WO1995032824A1 - Verfahren für den einsatz in der giessereitechnik - Google Patents

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WO1995032824A1
WO1995032824A1 PCT/EP1995/001994 EP9501994W WO9532824A1 WO 1995032824 A1 WO1995032824 A1 WO 1995032824A1 EP 9501994 W EP9501994 W EP 9501994W WO 9532824 A1 WO9532824 A1 WO 9532824A1
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molding
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Florian Wendt
Hans Langer
Christian Wilkening
Peter Keller
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Eos Gmbh Electro Optical Systems
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Definitions

  • the invention relates to a method for the rapid production of lost molds and cores for use in foundries without the use of primary molds.
  • a method known as selective laser sintering is known from DE 43 00 478 Cl. With this method, three-dimensional objects can be produced by successively solidifying individual layers of the object to be formed from powdery solidifiable material by the action of laser radiation at the locations of each layer corresponding to the object. The generation of three-dimensional objects by laser sintering of metal or ceramic powder is known.
  • the powders used in the selective laser sintering process are ceramic in nature, consisting of two components A and B, and the bond between the particles is achieved by ceramic bonding, i.e. that is, chemical reaction between the constituents of the powder.
  • alumina in conjunction with ammonium dihydrogen phosphate or fluorophosphate glass powder as a binder, the two of the last two substances used being melted into a glass phase by laser radiation, the granular alumina infiltrated and the bond with by solidification a certain green strength. Then the resulting body outside of the selective laser sintering system becomes one for several hours Exposed to temperature of over 800 degrees Celsius, whereby the two components finally react to a ceramic bond of high density, strength, hardness and melting temperature (firing process, firing).
  • the two components can be mixed with one another (FIG. 1), or one component is encased with the other (FIG. 2); whereby in each case a ceramic-bound body (Fig.
  • component A which was initially not melted in the selective laser sintering machine, in the chemical reaction taking place during the firing process, as a result of which the ceramic body C is formed.
  • component A which was initially not melted in the selective laser sintering machine, in the chemical reaction taking place during the firing process, as a result of which the ceramic body C is formed.
  • the high temperatures and long firing times required for this and the proposed use of the resulting ceramic body as a molded shell or core for the investment casting process are also typical.
  • a similar ceramic part is produced when using other materials.
  • the metallic particles are coated with polymeric binders, e.g. Epoxy resins, coated (Fig.2) or mixed (Fig.l), so that the temporary bond to achieve the green strength of the objects is made via this polymeric binder.
  • polymeric binders e.g. Epoxy resins, coated (Fig.2) or mixed (Fig.l)
  • the polymeric binders e.g. Epoxy resins, coated (Fig.2) or mixed (Fig.l)
  • the temporary bond to achieve the green strength of the objects is made via this polymeric binder.
  • the selective laser sintering machine there is only solidification by superficial melting of the polymer, infiltration of the metal / ceramic particles and subsequent bonding of the particles when cooling (FIG. 4). There is no chemical reaction.
  • the polymer binders are then expelled by heat treatment, the metal particles sintering together at substantially higher temperatures (FIG. 5).
  • the still porous body can then be infiltrated with a low-melting secondary metal D in order to produce the final
  • bonds are also described via intermetallic compounds (ibid.), However, in order to produce them, stronger lasers and thus a higher power input are required. The use of metallic and ceramic parts produced in this way as lost molds and cores in the sand casting process is not possible.
  • ceramic molds for the investment casting process can also be made by selectively solidifying ceramic powders using a movable nozzle.
  • pressed silicate binder can be produced in the so-called Direct Shell Production Casting (modern casting March 1993, p.55 and Aug. 1993, p.30 / 31, Plastics World Febr.1993, p.23). This is a chemical reaction with the result of a ceramic bond, which is achieved selectively by adding the binder component B to the flatly applied base component A only at the desired locations. In this way, too, no lost cores and molds for the sand casting process can be produced.
  • fusible particles can be used which, in analogy to the process of selective laser sintering, are applied in layers and are melted by a laser in each layer according to the contour of the part to be built, and the material to be built is sintered Part.
  • the fusible particles can consist of plastic, plastic-coated sand or fusible sand particles themselves. In the latter case, the laser must have sufficient power to melt sand. It is not known that the objects so produced can be used as lost shapes and cores in the sand casting process of metals. (U.S. Patent No. 4,247,508)
  • thermosetting and thermosetting molding materials can be used for the production of cores and molds for the foundry industry, it being possible for the cores and molds produced to be cast using almost all known casting materials. These molding materials consist of a molding material according to claim 1, 2 and, if necessary, 15, a binder according to claim 4 and, if appropriate, additives according to claim 19.
  • the basic molding material can be powdery, granular or granulated and can consist of round, irregularly shaped or angular, splintery particles; furthermore, it can be new or can be obtained from already used molding material by regeneration or simple reuse.
  • binders are used as binders for the thermosetting and thermosetting processes.
  • Phenolic resins novolaks or resols
  • furan resins urea resins
  • amino resins urea-formaldehyde resins
  • furfuryl alcohol-urea-formaldehyde resins phenol-modified furan resins
  • phenol-formaldehyde resins or furfuryl alcohol-phenol-formaldehyde resins are used.
  • Curing by applying heat is also possible for molding systems with epoxy resin and acrylic resin binders; for productivity reasons, however, these are currently mainly processed by gas hardening (sulfur dioxide).
  • binder depends on the specifics of the casting material and the casting as well as on the quality, process, price and productivity requirements. Depending on these requirements, one or more additions according to claim 19 may also be necessary, depending on the application.
  • the binder can be liquid, solid, granulated or powdered and modified and / or dissolved before the wrapping or mixing process.
  • the hardening and thus solidification of the molding materials consisting of the molding material and binder system takes place by chemical reaction of the binder system, in which the molding material (with a share of about 85-99 mass% of the total molding material) does not take part.
  • the underlying hardening reaction is the polycondensation of the resins, which have already been precondensed to different extents, by supplying heat from the outside, with spatially strongly cross-linked macromolecules which, together with the basic molding component A, result in the cohesion in the now solidified molding material.
  • This polycondensation reaction is irreversible, and the resulting binder component E (FIG. 7) has chemically different cha- characteristics than in their initial form B (Fig.l and Fig.2), while the basic molding component A was not involved in the reaction and is unchanged.
  • cup-shaped shapes of approximately uniform thickness are produced with the aid of model devices, and two masks are combined to form the casting mold into which the casting takes place.
  • the model parts made of metal and attached to a so-called model plate made of metal are preheated to 200 to 400 ° C. via the plate and the dry, free-flowing mold material (consisting of mold base material which is coated with the binder system) is placed on the Model plate piled up.
  • the molds for complicated sand castings generally consist of two mask mold halves or multi-part mold boxes with one or more inserted cores.
  • Each of these components of the mold must be so simple that after it has been produced it can be shaped (removed) from its core box or lifted off its model plate. This compulsion to simplify increases the number of cores required.
  • complicated castings such as cylinder heads in engine construction, between five and twenty individual cores are required, which are either inserted individually into the two mold boxes or are assembled beforehand to form a core package.
  • An at least two-part core box must be produced for each core, which is extremely time-consuming and labor-intensive, especially in the prototype stage.
  • a heated model plate is required for the mask shapes.
  • Every joint between the cores or between the mask shape and the core is subject to tolerances, so that the overall accuracy of the structure is not sufficient for castings to be manufactured precisely. 3.
  • the constructive execution of the joints or core bearings to determine the position of each core represents an additional effort.
  • Phenolic resins which are mostly of the novolak type, are used as binders for mask molding materials. You already have a high proportion of cross-linked molecules; the crosslinking process started during resin production and encapsulation of the mold base material with the resin was terminated prematurely. Hexamethylenetetramine was added to the molding material during the coating, which is a carrier of formaldehyde and releases it under the action of heat. This formaldehyde causes the resin to cure and crosslink further under the action of heat. The resin changes irreversibly from the original A-Resol state (meltable) via the B-Resitol state (plastic) to the C-Resit state (hardened, not meltable), this last state not is fully achieved.
  • the heat energy required for the curing of the relevant molding material binders is generated using the primary mold, which is heated to approx. 200-400 degrees Celsius (depending on the type of binder and the geometry of the molded part) (model if an outer mold is manufactured; core box if a core is manufactured) introduced into the molding material.
  • This heat input takes place via heat conduction from the outside into the depth of the molding material. Because of the relatively poor thermal conductivity of most mold raw materials, this heat conduction is a time-consuming process, which affects the productivity of the process on the one hand and the appropriate setting of the properties of the molding material on the other.
  • a certain dwell time in the primary molding tool is necessary in order to be able to conduct the heat into the volume of the molded part; the outer shell of the molded part, which is directly adjacent to the heat-emitting core box and is therefore exposed to the strongest heat, must not burn during this time.
  • the reactivity of the molding material is to be adjusted accordingly, which always involves a compromise in the molding material properties and process parameters. Due to the above Temperatures of the primary tool and its heating e.g. by means of a direct gas flame, only tools made entirely of metal (mostly high-strength steels) can be used.
  • these molding materials are widely used in the processes for mold and core production for sophisticated, high-quality castings, especially in the production of castings. oils for the automotive industry, vehicle construction, the hydraulic industry and mechanical engineering. This applies to both aluminum and cast iron alloys as well as cast steel.
  • all foundries working with these molding materials have the problem that individual parts, prototypes, small series, sample parts, etc. that are requested by the customer can only be produced very expensively and with a high expenditure of time, since in each individual case a completely Metal existing master tool (model and / or core box) must be manufactured.
  • Models produced by other methods of rapid prototyping such as stereolithography, selective laser sintering of plastics, laminated object manufacturing of coated paper, are hot and hot-curing molding processes under the conditions because of their low temperature resistance and poor thermal conductivity Not insertable.
  • all the pre-series tests, sample productions etc. are undertaken in the foundries in question with the metal models corresponding to the later series production, and the disadvantages in terms of costs (from several thousand DM for a simple core box to e.g. DM 100,000 for the tool for the Manufacture of crankshafts) and the time required to produce the original tool (approx. 3 weeks for a simple core box to approx. 12-16 weeks for complex tools, for example for a cylinder crankcase) must be accepted.
  • this in particular also worsens the competitive situation of the casting production process compared to competing processes.
  • the invention claimed herewith has the aim, for foundries that work in the sand casting process with hot and hot curing molding materials, a technologically corresponding to the series production, but without expensive and time-consuming model making, ie without master molds, working molding process for the production of sand molds and - to provide cores for the casting of individual pieces, prototypes and sample parts as well as for technological development work in the foundry itself.
  • the range profile of these foundries is from production in medium, large to very large series, as is currently customary, in the batch size range of individual items. and small series production expanded, and additional market segments for these high-quality castings can be opened up.
  • this possibility means a drastic acceleration of their development process.
  • the method has the advantage that arbitrarily complicated molds can be produced without the prior production of model parts and without the prior production of core molds.
  • the method is particularly well suited for applications in which small quantities of complex components are required in a short time, for example in prototype construction in engine development.
  • the core mold and model plate construction with tool construction, the assembly of the cores and the work involved in dividing the entire core into conventionally producible individual cores are completely eliminated. Overall, this results in considerable time savings with an increased accuracy of the overall shape. Further features and advantages of the invention result from the description of exemplary embodiments with reference to the figures.
  • FIG. 1 and 2 show the molding material system made of molding base material A according to patent claims 2 and 15, mixed (FIG. 1) or coated (FIG. 2) with the binder system according to patent claims 4 and 19.
  • component A takes part in the chemical reaction (eg production of ceramic shells and cores for investment casting).
  • Figure 4 shows the preliminary stage of the composite according to Figure 3, before the firing process.
  • the cohesion only came about by sintering (melting, infiltration, cooling, caking) of component B without a chemical reaction.
  • This composite can also arise as an intermediate stage (not intended and not claimed as the end product) of the invention claimed here (binder component B remains in the A-resole or B-resitol state, does not harden irreversibly in C-resit).
  • FIG. 5 shows the sintered composite which was formed from particles of component A after burning and expelling the component B. in the furnace. Intermediate stage of the so-called secondary metal process known from the literature.
  • FIG. 6 shows the final stage of this known secondary metal process, after infiltration of the sintered composite with low-melting metal.
