DE4418466A1

DE4418466A1 - Rapid mfr. of sand moulds and cores used in foundries

Info

Publication number: DE4418466A1
Application number: DE4418466A
Authority: DE
Inventors: Florian Dr Ing Wendt
Original assignee: Florian Dr Ing Wendt
Current assignee: WENDT, FLORIAN, DR.-ING., 09599 FREIBERG, DE
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2014-05-28
Also published as: DE4418466C2

Abstract

Process for the rapid mfr. of sand moulds and cores for use in foundries comprises: (i) forming the mould and/or core using stepwise structure; (ii) computer-controlled selective heating a thin, planar moulding material layer using laser; (iii) repeating the selective radiating process for each freshly applied moulding material layer. The moulding material consists of: (a) a powdered, granular moulding base material from round, irregular moulded or angular splintery particles; and (b) a warm or hot hardenable binder. Component (a) is enclosed by component (b), or components (a) and (b) are mixed, and component (a) remains chemically inert during the above prodn. process.

Description

Es sind Verfahren für die schnelle Herstellung von dreidimen sionalen, geometrisch komplizierten, auch mit Hinterschnei dungen versehenen und genauen Objekten bekannt, die ohne Ur formwerkzeuge, d. h. ohne die bereits körperlich vorhandene äußere und innere Form der Objekte als Positiv- oder Negativ modell sowie auch ohne Zerspanungs- und Abtragvorgänge arbei ten und die gewünschten Objekte direkt aus der computerinter nen, dreidimensionalen Darstellung der Geometrie generieren, wobei als Ausgangsstoffe feste, pulverförmige oder flüssige Grundmaterialien dienen. Diese Verfahren sind als generative Fertigungsverfahren, Rapid Prototyping RP, Solid Freeform Ma nufacturing 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 Stereolitho graphie (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).They are processes for the rapid production of three dimensions sional, geometrically complex, also with undercut well-known and accurate objects known, which without Ur molding tools, d. H. without the already existing physically outer and inner shape of the objects as positive or negative model as well as without machining and stock removal processes ten and the desired objects directly from the computer inter generate a three-dimensional representation of the geometry, solid, powder or liquid as starting materials Serve basic materials. These procedures are considered generative Manufacturing process, Rapid Prototyping RP, Solid Freeform Ma known as SFM or Fast Free Form Fabrication FFFF (Technische Rundschau 83 (1991) 20, pp. 36-43 and 44, pp. 58-61, Ma terials World Dec. 1993, pp. 656-658, modern casting Oct. 1993, p. 25-27). The best known of these methods is the stereolitho graphie (Konstruieren + Gießen 17 (1992) 4, pp. 13-19, Technical Rundschau 82 (1991) 11, pp. 40/41, automobile production Aug. 1992, S. 102/104, Laser-Praxis May 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 Mo delle im Feingußverfahren zu verwenden, so daß in der Folge auch Gußteile im Feingußverfahren ohne Urformwerkzeug herge stellt werden können. Weiterhin ist bekannt, daß durch das Verfahren des Selective Laser Sintering SLS auch metallische und keramische Objekte direkt ohne Urformwerkzeuge herge stellt werden können (Int. J. of Powder Metallurgy 28 (1992) 4, S. 369-381, Metallurgical Transactions A 24/1993, S. 757-759). With these processes, prototypes, sample parts etc. can be made various plastics, coated paper as well Wax are made. Different materials are ge suitable, the objects made from them as a lost mo delle to use in the investment casting process, so that in the consequence also castings in the precision casting process without primary molding tools can be put. It is also known that Selective Laser Sintering SLS process also metallic and ceramic objects directly without primary molding tools can be provided (Int. J. of Powder Metallurgy 28 (1992) 4, p. 369-381, Metallurgical Transactions A 24/1993, pp. 757-759).

