Titel:

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts und Vorrichtung zum 3D-Drucken

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere 3D- Druckverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte mit frei wählbarer Formgebung und eine Vorrichtung zum 3D-Drucken und zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Stand der Technik

Beim herkömmlichen 3D-Druck (Fused Deposition Modeling, FDM) wird ein thermoplastisches Druckmaterial aufgeschmolzen und im flüssigen Zustand selektiv an die Stellen, die zu dem herzustellenden Objekt gehören, verbracht. Wenn das Druckmaterial anschließend erkaltet, erstarrt es wieder. Auf diese Weise können Objekte mit frei wählbarer Formgebung schichtweise aufgebaut werden.

Beim Aufbringen dieser Schichten entstehen beispielsweise thermischer Verzug am Bauteil, oder Fadenbildung an der Düse des 3D-Druckers. Dadurch können sich die Maße eines Bauteils stark verändern, wodurch nachteilig eine Ungenauigkeit des Bauteils erreicht wird. Eine Reproduzierbarkeit der Bauteile ist dadurch nur schwer zu erreichen.

Diese und weitere Faktoren beeinflussen im FDM 3D-Druck die Genauigkeit des Bauteils. Die Faktoren sind dabei sehr schwer zu kontrollieren und können oft nur durch stetiges Probieren und Anpassen von Parametern verbessert werden. Diese Prozessoptimierung ist sehr zeitaufwendig und es ist schwierig ein Ergebnis im gewünschten Toleranzbereich zu erzielen.

Das Hauptproblem von 3D gedruckten Teilen aus Kunststoff ist ihre oftmals geringe Belastbarkeit in Aufbaurichtung. Die übereinander gebauten Layer lassen sich mit geringem Kraftaufwand voneinander trennen. Darüber hinaus ist die Oberflächenqualität und Toleranzgenauigkeit je nach Aufbaurate gering. Oftmals ist es möglich die übereinander gestapelten Layer mit dem bloßen Auge zu erkennen.

Aus der DE 10 2016 222 552 Al ist bekannt, eine äußere Struktur eines Bauteils über einen ersten Druckkopf aufzubauen und diese Struktur anschließend mit einem polymerisierbaren Füllmaterial aufzufüllen. Diese Verfahren ermöglicht es Bauteile mit erhöhter Festigkeit herzustellen, jedoch ist auch bei diesem Verfahren die Oberflächengenauigkeit des fertigen Bauteils nicht optimal.

Die Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Objekts, sowie eine Vorrichtung zum 3D-Drucken bereitzustellen, mit denen eine bessere Oberflächengüte des Objekts und dadurch eine verbesserte Reproduzierbarkeit erreicht wird.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere 3D- Druckverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte mit frei wählbarer Formgebung, und einer Vorrichtung zum 3D-Drucken und zur Durchführung eines Verfahrens erfüllt.

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts entwickelt. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Druckstruktur mittels 3D-Druck aus einem Druckmaterial gefertigt. Diese Druckstruktur definiert einen Innenraum. Anschließend wird die Druckstruktur mittels einer Vorrichtung zur Durchführung eines abrasiven Verfahrens bearbeitet. ln einer bevorzugten Weiterbildung wird eine Oberfläche des Innenraums durch die Vorrichtung zur Durchführung des abrasiven Verfahrens bearbeitet. Anschließend wird ein Füllmaterial, welches mindestens ein flüssiges oder pastöses Monomer umfasst, in den Innenraum eingebracht. Schließlich wir das Monomer zu einem Polymer polymerisiert.

Der Ansatz die Druckstruktur mittels der Vorrichtung zur Durchführung des abrasiven Verfahrens zu bearbeiten, insbesondere durch eine Fräsbearbeitung, wirkt in vorteilhafter Weise der nachteiligen Ungenauigkeit des Bauteils entgegen. Ferner wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass durch diese Prozessverbesserung die Stabilität der Bauteile, sowie ihre Optik und Genauigkeit verbessert wird.

