mm to 2 cm. However, the slot can also be 100 mm wide. Preferably, a slot width a of 5 to 20mm. While the slot has the width a, the edges have a width b. According to the first design shown here, the width of the two edges b is less than the slot width a. The dosage of the slip 4 on the order surface 6 takes place at a typically constant hydrostatic pressure, which coincides with the accumulation height h of the slip in the application device or double doctor blade 10 results. Advantageously, the storage height h is adjustable to a constant value. For example, the layer application unit can be set up to allow a storage height of 10-100 mm, in particular to ensure an approximately constant filling level h of the slurry in the squeegee of 4 cm to 10 cm. The in the applicator or double squeegee 10 standing slip 4 (Liquid column of the suspension) thus ensures a continuous hydrostatic pressure at the gap above the application surface 6 , The presence of a vertical column of liquid and a constant hydrostatic pressure at the gap above the application surface is a typical feature of the applicator or double squeegee proposed here 10 , regardless of the type of construction. In contact with the absorbent application surface 6 sets under the applicator or double squeegee 10 the formation of a broken piece 7 on. In particular, the broken piece is under the slot and the rear edge of the applicator in the direction of movement 10 or double doctor blade formed.

Der Schlicker beginnt also unter der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 nach Kontakt mit der saugfähigen Auftragsfläche 6, die beispielsweise eine vorher aufgetragene trockene Pulverschicht sein kann, mit der Scherbenbildung. Die Scherbenbildung ist hierbei proportional der Wurzel der Zeit. Um einen Kontakt der Rakelkanten mit der Suspension 4 und nicht dem Scherben 7 sicher zu stellen (für die Definition der Schichthöhe) und eine Kollision der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 mit dem gebildeten Scherben 7 zu verhindern, wird die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 auf die Scherbenbildungsrate des Schlickers abgestimmt. Die Scherbenbildungsrate hängt unter anderem von der Korngrößenverteilung des Pulvers im Schlicker und dessen Feststoffgehalt ab. Des Weiteren ist die Scherbenbildung in den ersten Schichten, durch das andere Saugverhalten der saugfähigen Auftragsfläche im Vergleich zu einer großen Anzahl an schon gebildeten Schichten, verschieden. Die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel wird deshalb so gewählt, dass der Scherben 7 noch nicht auf die gesamte Schichthöhe angewachsen ist, während die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 über die Auftragsfläche 6 gleitet. Ist die Scherbenbildungsrate sehr groß, wird die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 schneller bewegt, um eine Kollision mit dem Scherben 7 zu vermeiden. Typische Geschwindigkeiten der linearen Bewegung der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 liegen zwischen 10 mm/s bis 200 mm/s.So the slurry starts under the applicator or double squeegee 10 after contact with the absorbent application surface 6 , which may be, for example, a previously applied dry powder layer, with the body formation. Shard formation is proportional to the root of time. To contact the squeegee edges with the suspension 4 and not the shards 7 to ensure (for the definition of the layer height) and a collision of the applicator or double doctor blade 10 with the formed shards 7 To prevent the speed of the applicator or double squeegee 10 matched to the body formation rate of the slip. Among other things, the body formation rate depends on the particle size distribution of the powder in the slurry and its solids content. Furthermore, the body formation in the first layers is different due to the different absorbency of the absorbent application surface compared to a large number of already formed layers. The speed of the applicator or double doctor blade is therefore chosen so that the broken pieces 7 not yet grown to the entire layer height, while the applicator or double squeegee 10 over the application area 6 slides. If the body formation rate is very large, the applicator or double squeegee becomes 10 moves faster to collide with the broken pieces 7 to avoid. Typical speeds of the linear movement of the applicator or double squeegee 10 lie between 10 mm / s to 200 mm / s.

3 zeigt eine zweite Bauform der vorgeschlagenen Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10. Auch diese umfasst eine stehende Flüssigkeitssäule von annähernd konstanter Höhe h. Jedoch ist hier die Wandbreite b am Rakelfuß größer als die Schlitzbreite a. Der auch hier für beide unteren Kanten 2 und 3 (Streichflächen, Stirnflächen) gleiche Abstand zur Auftragsfläche 6 stellt einen stets konstanten Wechselwirkungsabstand zwischen der Öffnung 30 bzw. dem Schlickeraustrittsschlitz 30 der Auftragsvorrichtung 10 bzw. Doppelrakel 10 und der Auftragsfläche 6 sicher.Typische Abstände, d.h. typische Arbeitsabstände zwischen dem Rakelfuß und der Arbeitsfläche liegen im Bereich von 20 bis 1000 µm. Beispielsweise kann ein bevorzugter Arbeitsabstand 50 µm bis 100 µm betragen. Bei einer gegebenen Bewegungsgeschwindigkeit der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 ergibt sich - wie auch für die erste Bauform - eine konstante Wechselwirkungszeit der von der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 bereitgestellten Suspension 4 mit der Auftragsfläche 6. Die Wechselwirkungsdauer und die Saugfähigkeit der Auftragsfläche 6 definieren bei einer gegebenen Zusammensetzung des Schlickers die Ausbildung des Scherben 7 unter der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10. Eine typische Geschwindigkeit der Rakel beträgt 10 mm/s bis 200 mm/s. Während der Bewegung der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 über die Auftragsfläche 6 wird am Schlickeraustrittsschlitz 30 , d.h. an der Schlickeraustrittsöffnung 30 der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 stets neue Fläche nachgeführt, auf der unter Ausbildung des Scherben 7 die zur nachfolgenden Konsolidierung bereitstehende Pulverschicht ausgebildet wird. Gemäß einer Modifikation dieser Bauform kann die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 im Querschnitt auch eine Trichterform aufweisen. Die Wände der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 müssen nicht parallel zueinander angeordnet sein. Der Schlitz hat, von der Auftragsfläche aus betrachtet, typischerweise eine rechteckige Form und weist eine Breite von 1 mm bis 2 cm auf. Die Rakel Öffnung kann aber auch bis zu 100 mm betragen, als vorteilhaft haben sich Breiten der Rakelöffnung a von 5 bis 20 mm erwiesen. Die Breite b der Rakelwand am Rakelfuß beträgt typischerweise 1 bis 20 mm, bevorzugt 2 bis 5 mm. 3 shows a second design of the proposed applicator or double doctor blade 10 , This also includes a standing liquid column of approximately constant height h. However, here the wall width b at the squeegee foot is greater than the slot width a. The same for both lower edges 2 and 3 (Brushing surfaces, faces) the same distance to the application surface 6 provides an always constant interaction distance between the opening 30 or the slip exit slot 30 the applicator 10 or double squeegee 10 and the application area 6 sicher.Typische distances, ie typical working distances between the doctor foot and the work surface are in the range of 20 to 1000 microns. For example, a preferred working distance may be 50 μm to 100 μm. At a given speed of movement of the applicator or double squeegee 10 results - as well as for the first design - a constant interaction time of the applicator or double doctor blade 10 provided suspension 4 with the application area 6 , The interaction duration and the absorbency of the application surface 6 for a given composition of slurry, define the formation of the shard 7 under the applicator or double squeegee 10 , A typical speed of the squeegee is 10 mm / s to 200 mm / s. During the movement of the applicator or double squeegee 10 over the application area 6 is at the slip exit slot 30 , ie at the slurry outlet opening 30 the applicator or double doctor blade 10 always new surface tracked, on the under formation of the broken pieces 7 the ready for subsequent consolidation powder layer is formed. According to a modification of this design, the applicator or double squeegee 10 also have a funnel shape in cross-section. The walls of the applicator or double squeegee 10 do not have to be parallel to each other. The slot typically has a rectangular shape when viewed from the application surface and has a width of 1 mm to 2 cm. However, the squeegee opening can also be up to 100 mm, as advantageous have widths of the squeegee opening a of 5 to 20 mm proved. The width b of the doctor blade wall on the doctor foot is typically 1 to 20 mm, preferably 2 to 5 mm.