  • 7 shows the final stage of the process according to the invention claimed here, in which an irreversible chemical reaction hardens the resin binder component B (state E is formed) and the basic molding component A does not participate in it.
  • a and B are foundries common to foundries, and E or the entire assembly is thus a proven foundry end product which is known from the conventional processing of this molding system to date.
  • FIG. 8 shows a schematic cross section through a device for carrying out the method according to the invention.
  • a device for carrying out the method has a container 1 which is open on its upper side and has an upper edge 1 a.
  • a carrier 4 with an essentially flat and horizontal carrier plate 5, which is arranged parallel to the upper edge 1a and can be shifted and positioned in the vertical direction by means of a height adjustment device (not shown).
  • a device for applying a layer of a curable molding material 3 to the carrier plate 5 and for smoothing the surface 2 of the applied layer of the molding material 3 is arranged above the container 1.
  • the casting mold 6 to be formed is arranged on the carrier plate 5, which is in each case built up from a plurality of layers 6a, 6b, 6c, 6d of hardened molding material, which each extend parallel to the carrier plate 5.
  • the directed laser beam 8 is deflected via a deflection device 9, for example a rotating mirror, as a deflected beam 10 onto the surface 2 of the molding material 3 in the container 1.
  • a control 11 controls the deflection device 9 such that the deflected beam 10 strikes any desired location on the surface 2 of the molding material 3 in the container 1.
  • the control 11 is connected to a computer which supplies the control 11 with the corresponding data for solidifying the layers (6a, 6b, 6c, 6d) of the casting mold 6.
  • the procedure for producing the casting mold 6 is as follows: First, the geometry of the desired object (the shape or the core) is prepared on the computer using a 3D CAD system. The construction of the cast part to be produced is expediently assumed, as is often already provided by the customer in digitized form.
  • the data of the casting mold 6 to be produced are then generated from the CAD model data thus generated by inverting in the computer. These data obtained by inverting represent a negative of the desired casting.
  • the cavities of the later casting, the so-called cores, are taken into account in the formation of the negative and can then be produced as integrated cores together with the molding mask in the production of the casting mold.
  • openings required by casting technology in addition to the openings required by casting technology, further openings are provided in the object to be formed, in order later to facilitate the removal or pouring out of the unconsolidated material. These openings are each provided in the most suitable locations for removing the material.
  • the production of a crankshaft for an internal combustion engine should be considered the.
  • the shrinkage corresponding to the casting material to be used is applied to the construction of the casting blank in the CAD system.
  • the changes to the geometry required by casting technology are inserted, for example addition of feeders and the complete gate system, until the geometry of the complete casting-casting system configuration has been completely described.
  • the mold to be manufactured is to be completed later with further prefabricated or externally procured parts (e.g. base plate, ceramic pouring funnel, exothermic feeder cap, non-contoured outer parts of the mold, etc., but also any necessary cores, cooling molds, etc.) to leave them out here.
  • the finished constructed geometry is then inverted in the CAD system in order to obtain the geometry of the shape or the core to be manufactured (the negative of the casting to be manufactured or a part thereof, corresponding to the outer or inner contour). Since no model has to be drawn, lifting bevels are superfluous, which in turn means that the cast parts to be produced become closer to the final dimensions and subsequent machining operations on the cast part can be omitted. Furthermore, the ventilation channels necessary for the removal of the gaseous reaction products formed during the casting by mold binder decomposition can already be provided in the structural part.
  • the mold can also be made in one piece if the molding material, which is not exposed to the laser and is therefore not cured, yet free-flowing, can leave the finished mold through larger openings which are later closed, for example by prefabricated base plates or related sprue funnels. This eliminates the tolerances and play of the mold halves with respect to one another and the cast part can be produced in narrower geometric tolerances. For cores, including very complicated ones, which have to be manufactured conventionally from their tool in many individual parts to be assembled due to the required formability, the one-piece and thus much more precise manufacture will be the rule.
  • This geometry of the object to be manufactured or the casting mold 6 is then broken down into layers on the computer, the thickness of which is adapted to the grain size of the molding material used (for example double average grain size) and transferred to the sintering machine.
  • the molding material is filled into this.
  • the work space can be uniformly heated to a temperature a few degrees below the softening temperature or the beginning of the softening interval of the molding material binder according to claims 3 and 8; however, it will usually also be possible to work with a molding material that is at room temperature.
  • a molding material layer applied in accordance with the set layer thickness is then selectively exposed to the laser by means of a movable mirror system according to the geometry of the cross section belonging to the respective height coordinate through the mold / core, as a result of which a sufficient temperature in the irradiated Molding material particles is reached and the binder component (B in Fig.l and Fig. 2; b in claim 1) of the molding material cures.
  • the carrier plate 5 is first positioned in the container 1 in such a way that there is a distance corresponding to the intended layer thickness between the top of the carrier plate 5 and the surface 2 of the molding material 3 in the container 1. Then a layer of the molding material 3 is applied to the carrier plate 5.
  • the layer of molding material 3 located above the carrier plate 5 is irradiated by means of the laser beam 8, 10 generated by the irradiation device 7 and controlled by the deflection device 9 and the control device 11 at locations corresponding to the mold 6, whereby the molding material 3 hardens and thus forms a solid layer 6a corresponding to the casting mold.
  • the formation of further layers 6b, 6c, 6d is carried out successively by lowering the carrier plate 5 by an amount corresponding to the respective layer thickness, application of molding material for each new layer and renewed exposure to the mold 6 corresponding to the mold Put.
  • the layers have a thickness of 0.1mm to 0.2mm.
  • the molding sand of a respective layer not hit by the laser beam is not consolidated and serves to support the layers above it.
  • the unsolidified molding sand is then reusable.
  • a dark yellow to ocher / light brown coloring of the molding material after exposure is necessary. If the molding material remains light yellow, the B-resitol and C-resit states have not been reached, the particles are only glued and the bond can easily be broken up again by the action of heat by reopening the resin remaining in the A-resol state ⁇ will melt. Dark brown color with flaps in black indicates a burned resin binder, which also has no binding power. Dark ocher to medium brown indicates maximum strength (complete hardening), however these parts can be too brittle for demonstrate the handling processes necessary until the mold is cast.
  • Correctly selected energy input thus triggers an irreversible chemical reaction of the binder and creates a firm, stable connection between the respectively irradiated molding material particle and its neighbors touching it.
  • the next layer of molding material is applied and exposed, etc., until the body is completely created.
  • the uncured molding material remains as a support for the next applied, possibly curing molding material layer, so that undercuts can be produced.
  • the energy input necessary for the chemical reaction of the hot or hot-curing foundry molding materials does not take place through the simultaneous transfer of the energy stored in the heated primary molding tool to the molding material and distributor located in the tool ⁇ in this by means of heat conduction, but the energy required to harden the respectively exposed molding material particle is directly transmitted to it by the controlled laser beam, absorbed and used to trigger the chemical reaction of the binder, without the need for heat conduction processes.
  • This selective, selective energy input and the precise control of the laser beam make it possible that even extremely complicated shaped parts can be produced without a previously physical image of their geometry (as positive or negative).
  • the only prerequisites for the production of the molded parts are the computer-internal representation of the geometry as a data set and the shapeless, free-flowing, moldable molding material that chemically cures under the action of the reaction described here.
  • the finished mold is removed from the surrounding loose sand bed after completion of the building process.
  • the still unsolidified molding sand in the interior of the mold is sucked off, poured out or blown out through the pouring opening and / or through the openings in the mold 6 which are specially provided for removing the non-consolidated sand.
  • casting material flows into these openings, which, however, is cut off or removed after cooling.
  • the finished casting mold can be reworked to improve the surface quality, for example by thermal post-hardening.
  • the surface quality of the mold / core can be improved by manual reworking and application of coating layers, and the strength can be increased by thermal post-treatment.
  • This post-treatment can consist of post-curing the molded part with hot air, in an oven (at about 150 to 250 degrees Celsius for a few minutes, depending on the size) or using microwaves. It is thereby achieved that the irreversible chemical reaction which leads to curing of the molding material can proceed as completely as possible and the molding material is cured to the possible final strength.
  • the phenolic resin mask molding material this means that the vast majority of the binder is cured to the C-resit state and only the parts necessary for plasticity remain in the B-resitol state.
  • the mold / core is ready for assembly / completion and casting.
  • the mold is made in two parts; depending on the size, both parts can also be manufactured at the same time, a few millimeters of molding material not exposed by the laser being provided as the separating layer.
  • the mold halves can also be cranked if the offset of the counter dimensions of the crankshaft requires this
  • the mold halves are sized, provided with food caps, folded together, clamped, provided with a glued-on pouring funnel, leveled, backfilled, clamped or broken into against the breakup by the heat of the casting metal, or inserted into a casting frame or casting box, if necessary weighed down and are ready to be cast.
  • all other techniques of post-treatment of the molded parts which are customary and known when casting into lost molds and / or with lost cores, and are not described here, can also be completed by means of accessories required by casting technology , assembling (e.g. into a core package), inserting in casting boxes, Mold receiving frames, etc. and the casting itself are carried out, in analogy to the processes that are customary with molds and cores conventionally produced from thermosetting and thermosetting molding materials.
  • the molded parts produced in this way can be used as cores or molds and parts thereof in the sand casting process and low pressure and gravity die casting processes, but are not limited to this.
  • the casting of the molded parts produced in this way is common with all known casting materials. Is it a casting material with a low melting temperature, e.g. Aluminum-silicon alloys, a suitable modification of the phenolic resin binder will be selected in order to improve the decomposition of the molding material after casting, as is also the case in the conventional production of moldings from mask molding materials. Similarly, in the case of cast steel alloys, some of the surcharges mentioned in claim 19 for the processing of the molding material (e.g. magnetite) will be added in order to prevent scorching.
  • a casting material with a low melting temperature e.g. Aluminum-silicon alloys
  • a suitable modification of the phenolic resin binder will be selected in order to improve the decomposition of the molding material after casting, as is also the case in the conventional production of moldings from mask
  • 1 to approx. 3 pieces can be manufactured simultaneously in one mold.
  • the delivery time for the first cast parts after the completed construction is reduced from approximately 20 weeks to a few days to approximately 2 weeks.
  • these can be implemented in the CAD system within hours and can be converted into a new cast part within a few days, as a result of which the product development times can be shortened dramatically.
  • thermosetting molding material for example molding sand consisting of quartz sand with a coating of phenolic resin
  • the process of solidifying the molding material 3 which occurs in the process is based on a chemical setting process initiated by the laser radiation in the resin shell on the quartz grain. This is a process which is fundamentally different from the known sintering process and which consists in a thermally induced irreversible chemical reaction of the binder system.
  • the molding material is selectively hardened, the solidification takes place only by solidifying the resin.
  • the sand which can make up about 90 to 95% of the molding material, is not involved at all in the chemical reaction taking place in the consolidation process.
  • 4,247,508 is that a substantially lower laser power is sufficient and that problems such as material shrinkage and warping during hardening practically do not occur or are greatly reduced.
  • the reactions taking place in the resin material are only initiated by the laser and brought to an end by the thermal aftertreatment, so that the resin is completely cured.
  • the resin burns and the sand which has remained intact can be removed from the casting.
  • two-part sand molds can also be produced, which are then assembled as in the conventional method. It is also possible to manufacture one-piece complicated cores for already existing lost or permanent forms, in which previously it was only possible to break them down into several individual cores and then assemble them into a core package. The still unsolidified molding sand can also be removed through openings subsequently drilled into the sand mold.
  • Zircon sand, olivine sand, chromite sand, chamotte, corundum or carbon sand which can either be used in pure form or mixed in any ratio with one or more of the other substances and which are in each case mixed with a suitable binder, are also conceivable as molding material.
  • the binder is usually a thermosetting or thermosetting resin binder, which is used both as a coating for the sand and in the form of independent particles that are mixed with the sand are can be used.
  • Suitable resins are phenolic resin, furan, urea or amino resins, novolaks or resols, urea-formaldehyde resins, furfuryl alcohol-urea-formaldehyde resins, phenol-modified furan resins, phenol-formaldehyde resins, furfuryl alcohol-phenol -Formaldehyde resin, acrylic resins, acrylic-modified phenolic resins or polyacrylic resins, each of which can be liquid, solid, granulated or in powder form.