Besonders vorteilhaft ist es, die Fräsbearbeitung während des Druckprozesses durchzuführen, wodurch die Genauigkeit des Bauteils erhöht wird. Die Verwendung einer Fräsbearbeitung bietet daher eine zeitliche Ersparnis und sorgt zudem für eine genauere Reproduzierbarkeit von z.B. Bauteilen einer Kleinserie. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Fehler, die zu unebenen Oberflächen des Bauteils führen könnten, vermieden werden. Diese Fehler entstehen beispielsweise durch thermischen Verzug aufgrund von unausgereiften Thermomanagement oder Fadenbildung.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich Bauteile zu fertigen, welche zumindest vergleichbare Eigenschaften eines Kunststoffspritzgussteils aufweisen. In diesem Zusammenhang geht es sowohl um die Stabilität als auch die Oberflächenqualität des Bauteils.

Zusammengefasst bietet das erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem Stand der Technik eine Verbesserung der Oberfläche und eine Verbesserung des Toleranzbereiches des Bauteils, wobei das Problem von Fadenbildung und unebenen Konturen durch den Druck vernachlässigt werden kann.

Wie beschrieben, erreichen Objekte, bzw. Bauteile, hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, Eigenschaften wie die eines konventionell gefertigten Spritzgussbauteils, insbesondere was die Oberflächenqualität, den Toleranzbereich und der Stabilität betrifft. Daraus ergeben sich insbesondere die Vorteile, dass gegenüber eines Spritzgussbauteils die Anfertigung einer Spritzgussmatrize entfällt und dies somit besonders attraktiv bei Kleinserien ist. Ferner ist die Bauteilkomplexität nicht limitiert, wie es beim konventionellen Spritzgussverfahren der Fall ist.

Ferner ist die Funktion des Innenraums ist in diesem Zusammenhang, beim Befüllen mit dem Füllmaterial dessen Ausbreitung räumlich zu begrenzen. Hierfür ist es nicht erforderlich, dass der Innenraum allseitig umschlossen ist.

Beispielsweise definiert auch eine aus dem Druckmaterial gefertigte, nach oben offene Wanne einen Innenraum, der mit dem Füllmaterial ausfüllbar ist. Das Füllmaterial ist dann in dieser Wanne gefangen und kann nicht auslaufen. Der Innenraum kann insbesondere die Negativform einer aus dem Polymer herzustellenden Objektstruktur, oder einen Teil einer solchen Objektstruktur, definieren.

Der Begriff „mittels 3D-Druck gefertigt“ schließt jede Fertigung ein, bei der 3D- Druck zum Einsatz kommt. Die Druckstruktur ist also auch im Sinne der Erfindung mit 3D-Druck gefertigt, wenn das Druckmaterial beispielsweise in eine Form gegossen wurde, die ihrerseits unmittelbar mittels 3D-Druck hergestellt wurde.

Es wurde erkannt, dass mit dem Verfahren gemäß der Erfindung zum einen deutlich feinere Objektstrukturen aus dem Polymer gefertigt werden können als nach dem bisherigen Stand der Technik und dass eine größere Klasse von Objektstrukturen überhaupt fertigbar wird. Zum anderen wird durch die Bearbeitung der Oberfläche des Innenraums durch das abrasive Verfahren eine glatte Oberfläche erzeugt, wodurch in vorteilhafter Weise eine hohe Oberflächengüte des Innenraums erreicht wird.

Die hohe Präzision, mit der die Druckstruktur durch dieses Verfahren gefertigt werden kann, überträgt sich auf die Konturen des Innenraums, die wiederum die Orte festlegen, an die das Füllmaterial vordringt. Dabei besteht nicht mehr die Randbedingung, dass die Objektstrukturen bis zur Polymerisation eigenständig stabil bleiben müssen. Gleichwohl ist es nach wie vor möglich, das Monomer en bloc zu polymerisieren, so dass es innerhalb der Objektstrukturen, die aus dem Polymer bestehen, keine Grenzflächen zwischen zeitlich nacheinander polymerisierten Bereichen gibt. An derartigen Grenzflächen ist das Polymer am schwächsten und bricht bei mechanischer Belastung des Objekts bevorzugt. Die Festigkeit lässt sich an diesen Grenzflächen auch durch den Einsatz von Verstärkungsfasern nicht verbessern, da die Fasern diese Grenzflächen nicht Überspannen.