4 zeigt eine Aufsicht auf die vorgeschlagene Schichtauftragseinheit. Die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 wird in linearer Richtung abwechselnd von einer Seite der saugfähigen Auftragsfläche 6 zur anderen Seite der saugfähigen Auftragsfläche 6 bewegt (vgl. Doppelpfeil). Die dabei nicht vom Spalt der Auftragsvorrichtung überstrichene, die saugfähige Auftragsfläche 6 umgebende Rand-Fläche ist als hydrophobe Fläche 8 ausgebildet. Die Randfläche ist dicht, nicht saugfähig, und aus hydrophobem Material gebaut oder mit diesem beschichtet. 4 shows a view of the proposed layer application unit. The applicator or double squeegee 10 becomes in a linear direction alternately from one side of the absorbent application surface 6 to the other side of the absorbent application surface 6 moved (see double arrow). The case not swept from the gap of the applicator, the absorbent application surface 6 surrounding edge surface is as a hydrophobic surface 8th educated. The edge surface is dense, non-absorbent, and constructed of or coated with hydrophobic material.

Die vorgeschlagene Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 umfasst also eine erste Kante 2, Vorderkante 2 und eine zweite Kante 3, auch Hinterkante 3 genannt, die beide einen Hohlraum, bzw. ein Arbeitsvolumen umschließen und einen Spalt bilden. Im Vergleich zu der üblicherweise verwendeten Hohlrakel ist dieser Spalt jedoch breiter. Eine typische Breite des Spaltes, d.h. ein typischer, über die seitliche Ausdehnung der Rakel konstanter Abstand zwischen erster und zweiter Kante, d.h. zwischen Vorderkante 2 und Hinterkante 3 der Doppelrakel beträgt zwischen 1 mm und 15 mm, bevorzugt 5 bis 20 mm. Die Doppelrakel bzw. Auftragsvorrichtung 10 kann vorteilhaft drucklos, ohne Pumpe, mit Schlicker befüllt werden. Der von den beiden zueinander beabstandeten Rakelflächen (Klingen) und beidseitigen Seitenflächen umschlossene Hohlraum der Rakel dient als Vorratsgefäß bzw. Arbeitsvolumen für den Schlicker 4 und stellt genügend Schlicker für einen homogenen Schichtauftrag mindestens einer Schicht bereit. Ein Nachfüllen der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 kann nach dem Auftragen einer oder mehrerer Schichten, oder bevorzugt kontinuierlich erfolgen. Die Geometrie der Auftragsvorrichtung bzw. Rakel ermöglicht einen Transport des Schlickers zum Spalt hin, der ausschließlich durch die Gravitation getrieben ist. Dadurch wird bei der Bewegung der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel der durch die Schichtbildung jeweils verbrauchte Schlicker direkt unter der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel wieder ersetzt. Das gewährleistet eine konstante Bereitstellung des zum Schichtauftrag erforderlichen Schlickers und ermöglicht einen gleichmäßigen Schichtauftrag über die gesamte Ausdehnung der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel auf der vollen Breite der Auftragsfläche. Die Zeit der Interaktion von dem unmittelbar mit der Rakel zugeführten Schlicker und der saugfähigen Auftragsfläche unter dem Spalt wird bei einer konstanten Geschwindigkeit der Rakel durch die Breite des Schlitzes der Rakel, welche die Kontaktfläche des Schlicker mit der saugfähigen Auftragsfläche definiert, bestimmt. Durch den kapillartransport-getriebenen Entzug des Suspensionsmittels setzt die Scherbenbildung des Schlickers unter der Rakel, unmittelbar unter dem Schlickeraustrittsschlitz ein. Mit anderen Worten: Aus der Schlickerschicht wird eine Pulverschicht mit der jeweils typischen Packungsdichte gebildet. Die Hinterkante und die Vorderkante der vorgeschlagenen Doppelrakel haben jeweils die gleiche Höhe über der Auftragsfläche. Mit anderen Worten. Der Abstand zwischen einer ersten Kante (Vorderkante) der Doppelrakel und der saugfähigen Auftragsfläche gleicht dem Abstand zwischen der zweiten Kante (Hinterkante) der Doppelrakel und der saugfähigen Auftragsfläche. Der Abstand liegt beispielsweise im Bereich von 20 bis 1000 µm. Die Doppelrakel kann somit in beiden Richtungen rechtwinklig zu Vorderkante und Hinterkante der Doppelrakel Schlicker auftragen. Die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel fährt in einer Bewegung in einer ersten Richtung über die Auftragsfläche und trägt dabei eine erste Schlickerschicht auf. Diese Bewegung in der ersten Richtung endet über einer an einem Ende der Auftragsfläche angeordneten Parkstation 9. Die Parkstation 9 ermöglicht ein Parken der Auftragsvorrichtung 10 bzw. Doppelrakel 10 während des Konsolidierungsschritts, und verhindert, dass Schlicker aus der Schlickeraustrittsöffnung (Spalt) 30 austritt. Die Parkstation 9 umfasst eine Schicht eines schwammartigen Materials oder eine Dichtung. Der Schwamm oder die Dichtung ermöglicht es, die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 während des Parkens abzudichten.The proposed applicator or double squeegee 10 includes a first edge 2 , Front edge 2 and a second edge 3 , also trailing edge 3 called, both enclose a cavity, or a working volume and form a gap. In comparison to the commonly used hollow blade, however, this gap is wider. A typical width of the gap, ie a typical, over the lateral extent of the doctor blade constant distance between the first and second edge, ie between the leading edge 2 and trailing edge 3 the double blade is between 1 mm and 15 mm, preferably 5 to 20 mm. The double squeegee or applicator 10 can advantageously be filled without pressure, without a pump, with slip. The enclosed by the two spaced squeegee surfaces (blades) and two-sided side surfaces cavity of the Squeegee serves as a storage vessel or working volume for the slip 4 and provides enough slip for a homogeneous layer application of at least one layer. Refilling the applicator or double squeegee 10 may be carried out after the application of one or more layers, or preferably continuously. The geometry of the applicator or squeegee allows a transport of the slurry towards the gap, which is driven exclusively by gravity. As a result, during the movement of the application device or double doctor blade, the slip consumed in each case by the layer formation is replaced again directly beneath the application device or double doctor blade. This ensures a constant supply of the slip required for the layer application and enables a uniform layer application over the entire extent of the applicator or double doctor blade on the full width of the application surface. The time of interaction of the slurry directly fed with the squeegee and the absorbent application surface under the nip is determined at a constant speed of the squeegee by the width of the squeegee slot which defines the contact surface of the slurry with the sorbent application surface. Due to the capillary transport-driven withdrawal of the suspending agent, the body formation of the slip begins under the doctor blade, directly below the slip outlet slot. In other words, a powder layer with the typical packing density is formed from the slurry layer. The trailing edge and the leading edge of the proposed double doctor blade each have the same height above the application surface. In other words. The distance between a first edge (leading edge) of the double squeegee and the absorbent applicator surface equals the distance between the second edge (trailing edge) of the double squeegee and the absorbent applicator surface. The distance is for example in the range of 20 to 1000 microns. The double squeegee can thus apply slip in both directions at right angles to the leading edge and trailing edge of the double squeegee. The application device or double doctor blade moves in a movement in a first direction over the application surface and thereby contributes a first slip layer. This movement in the first direction ends above a parking station arranged at one end of the application surface 9 , The parking station 9 allows parking of the applicator 10 or double squeegee 10 during the consolidation step, and prevents slip from the slurry outlet (gap) 30 exit. The parking station 9 comprises a layer of spongy material or a gasket. The sponge or seal allows the applicator or double squeegee 10 to seal during parking.