Die beim Verfahren des Selective Laser Sintering verwendeten Pulver sind dabei keramischer Natur, aus zwei oder mehr Kom ponenten bestehend, und die Bindung zwischen den Partikeln wird durch keramische Bindung, d. h. also chemische Reaktion zwischen den Bestandteilen des Pulvers, hergestellt; im Falle versinterter metallischer Pulver sind die metallischen Teil chen mit polymeren Bindern, wie z. B. Epoxidharzen, umhüllt oder vermischt, so daß die Bindung zwischen den metallischen Teilen über diese polymeren Binderbrücken hergestellt wird (über das gleiche Verfahrensprinzip wird auch bei keramischen Pulvern berichtet), daneben sind noch Bindungen über interme tallische Verbindungen beschrieben. Es ist bekannt, daß die derart hergestellten Objekte auch Formen und Kerne für das Feingußverfahren sein können, bei dem keramische Schalen, die zur Verfestigung gebrannt werden, abgegossen werden.Those used in the selective laser sintering process Powders are ceramic in nature, made up of two or more particles components, and the bond between the particles is through ceramic bonding, d. H. so chemical reaction between the components of the powder made; in the event of Sintered metallic powder are the metallic part chen with polymeric binders such. B. epoxy resins or mixed so that the bond between the metallic Parts are made over these polymeric binder bridges (The same process principle is used for ceramic Powders reported), there are also bonds about interme described metallic connections. It is known that the objects manufactured in this way also forms and cores for the Investment casting can be used in the ceramic bowls be burned for solidification, poured off.

(3rd. Int. Conf. on Rapid Prototyping at the University of Dayton, Conf. Proceedings, Dayton, Ohio, 1992,5.73-77; Solid Freeform 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, 5 155 324, 5 053 090, 5 076 869, 4 944 817, 5 132 143, 5 017 753, 4 863 538, Europa-Patentanmeldung Nr. 0.416.852. A2, Weltpa tent-Anmeldung Nr.PCT/US87/02635 (Int. Publ. No. WO 88/02677)).(3rd. Int. Conf. On Rapid Prototyping at the University of Dayton, Conf. Proceedings, Dayton, Ohio, 1992, 5, 73-77; Solid Freeform Fabrication Symposium Proceedings, University of Texas at Austin, Texas, 1991, pp. 195-205, 205-212, u. 1992, p. 44-53, 63-71, 124-130, 141-146; U.S. Patent No. 5 156 697, 5 147 587, 5 155 324, 5 053 090, 5 076 869, 4 944 817, 5 132 143, 5 017 753, 4,863,538, European Patent Application No. 0.416.852. A2, Weltpa tent application No.PCT / US87 / 02635 (Int. Publ. No. WO 88/02677)).

Weiterhin ist bekannt, daß keramische Formen für das Feinguß verfahren auch durch die selektive Verfestigung von kerami schen Pulvern mittels aus einer beweglichen Düse ausgedrück ten silikatischen Binders im sogenannten Direct Shell Produc tion Casting hergestellt werden können (modern casting March 1993, S. 55 u. Aug. 1993, S. 30/31, Plastics World Febr. 1993, S. 23).It is also known that ceramic molds for investment casting process also through the selective solidification of kerami powders by means of a movable nozzle silicate binder in the so-called Direct Shell Produc tion casting can be produced (modern casting March 1993, p. 55 u. Aug. 1993, pp. 30/31, Plastics World Febr. 1993, p. 23).

Es ist nicht bekannt, daß andere als keramische Formen und Kerne für das Feingußverfahren mittels generativer Ferti gungsverfahren ohne die Verwendung von Urmodellen hergestellt werden können, und somit steht für das weit verbreitete Sand gußverfahren kein schnelles Formverfahren zur Verfügung, das ohne Urformwerkzeuge (Modelle und Kernkästen) arbeitet. It is not known that shapes other than ceramic and Cores for the investment casting process using generative ferti manufacturing process without the use of master models can be, and thus stands for the widespread sand no rapid molding process available works without primary molds (models and core boxes).