  • epoxy resins is also conceivable. So far, epoxy resins have also been used in the foundry, but are cured by A in gassing. In the case of thermal curing by the process according to the invention, however, they would have the advantage of immediate curing to the point of ultimate strength.
  • a mold consisting of a metallic or ceramic powder or granulate, which is coated or mixed with one of the above-mentioned foundry resins, is also conceivable for the production of casting molds or models or permanent molds.
  • the molds can be post-cured by microwave radiation in the microwave oven.
  • different post-curing processes in succession or simultaneously, for example UV radiation, microwave radiation or heating.
  • any device that can be used to carry out laser sintering is conceivable as a device for carrying out the method.
  • the molding material can also be applied in layers directly to the carrier.
  • the invention claimed here makes it possible to drastically reduce the development times in foundries which manufacture by the sand casting process.
  • the range of these foundries is expanded to cast single pieces in the lower casting mass range.
  • foundry, thermosetting and thermosetting molding materials are selectively and selectively brought to irreversible, chemical curing by means of laser, the molding base material remaining chemically inert and it being possible to use complex cores and molds suitable for casting without the use of primary molds.
  • a particular advantage of the invention is that all the components of the molding system used in the foundries have long been known and proven. Their behavior when casting is known, so that no additional risks or difficulties in entering the market are to be expected here.
  • the mold raw materials according to the invention discussed here in a mixture or encased with the binder systems according to the invention discussed here, flatly by means of a mask and not at points or in a grid-like manner with a laser, the same curing mechanism being triggered.
  • the mask Before the exposure process, the mask must have been prepared with the cross section corresponding to the current height coordinate through the part to be built.
  • the energy source is to be selected appropriately according to radiation intensity and wavelength.
  • this embodiment of the invention is suitable for small-batch production if the prepared molding mask is used to expose the same molding material layer in succession in several installation spaces in the machine before the mask with the next cross section is prepared.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Gußformen (6) aus einem warmhärtenden Formstoff (3) wird die Gußform (6) und/oder ein Kern (20) ohne vorheriges Anfertigen von Modellteilen durch schichtweises selektives Verfestigen von Schichten aus Formstoff unter Einwirkung elektromagnetischer Strahlung erzeugt.

Description

Verfahren für den Einsatz in der Gießereitechnik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die schnelle Herstellung von verlorenen Formen und Kernen für den Gieße- reieinsatz ohne die Verwendung von Urformwerkzeugen.
Es sind Verfahren für die schnelle Herstellung von dreidimensionalen, geometrisch komplizierten, auch mit Hinterschneidungen versehenen und genauen Objekten bekannt, die ohne Urfσr werkzeuge, d.h. ohne die bereits körperlich vorhandene äußere und innere Form der Objekte als Positiv¬ oder Negativmodell sowie auch ohne Zerspanungs- und Abtrag¬ vorgänge arbeiten und die gewünschten Objekte direkt aus der Computerinternen, dreidimensionalen Darstellung der Geome¬ trie generieren, wobei als Ausgangsstoffe feste, pul- verförmige oder flüssige Grundmaterialien dienen. Diese Ver¬ fahren sind als generative Fertigungsverfahren, Rapid Proto- typing RP, Solid Freeform Manufacturing SFM oder Fast Free Form Fabrication FFFF bekannt (Technische Rundschau 83 (1991)20,S.36-43 und 44,S.58-61, Ma-terials World Dec.1993,S.656-658, modern casting Oct.1993,S.25-27) . Das bekannteste dieser Verfahren ist die Stereolithographie (Konstruieren+Gießen 17 (1992) 4,S.13-19, Technische Rundschau 82 (1991) 11,S.40/41, Automobil-Produktion Aug.1992 ,S.102/104, Laser-Praxis Mai 1992,S.LS58/LS59) . Mit diesen Verfahren können Prototypen, Musterteile usw. aus verschiedenen Kunststoffen, beschichtetem Papier sowie aus Wachs hergestellt werden. Verschiedene Materialien sind ge¬ eignet, die aus ihnen hergestellten Objekte als verlorene Modelle im Feingußverfahren zu verwenden, so daß in der Folge auch Gußteile im Feingußverfahren ohne Urformwerkzeug hergestellt werden können. Weiterhin ist bekannt, daß durch das Verfahren des Selective Laser Sintering SLS auch metal¬ lische und keramische Objekte direkt ohne Urformwerkzeuge hergestellt werden können (Int.J.of Powder Metallurgy 28(1992)4,S. 369-381, Metallurgical Transactions A 24/1993,S.757-759) .
Ein unter dem Namen Selektive Laser Sintering bekanntes Verfahren ist aus der DE 43 00 478 Cl bekannt. Mit diesem Verfahren können dreidimensionale Objekte durch aufeinan¬ derfolgendes Verfestigen einzelner Schichten des zu bilden¬ den Objekts aus pulverförmigem verfestigbarem Material durch Einwirkung von LaserStrahlung an jeweils den dem Objekt ent¬ sprechenden Stellen jeder Schicht erzeugt werden. Die Erzeu¬ gung von dreidimensionalen Objekten durch Laser Sintering von Metall- oder Keramikpulver ist bekannt.
Die beim Verfahren des Selective Laser Sintering verwendeten Pulver sind dabei keramischer Natur, aus zwei Komponenten A und B bestehend, und die Bindung zwischen den Partikeln wird durch keramische Bindung, d.h. also chemische Reaktion zwi¬ schen den Bestandteilen des Pulvers, hergestellt.
Bekannt ist die Verwendung von Tonerde in Verbindung mit Am onium-Dihydrogenphosphat oder Fluorphosphatglas-Pulver als Binder, wobei die jeweils verwendete der beiden letzte¬ ren Substanzen durch Laserstrahlung in eine Glasphase auf¬ geschmolzen wird, die körnige Tonerde infiltriert und durch Erstarrung die Bindung mit einer bestimmten Grünfestigkeit herstellt. Danach wird der entstandene Körper außerhalb der Selective Laser Sintering-Anlage für mehrere Stunden einer Temperatur von über 800 Grad Celsius ausgesetzt, wodurch die beiden Komponenten endgültig zu einer keramischen Bindung hoher Dichte, Festigkeit, Härte und Schmelztemperatur rea¬ gieren (Brennprozeß, Firing) . Die beiden Komponenten können dabei miteinander gemischt sein (Fig.l), oder eine Kompo¬ nente ist mit der anderen umhüllt (Fig.2); wobei in jedem Fall nach dem Brennprozeß ein keramisch gebundener Körper (Fig.3) entsteht. Typisch für alle bisher bekannten Ausfüh¬ rungsformen dieses Prozessen ist die Einbeziehung der in der Selective Laser Sintering-Maschine zunächst nicht aufge¬ schmolzenen Komponente A in die beim Brennprozeß ablaufende chemische Reaktion, in deren Ergebnis der keramische Körper C entsteht. Weiterhin typisch sind die hierfür benötigten hohen Temperaturen und langen Brennzeiten und die vorge¬ schlagene Verwendung des entstandenen keramischen Körpers als Formschale oder Kern für den Feingießprozeß. Ebenso wird bei Verwendung anderer Materialien ein gleichartiges kerami¬ sches Teil erzeugt.
(3rd.Int.Conf.on Rapid Prototyping at the University of Day- ton, Conf.Proceedings, Dayton, Ohio, 1992,S.73-77; Solid Freefor Fabrication Symposium Proceedings, University of Texas at Austin, Texas, 1991,S.195-205,205-212,u.1992,S.44- 53,63-71,124-130,141-146; US-Patents No.5.156.697,5.147.587, 4.944.817, Europa-Patentanmeldung Nr.0.416.852.A2) .
Auf die gebräuchlichste Anwendung der Methode des Selective Laser Sintering, das Versintern von Kunststoffpulvern durch oberflächliches Aufschmelzen und Zusammenbacken der Teil¬ chen, soll hier nicht weiter eingegangen werden, da die da¬ mit hergestellten Objekte für das Sandgußverfahren nicht di¬ rekt, d.h. nicht als verlorene Formen und Kerne, anwendbar sind. Ebenso wird nicht auf die bekannte Verarbeitung von Wachspulvern eingegangen, da die damit hergestellten Objekte ausschließlich für den Einsatz als verlorene Modelle (Positive) im Feingußverfahren geeignet sind. (US-Patents No.5.155.324, 5.053.090, 5.076.869, 5.132.143, 5.017.753, 4.863.538, Weltpatent-Anmeldung PCT/US87/02635 (Internat.Publ.No.W088/02677) .
Im Falle versinterter metallischer Pulver sind die metalli¬ schen Teilchen mit polymeren Bindern, wie z.B. Epoxidharzen, umhüllt (Fig.2) oder vermischt (Fig.l) , so daß die vorübergehende Bindung zur Erreichung der Grünfestigkeit der Objekte über diesen polymeren Binder hergestellt wird. Es kommt dabei während der Belichtung des Materials in der Se¬ lective Laser Sintering-Maschine nur zu einer Verfestigung durch oberflächliches Aufschmelzen des Polymers, In¬ filtration der Metall-/Keramik-Teilchen und nachfolgendes Verkleben der Partikel bei Abkühlung (Fig.4) . Eine chemische Reaktion findet dabei nicht statt. Außerhalb der Selective Laser Sintering-Maschine wird danach durch eine Wärmebehand¬ lung der Polymerbinder ausgetrieben, wobei die Metallteil¬ chen bei wesentlich höheren Temperaturen miteinander versin- tern (Fig.5). Danach kann der noch immer poröse Körper mit einem niedrigschmelzenden Sekundärmetall D infiltriert wer¬ den, um die endgültige Dichte und Festigkeit herzustellen Fig.6) . Über das gleiche Verfahrensprinzip wird auch bei ke¬ ramischen Pulvern berichtet.
(Solid Freeform Fabrication Syposiu Proceedings, University of Texas at Austin, s.o.)
Daneben sind noch Bindungen über intermetallische Verbin¬ dungen beschrieben (ebenda) , zu deren Herstellung es jedoch stärkerer Laser und damit einer höheren eingebrachten Lei¬ stung bedarf. Die Verwendung derartig hergestellter metal¬ lischer und keramischer Teile als verlorene Formen und Kerne im Sandgußverfahren ist nicht möglich.
Weiterhin ist bekannt, daß keramische Formen für das Feingußverfahren auch durch die selektive Verfestigung von keramischen Pulvern mittels aus einer beweglichen Düse aus- gedrückten silikatischen Binders im sogenannten Direct Shell Production Casting hergestellt werden können (modern casting March 1993,S.55 u.Aug.1993,S.30/31, Plastics World Febr.1993,S.23) . Hierbei handelt es sich um eine chemische Reaktion mit dem Ergebnis einer keramischen Bindung, die da¬ durch selektiv zustande kommt, daß nur an den gewünschten Stellen die Binderkomponente B der flächig aufgetragenen Ba¬ siskomponente A zugefügt wird. Auf diese Art und Weise kön¬ nen ebenfalls keine verlorenen Kerne und Formen für das Sandgußverfahren gefertigt werden.