Die Breite b der Rakelwand am Fuß der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel 10 kann unterschiedlich ausgeführt werden, um für verschiedene Viskositäten beim jeweiligen hydrostatischen Druck (Füllhöhe) eine verbesserte Abdichtung der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel in der Parkposition zu ermöglichen. Auftragsvorrichtungen bzw. Doppelrakel mit Wänden, die einen beliebigen Winkel (z.B. parallel oder Trichterform) und Verbreiterungen haben, sind ebenso möglich. Ebenso sind Bauformen der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel möglich, die bei gleicher Füllhöhe h eine unterschiedliche Menge an Schlicker in der Doppelrakel bereitstellen. Ebenso sind Bauformen möglich, die durch unterschiedliche Verhältnisse der Breite a der Öffnung 30 der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel, zur Füllhöhe h aufweisen.The width b of the doctor wall at the foot of the applicator or double doctor blade 10 can be carried out differently to allow for different viscosities at the respective hydrostatic pressure (filling level) improved sealing of the applicator or double doctor in the parking position. Applicators or double squeegee with walls having any angle (eg, parallel or funnel shape) and spacers are also possible. Likewise, designs of the applicator or double squeegee are possible, which provide a different amount of slurry in the double squeegee at the same level h. Likewise, designs are possible by different ratios of the width a of the opening 30 the applicator or double squeegee to fill level h have.

Ein Feststoffgehalt typischerweise verwendeter Schlicker liegt im Bereich von 40 - 80 Volumen-%. Die Viskosität des Schlickers liegt im Bereich von 0,1 bis 5 Pa s.A solids content of typically used slip is in the range of 40-80% by volume. The viscosity of the slurry is in the range of 0.1 to 5 Pa s.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist eine Auftragsfläche jeweils zwei Parkstationen auf, sodass jede Bewegung der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel über die Auftragsfläche auf einer Parkstation endet. Während sich die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel auf einer Parkstation befindet, schließt sich typischerweise ein Konsolidierungsschritt an. Nach dem Konsolidierungsschritt wird die Arbeitsfläche um den jeweils verfahrenstypischen Betrag, beispielsweise um 100 µm abgesenkt und die nachfolgende Schicht aufgetragen. Dazu wird die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel nun in die entgegengesetzte Richtung bewegt.According to a preferred embodiment, an application surface has in each case two parking stations, so that each movement of the application device or double squeegee ends over the application surface on a parking station. While the application device or double doctor blade is located at a parking station, a consolidation step typically follows. After the consolidation step, the work surface is lowered by the respective process-typical amount, for example by 100 μm, and the subsequent layer is applied. For this purpose, the applicator or double squeegee is now moved in the opposite direction.

Die Parkstation ermöglicht ein Parken der Auftragsvorrichtung bzw. Rakel während des Konsolidierungsschritts, ohne weiter zur Seite fließenden Schlicker. Dazu wird die Rakel auf ein schwammartiges Material oder eine Dichtung gefahren, die es ermöglicht die Auftragsvorrichtung bzw. Rakel abzudichten. Verschiedene Ausführungen der Doppelrakel bzw. der Auftragsvorrichtung sind möglich: Die Rakelwand am Rakelfuß b kann in unterschiedlicher Breite ausgeführt werden, sodass bei verschiedenen Viskositäten und verschiedenem hydrostatischem Druck eine vollständige Abdichtung der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel in der Parkposition ermöglicht wird. Auftragsvorrichtungen bzw. Doppelrakel mit Wänden, die einen beliebigen Winkel (z.B. parallel oder Trichterform) und Verbreiterungen haben, um bei gleicher Füllhöhe h die Menge an Schlicker in dem von der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel umschlossenen Arbeitsvolumen zu variieren und mit unterschiedlichen Verhältnissen von der Breite der Öffnung der Rakel a, zur Füllhöhe h, sind ebenso möglich von typisch 1 zu 1 bis 1 zu 100.The parking station allows the applicator to be parked during the consolidation step, with no slip flowing further to the side. For this purpose, the doctor blade is driven on a sponge-like material or a seal, which makes it possible to seal the applicator or doctor blade. Different embodiments of the double squeegee or applicator are possible: The squeegee wall on the squeegee b can be made in different widths, so that at different viscosities and different hydrostatic pressure complete sealing of the applicator or double squeegee in the parking position is possible. Applicators or double squeegee with walls having any angle (eg parallel or funnel shape) and spacers to vary at the same level h, the amount of slurry in the enclosed by the applicator or double squeegee working volume and with different ratios of the width of the Opening the doctor blade a, to the filling height h, are also possible from typically 1 to 1 to 1 to 100.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens, kann der Konsolidierungsschritt auch erst nach dem aufeinanderfolgenden Auftragen von zwei Schichten erfolgen.According to a modified embodiment of the proposed method, the Consolidation step also take place only after the successive application of two layers.

Die zweite Schicht wird also durch einen Wechsel der Bewegungsrichtung der Rakel in eine der ersten Richtung entgegengesetzt verlaufende zweite Richtung aufgetragen, nachdem die Arbeitsfläche um den verfahrenstypisch gewählten Wert abgesenkt wurde. Auf diese Weise kann beispielsweise eine 100 µm starke Schicht aus zwei jeweils 50 µm starken Teilschichten generiert werden.The second layer is thus applied by a change in the direction of movement of the doctor blade in a direction opposite to the second direction extending second direction, after the work surface has been lowered by the method typically selected value. In this way, for example, a 100 micron thick layer of two 50 micron thick layers can be generated.