Es ist bekannt, daß warm- und heißhärtende Formstoffe zur Herstellung von Kernen und Formen für die Gießereiindustrie verwendet werden können, wonach die hergestellten Kerne und Formen mit nahezu allen bekannten Gußwerkstoffen abgegossen werden können. Diese Formstoffe bestehen aus einem Formgrund stoff nach Anspruch 1, 2 und ggf. 4, aus einem Binder nach An spruch 3 und ggf. Zusätzen nach Anspruch 8. Diese Formstoffe können jedoch bisher nur unter Verwendung von Urformwerkzeu gen wie Modelleinrichtungen und Kernkästen, die ganzheitlich aus Metall bestehen müssen, verarbeitet werden (Flemming/ Tilch : Formstoffe und Formverfahren, Dt.Verl.f.Grundstoffind. Leipzig/Stuttgart, 1. Aufl. 1993, S. 333-367).It is known that thermosetting and thermosetting molding materials for Manufacture of cores and molds for the foundry industry can be used, after which the cores and Molds cast with almost all known casting materials can be. These molding materials consist of a molding base fabric according to claim 1, 2 and possibly 4, from a binder according to An saying 3 and possibly additives according to claim 8. These molding materials So far, however, only using master molds such as model furnishings and core boxes that are holistic must be made of metal, processed (Flemming / Tilch: Molding materials and molding processes, Ger.Verl.f. Leipzig / Stuttgart, 1st edition 1993, pp. 333-367).

Wegen der mit warm und heiß aushärtenden Formstoffen zu er zielenden guten Gußteileigenschaften, wie hohe Maßgenauigkeit und Qualitätskonstanz sowie gute Oberflächenqualität, sind diese Formstoffe unter den Verfahren zur Form- und Kernher stellung für anspruchsvolle, hochqualitative Gußteile weit verbreitet, insbesondere bei der Fertigung von Gußteilen für die Automobilindustrie, den Fahrzeugbau, die Hydraulikindu strie und den Maschinenbau. Das betrifft sowohl Aluminium und Gußeisenlegierungen wie auch den Stahlguß. Jedoch haben alle mit diesen Formstoffen arbeitenden Gießereien das Problem, daß ggf. vom Kunden angefragte Einzelteile, Prototypen, Kleinserien, Musterteile etc. nur sehr teuer und mit hohem zeitlichen Aufwand zu fertigen sind, da in jedem einzelnen Fall ein komplett aus Metall bestehendes Urformwerkzeug (Mo dell und/oder Kernkasten) gefertigt werden muß. Wegen der heißen Verarbeitung dieser Formstoffe entfallen billige Me thoden des Modellbaus (Holz- oder Epiloxmodell), und eine Herstellung der Musterteile in anderen Formstoffen mit bil ligen Modelleinrichtungen würde keinen Vergleich zwischen diesen Musterteilen und der späteren Großserie in heißhär tenden Formstoffen in Bezug auf die Qualitätsparameter der gefertigten Gußteile mehr gestatten. Die mit den Vollmetall- Werkzeugen verbundenen Kosten und Vorbereitungszeiten stellen somit eine starke Benachteiligung der Gießereien, die mit warm und heiß härtenden Formstoffen arbeiten, gegenüber ande ren Formverfahren beim Wettbewerber dar; desweiteren verur sachen sie auch innerhalb der Gießerei selbst hohe Kosten und Zeitverluste in der Phase der technologischen Vorbereitung der Serienfertigung, wenn mehrere Probeabgüsse mit veränder ten Geometrien des Gieß- und Speisesystems oder der Abmessun gen des Gußteils notwendig sind.Because of the hot and hot curing molding materials targeted good casting properties, such as high dimensional accuracy and constant quality and good surface quality these molding materials under the processes for molding and Kernher position for sophisticated, high-quality castings widespread, especially in the manufacture of castings for the automotive industry, vehicle construction, the hydraulic indu strie and mechanical engineering. This affects both aluminum and Cast iron alloys as well as cast steel. However, everyone has the problem with foundries working with these molding materials, that individual parts, prototypes, Small series, sample parts etc. only very expensive and with high time required to be produced, as in each one In the case of a complete metal forming tool (Mo dell and / or core box) must be manufactured. Because of the hot processing of these molding materials eliminates cheap me methods of model building (wood or epilox model), and a Production of the sample parts in other molding materials with bil current model facilities would make no comparison between this sample parts and the later large series in hot-hard molding materials in relation to the quality parameters of the allow manufactured castings more. The one with the full metal Tool related costs and preparation times thus a severe disadvantage for the foundries operating with work hot and hot curing molding materials, compared to others form process at the competitor; furthermore they also have high costs and costs within the foundry itself Loss of time in the phase of technological preparation Series production if several trial casts with changes geometries of the pouring and feeding system or the dimensions casting are necessary.