Das Füllmaterial hat beim Einlass in den Innenraum vorteilhaft eine Temperatur, die geringer ist als die Schmelztemperatur TM des erstarrten Druckmaterials. Dann wird die Druckstruktur nicht durch das Füllmaterial angegriffen. Das Füllmaterial darf jedoch auch wärmer sein, wenn und insoweit durch die Druckstruktur genügend Wärme abgeführt werden kann, um die Temperatur der Druckstruktur unterhalb ihrer Schmelztemperatur TM zu halten.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Füllmaterial gewählt, welches mindestens einen festen Füllstoff enthält. Dieser Füllstoff kann eine beliebige Funktion erfüllen. Beispielsweise kann der Füllstoff ein Recyclingmaterial sein, dessen Verwendung die Materialkosten des hergestellten Objekts senkt. Der Füllstoff kann auch beispielsweise ein Material sein, das dem Objekt ein für seine Verwendung gefordertes Gewicht verleiht.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verstärkungsstoff, insbesondere in Form von Fasern, als Füllstoff gewählt. Geeignet sind beispielweise Glasfasern. Die Verwendung derartiger Verstärkungsstoffe in Druckmaterialien führte bislang zu einem weiteren Zielkonflikt in Bezug auf filigrane Strukturen, da eine für filigrane Strukturen erforderliche Düse mit kleiner Austrittsöffnung dazu neigt, durch die Verstärkungsstoffe zu verstopfen. Durch die Faserbeimischung können funktionsfähige Verstärkungseffekte erzielt werden, die eine deutliche Steigerung der mechanischen Eigenschaften bewirken. Gleichzeitig ist durch die Polymerisation in einem Stück die mechanische Festigkeit des Polymers isotrop.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Druckmaterial mit einem ersten 3D-Druckkopf zu der Druckstruktur zusammengesetzt, und das Füllmaterial wird mit einem zweiten 3D-Druckkopf in den Innenraum eingebracht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Füllmaterial nur in den Innenraum gelangt und andere Bereiche an der Außenseite der Druckstruktur nicht verunreinigt werden.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein wasserlösliches Druckmaterial gewählt. Dies vereinfacht es insbesondere, in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Druckstruktur nach der Polymerisation des Monomers vom Objekt zu entfernen. Das Druckmaterial kann hier vorteilhaft beispielsweise PVA sein.

PVA ist ein Polyvinylalkohol, ein thermoplastischer Kunststoff, zudem wasserlöslich und eignet sich daher gut als Supportmaterial für den 3D Druck. Polyvinylalkohol ist dabei hervorragend schichtbildend, emulgierend und adhäsiv.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach dem Einbringen des Füllmaterials weiteres Druckmaterial mittels 3D-Druck aufgebracht. Umfasst die Druckstruktur beispielsweise eine Wanne, so lässt sich diese Wanne nach dem Einbringen des Füllmaterials mit einem gedruckten Deckel verschließen. Es ist dann nicht mehr nötig, nachträglich einen Zugang zu dem Innenraum zu eröffnen.

Dabei kann das Monomer in dem Füllmaterial optional bereits polymerisiert werden, bevor das weitere Druckmaterial aufgebracht wird. Dieses weitere Druckmaterial füllt dann eine eventuelle Schrumpfung des Füllmaterials auf. Weiterhin können auch Überhänge aus dem Monomer über das Druckmaterial gegossen und anschließend wieder mit Druckmaterial überdruckt werden.

Alternativ kann das Monomer zunächst Monomer bleiben und erst zu einem späteren Zeitpunkt polymerisiert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das zusätzlich aufgebrachte Druckmaterial einen weiteren Innenraum definiert, der gemeinsam mit dem ersten Innenraum einen zusammenhängenden, mit Füllmaterial gefüllten Bereich bildet. Das Monomer kann dann in diesem Bereich en bloc polymerisieren, so dass in dem letztendlich erhaltenen Polymer keine durch die Grenze zwischen den beiden Innenräumen gebildete Grenzfläche, und damit auch keine mögliche Schwachstelle, entsteht. Wenn zwischen dem Aufbringen von Druckmaterial und dem Einbringen von Füllmaterial, insbesondere mehrfach, umgeschaltet werden soll, so ist der Druckkopf, bzw. sind die Druckköpfe, des verwendeten 3D-Druckers vorteilhaft so ausgebildet, dass der Austritt von Druckmaterial, bzw. von Füllmaterial, durch Vorlegen eines Unterdrucks an der Austrittsöffnung, und/oder durch einen Ventilverschluss der Austrittsöffnung, unterbindbar ist.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Innenraum während des Polymerisierens des Monomers mit einer unter Druck stehenden Quelle für das Füllmaterial verbunden. Auf diese Weise kann die bei der Polymerisation entstehende Schrumpfung dadurch kompensiert werden, dass im Umfang der Schrumpfung weiteres Füllmaterial nachgeschoben wird. Diese Schrumpfung kann in der Größenordnung 10 % liegen. Wenn die Polymerisation beispielsweise bei erhöhter Temperatur erfolgt und das fertige Objekt auf Raumtemperatur abgekühlt wird, entsteht nur noch eine weitere Schrumpfung in der Größenordnung 1 %.