Während des ganzen Prozesses wird die Auftragsvorrichtung in einer konstanten Höhe über der Auftragsfläche gehalten. Typischerweise wird die Aufbauplattform durch einen Motor um die Schichtdicke (beispielsweise um 100µm) abgesenkt, während die Auftragsvorrichtung in der Höhe fixiert bleibt. Alternativ kann eine höhenverstellbare Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel und eine in der Höhe fixierte Aufbauplattform (Auftragsfläche) miteinander kombiniert werden.Throughout the process, the applicator is held at a constant height above the application surface. Typically, the build platform is lowered by a motor by the layer thickness (for example by 100 microns), while the applicator remains fixed in height. Alternatively, a height-adjustable applicator or double squeegee and a fixed in height construction platform (application surface) can be combined.

Zusätzlich ist die saugfähige Auftragsfläche 6 von einer hydrophoben Fläche 8 umgeben. Diese verhindert einen Auftrag der Suspension neben der Auftragsfläche.In addition, the absorbent application surface 6 from a hydrophobic surface 8th surround. This prevents an order of the suspension next to the application surface.

Im Unterschied zu bekannten LSD-Verfahren erfolgt der Schlickertransport in der vorgeschlagenen Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel drucklos. Er ist ausschließlich getrieben von der saugfähigen Unterlage und der Gravitation. Der Schlicker wird dabei zu dem über der Auftragsfläche angeordneten Schlitz (d.h. den Unterkanten der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel) transportiert. Dies führt zu einer drucklosen, konstanten Bereitstellung des Schlickers unter der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel für den gleichmäßigen Schichtauftrag. Die Scherbenbildung beginnt unterhalb der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel und nicht in einem sich vor der Rakel ausbildenden Schlickerberg. Die Interaktionszeit des Schlickers mit der saugfähigen Auftragsfläche wird durch die Rakel und nicht mehr durch den Schlickerberg vor der Rakel definiert. Die vorgeschlagene Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel kann in beide Richtungen rechtwinklig zur Vorderkante und Hinterkante der Doppelrakel Schlicker auftragen. Das Aufbringungsverfahren zeichnet sich durch eine saugfähige Unterlage aus, die umlaufend von einem nicht saugfähigen, hydrophoben Rand umgeben ist.In contrast to known LSD processes, slip transport in the proposed application device or double squeegee takes place without pressure. He is driven exclusively by the absorbent base and gravitation. The slip is thereby transported to the slot arranged above the application surface (i.e., the lower edge of the applicator or double squeegee). This leads to a non-pressurized, constant provision of the slurry under the applicator or double doctor blade for the uniform coating order. The body formation starts below the application device or double squeegee and not in a Schlickerberg forming in front of the squeegee. The interaction time of the slurry with the absorbent application surface is defined by the squeegee and not by the Schlickerberg in front of the squeegee. The proposed applicator or double squeegee can apply slip in both directions at right angles to the leading edge and trailing edge of the double squeegee. The application process is characterized by an absorbent pad circumferentially surrounded by a nonabsorbent, hydrophobic edge.

Durch die bezeichneten Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale ist die Zeit der Interaktion (Wechselwirkungszeit) des Schlickers mit dem saugfähigen Untergrund besser als bisher definiert und somit auf einen bevorzugten Wert einstellbar.Due to the device and process features described, the time of interaction (interaction time) of the slurry with the absorbent substrate is better defined than heretofore and thus adjustable to a preferred value.

Da die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel nun in zwei Richtungen Schlicker aufbringen kann, entfällt ein ungenutzter Weg zum Ausgangspunkt, was vorteilhaft den beschleunigten Aufbau des Schichtstapels ermöglicht.Since the applicator or double squeegee can now apply slip in two directions, an unused path to the starting point is eliminated, which advantageously allows the accelerated buildup of the layer stack.

Durch den Wegfall der sonst für den Rückweg zum Ausgangspunkt des Schichtauftrages erforderlichen Zeit findet kein Antrocknen von Schlicker an der Rakel statt. Damit ist keine Säuberung der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel vor dem Auftrag einer Folgeschicht mehr notwendig.By eliminating the time otherwise required for the return to the starting point of the shift order no drying of slurry on the doctor blade takes place. Thus, no cleaning of the applicator or double squeegee before the order of a follow-up layer is more necessary.

Vorteilhaft kann weiterhin ein Materialverlust während des Aufbaus eines Schichtstapels vermieden werden, da kein Berg Schlicker vor der Rakel hergeschoben wird, der am Ende der Auftragsfläche als überschüssiger Schlicker von der Aufbaufläche heruntergeschoben wird und so verlorengeht.Advantageously, further, a loss of material during the construction of a layer stack can be avoided because no mountain slip is pushed in front of the squeegee, which is pushed down at the end of the application surface as excess slip from the construction area and so lost.

Die Rakel muss nicht mehr einen nutzlosen Weg über die Aufbaufläche zurücklegen. Damit fällt das Risiko einer Verschmutzung der Aufbaufläche durch von der Doppel-Rakel herabfallende Tropfen weg. Weiterhin entfällt durch eine drucklose Schlickerförderung, aufgrund des bauartbedingten breiteren Schlitzes in der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel das Erfordernis einer Pumpe.The squeegee no longer has to travel a useless path over the construction area. This eliminates the risk of contamination of the construction area by drops falling from the double squeegee. Further eliminates the need for a pump due to the pressure-free Schlickerförderung, due to the design-related wider slot in the applicator or double doctor blade.

Zu dem mit der beschriebenen Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel ausführbaren Verfahren des Aufbaus einer Schlickerschicht bzw. eines Scherben soll folgende Erläuterung dienen:The following explanation shall serve for the method of constructing a slip layer or a piece broken with the applicator or double squeegee described:

Der Schlicker beginnt unter der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel nach Kontakt mit der saugfähigen Unterlage, oder einer vorherigen aufgetragenen trockenen Schicht, mit der Scherbenbildung. Die Scherbenbildung ist hierbei proportional der Wurzel der Zeit. Um einen Kontakt der Rakelkanten mit der Suspension und nicht dem Scherben sicher zu stellen (für die Definition der Schichthöhe) und eine Kollision der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel mit dem gebildeten Scherben zu verhindern, wird die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel auf die Scherbenbildungsrate des Schlickers abgestimmt. Die Scherbenbildungsrate hängt unter anderem von der Korngrößenverteilung des Pulvers im Schlicker und dem Feststoffgehalt des Schlickers ab. Die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel ist so gewählt, dass der Scherben noch nicht auf die gesamte Schichthöhe angewachsen ist, während sich die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel über dem betreffenden Abschnitt der Auftragsfläche befindet. Ist die Scherbenbildungsrate sehr groß, so wird die Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel schneller bewegt, um eine Kollision mit dem Scherben zu vermeiden. Typische Bewegungsgeschwindigkeiten sind 10 mm/s - 200 mm/s. Die beschriebene Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel wird dabei vorteilhaft mit Hilfe eines Linearmotors bewegt.The slip begins under the applicator or double squeegee after contact with the absorbent pad, or a previously applied dry layer, with pitting. Shard formation is proportional to the root of time. In order to ensure a contact of the doctor blade edges with the suspension and not the shard (for the definition of the layer height) and to prevent a collision of the applicator or double doctor blade with the formed shards, the speed of the applicator or double doctor blade on the body formation rate of the slip Voted. Among other things, the body formation rate depends on the particle size distribution of the powder in the slurry and the solids content of the slurry. The speed of the applicator or double doctor blade is selected so that the cullet is not yet grown on the entire layer height, while the applicator or double squeegee is above the relevant section of the application surface. If the body formation rate is very high, the application device or double doctor blade is moved faster in order to avoid a collision with the body. Typical movement speeds are 10 mm / s - 200 mm / s. The described applicator or double doctor blade is advantageously moved by means of a linear motor.