Die vorstehend beschriebenen Methoden der schnellen Form- und Kernfertigung für das Feingußverfahren auch in Sandgießereien anzuwenden, ist aus technologischen Gründen nicht zielfüh rend. Es handelt sich bei Gußteilen, die für das Sandgußver fahren (gleichgültig in welchem Gußwerkstoff) konzipiert sind, um völlig andersartige Gußteile hinsichtlich ihrer Größe, Masse, Geometrie, Komplexität (Innenkonturen und damit Kernarbeit), geforderten Maßgenauigkeit, Oberflächenqualität und des Preises. Die im Feingußverfahren gefertigten Muster teile/Prototypen hätten keinerlei Beziehung zu der später im Sandguß vorgesehenen Serienfertigung und dienen damit weder dem Kunden (für Erprobung von Mustermotoren etc.) noch der Gießerei (zur technologischen Vorbereitung der späteren Se rienfertigung). Durch andere Methoden des Rapid Prototyping, wie z. B. Stereolithographie, Selective Laser Sintering von Kunststoffen, Laminated Object Manufacturing von beschichte tem Papier, hergestellte Modelle sind unter den Bedingungen warm und heiß aushärtender Formverfahren wegen ihrer geringen Temperaturbeständigkeit und schlechten Wärmeleitfähigkeit nicht einsetzbar. Weitere Alternativen ohne den konventionel len Modellbau existieren nicht. Aus diesen Gründen werden in den in Frage kommenden Gießereien alle Vorserienversuche, Mu sterfertigungen etc. mit den der späteren Serienfertigung entsprechenden Metallmodellen unternommen, und die Nachteile bei Kosten (von mehreren Tausend DM für einen einfachen Kern kasten bis z. B. DM 100 000,-- für das Werkzeug für die Ferti gung von Kurbelwellen) und Erstellungszeit des Urformwerk zeugs (ca. 3 Wochen für einen einfachen Kernkasten bis ca. 12-16 Wochen für komplexe Werkzeuge z. B. für ein Zylinderkurbel gehäuse) müssen in Kauf genommen werden. In Anbetracht immer kürzerer Modellzyklen und Entwicklungszeiten verschlechtert dies insbesondere auch die Wettbewerbssituation des Ferti gungsverfahrens Gießen gegenüber konkurrierenden Verfahren.The methods of rapid form and described above Core production for the investment casting process also in sand foundries It is not practical to use for technological reasons rend. It is castings for the Sandgußver drive (regardless of the casting material) are completely different castings in terms of their Size, mass, geometry, complexity (inner contours and thus Core work), required dimensional accuracy, surface quality and the price. The samples made in the investment casting process parts / prototypes would have no relation to the later in the Sand casting provided series production and thus neither serve the customer (for testing sample engines etc.) Foundry (for the technological preparation of the later Se production). Through other methods of rapid prototyping, such as B. Stereolithography, Selective Laser Sintering by Plastics, laminated object manufacturing from coatings Paper, manufactured models are under the conditions warm and hot curing molding processes because of their low Temperature resistance and poor thermal conductivity Not insertable. Other alternatives without the conventional len model construction does not exist. For these reasons, in for the foundries in question, all pre-series tests, Mu production, etc. with the later series production corresponding metal models made, and the disadvantages at costs (of several thousand DM for a simple core box to z. B. DM 100 000, - for the tool for the ferti supply of crankshafts) and creation time of the master molding plant stuff (approx. 3 weeks for a simple core box up to approx. 12-16 weeks for complex tools e.g. B. for a cylinder crank housing) must be accepted. Always considering shorter model cycles and development times deteriorated this also applies in particular to the competitive situation at Ferti casting process versus competing processes.