Der Zugang zu dem Innenraum für die Zuführung des Füllmaterials kann beim 3D-Druck der Druckstruktur bewusst offengelassen werden. Beispielsweise kann die Druckstruktur auf einer Grundplatte aufgebaut werden, die eine Durchführung für die Zuführung des Füllmaterials aufweist. Die Druckstruktur kann dann so gestaltet werden, dass ein Kanal von dieser Zuführung in den Innenraum offenbleibt. Der Zugang kann aber auch nachträglich durch einen Anschnitt, eine Bohrung oder eine ähnliche in den Innenraum führende Öffnung hergestellt werden.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt der Innenraum einen in das Objekt einzubettenden Einleger sein. Derartige Einleger können beispielsweise Leiterbahnen, Buchsen und Stecker sein. Insbesondere können auch elektronische Bauelemente oder Permanentmagnete Einleger sein. Derartige Einleger sind hitzeempfindlich und daher mit vielen 3D- Druckverfahren, die das Druckmaterial auf Temperaturen von 200 °C und mehr erhitzen, nicht umbaubar. Das Ausfüllen des Innenraums mit dem Füllmaterial ist hingegen nicht zwingend auf eine bestimmte Mindesttemperatur angewiesen. Nicht einmal die Polymerisation des Monomers zu dem Polymer setzt zwingend eine erhöhte Temperatur voraus, denn die Polymerisation kann auch durch einen Katalysator, einen Aktivator und/oder durch UV-Licht angestoßen und/oder unterhalten werden. Es ist auch möglich, die Polymerisation durch kurzzeitige Temperaturerhöhung zu aktivieren, so dass sie anschließend bei geringerer Temperatur selbsttätig weiterläuft. Der Einleger wird dann nur in geringem Maße wärmebelastet.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird Caprolactam als Monomer gewählt und zu dem Polyamid PA6 als Polymer polymerisiert. Insbesondere in Verbindung mit Fasern als Verstärkungsstoffen kann ein gemäß der Erfindung hergestelltes Objekt aus PA6 den mechanischen und technischen Eigenschaften von spritzgegossenem PA6 sehr nahekommen und diese sogar übertreffen. Somit wird die gestalterische Freiheit und funktionsorientierte Konstruktion im Sinne von Additive Manufacturing mit den verfahrensspezifischen Vorteilen von Spritzguss kombiniert, ohne Inkaufnahme der spezifischen Nachteile, die diese Technologien jeweils für sich genommen mit sich bringen.

Alternativ oder auch in Kombination kann Propen als Monomer gewählt und zu PBT als Polymer polymerisiert werden. Es kann zyklisches PBT oder CBT als Monomer gewählt und zu PBT als Polymer polymerisiert werden. Schließlich kann beispielsweise auch Laurinlactam als Monomer gewählt und zu dem Polyamid PA12 als Polymer polymerisiert werden.

Allgemein kann das Verfahren gemäß der Erfindung alle 3D- Druckverfahren, die mit thermoplastischen Kunststoffen arbeiten, aufwerten. Zugleich kann insbesondere im Prototyping und in Kleinserien der Spritzguss substituiert werden. Insbesondere können der Zeitaufwand und die Kosten, die bei jeder Herstellung und Änderung der Spritzgussform anfallen, vermieden werden.

Nach dem zuvor Gesagten bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zum 3D-Drucken und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein erster Druckkopf für das Druckmaterial, ein zweiter Druckkopf für das Füllmaterial und eine Vorrichtung zur Durchführung des abrasiven Verfahrens vorgesehen sind.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Vorrichtung zur Durchführung des abrasiven Verfahrens eine Fräsmaschine.

Der Aufbau der Vorrichtung, bzw. des Druckers kann als Hybriddrucker bezeichnet werden.