Im Normalfall wird die Aufbauplattform durch einen Motor um die Schichtdicke, typischerweise um jeweils 100µm, abgesenkt, während die Auftragsvorrichtung bzw. Rakel in der Höhe fixiert bleibt. Bei sehr großen Aufbauten, die sehr schwer werden können, ist stattdessen eine höhenverstellbare Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel und eine in der Höhe fixierte Aufbauplattform (Auftragsfläche) vorteilhaft. Das Absenken der Aufbauplattform kann, beispielsweise, mit einem Linearmotor oder mit einem Schrittmotor vorgenommen werden. In the normal case, the build platform is lowered by a motor by the layer thickness, typically by 100 .mu.m, while the applicator or doctor blade remains fixed in height. In the case of very large superstructures, which can become very heavy, a height-adjustable applicator or double squeegee and a mounting platform (application surface) fixed in height are advantageous instead. The lowering of the build platform can be done, for example, with a linear motor or with a stepper motor.

Die Saugfähigkeit der Auftragsfläche bzw. der zuvor aufgetragenen Schichten und die Fortschrittsgeschwindigkeit der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel beeinflussen den kollisionsfreien Schichtauftrag. Unter einem kollisionsfreien Schichtauftrag wird dabei verstanden, dass keine Berührung der sich bewegenden Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel mit frisch gebildetem Scherben erfolgt.The absorbency of the application surface or the previously applied layers and the rate of advancement of the applicator or double doctor blade influence the collision-free layer application. Under a collision-free layer order is understood that no contact of the moving applicator or double doctor blade with freshly formed cullet takes place.

Eine hohe Scherbenbildungsrate bedeutet wenig Zeit, bis der Scherben sich über die gesamte Schichthöhe ausgebildet hat, daraus ergibt sich das Erfordernis einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel, beispielsweise zwischen 100 mm/s bis 200 mm/s.A high body formation rate means little time until the shards have formed over the entire layer height, this results in the requirement of a high speed of movement of the applicator or double doctor blade, for example, between 100 mm / s to 200 mm / s.

Eine geringe Scherbenbildungsrate bedeutet mehr Zeit bis der Scherben sich über die gesamte Schichthöhe gebildet hat und ermöglicht eine geringe Fortschrittsgeschwindigkeit, beispielsweise im Bereich von 10 mm/s bis 50 mm/s. Soll eine große Schichtdicke, etwa von 150 bis 200 µm erzielt werden, so wird mehr Zeit benötigt, bis sich der Scherben über die gesamte Schichthöhe ausgebildet hat. Auch das bedeutet eine niedrigere Bewegungsgeschwindigkeit der Auftragsvorrichtung bzw. Doppelrakel, beispielsweise im Bereich von 10 mm/s bis 50 mm/s.A low shard formation rate means more time until the shards have formed over the entire layer height and allows a low rate of progress, for example in the range of 10 mm / s to 50 mm / s. If a large layer thickness, be achieved from about 150 to 200 microns, so more time is required until the shards has formed over the entire layer height. This also means a lower speed of movement of the applicator or double doctor blade, for example in the range of 10 mm / s to 50 mm / s.

Die vorliegende Erfindung kann mit den folgenden Punkten knapp zusammengefasst werden:

  1. 1. Schichtauftrag einer Suspension keramischer und/oder metallischer Partikel auf eine saugfähige Unterlage mit definierter Wechselwirkungszeit von Suspension und Unterlage über die Breite eines Schlitzes.
  2. 2. Rakel mit zwei gleichhohen Kanten, die in einem konstanten Abstand zu einer saugfähigen Auftragsfläche über diese saugfähige Auftragsfläche gefahren wird.
  3. 3. Als Schlitz in einer Rakel ausgeführtes Schlickerreservoir.
  4. 4. Verwendung der Rakel zur Herstellung von Pulverschichten hoher Packungsdichte.
The present invention may be briefly summarized with the following points:
  1. 1. coating a suspension of ceramic and / or metallic particles on an absorbent pad with a defined interaction time of suspension and pad across the width of a slot.
  2. 2. Squeegee with two equal high edges, which is driven at a constant distance to an absorbent application surface on this absorbent application surface.
  3. 3. Schlickerreservoir designed as a slot in a squeegee.
  4. 4. Use of the doctor blade for the production of powder layers of high packing density.

Eine alternative Beschreibung der beanspruchten Erfindung ist die folgende:An alternative description of the claimed invention is the following:

Auftragsvorrichtung (10) für die additive Fertigung umfassend ein Arbeitsvolumen zur Aufnahme eines Auftragsmaterials, wobei das Arbeitsvolumen zumindest seitlich von einer Wandung umschlossen ist und eine Bodenfläche mit einer in der Bodenfläche angeordneten und im Wesentlichen rechteckigen Öffnung (30) aufweist.Applicator device ( 10 ) for the additive manufacturing comprising a working volume for receiving a coating material, wherein the working volume is at least laterally enclosed by a wall and a bottom surface with an in the bottom surface arranged and substantially rectangular opening ( 30 ) having.

Die Aspekte der vorliegenden Erfindung sind mithin:

