Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Formteils aus Kunststoff, wobei das Formteil in einem 3D-Druckverfahren hergestellt wird bzw. hergestellt wurde. Die Oberfläche des Formteils aus Kunststoff wird geglättet und gefärbt.

Hintergrund der Erfindung

Es ist bekannt, Formteile aus Kunststoff in einem additiven Fertigungsverfahren bzw. in einem 3D-Druckverfahren herzustellen. Das herzustellende Formteil wird hierbei schichtweise aufgebaut.

Die Herstellung solcher Formteile in einem 3D-Druckverfahren hat den Nachteil, dass die Oberfläche der Formteile rau bzw. porös ist und oftmals industriellen An forderungen an die Oberflächengüte nicht genügt. Die Formteile können aufgrund ihrer rauen Oberfläche einem erhöhten Verschleiß unterliegen. Andererseits kann aufgrund der porösen Oberflächenstruktur Schmutz verhältnismäßig leicht an der Oberfläche haften bleiben. Die Ästhetik und Haptik des Formteils kann so erheblich beeinträchtigt werden.

Ein weiterer Nachteil bei der Herstellung solcher Formteile in einem 3D-Druckver- fahren besteht darin, dass man bei der Farbgebung der Formteile auf die Farben der für den Druck der Formteile zur Verfügung stehenden Kunststoffe beschränkt ist. Bei Lichtbasierten 3D-Druckverfahren (z.B. beim selektiven Lasersintern) können zudem die in den Kunststoffen enthaltenen Farbstoffe teilweise zerstört werden, was zu einer blass aussehenden Oberfläche des Formteils führen kann. Zudem kön nen die Farbstoffe das Licht teilweise absorbieren, sodass nicht mehr die gesamte Energie des Lichtes für den Druckvorgang zur Verfügung steht, was zur Folge hat, dass der Druckprozess für jeden Farbton aufwändig optimiert werden müsste. Für eine individuelle Farbgebung des Formteils wird das Formteil daher meist mit ei nem weißen Kunststoff hergestellt und anschließend gefärbt oder lackiert.

Beim Lackieren der Formteile wird eine Lackschicht auf die Oberfläche der Form teile aufgebracht. Da eine solche Lackschicht lediglich an der Oberfläche des Form teils haftet, kann die Lackschicht relativ leicht abplatzen.

Beim Färben wird das Formteil in ein Tauchbad bestehend aus Wasser und darin gelösten Farbstoffen gegeben. Im Unterschied zum Lackieren, bei dem die Lack schicht lediglich an der Oberfläche des Formteils aufliegt, kann der Farbstoff beim Färben eine gewisse Tiefe in das Material der Oberfläche eindringen. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Färbeverfahren kann der Farbstoff bis zu 0, 1 Milli metern in das Material eindringen, d.h. bis zu dieser Tiefe kann das Formteil voll ständig durchgefärbt werden. Nachteilig hierbei ist einerseits, dass insbesondere bei mechanisch stark beanspruchten Formteilen diese Färbetiefe von bis zu 0, 1 Milli metern meist nicht ausreicht, da insbesondere bei mechanisch stark beanspruchten Abschnitten des Formteils der Abrieb so groß sein kann, dass die ursprüngliche Farbe des Kunststoffs des Formteils an der Oberfläche sichtbar werden kann. Dies kann zu einem ungewollten fleckigen Erscheinungsbild der Oberfläche des Form teils führen. Zudem bleibt die Rauigkeit bzw. die Porosität nach dem Färben weit gehend erhalten. Jedenfalls beim Färben ist es in vielen Fällen notwendig, die Oberfläche des Form teils vor dem Färben zu glätten, um eine möglichst homogenes Erscheinungsbild der Oberfläche des Formteils zu gewährleisten.

Zum Glätten der Oberflächen der Formteile werden diese mechanisch behandelt, etwa geschliffen. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass es hierbei zu einem teils erheblichen Material ab trag an der Oberfläche des Formteils kommt, was zu einer unerwünschten Geometrieänderung des Formteils fuhrt. Zudem führt eine solche mechanische Behandlung zu schlechten Ergebnissen in Kavitäten, an Ecken oder in Hinterschneidungen. Bei flexiblen bzw. weichen Formteilen ist eine solche me chanische Oberflächenbehandlung entweder nicht anwendbar oder führt nicht zu den gewünschten Ergebnissen. Insbesondere müssen mechanisch nachbearbeitete Formteile vor dem Färben aufwendig gesäubert werden, was einen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand bedeutet.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Lösungen bereitzustellen, mit de nen ein in einem 3D-Druckverfahren hergestelltes Formteil aus Kunststoff wesent lich effizienter geglättet und gefärbt werden kann, und die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise vermeiden.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Oberflächenbehand lung von in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteil aus Kunststoff, sowie durch eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von in einem 3D-Druckverfah- ren hergestellten Formteil aus Kunststoff nach den unabhängigen Ansprüchen ge löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.

Bereitgestellt wird demnach ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von in ei nem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteil aus Kunststoff, wobei die Oberflä che des Formteils geglättet und gefärbt wird, und wobei

- zum Glätten der Oberfläche des Formteils die Oberfläche des Formteils in Kon takt mit einem die Oberfläche des Formteils anlösenden, fluidförmigen oder gas förmigen Medium gebracht wird, wodurch die Oberfläche des Formteils ohne Material ab trag geglättet und homogenisiert wird, und

- zum Färben der Oberfläche des Formteils ein Farbstoff mittels eines fluidförmi gen oder gasförmigen Trägermediums in das Material der Oberfläche des Form teils eingebracht wird.

„Ohne Material ab trag glätten und homogenisieren“ bedeutet hierbei, dass weitge hend kein Materialabtrag bzw. im Wesentlichen kein Materialabtrag stattfindet, so- dass die Geometrie des Formteils im Wesentlichen nicht verändert wird.

In einer speziellen Ausgestaltung des Verfahrens ist dennoch auch Färben ohne gleichzeitiges Glätten möglich, etwa wenn die Färbetemperatur so eingestellt wird, dass das Formteil zwar gefärbt aber nicht geglättet wird.

Vorteilhaft ist es, wenn das Glätten und das Färben in zwei voneinander unabhän gigen Schritten durchgeführt werden, wobei das Glätten vorzugsweise vor dem Fär ben durchgeführt wird.

Als Trägermedium kann das Medium verwendet werden. Als Trägermedium zum Färben der Oberfläche des Formteils kann also das Medium zum Glätten der Oberfläche des Formteils wiederverwendet werden. Beispiels weise kann nach dem Glätten der Oberfläche des Formteils dem Medium der ge wünschte Farbstoff zugegeben werden und das Formteil kann mit dem Medium- Farb stoff-Gemisch beaufschlagt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn das Glätten und das Färben gleichzeitig durchgeführt wer den, wobei als Trägermedium das Medium verwendet wird, sodass das Medium sowohl zum Glätten der Oberfläche des Formteils als auch als Trägermedium für den Farbstoff verwendet wird.

„Gleichzeitig“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Glätten und das Färben eines Formteils in einem einzigen Prozessschritt durchgeführt werden. In einem einzigen Prozessschritt kann so das Formteil sowohl geglättet als auch gefärbt wer den. Hierbei kann es in einer Ausgestaltung des Verfahrens vorteilhaft sein, wenn in dem einen Prozessschritt die Oberfläche des Formteils mehrfach, beispielsweise zyklisch mit dem Medium-Farb stoff-Gemisch beaufschlagt wird.

Das Glätten und das Färben kann mehrmals durchgeführt werden, vorzugsweise zeitlich beabstandet.