In einem ersten möglichen Verfahren können in vorteilhafter Weise geometrisch komplexe Bauteile hergestellt werden, wobei zunächst ein Layer durch den ersten Druckkopf gedruckt wird. Im Anschluss wird der dadurch entstandene Bereich mit dem Fräskopf derart abgefahren, dass eine glatte, bzw. saubere Oberfläche im Innenraum entsteht. Dieser Prozess wiederholt sich Layer für Layer, bis das Bauteil fertiggestellt ist. Aufgrund dieser Prozessanordnung ist es in vorteilhafter Weise möglich auch Überhänge einfach zu bearbeiten.

In einem weiteren Verfahren ist es möglich zunächst das Bauteil komplett zu drucken und im Anschluss durch die Fräsbearbeitung zu veredeln. Diese Prozessführung ist bei einfachen Geometrien des zu fertigenden Bauteils von Vorteil, wobei gewährleistet werden muss, dass der Fräskopf alle relevanten Stellen der Oberfläche des gebildeten Innenraums erreichen kann.

In vorteilhafter Weise wird durch das Hinzufügen einer Fräsbearbeitung während, oder nach dem Druckprozess die Genauigkeit des Bauteils verbessert. Der Fräskopf fährt dabei die gedruckten Konturen ab und kann die durch den Druck der Druckstruktur auftretenden Ungenauigkeiten beseitigen.

Eine optimale Haftung des Bauteils an der Bauplatte ist während des Prozesses, insbesondere des Fräsprozesses, unerlässlich, da das Bauteil sonst durch die auftretenden Kräfte von der Bauplatte gelöst wird und der Druckprozess abgebrochen werden muss.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die Druckstruktur, welche den Innenraum definiert, mittels 3D-Druck aus einem Druckmaterial gefertigt wird und die entstandene Druckstruktur mittels der Vorrichtung zur Durchführung des abrasiven Verfahrens bearbeitet wird und ein Füllmaterial, welches mindestens ein flüssiges oder pastöses Monomer umfasst, in den Innenraum eingebracht wird und das Monomer zu einem Polymer polymerisiert wird, verbessert nicht nur die Oberflächenqualität des gedruckten Bauteils, sondern auch dessen Stabilität.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, zunächst ein Layer der Stützstruktur (Hülle) aus PVA zu drucken und im Anschluss die Innenwände des einen Layers mit der Fräsbearbeitung zu bearbeitet, sodass eine glatte Oberfläche entsteht. Diese beiden Vorgänge wiederholen sich abwechselnd solange, bis die gesamte Hülle gedruckt ist. Danach wird diese bevorzugt mit Caprolactam befüllt. Das anschließend ausgehärtete Caprolactam wird mitsamt der gedruckten Hülle in einen Flüssigkeitsbehälter gegeben, wobei sich die PVA Hülle darin auflöst. Das so entstandene Produkt besitzt in vorteilhafter Weise die gleichen Eigenschaften wie ein Spritzgussteil aus Kunststoff. Da bei diesem Prozess jedoch die Anfertigung einer Spritzgussmatrize wegfällt, ist dieser Prozess besonders für Kleinserien attraktiv.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiele

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 100 gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Vorrichtung 30 zur Ausführung des Verfahrens 100 gemäß der Erfindung in einem Verfahrensschritt;

Fig. 3 die Vorrichtung 30 zur Ausführung des Verfahrens 100 in einem weiteren Verfahrensschritt; Fig. 4 die Vorrichtung 30 zur Ausführung des Verfahrens 100 in einem weiteren Verfahrensschritt und

Fig. 5 ein Objekt 10 in einem weiteren Verfahrensschritt.

Nach Figur 1 wird in Schritt 110 zunächst eine Druckstruktur 11 gefertigt. Diese Druckstruktur 11 enthält einen Innenraum 12. Die Druckstruktur 11 wird aus wasserlöslichem PVA gebildet.

Anschließend wird die Druckstruktur 11 mittels einer Vorrichtung 50 zur Durchführung eines abrasiven Verfahrens 115 bearbeitet, wobei eine Oberfläche des Innenraums 12 durch eine Fräsmaschine 50, bzw. einen Fräskopf 50 abrasiv bearbeitet wird, um die Oberflächengenauigkeit zu verbessern.

Bei diesem Prozessschritt 110, 115 entsteht ein Layer, der durch den ersten Druckkopf 31 gedruckt wird und im Anschluss wird der dadurch entstandene Bereich mit dem Fräskopf 50 derart abgefahren, dass eine glatte, bzw. saubere Oberfläche im Innenraum 12 entsteht. Dieser Prozess wiederholt sich Layer für Layer, bis die Druckstruktur 11, die den Innenraum 12 ausbildet, fertiggestellt ist.