Es ist weiterhin bekannt, daß schmelzbare Partikel verwendet werden können, die in Analogie zum Prozeß des Selective La¬ ser Sintering lagenweise aufgetragen und in jeder Lage entsprechend der Kontur des zu bauenden Teiles von einem La¬ ser aufgeschmolzen werden werden und durch Sintern das zu bauende Teil ergeben. Die schmelzbaren Teilchen können dabei aus Kunststoff, Kunststoff-umhülltem Sand oder schmelzbaren Sandteilchen selbst bestehen. In letztem Fall muß der Laser über eine genügende Leistung verfügen, um Sand zu schmelzen. Es ist nicht bekannt, daß die derartig hergestellten Objekte als verlorene Formen und Kerne beim Sandgußverfahren von Metallen Verwendung finden können. (US-Patent No.4.247.508)
Es ist nicht bekannt, daß gießereitaugliche verlorene Formen und Kerne aus anderen als keramischen Materialien mittels generativer Fertigungsverfahren ohne die Verwendung von Ur odellen hergestellt werden können. Damit sind alle derart ohne Urformwerkzeuge hergestellten Formen und Kerne in ihrer gießereitechnischen Anwendung bisher auf das Fein¬ gußverfahren beschränkt, und für das weit verbreitete Sand¬ gußverfahren steht kein schnelles Formverfahren zur Verfü¬ gung, das ohne Urformwerkzeuge (Modelle und Kernkästen) ar¬ beitet. Es ist bekannt, daß warm- und heißhärtende Formstoffe zur Herstellung von Kernen und Formen für die Gießereiindustrie verwendet werden können, wobei die hergestellten Kerne und Formen mit nahezu allen bekannten Gußwerkstoffen abgegossen werden können. Diese Formstoffe bestehen aus einem Form¬ grundstoff nach Anspruch 1,2 und ggf.15, aus einem Binder nach Anspruch 4 und ggf. Zusätzen nach Anspruch 19. Diese Formstoffe können jedoch bisher nur unter Verwendung von Ur- for werkzeugen wie Modelleinrichtungen und Kernkästen, die ganzheitlich aus Metall bestehen müssen, verarbeitet werden (Flemming/Tilch : Formstoffe und Formverfah¬ ren,Dt.Ver1.f.Grundstoffind. Leip¬ zig/Stuttgart, 1.Auf1.1993 ,S.333-367, s.a.S.105 ff.).
Von Ausnahmen mit rückläufiger Einsatztendenz abgesehen (Kernbackverfahren, a.a.O., S.333-338), handelt es sich da¬ bei um Verfahren mit chemisch aushärtenden Bindersystemen, wobei die chemische Härtungsreaktion durch Wärmezufuhr von außen eingeleitet und vorangetrieben wird. Der Formgrund¬ stoff A, der an der Härtungsreaktion nicht teilnimmt und sich chemisch inert verhält, kann dabei mit dem chemisch reagierenden Binder B gemischt (Fig.l) oder unhüllt (Fig.2) sein.
Als Formgrundstoff sind alle dafür in der Gießerei verwen¬ deten Materialien geeignet, also Quarzsand (mineralisch als Tiefquarz, Hochquarz, Cristobalit oder Tridymit oder auch als amorpher Quarz) , Zirkon-, Olivin, Chromit- oder Kohlen¬ stoff-(Carbon-) Sand, Schamotte oder Korund. Der Formgrund¬ stoff kann dabei pulverförmig, körnig oder granuliert sein und kann aus runden, unregelmäßig geformten oder eckigen, splittrigen Partikeln bestehen; desweiteren kann er neu sein oder auch durch Regeneration oder einfache Wiederverwendung aus bereits gebrauchtem Formmaterial gewonnen werden. Er kann eine sehr enge oder auch eine weite Korngrö¬ ßenverteilung aufweisen, d.h. in seiner Korncharakteristik einem synthetischen Ein-Korn-Sand oder einem Gemisch ver- schiedener Korngrößen, wie etwa in natürlichen Lagerstätten vorliegend, entsprechen. Mischungen verschiedener der o.g. Substanzen zu einem Formgrundstoff sind möglich.
Als Binder werden für die warm- und heißhärtenden Verfahren verschiedene organische Binder verwendet. Zum Einsatz kommen Phenolharze (Novolake oder Resole) , Furanharze, Harnstoff- harze, Aminoharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Furfurylalko- hol-Harnstoff-Formaldehydharze, phenolmodifizierte Furan¬ harze, Phenol-Formaldehydharze oder Furfurylalkohol-Phenol- Formaldehydharze. Eine Aushärtung durch Wärmezufuhr ist auch möglich für FormstoffSysteme mit Epoxidharz- und Acrylharz- Bindern; diese werden jedoch aus Produktivitätsgründen z.Zt. im wesentlichen mittels Gashärtung (Schwefeldioxid) verar¬ beitet. Die Auswahl des Binders ist dabei von den Spezifika des Gußwerkstoffs und des Gußteils sowie von den Qualitäts-, Prozeß-, Preis- und Produktivitätsanforderungen abhängig. In Abhängigkeit von diesen Anforderungen können je nach Anwen¬ dungsfall auch noch einer oder mehrere Zusätze nach Pa¬ tentanspruch 19 notwendig sein. Je nach Verarbeitungsverfah¬ ren und zur Verfügung stehender Anlagentechnik sowie in Ab¬ hängigkeit vom Einsatzzweck kann der Binder vor dem Umhül- lungs- oder Mischvorgang flüssig, fest, granuliert oder pul- verförmig vorliegen und modifiziert und/oder gelöst sein.
Die Aushärtung und damit Verfestigung der aus Formgrundstoff und Bindersystem bestehenden Formstoffe erfolgt durch chemi¬ sche Reaktion des Bindersystems, an der der Formgrundstoff (mit einem Anteil von etwa 85-99 Masse-% vom gesamten Form¬ stoff) nicht teilnimmt. Zugrundeliegende Aushärtereaktion ist die Polykondensation der schon unterschiedlich stark vorkondensierten Harze durch Wärmezufuhr von außen, wobei sich räumlich stark vernetzte Makromoleküle bilden, die un¬ ter Einschluß der Formgrundstoff-Komponente A den Zu¬ sammenhalt in dem nun verfestigten Formstoff ergeben. Diese Polykondensationsreaktion ist irreversibel, und die ent¬ standene Binderkomponente E (Fig.7) hat chemisch andere Cha- rakteristika als in ihrer Ausgangsform B (Fig.l und Fig.2), während die Formgrundstoff-Komponente A nicht an der Reak¬ tion beteiligt war und unverändert vorliegt.
Eines der bekanntesten heißhärtenden Formverfahren für den Gießereieinsatz ist das Maskenformverfahren nach Croning, beschrieben in Meyers Lexikon Technik und exakte Naturwissenschaften, Bd. 2, Bibliographisches Institut Ag, Mannheim 1970, Seite 1150 ff, das zur Fertigung von Formen und Kernen dient, wobei harzumhüllte, trockene und riesel¬ fähige Formstoffe auf bzw. in einem aufgeheizten Urform- werkzeug ausgehärtet werden.
Bei diesem Verfahren werden mit Hilfe von Modelleinrichtun¬ gen schalenförmige Formen von etwa einheitlicher Dicke, so¬ genannte Masken, gefertigt, und je zwei Masken werden zur Gießform zusammengefügt, in die der Abguß erfolgt. Die aus Metall gefertigten und auf einer aus Metall gefertigten sog, Modellplatte befestigten Modellteile werden dabei über die Platte auf 200 bis 400 °C vorgewärmt und der trockene, rie¬ selfähige Formstoff (bestehend aus Formgrundstoff, der mit dem Bindersystem umhüllt ist) wird auf die Modellplatte auf¬ geschüttet. Nachdem unter der Einwirkung der von der Mo¬ dellplatte abgegebenen und in die Formstoffschüttung einge¬ leiteten Wärme im Formstoff bis zu einer bestimmten Tiefe, die proportional der zur Wärmeleitung verfügbaren Zeit ist, die oben beschriebene chemische Aushärtereaktion (Polykondensation) angelaufen und bis zu einem bestimmten Vernetzungsgrad fortgeschritten ist, wird der überschüssige Formstoff abgekippt und die verbliebene Formstoffschicht (die Maske) unter zusätzlicher Wärmezufuhr über die Rück¬ seite (z.B. mittels Gasbrenner) fertig ausgehärtet, wonach die Maskenformhälfte von der Modelleinrichtung abgenommen wird. Nach dem gleichen Prinzip können (hohle) Maskenkerne gefertigt werden, wobei der Wärmeeintrag über die Außenkon¬ tur vom Kernkasten erfolgt und der innen unausgehärtet ver¬ bliebene For stoff ausgeschüttet wird. Die beiden Masken- formhälften sowie ggf. zusätzliche Kerne werden anschließend zu der Gußform zusammengefügt, evtl. verklebt, verklammert und/oder hinterfüllt und sind bereit zum Abguß. Während des Gießvorgangs verbrennt das Kunstharz und der Sand kann an¬ schließend vom Gußteil leicht entfernt werden.
Ein weiteres bekanntes Sandgußverfahren ist das Kastenformverfahren, beschrieben in der oben genannten Re¬ ferenz.
Die Formen für komplizierte Sandgußteile bestehen in der Re¬ gel aus zwei Maskenformhälften oder mehrteiligen Formkästen mit einem oder mehreren eingelegten Kernen. Jeder dieser Be¬ standteile der Form muß so einfach aufgebaut sein, daß er nach seiner Herstellung aus seinem Kernkasten ausgeformt (entnommen) bzw. von seiner Modellplatte abgehoben werden kann. Durch diesen Zwang zur Vereinfachung steigt die Anzahl der notwendigen Kerne. Für komplizierte Gußteile, wie bei¬ spielsweise Zylinderköpfe im Motorenbau, sind zwischen fünf und zwanzig Einzelkerne erforderlich, die entweder einzeln in die beiden Formkästen eingelegt werden oder vorher zu ei¬ nem Kernpaket zusammengesetzt werden.
Das bekannte Verfahren weist die folgenden Nachteile auf:
1. Für jeden Kern muß ein mindestens zweiteiliger Kernka¬ sten hergestellt werden, was speziell im Prototypenstadium äußerst zeit- und arbeitsaufwendig ist. Für die Maskenformen wird eine beheizbare Modellplatte benötigt.
2. Jede Fügestelle zwischen den Kernen bzw. zwischen der Maskenform und dem Kern ist mit Toleranzen behaftet, so daß die Gesamtgenauigkeit des Aufbaus für präzise zu fertigende Gußteile nicht ausreicht. 3. Die konstruktive Ausführung der Fügestellen bzw. Kernlager zur Festlegung der Position jedes Kernes stellt einen zusätzlichen Aufwand dar.
Die beim Maskenformverfahren ablaufende chemische Reaktion soll beispielhaft für die Gruppe der warm- und heißhärtenden Formstoffe näher erläutert werden; bei anderen Binder¬ systemen können Variationen zu dem im folgenden beschriebe¬ nen, allgemeingültigen Grundprinzip auftreten.
Als Binder für Maskenformstoffe werden Phenolharze verwen¬ det, die meist vom Novolak-Typ sind. Sie besitzen bereits einen hohen Anteil vernetzter Moleküle; der bei Harzher- stellung und Umhüllung des Formgrundstoffs mit dem Harz be¬ gonnene Vernetzungsvorgang wurde vorzeitig abgebrochen. Dem Formstoff wurde bei der Umhüllung Hexamethylentetramin zu¬ gemischt, das Träger von Formaldehyd ist und dieses unter Wärmeeinwirkung freisetzt. Durch dieses Formaldehyd voll¬ zieht sich unter der Einwirkung von Wärme die weitere Aus¬ härtung und Vernetzung des Harzes. Dabei geht des Harz aus dem ursprünglichen A-Resol-Zustand (schmelzbar) über den B- Resitol-Zustand (plastisch) irreversibel in den C-Resit-Zu- stand (gehärtet, nicht schmelz-bar) über, wobei dieser letzte Zustand nicht vollständig erreicht wird. Etwa 10 bis 15 % des Harzbinders verbleiben in den Zuständen A-Resol und B-Resitol und geben dem Formteil eine gewisse Rest-Pla¬ stizität, was die problemlose gießereitechnische Verarbei¬ tung des Formteils gestattet (z.B. ist ein Richten sofort nach der Entnahme aus dem Urformwerkzeug noch möglich) . Je¬ doch ist die Reaktion weit genug fortgeschritten, um den ir¬ reversiblen, gehärteten Zustand und die damit verbundene hohe Festigkeit größtenteils zu erreichen. Eine Wärmebe¬ handlung ist in der Regel nicht mehr erforderlich. Wird sie dennoch durchgeführt (für wenige Minuten bei Temperaturen zwischen 150 und 250 Grad Celsius), um z.B. noch die letzten Reste an gasförmigen Reaktionsprodukten und Wasserdampf aus den Formteilen zu entfernen und dadurch bei empfindlichen Gußteilen Gasfehler zu vermeiden, so führt diese Wär¬ meeinwirkung nicht zur Lösung einer reversiblen Klebever¬ bindung zwischen den Formstoffpartikeln und damit zur Zer¬ störung des Formteils, sondern erhöht die Festigkeit durch vollständigere Aushärtung im irreversiblen C-Resit-Zustand.