Das fluidförmige oder gasförmige Medium und/oder das fluidförmige oder gasför mige Trägermedium können ein Lösemittel und/oder eine Säure umfassen.

Das Lösemittel wird ausgewählt aus der Gruppe umfassend Acetaldehyd, Aceta- mid, Aceton, Acetonitril, Acetophenon, Acetylen, aliphatische Kohlenwasserstoffe (insbesondere Cyclohexan, Cyclohexen, Diisobutylen, Hexan, Octan, n-Pentan und Terpinen), Alkohole (insbesondere Benzylalkohol, Butylenglycol, Butanol, Etha nol, Ethylenglycol, Methanol, Allylalkohol, n-Propanol und Isopropanol), Amylacetat, Anilin, Anisol, Benzin, Benzaldehyd, Benzol, Chlorbenzol, Dioxan, Dimethylamid, Diemethylformaid, Diethylether, Dimethylformamid, Dimehtylsul- fid, Dimethylsulfoxid, Ethylbenzol, Ethylacetat, Formaldehyd, Formamid, Furfu- rol, Halogenkohlenwasserstoffe (insbesondere Chlorbrommethan, Chloroform, Ethylenchlorid, Hexafluorisopropanol, Methylenchlorid, Perchlorethylen, Trich- lormethan, Tetrachlormethan, Trichlorethan und Trichlorethylen), Menthon, Me- thyl-tert-butylether, Methylethylenketon, Nitrobenzol, Phenole, Phenylethylalko- hol, Propanol, Pyridin, Styrol, Tetrahydrofuran, Tetrahydronaphthalin, Toluol, Triethanolamin, und Kombinationen hiervon.

Die Säure wird ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ameisensäure, Schwefel säure, Salpetersäure, Trifluoressigsäure, Phoshporsäure, Phosphorige Säure, schwefelige Säure, und Kombinationen hiervon.

Vorteilhaft kann es sein, wenn das Färben und das Glätten der Oberfläche des Form teils unterhalb oder oberhalb des Atmosphärendrucks durchgeführt werden.

Beim Glätten und Färben der Oberfläche des Formteils kann das Glätten unterhalb des Atmosphärendrucks und das Färben oberhalb des Atmosphärendrucks durch geführt werden.

Das Glätten und das Färben der Oberfläche des Formteils kann in einer Prozess kammer durchgeführt werden, wobei der Prozesskammer das fluidförmige oder gasförmige Medium und/oder das fluidförmige oder gasförmige Trägermedium zu geführt werden, und wobei die Prozesskammer vorzugsweise druckdicht ausgestal tet ist.

Es kann vorteilhaft sein, wenn vor dem Glätten und Färben der Oberfläche des Formteils die in der Prozesskammer vorhandene Luft weitestgehend entfernt wird. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Formteil vor dem Glätten und Färben für eine vorbestimmte Dauer erwärmt wird, um ein kontrolliertes Entwei chen des in dem Formteil gebundenen Wassers zu bewirken. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Formteil aus einem Material besteht, dass viel Wasser aus der Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann.

Das fluidförmige oder gasförmige Medium und/oder das fluidförmige oder gasför mige Trägermedium samt dem Farbstoff können während des Glättens und Färbens der Oberfläche des Formteils in der Prozesskammer verwirbelt werden, um ein gleichmäßiges Glätten und Färben der Oberfläche des Formteils zu erreichen.

Das Verwirbeln kann mit einer Verwirbelungseinrichtung bewerkstelligt werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Verwirbeln durch ein zyklisches Zuführen und Absaugen des Mediums und/oder des Trägermediums in die und aus der Prozesskammer bewirkt werden.

In der Prozesskammer kann ein Farbbehälter angeordnet werden, in dem der Farb stoff aufgenommen ist, wobei der Farbstoff aus dem Farbbehälter in die Prozess kammer abgegeben wird. Der Farbbehälter wird dabei im Inneren der Prozesskam mer angeordnet.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das fluidförmige oder gasförmige Me dium und/oder das fluidförmige oder gasförmige Trägermedium beim Zuführen in die Prozesskammer durch den Farbbehälter geführt werden, wodurch das Medium und/oder Trägermedium Farbstoff aus dem Farbbehälter aufnehmen und in die Pro zesskammer transportieren.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Farbbehälter mit einem Gas beaufschlagt werden, wobei das Gas Farbstoff aus dem Farbbehälter aufnimmt und in die Prozesskammer transportiert. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Farbbehälter im geöffneten Zustand in die Prozesskammer eingebracht werden. Die Öffnung des Farbbehälters befindet sich hier vorzugsweise an der oberen Seite des Farbbehälters. Beim Glätten mit einem gasförmigen Medium verbleibt der Farbstoff so in dem Farbbehälter, wäh rend beim anschließenden Färben mit einem fluidförmigen Trägermedium der Farbstoff aus dem offenen Farbbehälter "ausgespült" wird.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der Farbbehälter nach Ein- bringen in die Prozesskammer geöffnet wird, damit der Farbstoff aus dem Farbbe hälter in die Prozesskammer abgegeben werden kann.

Hierbei kann es vorgesehen sein, dass eine Wandung des Farbbehälters mittels einer in der Prozesskammer angeordneten Düse aufgestochen wird, wobei die Düse vor- zugsweise bewegbar ausgestaltet ist. Vorteilhaft kann es hierbei sein, wenn die Wandung erst nach dem Glätten aufgestochen wird.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann über die Düse das Medium und/oder das Trägermedium dem Farbbehälter zugeführt werden, wobei das Medium und/oder das Trägermedium den Farbstoff aufnehmen und durch die Öffnung hindurch in die Prozesskammer einbringen.

Nach dem Glätten und Färben kann das Medium und/oder Trägermedium von Res ten des Farbstoffes getrennt werden.

Das von den Resten des Farbstoffes getrennte Medium und/oder Trägermedium kann erneut der Prozesskammer zugeführt werden, um die Prozesskammer zu rei nigen. Zum Reinigen der Prozesskammer kann auch ein neues Medium und/oder Träger medium in die Prozesskammer eingebracht werden. "Neues" Medium und/oder Trägermedium bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein noch nicht verwende tes bzw. nicht gebrauchtes Medium und/oder Trägermedium in die Prozesskammer eingebracht wird, nachdem das in der Prozesskammer vorhandene und benutzte Medium und/oder Trägermedium aus der Prozesskammer entfernt wurde.

Zum bzw. beim Reinigen der Prozesskammer können die Formteile in der Prozess kammer verbleiben. Dabei können die Formteile gegebenenfalls erneut geglättet werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung können während des Glättens und/oder wäh rend des Färbens

- die Formteile in der Prozesskammer bewegt werden, und/oder

- die Prozesskammer bewegt werden.

Dadurch wird ein besonders homogenes Glätt- und/oder Färbeergebnis erzielt.

Das Bewegen der Formteile kann durch ein Verwirbeln des Mediums und/oder des Trägermediums bewirkt werden.

Während des Färbens kann der Farbbehälter mit zusätzlichem Farbstoff nachgefüllt bzw. aufgefüllt werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Dosierung des Farbstoffes in der Prozesskammer ermittelt werden. In Abhängigkeit von der ermittelten Dosierung kann die Menge des der Prozesskammer zugeführten Farbstoffes eingestellt wer den.