Die hiermit beanspruchte Erfindung stellt sich somit das Ziel, für Gießereien, die mit warm und heiß aushärtenden Formstoffen arbeiten, ein technologisch der Serienfertigung entsprechendes, jedoch ohne teuren und zeitaufwendigen Mo dellbau, d. h. ohne Urformwerkzeuge, arbeitendes 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. Gleichzeitig wird damit das Sor timentsprofil dieser Gießereien von der Fertigung in mittle ren, großen bis sehr großen Serien, wie derzeit üblich, in den Losgrößenbereich der Einzelstück- und Kleinserienferti gung erweitert, und zusätzliche Marktsegmente für diese qua litativ 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 ih res Entwicklungsprozesses. Um dieses Ziel zu erreichen, steht die Aufgabe, geeignet miteinander zu kombinierende Entwick lungen unter 1. den neu entwickelten, erst seit kurzem ver fügbaren Verfahren des Rapid Prototyping und 2. den bekannten und in der Praxis bewährten Gießerei-Formstoffen zu finden.The invention claimed herewith thus arises Aim for foundries with hot and hot curing Molded materials work, a technologically of series production corresponding, but without expensive and time-consuming Mo. dellbau, d. H. without primary molding tools, working molding process for the production of sand molds and cores for pouring of individual pieces, prototypes and sample parts as well as for technological development work in the foundry itself to provide. At the same time, the Sor Timing profile of these foundries from production in Mittle large, very large series, as is currently the norm, in the batch size range of single piece and small series produc expanded, and additional market segments for this qua high-quality castings can be developed. For the phase of product development, testing, constructive Change and further development in the industries, who use such castings (e.g. automotive industry), this possibility means a drastic acceleration ih development process. To achieve this goal stands the task of suitably combining developments lungs under 1. the newly developed, only recently ver available methods of rapid prototyping and 2. the known and to find foundry molding materials proven in practice.

Der Lösungsweg liegt in der Zusammenführung des Verfahrens des Selective Laser Sintering, wie in Patentanspruch 1 be schrieben, und der warm bzw. heiß aushärtenden Gießerei- Formstoffe, wie in den Patentansprüchen 1, 2, 3, 4, 7 und 8 be schrieben. Diese Kombination geht über den derzeitigen Stand der Technik hinaus und wurde bisher noch nicht beschrieben.The solution lies in merging the process of selective laser sintering, as in claim 1 wrote, and the hot or hot curing foundry Molding materials, as in claims 1, 2, 3, 4, 7 and 8 be wrote. This combination goes beyond the current status of technology and has not yet been described.