  1. 1. Schlickerauftragseinheit umfassend eine Doppelrakel 10 und eine Auftragsfläche 6 für den Auftrag einer Folge von Schichten eines Schlickers 4 auf der Auftragsfläche 6, wobei die Doppelrakel 10 eine erste Rakelkante 2 und eine zweite Rakelkante 3 umfasst, welche einander gegenüberliegenden Längsseiten eines Schlickeraustrittsschlitzes 30 entsprechen, wobei ein Abstand der ersten Rakelkante 2 zur zweiten Rakelkante 3 eine Breite eines Schlickeraustrittsschlitzes 30 definiert, und die Doppelrakel 10 so über der Auftragsfläche 6 anordenbar ist, dass ein erster Arbeitsspalt zwischen der ersten Rakelkante 2 und der Auftragsfläche 6 identisch ist mit einem zweiten Arbeitsspalt zwischen der zweiten Rakelkante 3 und der Auftragsfläche 6, sodass mit einer Bewegung der Doppelrakel 10 über die Auftragsfläche 6 hinweg in einer zum Schlickeraustrittsschlitz 30 rechtwinkligen Bewegungsrichtung 20 und unabhängig von einer Richtung der Bewegung aus einem durch den Schlickeraustrittsschlitz 30 bereitstellbaren Schlicker 4 eine Schlickerschicht konstanter Schichtdicke ausschließlich im zweiten Arbeitsspalt formbar ist, indem der am Schlickeraustrittsschlitz 30 bereitstellbare Schlicker 4 den zweiten Arbeitsspalt füllt, ohne dabei den ersten Arbeitsspalt zu benetzen, wobei der erste Arbeitsspalt derjenige ist, welcher entlang der Bewegungsrichtung 20 vorn liegt, und wobei der zweite Arbeitsspalt derjenige ist, der in Bewegungsrichtung 20 hinten liegt.
  2. 2. Schlickerauftragseinheit nach Aspekt 1, weiter umfassend eine die Auftragsfläche (6) umgebende Randfläche 8.
  3. 3. Schlickerauftragseinheit nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die Randfläche 8 hydrophob ist.
  4. 4. Schlickerauftragseinheit nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die Auftragsfläche 6 saugfähig für ein Suspensionsmittel des Schlickers 4 ist.
  5. 5. Schlickerauftragseinheit nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die Auftragsfläche 6 ausgewählt ist unter einer Arbeitsbühne oder unter einer oberen Pulverschicht eines auf der Arbeitsbühne angeordneten Schichtstapels.
  6. 6. Schlickerauftragseinheit nach einem der vorstehenden Aspekte, weiter umfassend zumindest eine auf der Randfläche 8 angeordnete Parkstation 9 für die Doppelrakel 10, wobei die Parkstation 9 eine Dichtungsfläche und/oder eine Schwammfläche umfasst und wobei eine flächige Ausdehnung der Parkstation 9 auf der Randfläche 8 zumindest einer Größe des Schlickeraustrittschlitzes 30 der Doppelrakel 10 gleicht, sodass ein Austreten des Schlickers 4 aus dem Schlickeraustrittschlitz 30 der Doppelrakel 10 verhinderbar ist.
  7. 7. Schlickerauftragseinheit nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei eine sich in einer Richtung der Bewegung der Doppelrakel 10 über die Auftragsfläche 6 hinweg erstreckende Breite der Parkstation 9 zumindest gleich oder größer ist als eine Summe, gebildet aus der Breite a des Schlickeraustrittsschlitzes und einem zweifachen Wert der Rakelkantenbreite b.
  8. 8. Schlickerauftragseinheit nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei ein Scherben 7 formbar ist, ohne dass während der Bewegung der Doppelrakel 10 über die Auftragsfläche 6 hinweg ein Schlickerberg 5 vor der Doppelrakel 10 ausgebildet wird.
  9. 9. Schlickerauftragseinheit nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die Breite a des Schlickeraustrittschlitzes 30 zwischen 0,2 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 1 mm und 20 mm, weiter bevorzugt zwischen 5 bis 15 mm beträgt.
  10. 10. Verfahren zum Schichtauftrag für die schlickerbasierte additive Fertigung, umfassend:
    • - Bereitstellen einer Schlickerauftragseinheit nach einem der Aspekte 1 bis 9;
    • - Anordnen der Doppelrakel 10 auf einer Parkstation 9;
    • - Befüllen eines Arbeitsvolumens der Doppelrakel 10 mit einem Schlicker 4;
    • - Bewegen der mit Schlicker 4 befüllten Doppelrakel 10 entlang einer Bewegungsrichtung 20 über die Auftragsfläche 6 mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer Längsrichtung der Auftragsfläche 6 unter Einhalten eines konstanten Arbeitsabstands zwischen einer vorderen Querschnittsebene der Schlickeraustrittsöffnung 30 und der Auftragsfläche 6;
    • - Anordnen der Schlickerauftragseinheit auf einer zweiten Parkstation 9, wobei die zweite Parkstation 9 an einer der ersten Parkstation 9 gegenüberliegenden Seite der Auftragsfläche 6 auf einer die Auftragsfläche 6 umgebenden Randfläche 8 angeordnet ist,
    sodass während des Bewegens der mit Schlicker 4 befüllten Doppelrakel 10 eine Scherben 7 einer konstanten Schichthöhe auf der Auftragsfläche 6 ausgebildet wird.
  11. 11. Verfahren nach Aspekt 10, wobei eine Viskosität des Schlickers in einem Bereich von 0,1 Pa s - 5 Pa s liegt.
  12. 12. Verfahren nach einem der Aspekte 10 oder 11, wobei ein Feststoffgehalt des Schlickers 4 zwischen 40 bis 80 Volumen-% beträgt.
  13. 13. Verfahren nach einem der Aspekte 10 bis 12, wobei das Bewegen der mit Schlicker 4 befüllten Doppelrakel 10 über die Auftragsfläche 8 mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/s bis 200 mm/s, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 mm/s, insbesondere von 50 bis 100 mm/s erfolgt.
  14. 14. Verfahren nach einem der Aspekte 10 bis 13, wobei der Arbeitsabstand einem gemeinsamen Abstand zwischen der Auftragsfläche 6 zu einer ersten Rakelkante 2 der Doppelrakel 10 und zu einer zweiten Rakelkante 3 der Doppelrakel 10 entspricht und im Bereich von 20 bis 300 µm, bevorzugt im Bereich von 50 µm bis 100 µm liegt.
  15. 15. Verfahren nach einem der Aspekte 10 bis 14, wobei beim Bewegen der Doppelrakel 10 über die Auftragsfläche 6 der Scherben 7 jeweils zumindest teilweise unter derjenigen Kante 3, 2 der Doppelrakel 10 ausgebildet wird, die in einer Richtung der Bewegung der Doppelrakel 10 hinter der in Bewegungsrichtung 20 vorn liegenden Kante 2, 3 der Doppelrakel 10 liegt, während die in Bewegungsrichtung 20 vorn liegende Kante 2, 3 bevorzug nicht vom Schlicker 4 benetzt wird.