Bereit gestellt wird ferner eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zum Glätten und Färben einer Oberfläche eines in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteils aus Kunststoff, wobei die Vorrichtung umfasst - eine Prozesskammer, in der das Formteil einbringbar ist, wobei die Prozesskam mer druckdicht ausgestaltet ist und fluid- und gasdicht verschließbar ist,

- einen Farbbehälter zur Aufnahme eines oder mehrerer Farbstoffe,

- ein Behältnis zur Aufnahme eines die Oberfläche des Formteils anlösenden, flu- idförmigen oder gasförmigen Mediums,

wobei

- das Behältnis mit der Prozesskammer (1) gekoppelt ist, um das Mediums der Prozesskammer zuzuführen,

- das Behältnis mit dem Farbbehälter gekoppelt ist, um dem der Prozesskammer zuzuführenden Medium einen oder mehrere Farbstoffe aus dem Farbbehälter zu zugeben.

Das Behältnis kann über eine Mischeinheit mit der Prozesskammer und mit dem Farbbehälter gekoppelt sein, wobei der Mischeinheit das Medium aus dem Behält nis und die Farbstoffe aus dem Farbbehälter zuführbar sind, wobei die Mischeinheit ausgestaltet ist, das ihr zugeführte Medium und die ihr zugeführten Farbstoffe zu vermischen und das Medium-Farb stoff-Gemisch der Prozesskammer zuzuführen.

Die Oberflächenbehandlungsvorrichtung kann einen Dampfentwickler umfassen, der mit dem Behältnis gekoppelt ist, wobei der Dampfentwickler ausgestaltet ist, ein ihm aus dem Behältnis zugeführtes Medium in eine dampfförmige Form zu bringen und das dampfförmige Medium der Mischeinheit und/oder der Prozess kammer zuzuführen.

Der Farbbehälter kann als Kartusche oder Kapsel ausgestaltet sein und zumindest teilweise im Inneren der Prozesskammer anordenbar sein. Der Farbbehälter kann eine Austrittsöffnung aufweisen, die nach dem Anordnen des Farbbehälters in der Prozesskammer öffenbar ist und durch die der in dem Farbbehälter aufgenommene Farbstoff in das Innere der Prozesskammer entweichen kann. Alternativ kann der Farbbehälter bereits mit einer offenen Öffnung in die Prozesskammer eingebracht werden und dort angeordnet werden. In der Prozesskammer können Düsen angeordnet sein, mit denen der in der Pro zesskammer angeordnete Farbbehälter geöffnet werden kann, insbesondere dessen Wandung aufgestochen werden kann. Die Düsen können bewegbar und steuerbar ausgestaltet sein, sodass das Öffnen des Farbbehälters gesteuert werden kann. Da mit wird es möglich, den Farbbehälter beispielsweise nach dem Glätten zum öffnen, ohne das die Prozesskammer hierfür geöffnet werden muss.

Der Farbbehälter kann mit dem Behältnis oder mit dem Dampfentwickler gekoppelt sein, derart, dass das von dem Behältnis oder von dem Dampfentwickler dem Farb behälter zugeführte Medium den im Farbbehälter vorhandenen Farbstoff aufnimmt und durch die Austrittsöffnung des Farbbehälters in das Innere der Prozesskammer einbringt. Die Oberflächenbehandlungsvorrichtung kann eine Trenneinheit aufweist, die mit der Prozesskammer gekoppelt ist, wobei der Trenneinheit das in der Prozesskam mer aufgenommen Medium oder Medium-Farb stoff-Gemisch zuführbar ist, wobei die Trenneinheit angepasst ist, das ihr zugeführte Medium oder Medium-Farb stoff- Gemisch, gegebenenfalls in einem mehrstufigen Verfahren, von den Farbstoffen zu trennen.

In einer Ausgestaltung der Oberflächenbehandlungsvorrichtung kann

- die Prozesskammer eine Heiz-/Kühleinrichtung, und/oder

- die Mischeinheit eine Heiz-/Kühleinrichtung, und/oder

- der Dampfentwickler eine Heiz-/Kühleinrichtung

aufweisen, und/oder

- die Prozesskammer mit einer Ab saugeinrichtung gekoppelt ist, um das in der Prozesskammer aufgenommene Medium oder Medium-Farb stoff-Gemisch oder die in der Prozesskammer enthaltene Luft zu entfernen, und/oder

- der Dampfentwickler mit einer Vakuumpumpe gekoppelt ist, und/oder

- die Trenneinheit mit einer Vakuumpumpe gekoppelt ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung können der Prozesskammer Sensoren zuge ordnet sein, die beispielsweise in der Prozesskammer angeordnet sind, mit denen die Dosierung des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Gemisch ermittelt werden kann. Aufgrund der Farbaufnahme durch die in der Prozesskammer angeordneten Formteile verringert sich der Anteil des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Ge misch, sodass es vorteilhaft sein kann, den Anteil des Farbstoffes in dem Medium- Farb stoff-Gemisch während des Färbevorganges zu erhöhen. Vorteilhaft kann es hierbei sein, wenn die der Prozesskammer aus dem Farbbehälter zugegebene Menge an Farbstoffen in Abhängig von der ermittelten Dosierung ein stellbar ist.

Kurzbeschreibung der Figuren

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt: Fig. 1 ein Ablaufdiagramm des erfmdungsgemäßen Verfahrens, wobei hier le diglich die Grundschritte gezeigt sind, und anhand dessen mehrere erfm- dungsgemäße Varianten des Verfahrens beschrieben werden; und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfmdungsgemäßen Systems zur Oberflä chenbehandlung von in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formtei- len.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung Zum Glätten der Oberfläche des in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Form teils aus Kunststoff wird die Oberfläche des Formteils in Kontakt mit einem die Oberfläche des Formteils anlösenden, fluidförmigen oder gasförmigen Medium ge bracht. Dadurch wird die Oberfläche des Formteils angelöst, ohne dass es hierbei zu einem Materialabtrag kommt. Durch das Anlösen der Oberfläche wird die Ober fläche geglättet und gleichzeitig homogenisiert. Beispielsweise kann die Rauheit der Oberfläche eines mit Polyamid 12 (PA 12) in einem selektiven Lasersinterver fahren hergestellten Formteils von Ra = 10 pm auf einen Wert Ra = 2 pm reduziert werden. "Gleichmäßig homogenisiert" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Oberfläche des Formteils die gleiche oder weitestgehend die gleiche Dichte und Porosität (sofern nach dem glätten überhaupt noch Poren vorhanden sind) aufweist, sodass überall eine gleichmäßige Farbaufnahme gewährleistet wird.

Zudem wird die Oberfläche des Formteils gefärbt, indem ein Farbstoff mit Hilfe eines fluidförmigen oder gasförmigen Trägermediums in das Material an der Ober fläche des Formteils eingebracht wird.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Glätten der Oberfläche und das Fär ben der Oberfläche des Formteils in einem Schritt, d.h. gleichzeitig durchgeführt werden. Das Durchführen des Glättens und des Färbens in einem einzigen Verfah rensschritt hat den Vorteil, dass die gesamte Oberflächenbehandlung deutlich effi zienter, d.h. mit deutlich weniger Zeitaufwand und weniger Materialaufwand durchgeführt werden kann.