Die für die Aushärtung der hier relevanten Formstoffbinder notwendige Wärmeenergie wird dabei über das auf ca. 200-400 Grad Celsius (je nach Bindertyp und Geometrie des Formteils) aufgeheizte Urformwerkzeug (Modell, falls eine Außenform hergestellt wird; Kernkasten, falls ein Kern hergestellt wird) in den Formstoff eingebracht. Dieser Wärmeeintrag er¬ folgt über Wärmeleitung von außen in die Tiefe des Form¬ stoffs hinein. Wegen der relativ schlechten Wärmeleit¬ fähigkeit der meisten Formgrundstoffe ist diese Wärmeleitung ein zeitaufwendiger Vorgang, was einerseits die Pro¬ duktivität des Verfahrens und andererseits die zweckmäßige Einstellung der Formstoffeigenschaften beeinflußt. So ist eine bestimmte Verweilzeit in dem Urformwerkzeug nötig, um die Wärme in das Volumen des Formteils hineinleiten zu kön¬ nen; in dieser Zeit darf die äußere Schale des Formteils, die dem wärmeabgebenden Kernkasten direkt benachbart und deshalb der stärksten Wärmeeinwirkung ausgesetzt ist, nicht verbrennen. Die Reaktivität des Formstoffs ist entsprechend einzustellen, was immer einen Kompromiß der Formstoffeigen¬ schaften und Verfahrensparameter einschließt. Bedingt durch die o.g. Temperaturen des Urfor werkzeugs und dessen Auf- heizung z.B. mittels direkter Gasflamme kommen hierfür nur ganz aus Metall (meist höherfesten Stählen) gefertigte Werk¬ zeuge in Frage.
Wegen der mit warm und heiß aushärtenden Formstoffen zu erzielenden guten Gußteileigenschaften, wie hohe Maßgenau¬ igkeit und Qualitätskonstanz sowie gute Oberflächenqualität, sind diese Formstoffe unter den Verfahren zur Form- und Kernherstellung für anspruchsvolle, hochqualitative Gußteile weit verbreitet, insbesondere bei der Fertigung von Gußtei- len für die Automobilindustrie, den Fahrzeugbau, die Hydrau¬ likindustrie und den Maschinenbau. Das betrifft sowohl Alu¬ minium und Gußeisenlegierungen wie auch den Stahlguß. Jedoch haben alle mit diesen Formstoffen arbeitenden Gießereien das Problem, daß ggf. vom Kunden angefragte Einzelteile, Proto¬ typen, Kleinserien, Musterteile etc. nur sehr teuer und mit hohem zeitlichen Aufwand zu fertigen sind, da in jedem ein¬ zelnen Fall ein komplett aus Metall bestehendes Urformwerk- zeug (Modell und/oder Kernkasten) gefertigt werden muß. We¬ gen der heißen Verarbeitung dieser Formstoffe entfallen bil¬ lige Methoden des Modellbaus (Holz- oder Epiloxmodell) , und eine Herstellung der Musterteile in anderen Formstoffen mit billigen Modelleinrichtungen würde keinen Vergleich zwischen diesen Musterteilen und der späteren Großserie in hei߬ härtenden Formstoffen in Bezug auf die Qualitätsparameter der gefertigten Gußteile mehr gestatten. Die mit den Vollme¬ tall-Werkzeugen verbundenen Kosten und Vorbereitungszeiten stellen somit eine starke Benachteiligung der Gießereien, die mit warm und heiß härtenden Formstoffen arbeiten, gegen¬ über anderen Formverfahren beim Wettbewerber dar; desweite¬ ren verursachen sie auch innerhalb der Gießerei selbst hohe Kosten und Zeitverluste in der Phase der technologischen Vorbereitung der Serienfertigung, wenn mehrere Probeabgüsse mit veränderten Geometrien des Gieß- und Speisesystems oder der Abmessungen des Gußteils notwendig sind.
Die vorstehend beschriebenen, bekannten Methoden der schnel¬ len Form- und Kernfertigung für das Feingußverfahren auch in Sandgießereien anzuwenden, ist aus technologischen Gründen nicht zielführend. Es handelt sich bei Gußteilen, die für das Sandgußverfahren (gleichgültig in welchem Gußwerkstoff) konzipiert sind, um völlig andersartige Gußteile hinsicht¬ lich ihrer Größe, Masse, Geometrie, Komplexität (Innenkonturen und damit Kernarbeit) , geforderten Maßgenau¬ igkeit, Oberflächenqualität und des Preises. Die im Fein¬ gußverfahren gefertigten Musterteile/Prototypen hätten kei¬ nerlei Beziehung zu der später im Sandguß vorgesehenen Se- rienfertigung und dienen damit weder dem Kunden (für Erpro¬ bung von Mustermotoren etc.) noch der Gießerei (zur techno¬ logischen Vorbereitung der späteren Serienfertigung) . Durch andere Methoden des Rapid Prototyping, wie z.B. Stereoli¬ thographie, Selective Laser Sintering von Kunststoffen, La- inated Object Manufacturing von beschichtetem Papier, her¬ gestellte Modelle sind unter den Bedingungen warm und heiß aushärtender Formverfahren wegen ihrer geringen Tempera¬ turbeständigkeit und schlechten Wärmeleitfähigkeit nicht einsetzbar. Weitere Alternativen ohne den konventionellen Modellbau existieren nicht. Aus diesen Gründen werden in den in Frage kommenden Gießereien alle Vorserienversuche, Musterfertigungen etc. mit den der späteren Serienfertigung entsprechenden Metallmodellen unternommen, und die Nachteile bei Kosten (von mehreren Tausend DM für einen einfachen Kernkasten bis z.B. DM 100.000,— für das Werkzeug für die Fertigung von Kurbelwellen) und Erstellungszeit des Ur- for werkzeugs (ca. 3 Wochen für einen einfachen Kernkasten bis ca.12-16 Wochen für komplexe Werkzeuge z.B. für ein Zy¬ linderkurbelgehäuse) müssen in Kauf genommen werden. In An¬ betracht immer kürzerer Modellzyklen und Entwicklungszeiten verschlechtert dies insbesondere auch die Wettbewerbssitua¬ tion des Fertigungsverfahrens Gießen gegenüber konkurrie¬ renden Verfahren.
Die hiermit beanspruchte Erfindung stellt sich somit das Ziel, für Gießereien, die im Sandgußverfahren mit warm und heiß aushärtenden Formstoffen arbeiten, ein technologisch der Serienfertigung entsprechendes, jedoch ohne teuren und zeitaufwendigen Modellbau, d.h. ohne Urformwerkzeuge, ar¬ beitendes Formverfahren zur Herstellung von Sandformen und - kernen für das Abgießen von Einzelstücken, Prototypen und Musterteilen sowie für technologische Entwicklungsarbeiten in der Gießerei selbst zur Verfügung zu stellen. Gleichzei¬ tig wird damit das Sortimentsprofil dieser Gießereien von der Fertigung in mittleren, großen bis sehr großen Serien, wie derzeit üblich, in den Losgrößenbereich der Einzelstück- und Kleinserienfertigung erweitert, und zusätzliche Markt¬ segmente für diese qualitativ hochwertigen Gußteile können erschlossen werden. Für die Phase der Produktentwicklung, Erprobung, konstruktiven Veränderung und Weiterentwicklung in den Industriezweigen, die derartige Gußteile einsetzen (z.B. Automobilindustrie) , bedeutet diese Möglichkeit eine drastische Beschleunigung ihres Entwicklungsprozesses.
Es ist Aufgabe der Erfindung, geeignet miteinander zu kombi¬ nierende Entwicklungen unter 1. den neu entwickelten, erst seit kurzem verfügbaren Verfahren des Rapid Prototyping und 2. den bekannten und in der Praxis bewährten Gießerei-Form¬ stoffen zu finden und ein Verfahren zum Herstellen von Gu߬ formen aus warmhärtenden Formstoffen anzugeben, bei dem eine beliebig komplizierte Gußform schnell und kostengünstig her¬ gestellt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Patent¬ anspruch 1 bzw. 26. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
Das Verfahren hat den Vorteil, daß beliebig komplizierte Gußformen ohne vorherige Anfertigung von Modellteilen und ohne vorherige Anfertigung von Kernformen hergestellt werden können. Das Verfahren eignet sich besonders gut für An¬ wendungen, bei denen in kurzer Zeit kleine Stückzahlen von komplexen Bauteilen benötigt werden, wie beispielsweise im Prototypenbau der Motorenentwicklung. Der Kernformen- und Modellplattenbau mit Werkzeugkonstruktion, das Zusammenset¬ zen der Kerne und der Arbeitsaufwand für das Aufteilen des Gesamtkerns in konventionell herstellbare Einzelkerne ent¬ fallen vollständig. Insgesamt ergibt sich eine erhebliche Zeitersparnis bei gleichzeitig erhöhter Genauigkeit der Ge¬ samtform. Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen das FormstoffSystem aus Formgrund¬ stoff A nach Patentansprüchen 2 und 15, gemischt (Fig.l) bzw. umhüllt (Fig.2) mit dem Bindersystem nach Pa¬ tentansprüchen 4 und 19.
Fig.3 zeigt den Verbund, der entsteht, wenn Systeme nach Fig.l oder Fig.2 mittels Selective Laser Sintering und nach¬ folgendem Brennprozeß verarbeitet werden und, wie dies aus der Patentliteratur bekannt ist, die Komponente A an der chemischen Reaktion teilnimmt (z.B. Herstellung von ke¬ ramischen Schalen und Kernen für Feinguß) .
Fig.4 zeigt die Vorstufe des Verbundes nach Fig.3, vor dem Brennprozeß. Der Zusammenhalt ist nur durch das Versintern (Aufschmelzen, Infiltration, Abkühlen, Zusammenbacken) der Komponente B ohne chemische Reaktion entstanden. Dieser Ver¬ bund kann auch als (nicht als Endprodukt beabsichtigtes und nicht beanspruchtes) Zwischenstadium der hier beanspruchten Erfindung entstehen (Binderkomponente B verbleibt im A-Resol oder B-Resitol-Zustand, härtet nicht irreversibel in C-Resit aus) .
Fig.5 zeigt den Sinterverbund, der aus Teilchen der Kompo¬ nente A nach Brennen und Austreiben der Ko p.B im Ofen ent¬ standen ist. Zwischenstufe des aus der Literatur bekannten, sog. Sekundären Metall-Prozesses.
Fig.6 zeigt die Endstufe dieses bekannten Sekundären Metall- Prozesses, nach Infiltration des Sinterverbundes mit niedrigschmelzendem Metall. Fig.7 zeigt die Endstufe des erfindungsgemäßen, hier bean¬ spruchten Prozesses, bei dem eine irreversible chemische Reaktion die Harzbinder-Komponente B aushärtet (es entsteht der Zustand E) und sich die Formgrundstoff-Komponente A daran nicht beteiligt. A und B sind gießereiübliche Mate¬ rialien und E bzw. der gesamte Verbund ist somit ein aus der bisherigen konventionellen Verarbeitung dieses For - stoffSystems bekanntes, erwiesen gießereitaugliches Endpro¬ dukt.
Figur 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, weist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einen auf seiner Oberseite of¬ fenen Behälter 1 mit einem oberen Rand la auf. In dem Be¬ hälter 1 befindet sich ein Träger 4 mit einer im wesentli¬ chen ebenen und horizontalen Trägerplatte 5, die parallel zu dem oberen Rand la angeordnet ist und mittels einer nicht gezeigten Höheneinstellvorrichtung in vertikaler Richtung auf und ab verschoben und positioniert werden kann.
Über dem Behälter 1 ist eine nicht gezeigte Vorrichtung zum Auftragen einer Schicht eines härtbaren Formstoffes 3 auf die Trägerplatte 5 und zum Glätten der Oberfläche 2 der auf¬ getragenen Schicht des Formstoffes 3 angeordnet.
Auf der Trägerplatte 5 ist die zu bildende Gußform 6 angeordnet, wobei diese jeweils aus einer Mehrzahl von Schichten 6a, 6b, 6c, 6d von ausgehärteten Formstoff, die sich jeweils parallel zur Trägerplatte 5 erstrecken, aufge¬ baut ist.