The aspects of the present invention are thus:
  1. 1. slip application unit comprising a double squeegee 10 and an order surface 6 for the order of a succession of layers of a slip 4 on the order surface 6 , where the double squeegee 10 a first squeegee edge 2 and a second squeegee edge 3 includes which opposite longitudinal sides of a Schlickeraustrittsschlitzes 30 correspond, wherein a distance of the first doctor edge 2 to the second squeegee edge 3 a width of a slip exit slot 30 defined, and the double squeegee 10 so above the order surface 6 can be arranged that a first working gap between the first blade edge 2 and the application area 6 is identical to a second working gap between the second doctor edge 3 and the application area 6 so with a movement of the double squeegee 10 over the application area 6 away in a slip exit slot 30 right-angled direction of movement 20 and regardless of a direction of movement from one through the slurry exit slot 30 Provable slip 4 a slurry layer of constant layer thickness can be formed only in the second working gap by the slurry exit slot 30 Provable slip 4 fills the second working gap without wetting the first working gap, wherein the first working gap is the one which along the direction of movement 20 is at the front, and wherein the second working gap is the one in the direction of movement 20 lies behind.
  2. 2. slip application unit according to aspect 1 , further comprising an order surface ( 6 ) surrounding edge surface 8th ,
  3. 3. slip application unit according to one of the preceding aspects, wherein the edge surface 8th is hydrophobic.
  4. 4. slip application unit according to one of the preceding aspects, wherein the application surface 6 absorbent for a suspension agent of the slip 4 is.
  5. 5. slip application unit according to one of the preceding aspects, wherein the application surface 6 is selected under a work platform or under an upper powder layer of a stack of layers arranged on the work platform.
  6. 6. slip application unit according to one of the preceding aspects, further comprising at least one on the edge surface 8th arranged parking station 9 for the double squeegee 10 , where the parking station 9 a sealing surface and / or a sponge surface comprises and wherein a planar extension of the parking station 9 on the edge surface 8th at least one size of Schlickeraustrittschlitzes 30 the double squeegee 10 is similar, allowing leakage of the slip 4 from the slip exit slot 30 the double squeegee 10 is preventable.
  7. 7. slip application unit according to one of the preceding aspects, wherein one in a direction of movement of the double squeegee 10 over the application area 6 extending width of the parking station 9 is at least equal to or greater than a sum formed from the width a of the slurry exit slot and a double value of the doctor edge width b.
  8. 8. slip application unit according to one of the preceding aspects, wherein a broken piece 7 is malleable without the double squeegee during movement 10 over the application area 6 away a slip mountain 5 in front of the double squeegee 10 is trained.
  9. 9. slip application unit according to one of the preceding aspects, wherein the width a of the Schlickeraustrittschlitzes 30 between 0.2 mm and 20 mm, preferably between 1 mm and 20 mm, more preferably between 5 to 15 mm.
  10. 10. A method of applying a layer for slip-based additive manufacturing, comprising:
    • - Providing a slip application unit according to one of the aspects 1 to 9 ;
    • - Arrange the double squeegee 10 on a parking station 9 ;
    • - filling a working volume of the double squeegee 10 with a slip 4 ;
    • - Move the with slip 4 filled double squeegee 10 along a direction of movement 20 over the application area 6 at a constant speed in a longitudinal direction of the application surface 6 while maintaining a constant working distance between a front cross-sectional plane of Schlickeraustrittsöffnung 30 and the application area 6 ;
    • - Arranging the slip application unit on a second parking station 9 , wherein the second parking station 9 at one of the first parking station 9 opposite side of the application surface 6 on one the order surface 6 surrounding edge surface 8th is arranged
    so while moving with the slip 4 filled double squeegee 10 a piece of broken glass 7 a constant layer height on the application surface 6 is trained.
  11. 11. Method according to aspect 10 , wherein a viscosity of the slurry is in a range of 0.1 Pa s - 5 Pa s.
  12. 12. Method according to one of the aspects 10 or 11 , wherein a solids content of the slip 4 between 40 to 80% by volume.
  13. 13. Method according to one of the aspects 10 to 12 , moving with the slip 4 filled double squeegee 10 over the application area 8th at a speed of 10 mm / s to 200 mm / s, preferably at a speed of 10 to 100 mm / s, in particular from 50 to 100 mm / s.
  14. 14. Method according to one of the aspects 10 to 13 , where the working distance is a common distance between the application surface 6 to a first blade edge 2 the double squeegee 10 and to a second squeegee edge 3 the double squeegee 10 corresponds to and is in the range of 20 to 300 microns, preferably in the range of 50 microns to 100 microns.
  15. 15. Method according to one of the aspects 10 to 14 , wherein when moving the double squeegee 10 over the application area 6 the broken pieces 7 each at least partially under that edge 3 . 2 the double squeegee 10 is formed in a direction of movement of the double squeegee 10 behind in the direction of movement 20 forward edge 2 . 3 the double squeegee 10 lies while moving in the direction 20 leading edge 2 . 3 do not prefer the slip 4 is wetted.

Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.While specific embodiments have been illustrated and described herein, it is within the scope of the present invention to properly modify the illustrated embodiments without departing from the scope of the present invention. The following claims are a first, non-binding attempt to broadly define the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Hohlrakelhollow knife
1010
Auftragsvorrichtung, DoppelrakelApplicator, double squeegee
22
erste Kante, Vorderkante, in Bewegungsrichtung vorn liegende Kantefirst edge, leading edge, leading edge in the direction of movement
2020
Bewegungsrichtungmovement direction
33
zweite Kante, Hinterkante, in Bewegungsrichtung hinten liegende Kantesecond edge, trailing edge, edge lying in the direction of movement
3030
im Wesentlichen rechteckige Öffnung, Schlickeraustrittsöffnung, Schlickeraustrittsschlitzessentially rectangular opening, slip outlet opening, slip exit slot
44
Auftragsmaterial, Suspension, SchlickerApplication material, suspension, slip
55
SchlickerbergSchlickerberg
66
Auftragsfläche, ggf. saugfähigApplication area, if necessary absorbent
77
Scherbenshards
88th
Randfläche, ggf. hydrophobEdge surface, possibly hydrophobic
99
Parkflächeparking Lot

Claims (10)

Schlickerauftragseinheit umfassend: - eine Auftragsvorrichtung (10) für die additive Fertigung, eingerichtet für mindestens eine vorbestimmte geradlinige Bewegungsrichtung (20) während eines Auftragens eines Schlickers (4), umfassend ein Arbeitsvolumen zur Aufnahme des Schlickers (4), wobei das Arbeitsvolumen zumindest seitlich von einer Wandung umschlossen ist, und eine Bodenfläche mit einer in der Bodenfläche angeordneten und im Wesentlichen rechteckigen Öffnung (30) aufweist, wobei sich die langen Seiten der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung (30) in einer orthogonalen Richtung zur geradlinigen Bewegungsrichtung (20) erstrecken und die langen Seiten definierende Kanten identische Abstände zu einer Ebene aufweisen, die durch die Bewegungsrichtung (20) definiert wird; und - eine Auftragsfläche (6), wobei die Auftragsvorrichtung (10) so über der Auftragsfläche (6) angeordnet ist, sodass ein Abstand zwischen der Bodenfläche und der Auftragsfläche (6) bei einer linearen Bewegung der Auftragsvorrichtung in einer zur langen Seite der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung (30) orthogonalen Bewegungsrichtung (20) auf einen konstanten Wert einstellbar ist, wobei die Auftragsfläche (6) eine sie umgebende Randfläche (8) umfasst, wobei die Randfläche (8) zumindest eine Parkstation (9) für die Auftragsvorrichtung (10) umfasst, und die Parkstation (9) eingerichtet ist, die im Wesentlichen rechteckige Öffnung (30) in der Bodenfläche der Auftragsvorrichtung (10) so zu verschließen, dass kein Schlicker (4) aus dem Arbeitsvolumen durch die im Wesentlichen rechteckige Öffnung (30) austreten kann, wenn eine Viskosität des Schlickers in einem Bereich von 0,1 Pa s - 5 Pa s liegt. Slip application unit comprising: - An application device (10) for additive manufacturing, adapted for at least one predetermined rectilinear movement direction (20) during application of a slurry (4), comprising a working volume for receiving the slurry (4), wherein the working volume at least laterally enclosed by a wall is, and has a bottom surface with a substantially rectangular opening (30) arranged in the bottom surface, the long sides of the substantially rectangular opening (30) extending in an orthogonal direction to the rectilinear moving direction (20) and the edges defining the long sides having identical distances to a plane defined by the direction of movement (20); and - An application surface (6), wherein the application device (10) is arranged above the application surface (6), so that a distance between the bottom surface and the application surface (6) in a linear movement of the applicator in a long side of the substantially rectangular Opening (30) orthogonal direction of movement (20) is adjustable to a constant value, wherein the application surface (6) comprises a surrounding edge surface (8), wherein the edge surface (8) comprises at least one parking station (9) for the application device (10), and the parking station (9) is arranged, the substantially rectangular opening (8). 30) in the bottom surface of the application device (10) so that no slip (4) can escape from the working volume through the substantially rectangular opening (30), if a viscosity of the slip in a range of 0.1 Pa s - 5 Pa s is located. Schlickerauftragseinheit nach Anspruch 1, wobei der konstante Wert des Abstandes zwischen 20 µm und 1000 µm beträgt.Slip application unit according to Claim 1 , wherein the constant value of the distance is between 20 microns and 1000 microns. Schlickerauftragseinheit nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend einen Linearmotor zur Bewegung der Auftragsvorrichtung über der Auftragsfläche (6).Slip application unit according to Claim 1 or 2 further comprising a linear motor for moving the applicator over the application surface (6). Schlickerauftragseinheit nach Anspruch 1, wobei die Randfläche (8) hydrophob ist.Slip application unit according to Claim 1 , wherein the edge surface (8) is hydrophobic. Verfahren zum Schichtauftrag für die schlickerbasierte additive Fertigung, umfassend: - Bereitstellen einer Schlickerauftragseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4; - Anordnen der Auftragsvorrichtung (10) auf einer ersten Parkstation (9); - Befüllen eines Arbeitsvolumens der Auftragsvorrichtung (10) mit einem Schlicker (4), wobei eine Viskosität des Schlickers in einem Bereich von 0,1 Pa s - 5 Pa s liegt; - Bewegen der mit dem Schlicker (4) befüllten Auftragsvorrichtung (10) entlang einer Bewegungsrichtung (20) über die Auftragsfläche (6) mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer Längsrichtung der Auftragsfläche (6) unter Einhalten eines konstanten Arbeitsabstands zwischen der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung (30) der Auftragsvorrichtung (10) und der Auftragsfläche (6); - Anordnen der Auftragsvorrichtung (10) auf einer zweiten Parkstation (9), wobei die zweite Parkstation (9) an einer der ersten Parkstation (9) gegenüberliegenden Seite der Auftragsfläche (6) auf der die Auftragsfläche (6) umgebenden Randfläche (8) angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Parkstation (9) eingerichtet sind, die rechteckige Öffnung (30) in der Bodenfläche der Auftragsvorrichtung (10) so zu verschließen, dass kein Schlicker (4) austreten kann, sodass während des Bewegens der mit Schlicker (4) befüllten Auftragsvorrichtung (10) ein Scherben (7) einer konstanten Schichthöhe auf der Auftragsfläche (6) ausgebildet wird.Method for layer application for slip-based additive manufacturing, comprising: - providing a slip application unit according to one of Claims 1 to 4 ; - Arranging the applicator device (10) on a first parking station (9); - filling a working volume of the application device (10) with a slurry (4), wherein a viscosity of the slurry is in a range of 0.1 Pa s - 5 Pa s; Moving the application device (10) filled with the slurry (4) along a direction of movement (20) over the application surface (6) at a constant speed in a longitudinal direction of the application surface (6) while maintaining a constant working distance between the substantially rectangular opening (FIG. 30) of the application device (10) and the application surface (6); - Arranging the applicator device (10) on a second parking station (9), wherein the second parking station (9) on one of the first parking station (9) opposite side of the application surface (6) on the application surface (6) surrounding edge surface (8) is, wherein the first and the second parking station (9) are arranged to close the rectangular opening (30) in the bottom surface of the application device (10) so that no slip (4) can escape, so that during movement with the slurry ( 4) filled applicator (10), a broken piece (7) of a constant layer height on the application surface (6) is formed. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Feststoffgehalt des Schlickers (4) zwischen 40 bis 80 Volumen-% beträgt.Method according to Claim 5 wherein a solids content of the slip (4) is between 40 and 80% by volume. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Bewegen der mit Schlicker (4) befüllten Auftragsvorrichtung (10) über die Auftragsfläche (6) mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die ausgewählt ist unter: 10 mm/s bis 200 mm/s, 10 bis 100 mm/s, und 50 bis 100 mm/s.Method according to one of Claims 5 or 6 wherein the moving of the application device (10) filled with slurry (4) over the application surface (6) takes place at a speed selected from: 10 mm / s to 200 mm / s, 10 to 100 mm / s, and 50 up to 100 mm / s. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Arbeitsabstand einem gemeinsamen Abstand zwischen der Auftragsfläche (6) zu einer in Bewegungsrichtung vorn liegenden Kante (2) der Auftragsvorrichtung (10) und zu einer in Bewegungsrichtung hinten liegenden Kante (3) der Auftragsvorrichtung (10) entspricht und in einem Bereich von 20 bis 300 µm, bevorzugt im Bereich von 50 µm bis 100 µm liegt.Method according to one of Claims 5 to 7 , wherein the working distance corresponds to a common distance between the application surface (6) to a forward edge (2) of the applicator (10) and to a rear edge (3) of the applicator (10) in the direction of movement and in a range of 20 to 300 microns, preferably in the range of 50 microns to 100 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei beim Bewegen der Auftragsvorrichtung (10) über die Auftragsfläche (6) der Scherben (7) jeweils zumindest teilweise unter derjenigen Kante (3, 2) der Auftragsvorrichtung (10) ausgebildet wird, die in einer Richtung der Bewegung der Auftragsvorrichtung (10) hinter der in Bewegungsrichtung (20) vorn liegenden Kante (2, 3) der Auftragsvorrichtung (10) liegt, während die in Bewegungsrichtung (20) vorn liegende Kante (2, 3) nicht vom Schlicker (4) benetzt wird.Method according to one of Claims 5 to 8th , Wherein, when moving the applicator (10) over the application surface (6) of the shards (7) each at least partially under that edge (3, 2) of the Applicator (10) is formed, which in a direction of movement of the applicator (10) behind the front in the direction of movement (20) edge (2, 3) of the applicator (10), while in the direction of movement (20) leading edge (2, 3) is not wetted by the slip (4). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die erste und die zweite Parkstation (9) identisch sind, und das Bewegen der mit dem Schlicker (4) befüllten Auftragsvorrichtung (10) einen Wechsel der Bewegungsrichtung und ein Bewegen der Auftragsvorrichtung (10) in zwei einander entgegengesetzte Richtungen umfasst.Method according to one of Claims 5 to 9 wherein the first and second parking stations (9) are identical, and moving the applicator (10) filled with the slurry (4) comprises changing the direction of movement and moving the applicator (10) in two opposite directions.
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