Ein besonderer Vorteil liegt allerdings darin, dass erheblich bessere Färbeergeb nisse erzielt werden, da der Farbstoff wesentlich tiefer in die Oberfläche, d.h. in das Material des Formteils eindringen kann, als bei aus dem Stand der Technik bekann ten Färbeverfahren. Versuche haben gezeigt, dass Eindringtiefen von bis zu 2 Mil limetern und mehr erreicht werden können, wohingegen bei aus dem Stand der Technik bekannten Färbeverfahren Eindringtiefen von lediglich 0,1 Millimetern er reicht werden. Dies hat den Vorteil, dass bei selbst stark mechanisch beanspruchten Abschnitten der Oberfläche des Formteils die ursprüngliche Farbe des Materials des Formteils nicht (jedenfalls aber erst sehr spät) zum Vorschein kommt. Denn damit die ursprüngliche Farbe zum Vorschein kommt müsste ein Material ab trag von bis zu 2 Millimeter oder mehr stattfinden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass durch das Anlösen der Oberflä che des Formteils eine komplett homogene Oberfläche geschaffen wird. Bedingt durch den Druckprozess weist die Oberfläche eines Formteils unterschiedliche Oberflächengüten und Oberflächendichten auf. Mechanische Verfahren, etwa schleifen, können dies zwar verbessern. Im Unterschied zum Anlösen der Oberflä che können mit solchen mechanischen Verfahren aber keine komplett homogenen Oberflächen erreicht werden.

Insbesondere bei Pulverbettverfahren als Druckverfahren, wie selektives Lasersin tern, Multi Jet Fusion oder High Speed Sintering, spielt das erfindungsgemäße Glät ten der Oberfläche der Formteile eine besondere Rolle, da bei diesen Verfahren die Formteile durch anbackendes Pulver eine besonders raue Oberfläche aufweisen.

Zusätzlich hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass auch Formteile mit komplexen Geometrien oder funktionale Formteile, die nicht lackiert werden können, gefärbt werden können.

Details des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei anhand dieses Ablaufdiagramms auch Varianten des erfindungs gemäßen Verfahrens beschrieben werden.

Das Glätten und das Färben eines in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Form teils aus Kunststoff wird vorteilhafterweise in einer Prozesskammer durchgeführt, die verschließbar ausgestaltet ist. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Pro- zesskammer druckdicht ausgestaltet ist, sodass in der Prozesskammer ein Unter drück, vorteilhafterweise ein weitgehendes Vakuum, oder ein Überdruck hergestellt werden kann.

Nach dem Herstellen, d.h. nach dem Drucken der Formteile in einem additiven Fer tigungsverfahren und gegebenenfalls nach einem Entpulvern der gedruckten Form teile, werden die Formteile in einem ersten Schritt S10 in eine Prozesskammer ein gebracht und die Prozesskammer wird gas- und fluiddicht verschlossen.

Nach dem Einbringen des Formteils in die Prozesskammer kann in einem weiteren Schritt S20, der optional ausgeführt werden kann, die in der Prozesskammer be findliche Luft abgesaugt werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann in der Prozesskammer auch ein (weitgehendes) Vakuum erzeugt werden. Das Absaugen der Luft bzw. das Erzeugen des Vakuums hat den Vorteil, dass der Prozesskammer der Sauerstoff weitgehend entzogen wird, der während des Glättens und Färbens aufgrund der erhöhten Temperatur in Kombination mit dem Sauerstoff zu einer Vergilbung des Formteils fuhren kann. Zudem wird der Prozesskammer auch das in der Luft zwangsläufig enthaltene Wasser entzogen, sodass der gesamte Prozess erfmdungsgemäß vollständig ohne Wasser durchgeführt werden kann.

Ein wesentlicher Vorteil des Absaugens der Luft aus der Prozesskammer liegt auch darin, dass das Glätten und Färben bei immer gleichbleibenden und wiederholbaren Bedingungen durchgeführt werden kann, da die Luft, die bei mehreren Färbevor gängen unterschiedlich viel Wasser aufweisen kann, das Glätten und das Färben nicht mehr beeinflussen kann. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn eine große Stückzahl von Formteilen zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit gleichen Ergebnissen geglättet und gefärbt werden müssen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, die Prozesskammer vor dem Glätten und Färben des Formteils zu erhitzen oder abzukühlen, um die Formteile auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen. Ein vorheriges Erhitzen der Prozesskammer hat zudem den Vorteil, dass an der Innenwandung der Prozess kammer weniger dampfförmiges Medium (Lösemittel und/oder Säure) kondensiert, sodass mehr Dampf zum Kondensieren an der Oberfläche der Formteile zur Verfü gung steht.

Mit Bezug auf die unten genannten Schritte S30 bis S50 wird eine Variante des Verfahrens beschrieben, bei dem das Medium (Lösemittel und/oder Säure) im dampfförmigen Zustand der Prozesskammer zugeführt wird. Das Ergebnis des Glättens hängt hierbei neben der Prozesstemperatur (oder Temperaturverlauf des Prozesses) und Prozessdauer auch von der Menge des Mediums ab, die in Kontakt mit dem Formteil kommt. Beim Bedampfen wird diese Menge dadurch bestimmt, wie viel Medium an der Oberfläche des Formteils kondensiert. Je größer der Tem peraturunterschied zwischen dem Formteil und dem Dampf ist, desto mehr Medium kondensiert an der Oberfläche des Formteils und desto stärker ist der Glättungsef fekt. Der Temperaturunterschied ist allerdings so einzustellen, dass durch das Kon densieren des Dampfes an der Oberfläche des Formteils eine Tropfenbildung und/o- der eine Blasenbildung an der Oberfläche des Formteils und/oder ein Verwischen von geometrischen Details der Oberfläche des Formteils aufgrund zu viel konden siertem Medium verhindert werden.

Bei Formteilen aus Materialien, die viel Wasser aus der Luftfeuchtigkeit aufnehmen können, kann das Vorwärmen zudem zu einem kontrollierten Entweichen des in dem Formteil gebundenen Wassers fuhren. Versuche haben gezeigt, dass ohne ein vorheriges Erhitzen/Erwärmen solcher Formteile die Hitze des der Prozesskammer zugeführten dampfförmigen Mediums zu einem schlagartigen Entweichen des in dem Formteil gebundenen Wassers führen kann, was das Ergebnis des Glättens ne gativ beeinflussen kann.

In den nachfolgenden Schritten S30 bis S51 werden die in die Prozesskammer ein- gebrachten Formteile geglättet und gefärbt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Variante des erfmdungsgemäßen Verfahrens, die besonders vorteilhaft ist, werden die in die Pro zesskammer eingebrachten Formteile in einem einzigen Prozessschritt sowohl ge glättet als auch gefärbt. Das bedeutet, dass das Formteil gleichzeitig geglättet und gefärbt wird. Bei Bedarf kann das gleichzeitige Glätten und Färben des Formteils mehrfach wiederholt werden, wobei ein solches mehrfaches Wiederholen des Glät- tens und des Färbens ein einziger Prozessschritt im Sinne der vorliegenden Erfin dung ist.

Gleichzeitiges Glätten und Färben

In dem Schritt S30 wird der Prozesskammer ein Trägermedium-Farbstoff-Gemisch zugeführt. Das Trägermedium dient hierbei einerseits zum Glätten der Oberfläche und andererseits als Trägermedium für den Transport der Farbstoffe.

Das Trägermedium-Farbstoff-Gemisch kann außerhalb der Prozesskammer herge stellt werden und der Prozesskammer zugeführt werden. Als Medium für das Glät ten, das gleichzeitig als Trägermedium für den Farbstoff verwendet wird, wird er findungsgemäß ein die Oberfläche des Formteils anlösendes Lösemittel, eine die Oberfläche des Formteils anlösende Säure, oder ein die Oberfläche des Formteils anlösendes Lösemittel-Säure-Gemisch verwendet. Diesem Lösemittel und/oder dieser Säure wird der gewünschte Farbstoff zugegeben.

Nach dem Herstellen des Medium- bzw. Trägermedium-Farbstoff-Gemischs wird dieses der Prozesskammer zugeführt. Wobei dieses Gemisch erfindungsgemäß so wohl in flüssiger Form als auch in Dampfform in die Prozesskammer gegeben wer den kann.