Die Verfahrensweise ist dabei wie folgt: zunächst wird die Geometrie des gewünschten Objektes (der Form oder des Kerns) am Computer mittels eines 3D-CAD-Systems aufbereitet. Dabei wird zweckmäßigerweise von der Konstruktion des zu fertigen den Gußteils ausgegangen, wie sie vielfach bereits in digi talisierter Form vom Kunden bereit gestellt wird. Beispiel haft soll hierbei die Fertigung einer Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor (Pkw, Motorrad) betrachtet werden. Auf die Konstruktion des Gußrohteils wird dabei im CAD-System das Schwindmaß entsprechend dem zu verwendenden Gußwerkstoff auf gegeben. Sodann werden die gießtechnologisch erforderlichen Änderungen an der Geometrie eingefügt, z. B. Zugabe von Spei sern und des kompletten Anschnittsystems, bis die Geometrie der kompletten Gußteil-Gießsystem-Konfiguration lückenlos be schrieben ist. Soll die zu fertigende Form später mit weite ren vorgefertigten oder fremd bezogenen Teilen (z. B. Grund platte, keramischer Eingußtrichter, exotherme Speiserkappe, nicht konturierte Außenteile der Form usw.; aber auch evtl. notwendige Kerne, Kühlkokillen usw.) komplettiert werden, sind diese hier auszusparen. Die fertig konstruierte Geome trie 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 überflüssig, wodurch wiede rum die zu fertigenden Gußteile endabmessungsnäher werden. In bestimmten Fällen kann die Form auch ungeteilt gefertigt wer den, 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 vorge fertigte Grundplatten oder bezogene Eingußtrichter verschlos sen werden, verlassen kann. Dadurch entfallen die Toleranzen und Spiele der Formhälften gegeneinander und das Gußteil kann in engeren geometrischen Toleranzen gefertigt werden. Für Kerne, darunter auch sehr komplizierte, die konventionell we gen der geforderten Ausformbarkeit aus ihrem Werkzeug in vie len zu montierenden Einzelteilen gefertigt werden müssen, wird die einteilige und somit wesentlich genauerer Herstel lung die Regel sein. Diese Geometrie des zu fertigenden Ob jektes wird sodann am Computer in Schichten zerlegt, deren Dicke der Korngröße des verwendeten Formstoffs angepaßt wird (i.d.R. doppelte mittlere Korngröße) und an die Sintermaschi ne übertragen. In diese ist der Formstoff eingefüllt, der Arbeitsraum ist bis auf eine Temperatur wenige Grad unterhalb der Erweichungstemperatur bzw. des Beginns des Erweichungsin tervalls des Formstoffbinders nach Anspruch 3 und 8 gleich mäßig aufgeheizt. Eine entsprechend der eingestellten Schichtdicke aufgebrachte Formstoffschicht wird sodann mit dem Laser über ein bewegliches Spiegelsystem nach Erfordernis der Geometrie des zu der jeweiligen Höhenkoordinate gehören den Querschnitts durch die Form/den Kern selektiv belichtet, wodurch ein ausreichender Temperatursprung (von z. B. 5 Grad, entsprechend den eingestellten Anlagenparametern und der La serleistung) im bestrahlten Formstoffteilchen ausgelöst wird und die Binderkomponente b) des Formstoffs aushärtet. Somit wird eine feste, tragfähige Verbindung zwischen dem bestrahl ten Formstoffteilchen und seinen Nachbarn erzeugt. Nach Ab arbeiten einer Schicht wird die nächste Formstoffschicht auf getragen und belichtet usw., bis der Körper vollständig er stellt ist. In nicht belichteten Stellen verbleibt dabei der unausgehärtete Formstoff als Stütze für die nächste aufge brachte, ggf. ausgehärtete Formstoffschicht, so daß Hinter schneidungen gefertigt werden können. Nach der Entnahme des fertigen Körpers wird der nicht ausgehärtete Formstoff ent fernt; durch manuelle Nacharbeit und Auftragen von Überzugs schichten kann sodann die Oberflächenqualität der Form/des Kerns verbessert und durch eine thermische Nachbehandlung kann die Festigkeit erhöht werden. Sodann ist die Form/der Kern fertig für die Montage/Komplettierung und den Abguß. Am Beispiel der Kurbelwelle wird die Form zweiteilig gefertigt; in Abhängigkeit von der Größe können auch beide Teile gleich zeitig gefertigt werden, wobei als Trennschicht wenige Milli meter nicht durch den Laser belichteter Formstoff vorzusehen sind. Die Formhälften könne auch gekröpft sein, wenn der Ver satz der Gegenmassen dies erfordert (z. B. Sechszylindermotor) und enthalten bereits Anschnitt, Querlauf und Einlauf als Teile des Gießsystems. Nach Fertigstellung werden die Form hälften geschlichtet, mit Speiserkappen versehen, zusammenge legt, verklammert, mit einem aufgeklebten Eingußtrichter ver sehen, eben aufgestellt, gegen Auseinanderbrechen durch die Hitze des Gießmetalls hinterfüllt und beschwert und sind fer tig zum Abguß. Sollte eine vorab durchgeführte technologische Betrachtung (z. B. mittels Erstarrungssimulationsrechnung) dies nahelegen, können auch Kühlkokillen in den inneren Pleu ellagerbereichen zur besseren Wärmeabfuhr eingelegt werden, wobei die Aussparungen dafür in der Konstruktion der Form hälften vorzusehen