Oberhalb des Behälters 1 ist eine Bestrahlungseinrichtung 7 in Form eines Infrarot-Lasers, angeordnet, die einen ge¬ richteten Lichtstrahl 8 abgibt. Der gerichtete Laserstrahl 8 wird über eine Ablenkeinrichtung 9, beispielsweise einen Drehspiegel, als abgelenkter Strahl 10 auf die Oberfläche 2 des Formstoffes 3 in dem Behälter 1 abgelenkt. Eine Steue¬ rung 11 steuert die Ablenkeinrichtung 9 derart, daß der ab¬ gelenkte Strahl 10 auf jede gewünschte Stelle der Oberfläche 2 des Formstoffes 3 in dem Behälter 1 auftrifft. Die Steue¬ rung 11 ist mit einem Computer verbunden, der der Steuerung 11 die entsprechenden Daten zur Verfestigung der Schichten (6a, 6b, 6c, 6d) der Gußform 6 liefert.
Die Verfahrensweise zum Herstellen der Gußform 6 ist dabei wie folgt : zunächst wird die Geometrie des gewünschten Ob¬ jektes (der Form oder des Kerns) am Computer mittels eines 3D-CAD-Syεtems aufbereitet. Dabei wird zweckmäßigerweise von der Konstruktion des zu fertigenden Gußteils ausgegangen, wie sie vielfach bereits in digitalisierter Form vom Kunden bereitgestellt wird.
Anschließend werden aus den so erzeugten CAD-Modelldaten durch Invertieren im Computer die Daten der anzufertigenden Gußform 6 erzeugt. Diese durch Invertierung erhaltenen Daten stellen ein Negativ des gewünschten Gußteiles dar. Dabei werden die Hohlräume des späteren Gußteiles, die sogenannten Kerne, bei der Bildung des Negatives mit berücksichtigt und können dann bei der Herstellung der Gußform als integrierte Kerne zusammen mit der Formmaske hergestellt werden.
Im CAD-Modell der zu fertigenden Gußform werden zusätzlich zu den gießtechnologisch erforderlichen Öffnungen weitere Öffnungen im zu bildenden Objekt vorgesehen, um später das Entfernen bzw. Ausschütten des nicht verfestigten Materials zu erleichtern. Diese Öffnungen werden jeweils an den für das Entfernen des Materials am besten geeigneten Stellen vorgesehen.
Beispielhaft soll hierbei die Fertigung einer Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor (Pkw, Motorrad) betrachtet wer- den. Auf die Konstruktion des Gußrohteils wird dabei im CAD- System das Schwindmaß entsprechend dem zu verwendenden Gu߬ werkstoff aufgegeben. Sodann werden die gießtechnologisch erforderlichen Änderungen an der Geometrie eingefügt, z.B. Zugabe von Speisern und des kompletten Anschnittsystems, bis die Geometrie der kompletten Gußteil-Gießsystem-Konfigura¬ tion lückenlos beschrieben ist. Soll die zu fertigende Form später mit weiteren vorgefertigten oder fremd bezogenen Tei¬ len (z.B. Grundplatte, keramischer Eingußtrichter, exotherme Speiserkappe, nicht konturierte Außenteile der Form usw.; aber auch evtl. notwendige Kerne, Kühlkokillen usw.) kom¬ plettiert werden, sind diese hier auszusparen. Die fertig konstruierte Geometrie wird sodann im CAD-System invertiert, um die Geometrie der zu fertigenden Form bzw. des Kerns (des Negativs des zu fertigenden Gußteils bzw. eines Teils davon, entsprechend der Außen- oder Innenkontur) zu erhalten. Da kein Modell gezogen werden muß, sind Aushebeschrägen über¬ flüssig, wodurch wiederum die zu fertigenden Gußteile endab- messungsnäher werden und spätere Bearbeitungsvorgänge am Gußteil entfallen können. Weiterhin können im Formteil be¬ reits die zur Abführung der beim Gießen durch Form- stoffbinder-Zerfall entstehenden gasförmigen Reaktionspro¬ dukte notwendigen Entlüftungskanäle konstruktiv vorgesehen werden. In bestimmten Fällen kann die Form auch ungeteilt gefertigt werden, wenn der nicht durch den Laser belichtete und somit nicht ausgehärtete, noch rieselfähige Formstoff die fertige Form durch grössere Öffnungen, die später z.B. durch vorgefertigte Grundplatten oder bezogene Eingußtrich¬ ter verschlossen werden, verlassen kann. Dadurch entfallen die Toleranzen und Spiele der Formhälften gegeneinander und das Gußteil kann in engeren geometrischen Toleranzen gefer¬ tigt werden. Für Kerne, darunter auch sehr komplizierte, die konventionell wegen der geforderten Ausformbarkeit aus ihrem Werkzeug in vielen zu montierenden Einzelteilen gefertigt werden müssen, wird die einteilige und somit wesentlich ge¬ nauere Herstellung die Regel sein. Diese Geometrie des zu fertigenden Objektes bzw. der Gußform 6 wird sodann am Computer in Schichten zerlegt, deren Dicke der Korngröße des verwendeten Formstoffs angepaßt wird (z.B. doppelte mittlere Korngröße) und an die Sintermaschine übertragen. In diese ist der Formstoff eingefüllt. Der Ar¬ beitsraum kann bis auf eine Temperatur wenige Grad unterhalb der Erweichungstemperatur bzw. des Beginns des Erweichungs- intervalls des Formstoffbinders nach Anspruch 3 und 8 gleichmäßig aufgeheizt sein; jedoch wird i.d.R. auch bereits mit einem auf Raumtemperatur befindlichen Formstoff gearbei¬ tet werden können. Eine entsprechend der eingestellten Schichtdicke aufgebrachte FormstoffSchicht wird sodann mit dem Laser über ein bewegliches Spiegelsystem nach Er¬ fordernis der Geometrie des zu der jeweiligen Höhenkoordi¬ nate gehörenden Querschnitts durch die Form/den Kern selek¬ tiv belichtet, wodurch eine ausreichende Temperatur im be¬ strahlten Formstoffteilchen erreicht wird und die Binder¬ komponente (B in Fig.l u.Fig.2; b in Patentanspruch 1) des Formstoffs aushärtet.
Bei dem Verfahren wird die Trägerplatte 5 zuerst in dem Behälter 1 so positioniert, daß zwischen der Oberseite der Trägerplatte 5 und der Oberfläche 2 des Formstoffes 3 in dem Behälter 1 ein gerade der vorgesehen Schichtdicke ent¬ sprechender Abstand vorliegt. Anschließend wird eine Schicht des Formstoffes 3 auf die Trägerplatte 5 aufgetragen. Die sich über der Trägerplatte 5 befindliche Schicht des Form¬ stoffes 3 wird mittels des von der Bestrahlungseinrichtung 7 erzeugten und über die Ablenkeinrichtung 9 und die Steuer¬ einrichtung 11 gesteuerten Laserstrahles 8, 10 an vorgegebe¬ nen, dem der Gußform 6 entsprechenden Stellen bestrahlt, wo¬ durch der Formstoff 3 aushärtet und so eine der Gußform ent¬ sprechende feste Schicht 6a bildet. Das Bilden von weiteren Schichten 6b, 6c, 6d erfolgt sukzessive durch Absenken der Trägerplatte 5 um einen der jeweiligen Schichtdicke entspre¬ chenden Betrag, Formstoffauftrag für jede neue Schicht und erneutes Bestrahlen an den der Gußform 6 entsprechenden Stellen. Die Schichten haben eine Dicke von 0.1mm bis 0.2mm. Der nicht vom Laserstrahl getroffene Formsand einer jeweili¬ gen Schicht wird nicht verfestigt und dient zum Stützen der darüberliegenden Schichten. Der nichtverfestigte Formsand ist anschließend wiederverwendbar.
Beim Belichtungsvorgang ist darauf zu achten, daß eine für den Beginn der chemischen Aushärtereaktion (Polykondensation, s.o.) ausreichende Energiemenge in die auszuhärtende Formstoffpartie eingebracht wird; andernfalls werden die Formstoffpartikel nur durch oberflächliches Ver- sintern reversibel miteinander verklebt, was zur Zerstörung des Formteils bei späterer Wärmeeinwirkung (z.B. bei einem externen Nachhärteprozeß im Ofen, spätestens jedoch beim Ab¬ guß) durch Aufhebung des Sinterverbundes führt. Derartig ohne den eigentlichen chemischen Verfestigungsmechanismus hergestellte Formteile sind gießereitechnisch nicht ver¬ wendbar.
Werden z.B. die oben erläuterten Maskenformstoffe auf Phenolharzbasis in dem hier beschriebenen Verfahren mittels Laser belichtet und zur Reaktion gebracht, kann der für die irreversible Aushärtung nötige Energieeintrag durch Beob¬ achtung der Farbänderung des Formstoffs eingeschätzt werden.
Notwendig ist eine dunkelgelbe bis ocker/hellbraune Färbung des Formstoffs nach dem Belichten. Verbleibt der Formstoff hellgelb, so wurden B-Resitol- und C-Resit-Zustand nicht er¬ reicht, die Partikel sind nur verklebt und der Verbund kann durch Wärmeeinwirkung leicht wieder aufgehoben werden, indem das im A-Resol-Zustand verbliebene Harz wieder aufge¬ schmolzen wird. Dunkelbraune Farbe mit Umschlagen in Schwarz kennzeichnet einen verbrannten Harzbinder, der ebenfalls keine Bindekraft mehr aufweist. Dunkles Ocker bis mittleres Braun weist auf maximale Festigkeit (vollständige Aushär¬ tung) hin, jedoch können sich diese Teile als zu spröde für die bis zum Abguß der Form notwendigen Handlingprozesse er¬ weisen.
Durch richtig gewählten Energieeintrag wird somit eine irre¬ versible chemische Reaktion des Binders ausgelöst und eine feste, tragfähige Verbindung zwischen dem jeweils be¬ strahlten Formstoffteilchen und seinen es berührenden Nach¬ barn erzeugt. Nach Belichten einer Schicht wird die nächste Formstoffschicht aufgetragen und belichtet usw. , bis der Körper vollständig erstellt ist. In nicht belichteten Stel¬ len verbleibt dabei der unausgehärtete Formstoff als Stütze für die nächste aufgebrachte, ggf.auszuhärtende Formstoff- schicht, so daß Hinterschneidungen gefertigt werden können.
Der für die chemische Reaktion der warm bzw. heiß härtenden Gießerei-Formstoffe notwendige Energieeintrag erfolgt dabei im Gegensatz zur bekannten, konventionellen Verarbeitung mittels Urformwerkzeugen nicht durch die gleichzeitige Über¬ tragung der im aufgeheizten Urformwerkzeug gespeicherten En¬ ergie an den im Werkzeug befindlichen Formstoff und Vertei¬ lung in diesem mittels Wärmeleitung, sondern die zur Aushär¬ tung des jeweils belichteten Formstoffpartikels er¬ forderliche Energie wird durch den gesteuerten Laserstrahl diesem direkt übertragen, absorbiert und zur Auslösung der chemischen Reaktion des Binders verwendet, ohne das Wärme¬ leitungsprozesse notwendig sind. Durch diesen punktuellen, selektiven Energieeintrag und die exakte Steuerung des La¬ serstrahls wird es ermöglicht, daß selbst äußerst kompli¬ ziert gestaltete Formteile hergestellt werden können, ohne daß es dazu eines bereits vorher körperlich vorhandenen Ab¬ bildes ihrer Geometrie (als Positiv oder Negativ) in Form eines Modells, Musters o.a. bedarf; Voraussetzungen für die Herstellung der Formteile sind lediglich die computerinterne Geometriedarstellung als Datensatz und der gestaltlose, rie¬ selfähige und nach dem hier beschriebenen Reak¬ tionsmechanismus chemisch unter Wärmeeinwirkung aushärtende Formstoff. Die fertige Gußform wird nach Abschluß des Bauprozesses aus dem umgebenden lockeren Sandbett entnommen. Der noch unverfestigte Formsand im Inneren der Form wird durch die Eingußöffnung und/oder durch die speziell zum Entfernen des nichtverfestigten Sandes vorgesehenen Öffnungen in der Form 6 abgesaugt, herausgeschüttet oder herausgeblasen. Beim spä¬ teren Gießen fließt Gußwerkstoff in diese Öffnungen, der je¬ doch nach Erkalten abgeschnitten bzw. entfernt wird.