Wird dieses Gemisch in flüssiger Form der Prozesskammer zugegeben, wird die Prozesskammer so weit geflutet, dass sich die Formteile vollständig in dem flüssi gen Gemisch befinden, oder die Formteile durch Bewegen in der Prozesskammer oder durch Bewegen der Prozesskammer - zumindest zeitweise - vollständig in das flüssige Gemisch getaucht werden können. Ein Bewegen der Formteile in der Pro zesskammer oder ein Bewegen der Prozesskammer kann nicht nur zum Zweck des - zumindest zeitweisen - vollständigen Eintauchens vorteilhaft sein, sondern auch das Glättungs- und/oder Färbeergebnis positiv beeinflussen, beispielsweise die Ho mogenität der Färbung und/oder der Glättung. Ein Bewegen der Formteile in der Prozesskammer oder ein Bewegen der Prozesskammer kann auch bei der Behand lung der Formteile mittels dampfförmigem Medium vorteilhaft sein, sowie beim Reinigen der Formteile oder der Prozesskammer.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Bewegen der Formteile indirekt durch ein Verwirbeln des Mediums, welches seinerseits die Formteile in Bewegung setzt, bewirkt werden.

Bei der Zugabe des Gemisches in Dampfform kann es vorgesehen sein, das Ge misch außerhalb der Prozesskammer in einen dampfförmigen Zustand zu bringen und das Gemisch als Dampf der Prozesskammer zuzuführen. Alternativ kann in der Prozesskammer ein Unterdrück erzeugt werden, sodass das Gemisch auch in flüs siger Form der Prozesskammer zugegeben werden kann, wobei das flüssige Ge misch bei einem entsprechenden Unterdrück in der Prozesskammer schlagartig ver dampft. Das Vorsehen eines Unterdruckes hat zudem den Vorteil, dass die thermi sche Belastung des Formteils wesentlich geringer ist, weil die Verdampfungstem peratur des Gemisches entsprechend geringer ist.

Sowohl beim Zuführen des Gemisches in dampfförmiger als auch in flüssiger Form werden die in der Prozesskammer angeordneten Formteile gleichzeitig geglättet und gefärbt. Durch das in dem Gemisch enthaltene Lösemittel und/oder Säure wird die Oberfläche des Formteils angelöst und dadurch geglättet. Dabei werden auch die an der Oberfläche des Formteils vorhandenen Poren verschlossen. Gleichzeitig wird die Oberfläche des Formteils ohne Materialabtrag geglättet, ohne dass sich die Geometrie des Formteils wesentlich ändert. Dadurch wird eine glatte und homo gene Oberfläche des Formteils erreicht. Gleichzeitig mit dem Glätten der Oberfläche wird die Oberfläche des Formteils mit dem im Gemisch enthaltenen Farbstoff gefärbt. Durch das gleichzeitige Anlösen der Oberfläche des Formteils kann der Farbstoff deutlich tiefer in die Oberfläche bzw. in das Material eindringen, weil sich die angelöste Oberfläche des Formteils mit dem Farbstoff vermischt. Dadurch können Eindringtiefen der Farbe in die Ober fläche von bis zu 2 Millimetern oder mehr erreicht werden, sodass das Formteil bis zu dieser Tiefe vollständig durchgefärbt wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, das eingebrachte Ge misch in der Prozesskammer zu verwirbeln, um ein noch gleichmäßigeres Glätten und ein noch gleichmäßigeres Färben des Formteils zu erreichen.

Nach dem Glätten und Färben, was in dem Schritt S40 durchgeführt wird, wird das Gemisch, in dem Reste des Farbstoffes enthalten sein können, aus der Prozesskam mer entfernt, beispielsweise abgesaugt (Schritt S50).

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schritt S40 (glätten und färben) wie derholt werden. Während bei einem flüssigen Medium-Farb stoff-Gemisch eine Verwirbelung beispielsweise mit einer in der Prozesskammer angeordneten Rühr einrichtung bewerkstelligt werden kann, kann bei einem dampfförmigen oder flüs sigem Medium-Farb stoff-Gemisch eine solche Verwirbelung durch ein zyklisches Zuführen und Absaugen des Gemisches in zeitlich kurzen Abständen erfolgen. Hierzu kann an der Prozesskammer ein Strömungsventil vorgesehen sein, durch das ein Teil des dampfförmigen Medium-Farb stoff-Gemisches entweichen kann, so bald

- der Druck in der Prozesskammer einen vorbestimmten Wert (beispielsweise 50 mbar) überschreitet und/oder

- die Bedampfungsdauer eine vorbestimmte Zeit (beispielsweise 10 s) erreicht hat. Sobald

- der Druck in der Prozesskammer wieder auf einen vorbestimmten Werte (bei spielsweise 30 mbar) gefallen ist und/oder

- nach einer weiteren vorbestimmten Zeit (beispielsweise 15 s)

kann das Strömungsventil wieder geschlossen werden und ein Ventil, durch das das dampfförmige Medium-Farb stoff-Gemisch der Prozesskammer zugeführt wird, kann wieder geöffnet werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Verwirbelung des dampfförmigen Medium-Farb stoff-Gemisches beispielsweise auch mit einer in der

Prozesskammer angeordneten ventilatorartigen Einrichtung bewerkstelligt werden.

Bei einem dampfförmigen Medium-Farb stoff-Gemisch kann das abgesaugte Ge misch nach einer vorbestimmten Zeit wieder der Prozesskammer zugeführt werden. Alternativ kann das abgesaugte Gemisch einer Aufbereitung zugeführt werden, und für die Wiederholung des Schrittes S40 kann ein neues Medium-Farb stoff-Gemisch der Prozesskammer zugeführt werden. Das gilt auch für ein flüssiges Medium-Farb- stoff-Gemisch. Getrenntes Glätten und Färben

Vorstehend ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens beschrieben worden, bei dem das Glätten und das Färben gleichzeitig, d.h. in einem einzigen Prozess schritt durchgeführt wird.

Alternativ hierzu kann das Formteil zunächst geglättet und anschließend gefärbt werden. Hierbei wird im Schritt S30 zunächst ein die Oberfläche des Formteils an lösendes Lösemittel und/oder eine die Oberfläche des Formteils anlösende Säure der Prozesskammer zugeführt. Das Lösemittel und/oder die Säure kann hierbei in flüssiger Form oder in dampfförmiger Form der Prozesskammer zugeführt werden. Mit dem zugegebenen Medium (Lösemittel und/oder Säure) wird die Oberfläche des Formteils in dem Schritt S40 geglättet, indem das zugeführte Mittel die Ober fläche des Formteils anlöst, wodurch sich die Poren verschließen und die Rauheit der Oberfläche weitestgehend ohne Material ab trag reduziert wird. Nach dem Glät ten wird das Medium abgesaugt. Gegebenenfalls kann der Schritt S40 des Glättens wiederholt werden.

Nach dem Glätten des Formteils kann dem abgesaugten Medium der gewünschte Farbstoff zugegeben werden. Das zum Glätten verwendete Medium wird hierbei als Trägermedium für den Farbstoff verwendet bzw. wiederverwendet. Das Träger medium und der Farbstoff werden dann in dem Schritt S30 der Prozesskammer zu geführt, wobei auch hierbei das Trägermedium-Farbstoff-Gemisch in flüssiger oder in dampfförmiger Form der Prozesskammer zugeführt werden kann. In dem Schritt S40 wird die Oberfläche des Formteils dann mit dem zugegebenen Trägermedium- Farbstoff-Gemisch gefärbt.