sind, oder weitere Vorkehrungen getroffen werden.The procedure is as follows: first the Geometry of the desired object (shape or core) prepared on the computer using a 3D CAD system. Here is convenient to manufacture from the construction of the the casting, as they are often already in digi Talized form is provided by the customer. Example The production of a crankshaft is said to be liable for one Internal combustion engine (car, motorcycle) can be considered. On the The construction of the casting blank is the CAD system Shrinkage according to the casting material to be used given. Then the casting technology required Inserted changes to the geometry, e.g. B. Add Spei and the complete gate system until the geometry of the complete casting system configuration is written. Should the shape to be manufactured later with width other prefabricated or third-party parts (e.g. reason plate, ceramic pouring funnel, exothermic feeder cap, non-contoured outer parts of the mold, etc .; but also possibly necessary cores, cooling molds etc.) are completed, are to be left out here. The fully constructed geome trie is then inverted in the CAD system to the geometry the shape to be manufactured or the core (the negative of the manufacturing casting or part thereof, according to the Outer or inner contour). Since no model was drawn Lift-out bevels are superfluous, which means that again around the castings to be manufactured are closer to final dimensions. In In certain cases, the mold can also be made in one piece the one that is not exposed by the laser and thus not cured, free-flowing molding material the finished Shape through larger openings that later z. B. by pre manufactured base plates or related pouring funnels closed can be left. This eliminates the tolerances and games of the mold halves against each other and the casting can are manufactured in closer geometric tolerances. For Cores, including very complicated ones that are conventional against the required formability from your tool in many parts to be assembled must be manufactured, becomes the one-piece and therefore much more precise manufacturer be the rule. This geometry of the ob to be manufactured jektes is then broken down into layers on the computer, the Thickness of the grain size of the molding material used is adjusted (usually double average grain size) and to the sintering machine ne transferred. The molding material is filled into this Working space is a few degrees below a temperature the softening temperature or the beginning of softening tervalls of the molding binder according to claim 3 and 8 are the same moderately heated. One according to the set Layer thickness applied molding material layer is then with the laser via a movable mirror system as required the geometry of the belong to the respective height coordinate selectively exposing the cross-section through the mold / core, whereby a sufficient temperature jump (e.g. 5 degrees, according to the set system parameters and the La power) is triggered in the irradiated molding material particles and the binder component b) of the molding material cures. Consequently becomes a solid, stable connection between the irradiated ten molding particles and its neighbors. After Ab working one layer will open the next layer of molding material worn and exposed etc. until the body is completely he represents is. The remains in unexposed areas uncured molding material to support the next one brought, possibly hardened layer of molding material, so that rear cuts can be made. After removing the finished body is the uncured molding material ent distant; through manual rework and application of coating can then layer the surface quality of the form / Kerns improved and through a thermal aftertreatment the strength can be increased. Then the form / Core ready for assembly / completion and casting. At the Example of the crankshaft, the shape is made in two parts; depending on the size, both parts can also be the same are manufactured early, with a few milli meters of molding material not exposed by the laser are. The mold halves can also be cranked if the Ver set of counterweights this requires (e.g. six-cylinder engine) and already contain bleed, cross run and infeed as Parts of the casting system. After completion, the shape halves finished, fitted with feeder caps, put together lays, clamped, with a glued-on funnel see, just set up, against breaking apart by the Heat of the cast metal backfilled and weighed down and are fer for casting. Should be a pre-technological Consideration (e.g. using solidification simulation calculation) this suggests that cooling molds can also enter the inner connecting rod bearing areas for better heat dissipation, the recesses for this in the construction of the mold halves are to be provided, or further precautions are taken become.