Die fertige Gußform kann zur Verbesserung der Oberflächen¬ güte nachbearbeitet werden, beispielsweise durch thermisches Nachhärten. Durch manuelle Nacharbeit und Auftragen von Überzugεschichten kann die Oberflächenqualität der Form/des Kerns verbessert und durch eine thermische Nachbehandlung kann die Festigkeit erhöht werden. Diese Nachbehandlung kann in einem Nachhärten des Formteils mit Heißluft, in einem Ofen (bei etwa 150 bis 250 Grad Celsius für wenige Minuten, je nach Größe) oder mittels Mikrowellen bestehen. Dadurch wird erreicht, daß die irreversible chemische Reaktion, die zum Aushärten des Formstoffs führt, möglichst vollständig ablaufen kann und der Formstoff bis zu der möglichen Endfe¬ stigkeit ausgehärtet wird. Für das Beispiel des Phenolharz- Maskenformstoffs bedeutet das, daß die überwiegende Mehrheit des Binders bis in den C-Resit-Zustand ausgehärtet wird und nur die für die Plastizität nötigen Anteile im B-Resitol-Zu¬ stand verbleiben.
Bei besonders dickwandigen Formteilen können Probleme inso¬ fern auftreten, daß für eine möglichst vollständige Aushär¬ tung (wenn für den Einsatz eine besonders hohe Festigkeit benötigt wird, z.B. im Eisenguß) ein hoher Energieeintrag notwendig ist, der z.B. durch ein mehrfaches Belichten jeder Schicht oder durch einen besonders engen Abstand der Belich¬ tungsspuren erzielt wird. In einem solchen Fall kann der En¬ ergieeintrag ausnahmsweise Größenordnungen erreichen, die eine Wärmeleitung im Formstoff in relevanter Größenordnung verursachen, und zwar auch in Partien hinein, die nicht aus¬ gehärtet werden sollen. Durch diese in die Tiefe abgeleitete Wärme wird es dann zu Verfestigungsreaktionen an unerwünsch¬ ten Stellen und damit zum "Wachsen" des Formteils kommen. Dieser Effekt kann vermieden werden, wenn bei derart gefähr¬ deten Teilen in jeder Schicht die äußere Konturlinie der Schnittfläche besonders stark belichtet wird, so daß entlang dieser Außenkontur der Binder gezielt verbrennt. Auch bei ausreichender Wärmeleitung über diese Kontur hinaus kann es dann nicht zu Anbackungen kommen, da der Binder an der Au¬ ßenfläche des Formteils seine Bindekraft unwiderbringlich verloren hat.
Nach den Nachbehandlungsprozessen wie Nachhärten, Schlichten usw. ist die Form/der Kern fertig für die Mon¬ tage/Komplettierung und den Abguß. Am Beispiel der Kurbel¬ welle wird die Form zweiteilig gefertigt; in Abhängigkeit von der Größe können auch beide Teile gleichzeitig gefertigt werden, wobei als Trennschicht wenige Millimeter nicht durch den Laser belichteter Formstoff vorzusehen sind. Die Form¬ hälften können auch gekröpft sein, wenn der Versatz der Ge¬ genmassen der Kurbelwelle dies erfordert
(z.B.Sechszylindermotor) und enthalten bereits Anschnitt, Querlauf und Einlauf als Teile des Gießsyste s. Nach Fer¬ tigstellung werden die Formhälften geschlichtet, mit Spei¬ serkappen versehen, zusammengelegt, verklammert, mit einem aufgeklebten Eingußtrichter versehen, eben aufgestellt, ge¬ gen Auseinanderbrechen durch die Hitze des Gießmetalls hinterfüllt, verklammert oder in einen Gießrahmen bzw. Gießkasten eingesetzt, ggf. beschwert und sind fertig zum Abguß. Mit den nach dem hier beschriebenen Verfahren herge¬ stellten Formteilen können auch alle weiteren, hier nicht beschriebenen, beim Gießen in verlorene Formen und/oder mit verlorenen Kernen üblichen und bekannten Techniken der Nach¬ behandlung der Formteile, der Komplettierung mittels gieße- reitechnologisch notwendigem Zubehör, des Zusammensetzens (z.B. zu einem Kernpaket), des Einsetzens in Gießkästen, Formaufnahmerahmen usw. und des Gießens selbst vorgenommen werden, in Analogie zu den Prozessen, die mit konventionell aus warm- und heißhärtenden Formstoffen hergestellten Formen und Kernen üblich sind.
Insbesondere können die derartig hergestellten Formteile als Kerne oder Formen sowie Teile davon im Sandgußverfahren und Niederdruck- und Schwerkraft-Kokillengußverfahren verwendet werden, sind aber darauf nicht beschränkt. Das Vergießen der derart hergestellten Formteile ist mit allen bekannten Guß- werkstoffen üblich. Handelt es sich um Gußwerkstoffe mit niedriger Schmelztemperatur, wie z.B. Aluminium-Silizium- Legierungen, so wird man eine geeignete Modifikation des Phenolharzbinders auswählen, um den Formstoffzerfall nach dem Gießen zu verbessern, wie man das auch bei der konven¬ tionellen Herstellung von Formteilen aus Maskenformstoffen tut. Analog wird man bei Stahlgußlegierungen einige der in Patentanspruch 19 genannten Zuschläge bei der Aufbereitung des Formstoffs zugeben (z.B. Magnetit), um Anbrand zu ver¬ hindern. Desweiteren wird es in vielen Fällen günstig sein, zur Auslegung des Gieß- und Speisesystems eine Erstarrungs- simulationsrechnung vorzunehmen, da es zu den herzustellen¬ den Prototypen-Gußteilen naturgemäß noch sehr wenige gie߬ technologische Erfahrungswerte geben wird. Die Voraussetzun¬ gen datentechnischer Art für solche Simulationsrechnungen sind durch die erforderliche 3D-CAD-Konstruktion bereits ge¬ geben. Die hierbei gefundenen Erkenntnisse zur besten Gieß- und Speisetechnik können dann bereits in die Fertigung des ersten Gußteiles einfließen, wodurch wiederum Entwicklungs¬ zeit gespart wird.
In Abhängigkeit von der Absolutgröße der Kurbelwellen können 1 bis ca. 3 Stück gleichzeitig in einer Form gefertigt wer¬ den. Die Lieferzeit für die ersten Gußteile nach abge¬ schlossener Konstruktion verkürzt sich an diesem Beispiel von ca. 20 Wochen auf wenige Tage bis ca. 2 Wochen. Sollten sich im Verlauf der Erprobung Konstruktionsänderungen erge- ben, was wahrscheinlich ist, so sind diese innerhalb von Stunden im CAD-System zu realisieren und können innerhalb von wenigen Tagen in ein neues Gußteil umgesetzt werde, wo¬ durch sich die Produktentwicklungszeiten dramatisch verkür¬ zen lassen. Ist die Konstruktion ausgereift, wird für Null¬ serie und Großserienproduktion wie bisher ein konventionel¬ les Urformwerkzeug erstellt, das jedoch nicht mehr geändert und in der Folge mehrerer Änderungen evtl. verworfen werden muß.
Als Formstoff 3 wird ein warmhärtender Formstoff, beispiels¬ weise Formsand bestehend aus Quarzsand mit einem Überzug aus Phenolharz, verwendet. Der bei dem Verfahren ablaufende Pro¬ zeß des Verfestigens des Formstoffes 3 beruht auf einem von der Laserstrahlung initiierten chemischen Abbindeprozeß in der Harzhülle auf dem Quarzkorn. Es handelt sich dabei um einen von dem bekannten Sintervorgang grundsätzlich unterschiedlichen Vorgang, der in einer thermisch induzier¬ ten irreversiblen chemischen Reaktion des Bindersystems be¬ steht. Bei dem selektiven Aushärten des Formstoffes erfolgt die Verfestigung also nur durch Verfestigung des Harzes. Der Sand, der etwa 90 bis 95% des Formstoffes ausmachen kann, ist an der in dem Verfestigungsprozeß ablaufenden chemischen Reaktion überhaupt nicht beteiligt. Ein Vorteil gegenüber dem in der US 4 247 508 beschriebenen Aufschmelzen von Sand besteht darin, daß eine wesentlich geringere Laserleistung ausreicht und daß Probleme wie Materialschwund und Verzug beim Verfestigen praktisch nicht auftreten bzw. stark redu¬ ziert sind. Die in dem Harzmaterial ablaufenden Reaktionen werden durch den Laser nur initiiert und durch die thermi¬ sche Nachbehandlung zuende gebracht, so daß eine völlige Aushärtung des Harzes die Folge ist. Beim späteren Gießen des Gußteiles verbrennt das Harz und der unversehrt geblie¬ bene Sand kann von dem Gußteil entfernt werden.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, können Hohlräume 20 des späteren Gußteils, die sogenannten Kerne der Gußform 6 bei dem Verfahren gleichzeitig mit der Gußform 6 selbst und in¬ tegriert mit dieser erzeugt werden. Das herkömmliche Einle¬ gen der Kerne in die Maskenform entfällt damit.
Das hat den Vorteil einer höheren Genauigkeit gegenüber dem bekannten Verfahren, bei dem beim Einsetzen bzw. Einlegen des Kerns oder der Mehrzahl von Kernen Formsand abgescheuert wird, was zu einer verschlechterten Paßgenauigkeit führt.
Da die Herstellung einer Mehrzahl von Einzelkernen für einen komplizierten Gesamtkern entfällt, kann eine beträchtliche Zeitersparnis bei der Herstellung von Prototypen erzielt werden. Beispielsweise benötigt die Herstellung einer Sand¬ form für einen Prototypen eines Ölpumpengehäuses für einen PKW mittel Laser Sintering etwa 30 Stunden, während bei dem bekannten Sandgußverfahren etwa vier Wochen für den Bau von Modelleinrichtung und Kernkästen veranschlagt werden müssen.
Modifikationen des Verfahrens sind denkbar. Beispielsweise können auch zweiteilige Sandformen hergestellt werden, die anschließend wie bei dem herkömmlichen Verfahren zusammen¬ gesetzt werden. Auch ist es möglich, komplizierte Kerne für bereits vorhandene verlorene oder Dauerformen einteilig herzustellen, bei denen bisher nur die Zerlegung in mehrere Einzelkerne und anschließendes Zusammensetzen zu einem Kern¬ paket möglich war. Die Entfernung des noch unverfestigten Formsandes kann auch durch nachträglich in die Sandform ge¬ bohrte Öffnungen erfolgen.
Als Formstoff ist auch Zirkonsand, Olivinsand, Chromitsand, Schamotte, Korund oder Carbonsand, die jeweils entweder rein oder in beliebigen Verhältnissen mit einem oder mehreren der anderen Stoffe gemischt verwendet werden können und die je¬ weils mit einem geeigneten Binder versetzt sind, denkbar. Der Binder ist üblicherweise ein warm- oder heißhärtender Harzbinder, der sowohl als Überzug für den Sand als auch in Form von selbständigen Partikeln, die mit dem Sand gemischt sind, verwendet werden kann. Beispiele für geeignete Harze sind r.. ben dem Phenolharz, Furan-, Harnstoff- oder Amino- harze, Novolake oder Resole, Harnstoff-Formaldehydharze, Furfurylalkohol-Harnstoff-Formaldehydharze, Phenol-modifi- zierte Furanharze, Phenol-Formaldehydharze, Furfurylalkohol- Phenol-Formaldehydharz, Acrylharze, acrylmodifizierte Phe¬ nolharze oder Polyacrylharze, die jeweils flüssig, fest, granuliert oder pulverförmig vorliegen können. Auch die Ver¬ wendung von Epoxidharzen ist denkbar. Bisher sind Epoxid¬ harze in der Gießerei auch im Einsatz, werden aber durch A in-Begasung ausgehärtet. Bei der thermischen Aushärtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hätten sie jedoch den Vorteil der sofortigen Aushärtung bis auf Endfestigkeit.