Alternativ kann hier anstelle des nach dem Glätten abgesaugten Mediums ein neues, d.h. frisches Medium als Trägermedium verwendet werden, mit dem der Farbstoff der Prozesskammer zugeführt wird. Anstelle eines neuen bzw. frischen Mediums kann das abgesaugte Medium auch aufbereitet werden (etwa weil es aufgrund des Glättungsvorganges verunreinigt ist) und anschließend als Trägermedium verwen det werden.

In einer noch weiteren Alternative kann es vorgesehen sein, zum Färben ein anderes Medium (Trägermedium) zu verwenden als zum Glätten. So kann beispielsweise zum Glätten eine Säure und zum Färben ein Lösemittel oder zum Glätten ein Löse mittel und zum Färben eine Säure verwendet werden.

Das zeitliche Trennen von Glätten und Färben innerhalb des Oberflächenbehand lungsschrittes kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn

- für das Glätten höhere oder niedrigere Temperaturen erwünscht / notwendig sind als für das Färben, - das Glätten und das Färben bei jeweils unterschiedlichen Druckverhältnissen in der Prozesskammer durchgeführt werden sollen (z.B. Glätten bei Unterdrück und Färben bei Überdruck, oder Glätten und Färben bei Unterdrück / Überdruck mit jeweils verschiedenen Drücken), oder

- das Glätten mit einem dampfförmigen Medium und das Färben in einem Tauch bad durchgeführt werden sollen, oder umgekehrt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung können die Druckverhältnisse während des Glättens und Färbens auch verändert werden. So kann beispielsweise während des Prozesses der Druck erhöht oder verringert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch die Temperatur, bei der das Glätten und Färben stattfindet, verändert werden.

Möglich ist es auch, der Prozesskammer für das Färben ein Trägermedium mit dem Farbstoff zuzugeben, ohne vorher das in der Prozesskammer vorhandene Medium, das zum Glätten verwendet wurde, abzusaugen.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das Formteil zunächst gefärbt und anschließend geglättet werden.

Nach dem Glätten und Färben des Formteils kann das Formteil in der Prozesskam mer in dem Schritt S60 abgekühlt oder erwärmt werden, wobei dieser Schritt opti onal ist. Durch ein Erwärmen des Formteils kann an der Oberfläche des Formteils noch vorhandenes Lösemittel / Säure entfernt werden. Alternativ oder optional kann auch ein Trocknen des Formteils in einem Vakuum durchgeführt werden.

Nach dem Glätten und Färben bzw. nach dem Abkühlen / Erwärmen / Vakuum trocknen kann das Formteil aus der Prozesskammer entnommen werden (Schritt S70) und gegebenenfalls einer Nachbehandlung unterzogen werden. Das aus der Prozesskammer abgesaugte Medium-Farb stoff-Gemisch kann einer Aufbereitung zugeführt werden. Die Aufbereitung des abgesaugten Medium-Farb- stoff-Gemisches kann in einer Trenneinheit bzw. mit Hilfe einer Trenneinheit er folgen, mit der das Medium bzw. Trägermedium von dem restlichen Farbstoff ge trennt wird. Das Trennen des restlichen Farbstoffes von dem Medium kann bei spielsweise mittels Filtration, Sedimentation, Zentrifugieren, Abdampfen und einer Kombination hiervon erfolgen. Die Trenneinheit weist hierbei entsprechende Ein richtungen auf. Eventuell beim Glätten und Färben verwendete Zusatzstoffe können hiermit ebenfalls von dem Medium getrennt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Trennen des restlichen Farbstoffes von dem Medium auch mittels Destillation erfolgen. Besonders vorteil haft ist es hierbei, wenn in der Trenneinheit ein weitgehendes Vakuum bzw. ein Unterdrück erzeugt werden kann, sodass die Destillation bei niedrigeren Tempera turen durchgeführt werden kann und die Farbpartikel des restlichen Farbstoffes durch die Destillation nicht zerstört werden.

In einer Ausgestaltung kann auch ein mehrstufiges Trennverfahren vorgesehen sein. Beispielsweise kann das abgesaugte Medium-Farb stoff-Gemisch zunächst ge filtert und anschließend destilliert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat mehrere Vorteile.

Ein Vorteil liegt darin, dass für das Glätten und Färben lediglich eine einzige Vor richtung benötigt wird, während im Stand der Technik sowohl für das Glätten als auch für das Färben jeweils separate Vorrichtungen benötigt werden. Der Aufwand für Hardware kann so erheblich reduziert werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass die Formteile im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren lediglich einmal einer thermi schen Belastung ausgesetzt sind (sofern aufgrund der verwendeten Medien hohe Temperaturen notwendig sind), was der Qualität des oberflächenbehandelten Form teils zugutekommt. Diese thermische Belastung kann zudem noch weiter reduziert werden, wenn das Glätten und Färben bei Unterdrück durchgeführt werden, weil der gesamte Prozess hierbei bei insgesamt niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann.

Durch die Reduzierung der thermischen Belastung kann beispielsweise ein Verzie hen des Formteils vermieden werden, insbesondere bei Formteilen, die in schlechter Qualität gedruckt wurden, und/oder die unterschiedliche Wandstärken aufweisen. Zudem kann verhindert werden, dass sich mechanische Eigenschaften des Form teils ändern oder gar verschlechtern.

Zudem kann der gesamte Prozess ohne Wasser durchgeführt werden, d.h. es ent steht kein Abwasser.

Ferner kann durch das Vorsehen einer Trenneinheit ein geschlossener Kreislauf re alisiert werden, da der restliche Farbstoff von dem Trägermedium getrennt werden kann und sowohl das Trägermedium als auch der restliche Farbstoff für eine Ober flächenbehandlung anderer Formteile wiederverwendet werden können. Das abge trennte Trägermedium kann zudem zum Reinigen der Prozesskammer mit oder ohne der darin enthaltenen Formteile wiederverwendet werden. Dies hat den Vor teil, dass mögliche Farbablagerungen auf den Oberflächen vollständig entfernt wer den. Falls die Reinigung der Prozesskammer zusammen mit den darin befindlichen Formteilen erfolgt, kann dabei abhängig vom gewählten Medium ggf. ein weiterer Glättvorgang stattfinden. Das Reinigen und/oder erneute Glätten kann mit dem Me dium Ml, M2 in flüssiger oder gasförmiger Form durchgeführt werden. In diesem Fall kann das Trägermedium erneut der Trenneinheit zugeführt werden.

Anstelle der Verwendung einer Trenneinheit, welche Medium und Farbstoff trennt, kann es vorteilhaft sein, dass das Medium zum Färben der Bauteile dauerhaft mit Farbstoff versetzt bleibt. In diesem Fall kann eine Trenneinheit entfallen. Alternativ kann aber dennoch eine Trenneinheit vorgesehen sein, um Schmutz, Wasser oder andere Fremdstoffe von dem Medium-Farb stoff-Gemisch zu trennen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Möglichkeit zum Nachfüllen von Farbstoff, beispielsweise in den Farbstoffbehälter vorhanden sein. Dabei kann in einer Ausgestaltung die Dosierung des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Ge misch über photospektrometrische oder vergleichbare Messungen gesteuert wer den. Der Prozesskammer können entsprechende Sensoren zugeordnet sein, mit de nen die Dosierung des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Gemisch ermittelt werden kann. In Abhängigkeit von der ermittelten Dosierung kann der Prozesskam mer zusätzlicher Farbstoff zugegeben werden oder die Mischeinheit kann entspre chend gesteuert bzw. geregelt werden.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt allerdings darin, dass im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Farbstoff bei gleicher Färbedauer um Größenordnungen tiefer in das Material des Formteils eindringen kann. Bei Gegenständen des täglichen Gebrauchs kann so bei spielsweise verhindert werden, dass durch kleinere Kratzer die ursprüngliche Farbe des Materials des Formteils zum Vorschein tritt. Zudem kann bei gleicher Färbe tiefe die Färbedauer erheblich reduziert werden.