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 abgeschlos sener Konstruktion verkürzt sich an diesem Beispiel von ca. 20 Wochen auf wenige Tage bis ca. 2 Wochen. Sollten sich im Verlauf der Erprobung Konstruktionsänderungen ergeben, 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, wodurch sich die Produktentwicklungszeiten dramatisch verkürzen lassen. Ist die Konstruktion ausgereift, wird für Nullserie und Großse rienproduktion wie bisher ein konventionelles Urformwerkzeug erstellt, das jedoch nicht mehr geändert und in der Folge mehrerer Änderungen evtl. verworfen werden muß.Depending on the absolute size of the crankshafts 1 to approx. 3 pieces made in one mold at the same time the. The delivery time for the first castings after completed This construction shortens in this example from approx. 20 weeks on a few days to about 2 weeks. Should in The course of the trial Changes in design reveal what is likely to be within hours within Realize CAD system and can be done within few Days in a new casting, which is the Have product development times dramatically reduced. Is the design is mature, for pilot series and large scale Series production as before a conventional master mold created, but no longer changed and subsequently several changes may have to be discarded.

Claims

1. Process and molding material for the rapid production of lost molds and cores for foundry use without the use of primary molds and

1.1 by building up the form or core in layers
1.2 using the computer-controlled, selective heating of a thin, flat layer of molding material using a laser
1.3 according to the cross section of the object to be manufactured
1.4 and repetition of this selective irradiation process for each newly applied molding layer,

characterized in that a molding material is used which is composed of

a) a powdery, granular or granulated form base material made of round, irregularly shaped or angular, splintered particles and
b) a warm or hot curing binder, wherein
c) component a) is coated with component b) or
d) components a) and b) are mixed and
e) component a) behaves chemically inert during process steps 1) to 4).

2. The method and molding material according to claim 1, characterized, that component a) consists of quartz sand, zircon sand, olivine sand, Chromite sand, chamotte, corundum or carbon sand, either pure or in any ratio with one or more of the other substances mixed, either granular, granulated or grind, exists.

3. Process and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 2, characterized, that component b) from phenol, furan, urea or Amino resins, novolaks or resols, urea-formaldehyde resins, furfuryl alcohol-urea-formaldehyde resins, phenol modified furan resins, phenol-formaldehyde resins or fur furyl alcohol-phenol-formaldehyde resins, each liquid, solid, granulated or powdered, exists and modified and / or can be solved.

4. Process and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 3, characterized, that component a) is already partially or completely used, regenerated or non-regenerated material according to claim 2, wherein adhesive substances with the Component b) can react chemically.

5. Process and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 4, characterized, that during steps 1) to 4) optionally in a reverse exercise from air, oxygen or inert gas.

6. Process and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 5, characterized, that during steps 1) to 4) optionally with normal, Over or under pressure is worked.

7. Process and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 6, characterized, that for the wrapping according to c) one of the cold, Warm, hot or melt wrapping is applied.

8. Process and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 7, characterized, that during the processes of mixing according to d) or Um wrapping according to c) one or more supplements such as hardener, Acids, iron oxide, release agents, ammonium salts, hexamethylene tetramine, hexamine, urea, magnetite, hematite, calcium stearate, glycerin, water or solvent added become.

9. The method and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 8, characterized, that segments, shells, masks or other parts of shapes and cores and made with other methods and from same or different materials, lost or permanent forms or cores or parts thereof be added.

10. The method and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 9, characterized, that shapes and cores either either undivided or with one or more divisions are manufactured and in the the latter cases are merged.

11. The method and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 10, characterized, that simultaneously during process steps 1) to 4) several, including various, shapes or cores be done.

12. The method and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 11, characterized, that the molds and / or cores produced before they are used with foundry technologically necessary, on the same or otherwise from the same or different materials provided additions are completed.

13. The method and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 12, characterized, that the molds and / or cores produced before they are used coating can be provided.

14. The method and molding material according to one or more of the patent claims 1 to 13, characterized, that those produced according to process steps 1) to 4) Shapes and / or cores to improve their strength and their suitability for the foundry process thermally treated be causing a more complete curing of the component b) is achieved.