[发明专利]用于使用水溶性铸模制造模制部件的方法以及用于其制造的材料系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使用水溶性铸模制造模制部件的方法以及用于其制造的材料系统。

背景技术

使用公知的注射成型方法制造的塑料部件的特点是高强度、良好的表面质量和低制造成本。这同样适用于由模铸混凝土、石膏或其它可硬化材料制造的部件。但是，制造相应的铸模相对昂贵，因为它们需要高精度。

用于逐层构建物体的方法、例如诸如快速原型法的3D打印方法，可以实现快速和成本有效地以良好的精度制造物体。因此，期望使用此类型的方法，以制造可硬化材料的铸模。然而，通过逐层构建方法制造的铸模的孔隙率对表面质量、可硬化材料的凝结和模具填充行为产生不利影响。

对从模具中取出铸件的问题迄今也没有得到满意的解决。

DE69125064T2描述了一种用于在模具中铸造产品的方法，其使用复杂的形状、诸如底切或空腔构造。在该方法中，制成了由颗粒材料、以及水溶性碳水化合物制成的水溶性铸模型芯，其可以在铸造后用水溶解。然而，由于模具在边界表面不具有多孔性，可铸材料不能渗入模具。

DE19525307A1公开了一种由利用结合剂固化的干物质而制成的铸造型芯。在制成铸件后，用水将该铸造型芯溶解、冲掉。该铸造型芯由干沙或珍珠岩以及磷酸氢二钠作为水溶性结合剂而制成。

DE102005019699B3描述了一种用于由金属盐颗粒制造3D物体作为铸模或铸造型芯的方法。为此，在逐层构建方法中使用了3D物体，其由包括单价或多价、水溶和/或醇溶(alcohol-soluble)金属盐的颗粒制成。

上述引用的任何现有技术的文献都没有公开或教导本发明。

使用由使用基于粉末床的逐层构建法制造的铸模的显著缺点在于其孔隙率，这是由使用粉末材料导致的。该孔隙率构成由水凝性材料制造精确且尺寸准确的铸件的障碍。

已知方法的另一个缺点是：容易地和完全地从所制造的模制部件分离铸造过程所需的模具的性能。此外，根据现有技术的吸收性部件不适合用来处理水硬性铸造材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种属于开始所述技术领域的方法，该方法能利用使用逐层构建法制造的铸模来制造模制部件，促进了精确且尺寸准确的铸造和简单地将模制部件从铸模取出，或者为此至少减少或完全避免现有技术中的缺点。

该目的通过根据权利要求1限定的特征实现。根据本发明，在第一步骤中使用逐层构建法制造水溶性铸模。特别是，该铸模优选地是使用基于粉末床的逐层构建法制造。在第二步骤中，用不溶于水的材料密封铸模的表面。此后，通过用可流动的、可硬化材料填充铸模来制造模制部件的铸件。在铸件固化后，用水溶液、特别是加热的水溶液溶解铸模。

通过用不溶于水的材料进行密封，存在于铸模中的孔可以被封闭，而且，铸模的可能的表面粗糙度可能得到平滑化。如此，即使是在基于粉末床的逐层构建法中制造的铸模中，也可以制成促进尺寸准确且精确的铸件的光滑的表面。由于铸模是由水溶性材料制成，可以用水溶液容易且快速地从固化的模制部件去除，同时可洗掉用于密封的不溶于水的材料。令人惊奇的是还发现，通过密封工艺，在铸模的表面上没有发生可流动的硬化材料的显著渗透。

因此，本发明提供了复杂的铸模，其可容易、快速且经济高效地用3D打印制造。此外，不仅可以利用根据本发明制造的铸模来制造复杂的铸模，而且，由于在铸造后可以将铸模去除，可以在铸件中进行底切。

令人惊奇的是，清洗步骤可以这种方式很容易进行，并且铸模可以完全被去除。通过根据本发明的方法，使用少量的材料、能量和时间，就能以在成本有效的工作步骤中迅速且完全地移除部件。

更令人惊奇的是，可以容易地制造密封，并且可以实现非常良好的铸造效果。而人们会预期看到铸造材料在密封和铸模中的显著渗透，并从而预期到铸造的不精确。然而，在根据本发明方法使用的方法步骤以及所选择的密封工艺中并不是这样，可以实现非常良好的铸造质量。因此，可以在很宽的工艺窗口中实现异常地好的表面。

使用根据本发明的方法和材料的特殊组合，现在可以避免因3D打印期间所造成的孔隙率以及对于铸件的负面的、所不期望的不精确度。出乎意料的是，使用在铸造步骤促进高精度的根据本发明的方法，可以实现非常高的表面质量。

在本申请中“水溶性材料”是指在过量的水或水溶液中完全溶解的材料。过量是指水或水溶液的体积是至少等于或大于要溶解的材料的体积。特别是，水溶性材料的溶解度大于1克每升。