Erfindungsgemäß kann das vorstehend beschriebene Verfahren zum Glätten und Färben mit einer Vorbehandlung und/oder Nachbehandlung der Oberfläche der Formteile kombiniert werden. Dadurch können die Ergebnisse des Glättens und Färbens verbessert werden.

Die nachfolgend genannten Verfahren können sowohl als Vorbehandlung als auch als Nachbehandlung durchgeführt werden.

Strahlen der Oberfläche Die Oberfläche des Formteils kann mit Strahlmittel gestrahlt werden. Die Strahl mittel können aus Metall, Kunststoff, einem organischen Material, oder aus ei nem mineralischen Material sein. Die Strahlmittel können eine kugelförmige o- der vieleckige Form aufweisen. Als besonders vorteilhaft haben sich kugelför mige und weitgehend nicht-abrasiv wirkende Strahlmittel aus Kunststoff heraus gestellt. Der Härtegrad der Kunststoffkugeln sollte hierbei so gewählt werden, dass er im Wesentlichen dem Härtegrad des Kunststoffes des Formteils ent spricht bzw. leicht größer oder leicht kleiner ist, als der Härtegrad des Kunststof fes des Formteils. Damit kann einerseits vor dem Glätten und Färben des Form teils das am Formteil vorhandene Restpulver gelockert und entfernt werden. An dererseits kann damit vor oder nach dem Glätten und Färben die Oberfläche des Formteils verdichtet und homogenisiert werden. Das Homogenisieren der Ober fläche vor dem Glätten hat den Vorteil, dass das Glätten der Oberfläche zu noch besseren Ergebnissen führt.

Zum Strahlen können an sich bekannte Strahlverfahren, etwa Nassstrahlen, Druckstrahlen, Schleuderradstrahlen, Feuchtstrahlen oder Injektor strahlen, ver wendet werden.

- Schleifen

Die Oberfläche des Formteils kann geschliffen werden, wobei hierbei an sich bekannte Schleifmittel und Schleifverfahren verwendet werden können. Durch das vorherige Schleifen kann der nachfolgende Prozess des Glättens unterstützt werden.

- Erhitzen und Kühlen der Formteile

Durch das Erhitzen oder Kühlen der Formteile kann die Temperatur der Form teile optimal für das nachfolgende Glätten und Färben eingestellt werden. So kann beispielsweise die Temperatur des Formteils so eingestellt werden, dass sich zwischen der Temperatur des Formteils und der Temperatur des der Pro zesskammer zugeführten dampfförmigen Mediums eine vorbestimmte Tempe raturdifferenz einstellt.

- Aufbringen eine Beschichtung

An der Oberfläche kann eine Beschichtung, etwa ein Lack aufgebracht werden.

- Auswaschen mit Wasser

Nach dem Glätten und Färben des Formteils kann dieses mit kaltem oder war mem Wasser ausgewaschen werden.

- Erneutes Färben / Oberflächenbehandeln

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, das geglättete und gefärbte Formteil mit einem wasserbasierten Verfahren erneut zu färben o- der die Oberfläche erneut zu behandeln. Beispielsweise können nach dem erfin- dungsgemäßen Glätten und Färben aktive Substanzen auf das Formteil aufge bracht werden, etwa UV-Absorber, antibakterielle Verbindungen, oder derglei chen. Ferner ist es so beispielsweise möglich mit dem erfindungsgemäßen Glät ten und Färben das Formteil mit Pigmenten mit Metalleffekt zu färben und an schließend eine Neon-Farbe aufzubringen. Das anschließende Oberflächenbe handeln des Formteils kann auch ein Imprägnieren und/oder Infiltrieren umfas sen.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ober flächenbehandlung von in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Formteil aus Kunststoff. Zentraler Bestandteil der Vorrichtung ist die Prozesskammer 1, in der das Medium- Farb stoff-Gemisch eingebracht wird und in der die Formteile geglättet und gefärbt werden, wie vorstehend beschrieben.

In einer Ausgestaltung ist die Prozesskammer 1 luft-, fluid- und druckdicht ausge staltet. Je nach Bedarf kann die Prozesskammer 1 beheizbar sein, etwa mittels einer an der Prozesskammer 1 angeordneten Mantelheizung 1.1.

Die Prozesskammer ist mit einer Pumpe bzw. einer Vakuumpumpe 7 gekoppelt, um das flüssige Medium-Farb stoff-Gemisch bzw. das dampfförmige Medium- Farb stoff-Gemisch aus der Prozesskammer 1 abzusaugen. In einer alternativen Ausgestaltung kann eine zusätzliche Vakuumpumpe 7.1 vorgesehen sein, mit der die in der Prozesskammer enthaltene Luft nach dem Einbringen der Formteile in die Prozesskammer abgesaugt werden kann, wodurch ein Vergilben der Formteile effektiv verhindert wird. Selbstverständlich kann das Absaugen der Luft auch mit der Vakuumpumpe 7 bewerkstelligt werden. Das flüssige Medium-Farb stoff-Ge misch kann alternativ auch durch Beaufschlagen der Prozesskammer mit Druck o- der durch die Schwerkraft aus der Prozesskammer abgeführt werden.

Sofern das Medium-Farb stoff-Gemisch nicht bereits in gemischter Form vorliegt, kann die Vorrichtung eine Mischeinheit 8 aufweisen, mit der das Medium (bei spielsweise ein Lösemittel und/oder eine Säure) mit dem Farbstoff gemischt wird. Die benötigten Farbstoffe können aus einem oder mehreren Farbstoffbehältern 4 der Mischeinheit 8 zugeführt werden. Das benötigte Medium (Lösemittel und/oder Säure) kann ebenfalls aus einem oder mehreren dafür vorgesehenen Behältnissen der Mischeinheit 8 zugeführt werden.

Sofern das Glätten und Färben der Formteile in einem Tauchbad durchgeführt wer den sollen, kann das mit der Mischeinheit 8 hergestellte Medium-Farb stoff-Ge misch direkt von der Mischeinheit 8 aus der Prozesskammer 1 zugeführt werden. Sofem das Glätten und Färben mit einem dampfförmigen Medium-Farb stoff-Ge- misch durchgeführt werden soll, kann das in der Mischeinheit 8 hergestellte Ge misch über einen Dampfentwickler 6 der Prozesskammer 1 zugeführt werden, wo bei der Dampfentwickler 6 angepasst ist, das in der Mischeinheit 8 hergestellte flüs sige Gemisch in einen Dampfzustand zu überführen. Hierzu kann der Dampfent wickler 6 mit einer Heizeinrichtung 6.1 beheizbar sein, um die für die Dampferzeu gung notwendigen Temperaturen zu erreichen. Alternativ oder zusätzlich kann der Dampfentwickler 6 auch mit einer Vakuumpumpe 6.2 gekoppelt sein, um in dem Dampfentwickler 6 einen Unterdrück zu erzeugen, mit dem die Verdampfungstem peratur reduziert werden kann.

Alternativ kann auf den Dampfentwickler 6 auch verzichtet werden, wenn in der Prozesskammer 1 ein Unterdrück herrscht, der geeignet ist, das von der Mischein heit 8 zugeführte flüssige Medium-Farb stoff-Gemisch schlagartig verdampfen zu lassen.