Alternativ ist es möglich zunächst die Druckstruktur 11 komplett durch den ersten Druckkopf 31 zu drucken und im Anschluss durch die Fräsbearbeitung 115 zu veredeln. Diese Prozessführung ist bei einfachen Geometrien des zu fertigenden Bauteils 10 von Vorteil, wobei gewährleistet werden muss, dass der Fräskopf 50 alle relevanten Stellen der Oberfläche des gebildeten Innenraums 12 erreichen kann.

Anschließend wird der Innenraum 12 in Schritt 120 mit einem Füllmaterial 22, welches Verstärkungsfasern 25 enthält, gefüllt. Hierbei wird das Füllmaterial 22 in die Druckstruktur 11 gebracht. Optional können nun weitere Iterationen stattfinden, in denen die Druckstruktur 11 erweitert 110, der neu entstandene Innenraum 12 abrasiv bearbeitet 115 und entsprechende Innenräume 12 mit Füllmaterial 22 belegt werden 120.

In Schritt 130 wird das im Füllmaterial 22 enthaltene Monomer zu einem Polymer 24 polymerisiert, wobei optional (Schritt 135) während der Polymerisation weiter Füllmaterial 22 zugeführt wird. Anschließend kann in Schritt 140 die aus PVA hergestellte Druckstruktur 11 durch Eintauchen in ein Wasserbad 55 entfernt werden. Dabei löst sich die Druckstruktur 11 auf und das fertige Objekt 10, bzw. Bauteil bleibt im Wasserbad 55 zurück.

Fig. 2 bis 4 zeigen eine Vorrichtung 30 zur Ausführung des Verfahrens 100 gemäß der Erfindung in verschiedenen Verfahrensschritten, wobei die Vorrichtung zum 3D-Drucken und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 100, einen ersten Druckkopf 31 für das Druckmaterial 21, einen zweiten Druckkopf 32 für das Füllmaterial 22 und eine Vorrichtung 50 zur Durchführung des abrasiven Verfahrens 115 aufweist.

Die Vorrichtung 50 zur Durchführung des abrasiven Verfahrens 115 ist dabei eine Fräsmaschine 50. Der Aufbau der Vorrichtung 30, bzw. des Druckers kann als Hybriddrucker bezeichnet werden.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 30 während des Verfahrens 110 zum Druck der Druckstruktur 11, wobei Druckmaterial 21 aus dem Druckkopf 31 auf eine Bauplatte in der Baukammer des Druckers 30 aufgebracht wird und dadurch die Druckstruktur 11 einen Innenraum 12 ausbildet. Der Fräskopf 50 steht bereit, ist jedoch noch nicht im Einsatz.

Fig. 3 zeigt die Vorrichtung 30 während des Verfahrens 115 zur abrasiven Bearbeitung der Druckstruktur 11, bzw. der Oberfläche des Innenraums 12 durch den Fräskopf 50. Der Fräskopf 50 fährt dabei die gedruckten Konturen 55 der Druckstruktur 11 ab und beseitigt beispielsweise durch den Druck aufgetretene Ungenauigkeiten und stellt dabei eine glatte Oberfläche an den gefrästen Stellen der Druckstruktur 11 her. Der Druckkopf 31 zur Ausbringung des Druckmaterials 21 steht bereit, ist jedoch nicht im Einsatz.

Fig. 4 zeigt die Vorrichtung 30 während des Verfahrens 120 zum Einbringen des Füllmaterials 22 in den Innenraum 12 der Druckstruktur 11 durch den zweiten Druckkopf 32. Anschließend oder während des Füllprozesses 120 kann das Füllmaterial 22, das mindestens ein flüssiges oder pastöses Monomer umfasst, zu einem Polymer 24 polymerisiert werden 130. Das Füllmaterial 22 ist bevorzugt Caprolactam.

Anschließend wird das ausgehärtete Caprolactam mitsamt der gedruckten Druckstruktur 11, bzw. Hülle in einen Flüssigkeitsbehälter, bzw. ein Wasserbad 55 gegeben, wobei sich die Druckstruktur 11, bzw. Hülle aus PVA darin auflöst.

Fig. 5 zeigt das fertige Objekt 11, bzw. Bauteil in dem Wasserbad 55, wobei die Oberfläche 45 des Bauteils 11 freigelegt ist.