Ein Forτi£ θff, bestehend aus einem metallischen oder kera¬ mischen Pulver bzw. Granulat, das mit einem der oben ge¬ nannten Gießereiharze umhüllt oder gemischt ist, ist eben¬ falls zur Herstellung von Gußformen bzw. Modellen oder auch Dauerformen denkbar.
Da unterschiedliche Bindermaterialien jeweils auch ein unterschiedliches Absorptionsvermögen für elektromagnetische Strahlung aufweisen, ist es zweckmäßig bei der Nachbe¬ handlung der Gußform ein selektives Nachverfestigen mit un¬ terschiedlichen, dem Absorptionsvermögen des jeweiligen Bin¬ dermaterials angepaßten Wellenlängen durchzuführen. Bei¬ spielsweise kann die Nachhärtung der Gußformen durch Mikro¬ wellenbestrahlung im Mikrowellenofen erfolgen. Es ist jedoch auch beispielsweise möglich, nacheinander oder gleichzeitig verschiedene Nachhärtungsverfahren anzuwenden, bei¬ spielsweise UV-Bestrahlung, Mikrowellenbestrahlung oder Er¬ hitzen.
Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist jede zur Durchführung des Laser Sintering verwendbare Vorrichtung denkbar. Insbesondere ist es nicht erforderlich einen Behäl¬ ter zur Aufnahme des Formstoffes zu verwenden, der Formstoff kann auch schichtweise direkt auf den Träger aufgebracht werden.
Zusammenfassend ist zu sagen, daß die hier beanspruchte Erfindung es gestattet, die Entwicklungszeiten in Gieße¬ reien, die nach dem Sandgußverfahren fertigen, drastisch zu reduzieren. Gleichzeitig wird das Angebot dieser Gießereien auf gegossene Einzelstücke im unteren Gußmassebereich er¬ weitert. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß gie¬ ßereiübliche, warm- und heißhärtende Formstoffe punktuell und selektiv mittels Laser zur irreversiblen, chemischen Aushärtung gebracht werden, wobei der Formgrundstoff che¬ misch inert verbleibt und es möglich wird, komplexe, gieße¬ reitaugliche Kerne und Formen ohne die Verwendung von Ur¬ formwerkzeugen herzustellen. Als besonderer Vorteil der Er¬ findung ist festzustellen, daß alle verwendeten Komponenten des Formstoffsystems in den Gießereien seit langem bekannt und bewährt sind. Ihr Verhalten beim Gießen ist bekannt, so daß hier keine zusätzlichen Risiken oder Schwierigkeiten beim Markteintritt zu erwarten sind.
Auf einige weitere Ausführungsformen der Erfindung soll noch verwiesen werden. So ist es natürlich möglich, auch Partikel aus anderen Materialien als den hier in Anspruch 2 bzw. 4 genannten Formgrundstoffen mit den Bindersystemen nach Patentansprüchen 3,7,8 zu umhüllen oder zu vermischen und wie oben beschrieben mittels Laser zur Aushärtung zu brin¬ gen. Das könen z.B. auch Metall- und Keramikteilchen sein, wobei sich die Weiterentwicklung zum bekannten Stand der Technik daraus ergibt, daß die chemisch inert verbleibenden Partikel A (Fig.l bzw. Fig.2) mittels irreversibler chemi¬ scher Reaktion des Bindersystems B (durch Polykondensation) - und nicht durch Versintern und/oder chemische Reaktion mit Beteiligung der Partikel A selbst - zum Verbund aus Parti¬ keln A und irreversibel gehärtetem Binder E entsprechend Fig.7 gebracht werden. Die damit hergestellten Objekte wären beispielsweise für den Gießereieinsatz als Dauermodelle ge¬ eignet, aber darauf nicht beschränkt.
Desweiteren ist es möglich, die hier besprochenen erfindungsgemäßen Formgrundstoffe, in Mischung oder umhüllt mit den hier besprochenen erfindungsgemäßen Bindersystemen, flächig mittels einer Maske und nicht punktuell bzw. ra- sterförmig mit einem Laser zu belichten, wobei der gleiche Härtungsmechanismus ausgelöst wird. Die Maske muß vor dem Belichtungsprozeß mit dem der aktuellen Höhenkoordinate ent¬ sprechenden Querschnitt durch das zu bauende Teil präpariert worden sein. Die Energiequelle ist nach Strahlungsintensität und Wellenlänge geeignet auszuwählen. Insbesondere eignet sich diese Ausführungsform der Erfindung für eine Kleinseri¬ enfertigung, wenn durch die präparierte Maske nacheinander jeweils dieselbe Formstoffschicht in mehreren in der Ma¬ schine vorhandenen Bauräumen belichtet wird, bevor die Maske mit dem nächsten Querschnitt präpariert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Ob¬ jektes durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines partikelförmigen Formstoffes mittels Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung an dem Querschnitt des Objek¬ tes entsprechenden Stellen, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Formstoff aus einem ersten, bei Einwirkung von elektromagnetischen Strahlung chemisch inerten Material und einem zweiten Material besteht, wobei das zweite Material unter Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung durch einen in dem Material ablaufenden che¬ mischen Prozeß aushärtbar ist und b) die Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung so ge¬ steuert wird, daß in dem zweiten Material der chemische Prozeß zur Aushärtung abläuft und damit der Formstoff verfestigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material a) aus Quarzsand, Zirkonsand, Olivin- sand, Chromitsand, Schamotte, Korund, Carbonsand, Quarzgut oder einem sonstigen mineralischen Stoff, entweder rein oder in jedem beliebigen Verhältnis mit einem oder mehreren der anderen Stoffe gemischt, entweder körnig, granuliert oder vermählen, besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material aus einem Metall- oder Keramikpulver besteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das zweite Material aus Phenol-, Furan-, Harnstoff- oder Aminoharzen, Novolaken oder Resolen, Harnstoff- Formaldehydharzen, F rfurylalkohol-Harnstoff-Formaldehyd- harzen, phenol- odifizierten Furanharzen, Phenol-Formalde¬ hydharzen, Furfurylalkohol-Phenol-Formaldehydharzen, acrylmodifiziertem Phenolharz oder einem sonstigen thermisch initiierbaren Harz, jeweils flüssig, fest, granuliert oder pulverförmig, besteht und modifiziert und/oder gelöst sein kann.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das zweite Material aus Epoxidharz, Acrylharz oder Poly- acrylharz besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Formstoff aus Partikeln des ersten Materiales, die mit dem zweiten Material umhüllt sind, besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der For stoff aus einer Mischung von Partikeln des er¬ sten Materiales mit Partikeln des zweiten Materiales be¬ steht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Strahlungseinwirkung durch einen Laserstrahl er¬ folgt, der an die dem Querschnitt des Objektes entsprechen¬ den Stellen jeder Schicht abgelenkt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Strahlungseinwirkung mittels flächiger Bestrahlung durch eine Maske, die die Strahlung an den zu verfestigenden Stellen der Schicht hindurchläßt erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung im UV- Bereich liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Wellenlänge der Strahlung im IR-Bereich liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungsdauer und/oder die Intensität der elektromagnetischen Strahlung so gewählt wird, daß der En¬ ergieeintrag der elektromagnetischen Strahlung in den zu verfestigenden For stoff zur Initiierung des chemischen Aus¬ härteprozesses in dem zweiten Material ausreichend ist, wäh¬ rend das erste Material noch nicht reagiert.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolle des chemischen Aushärteprozesses über die Far¬ bänderung des Formstoffes erfolgt und gegebenenfalls die Be¬ strahlungsdauer und/oder die Intensität nachjustiert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das herzustellende Objekt eine Gußform (6) und/oder ein Kern für eine Gußform ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material zum Teil oder vollständig aus bereits verwendetem, regeneriertem oder nicht regeneriertem Material nach Anspruch 2 besteht, wobei anhaftende Stoffe mit dem zweiten Material chemisch reagieren können.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Verfestigung wahlweise in einer Umgebung aus Luft, Sauerstoff oder Inertgas erfolgt.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß bei der Verfestigung wahlweise mit Normal-, Über- oder Unterdruck gearbeitet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umhüllung eines der Verfahren Kalt-, Warm-, Heiß- oder SchmelzUmhüllung angewendet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß während der Vorgänge des Mischens des ersten mit dem zweiten Material oder der Umhüllung des ersten mit dem zwei¬ ten Material einer oder mehrere Zuschläge wie Härter, Säu¬ ren, Eisenoxid, Trennmittel, Ammoniumsalze, Hexamethy- lentetramin, Hexamin, Harnstoff, Magnetit, Hä atit, Calci- umstearat, Glycerin, Wasser oder Lösungsmittel zugegeben werden.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß Segmente, Schalen, Masken oder andere Teile von Formen und Kernen gefertigt und mit nach anderen Verfahren und aus gleichen oder anderen Materialien gefertigten, verlorenen oder DauerFormen bzw. -Kernen oder Teilen davon zusammenge¬ fügt werden.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß Formen und Kerne wahlweise entweder ungeteilt oder mit einer oder mehreren Teilungen gefertigt werden und in den letzteren Fällen zusammengefügt werden.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere, darunter auch verschiedene, Formen bzw. Kerne gefertigt werden.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die hergestellten Formen und/oder Kerne vor ihrer Verwendung mit gießereitechnologisch notwendigen, auf glei¬ che oder andere Weise aus gleichen oder anderen Materialien hergestellten Zugaben komplettiert werden.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die hergestellten Formen und/oder Kerne vor ihrer Verwendung mit Überzugsstoffen versehen werden.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die hergestellten Formen und/oder Kerne zur Verbesserung ihrer Festigkeit und ihrer Eignung für den Gießereiprozeß thermisch nachbehandelt werden, wodurch eine vollständigere Aushärtung des zweiten Materiales erreicht wird.
26. Verfahren zum Herstellen von Gußformen aus warmhärten¬ dem Formstoff mit den Schritten:
Erzeugen eines Computermodells der zu herzustellenden Gu߬ form (6) ;
Sukzessives Verfestigen einzelner übereinanderliegender Schichten (6a, 6b, 6c, 6d) eines warmhärtbaren Formstoffes (3) an jeweiligen der Gußform (6) entsprechenden Stellen mittels entsprechend dem Computermodell gesteuerter Einwir¬ kung elektromagnetischer Strahlung.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß als Formstoff (3) Formsand verwendet wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Formsand Quarzsand mit einem Überzug aus Phenolharz aufweist.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gußform mit integriertem Kern (20) erzeugt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußform (6) einteilig erzeugt wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Gußform (6) mit einem Einguß erzeugt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß unverfestigter Formstoff (3) nach der Verfestigung über in der Gußform vorgesehene Öffnungen entfernt wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kern getrennt erzeugt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß ein einteiliger Kern für eine Gußform (6) erzeugt wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß als elektromagnetische Strahlung Laserstrahlung verwen¬ det wird.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlung eines Infrarot-Lasers (7) verwendet wird.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußform thermisch nachgehärtet wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußform durch Bestrahlung mit Mikrowellen nachgehärtet wird.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen beim Erzeugen des Computermodelles der Gußform (6) erzeugt werden.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Formsand Quarzsand, Zirkonsand, Olivinsand, Chromitsand, Schamotte, Korund- oder Carbonsand oder Quarzgut umfaßt, der jeweils mit einem geeigneten warm- oder heißhärtbarem Harz¬ binder versetzt ist.
41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der warm- oder heißhärtbare Harzbinder ein Harz aus der Gruppe der Furan-, Harnstoff- oder Aminoharze, Harnstoff- Formaldehyd-Harze, Furfurylalkohol-Harnstoff-Formal¬ dehydharze, Phenol-modifizierten Furanharze, Phenol- Formaldehydharze, Furfurylalkohol-Phenol-Formaldehydharze, acrylmodifizierte Phenolharze, Acrylharze oder Polyacryl- harze umfaßt, die jeweils in flüssiger, fester, granulierter oder pulverförmiger Form vorliegen können.
42. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß als Harzbinder ein Epoxidharz verwendet wird.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verfestigung des Formsandes ein vom Laser initiier¬ ter chemischer Abbindeprozeß in dem Harz abläuft und der Sand chemisch nicht an der Reaktion beteiligt ist.
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff trocken und rieselfahig ist.
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