Die Mischeinheit 8 kann ebenfalls mit einer Heizeinrichtung 8.1 ausgestattet sein, um das Medium-Farb stoff-Gemisch vor dem Zuführen in die Prozesskammer 1 auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, insbesondere wenn das Medium- Farb stoff-Gemisch in flüssiger Form der Prozesskammer 1 zugeführt werden soll.

Das mit der Vakuumpumpe 7 abgesaugte Gemisch wird einer Trenneinheit 3 zuge führt, mit der der restliche Farbstoff von dem Trägermedium getrennt wird. Der abgetrennte Farbstoff kann dann einem Farbstoffbehälter 5 zugeführt werden. Das verbleibende Trägermaterial kann dem Behältnis 2 zugeführt werden.

Die Trenneinheit 3 kann entsprechende Vorrichtungen aufweisen, um das Trennen von Trägermedium und Farbstoff, beispielsweise mittels Filtration, Sedimentation, Zentrifugieren, Abdampfen und einer Kombination hiervon, zu ermöglichen. Die Trenneinheit 3 kann auch dazu ausgestaltet sein, das Trennen von Trägermedium und Farbstoffen durch Destillation durchzuführen. Um eine Destillation auch bei niedrigeren Temperaturen zu ermöglichen kann es vorteilhaft sein, die Trenneinheit 3 mit einer Vakuumpumpe 9 zu koppeln.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens beschrieben worden, bei der das Glätten und Färben innerhalb eines Prozessschrittes zeitlich hintereinander durchgeführt werden, d.h. das Formteil wird zunächst geglättet und anschließend gefärbt, oder umgekehrt. Für diesen Fall ist das erfindungsgemäße System so ausgestaltet, dass das Medium aus dem Behältnis 2 direkt der Prozess kammer 1 zugeführt werden kann. In diesem Fall wird das Medium aus dem Be hältnis 2 zum Glätten des Formteils verwendet. Für das anschließende Färben wird das Medium aus dem Behältnis 2 der Mischeinheit 8 zugeführt und dort mit den Farbstoffen vermischt. Das Medium-Farb stoff-Gemisch wird dann wie vorstehend beschrieben aus der Mischeinheit 8 der Prozesskammer 1 zugeführt.

Der Farbbehälter 4, 5 kann außerhalb der Prozesskammer 1 angeordnet sein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Farbbehälter 4; 5 auch im Inneren oder teilweise im Inneren der Prozesskammer 1 angeordnet sein. In diesem Fall kann der Farbbehälter als Kartusche oder Kapsel ausgestaltet sein. Die Kartusche oder die Kapsel können so ausgestaltet sein, dass sie gezielt geöffnet werden kön nen, um den darin aufgenommen Farbstoff in die Prozesskammer abzugeben. Für ein gezieltes Öffnen der Kartusche oder der Kapsel können in der Prozesskammer bewegbare Lanzen oder Düsen vorgesehen sein, mit denen die Wandung der Kar tusche oder der Kapsel aufgestochen werden kann. Dadurch kann beispielsweise ermöglicht werden, die Kapsel oder die Kartusche nach dem Glättvorgang gezielt zu öffnen, um für den anschließenden Färbevorgang gezielt Farbstoff in die Pro zesskammer abzugeben. Die Lanzen oder Düsen können hierbei so ausgestaltet sein, dass über diese das Trägermedium für den Farbstoff der Kapsel bzw. Kartu sche zugeführt werden kann. Das zugeführte Trägermedium kann dann den Farb stoff aufnehmen und ihn über die hergestellt Öffnung in die Prozesskammer ein- bringen. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kartusche oder Kapsel bereits mit einer offenen Austrittsöffnung, aus der der Farbstoff entweichen kann, in die Pro zesskammer 1 gegeben werden. Mit dieser Ausgestaltung ist es dann möglich, das Glätten mit einem dampfförmigen Medium durchzuführen, ohne dass hierbei der Farbstoff in die Prozesskammer abgegeben wird. Bei einem anschließenden Färben mit einem flüssigen Medium kann das flüssige Medium den Farbstoff aus der offe nen Kartusche oder Kapsel aufnehmen und in die Prozesskammer einbringen - das flüssige Medium dient dann als Trägermedium für den Farbstoff. Der Farbstoff kann hierbei in Pulverform oder in flüssiger Form vorliegen. Es hat sich als beson ders vorteilhaft erweisen, wenn die Öffnung in dieser Ausgestaltung nach oben zeigt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, der Prozesskammer eine Sensoreinrichtung 10 zuzuordnen, mit der die Dosierung des Farbstoffes in dem Medium-Farb stoff-Gemisch ermittelt werden kann. Anhand der ermittelten Dosierung kann zusätzlicher Farbstoff der Prozesskammer zugegeben werden. Fer ner kann in Anhängigkeit von der ermittelten Dosierung auch die Mischeinheit 8 so gesteuert werden, dass sich die Dosierung des Farbstoffes in dem in der Prozess- kammer enthaltenen Medium-Farb stoff-Gemische auf einen vorbestimmten Wert einstellt.

Sämtliche Einheiten 1 bis 10 des Systems können in einer einzigen Maschine bzw. als eine Einheit ausgeführt sein, d.h. das Glätten und Färben von in einem 3D- Druckverfahren hergestellten Formteilen kann in einer einzigen Maschine und vor zugsweise gleichzeitig durchgeführt werden.

Versuche haben gezeigt, dass sich nachfolgend genannte Lösemittel, Säuren und Farbstoffe besonders gut für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfah- ren eignen. Hierdurch wird aber nicht ausgeschlossen, dass sich auch andere Löse mittel, Säuren und Farbstoffe für das erfindungsgemäß Verfahren eignen. Lösemittel als Medium zum Glätten und als Trägermedium für den Farbstoff:

Acetaldehyd, Acetamid, Aceton, Acetonitril, Acetophenon, Acetylen, aliphatische Kohlenwasserstoffe (insbesondere Cyclohexan, Cyclohexen, Diisobutylen, Hexan, Octan, n-Pentan und Terpinen), Alkohole (insbesondere Benzylalkohol, Buty- lenglycol, Butanol, Ethanol, Ethylenglycol, Methanol, Allylalkohol, n-Propanol und Isopropanol), Amylacetat, Anilin, Anisol, Benzin, Benzaldehyd, Benzol, Chlorbenzol, Dioxan, Dimethylamid, Diemethylformaid, Diethylether, Dimethyl- formamid, Dimehtylsulfid, Dimethylsulfoxid, Ethylbenzol, Ethylacetat, Formalde hyd, Formamid, Furfurol, Halogenkohlenwasserstoffe (insbesondere Chlorbrom methan, Chloroform, Ethylenchlorid, Hexafluorisopropanol, Methylenchlorid, Perchlorethylen, Trichlormethan, Tetrachlormethan, Trichlorethan und Trichlo- rethylen), Menthon, Methyl-tert-butylether, Methyl ethylenketon, Nitrobenzol, Phe- nole, Phenylethylalkohol, Propanol, Pyridin, Styrol, Tetrahydrofuran, Tetrahydro naphthalin, Toluol, Triethanolamin, und Kombinationen hiervon.

Säuren als Medium zum Glätten und als Trägermedium für den Farbstoff: Ameisensäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Trifluoressigsäure, Phoshporsäure, Phosphorige Säure, und Schwefelige Säure.

Farbstoffe (klassifiziert nach chemischen Strukturen): Anthrachinonfarb Stoffe, Azofarbstoffe, Dioxazinfarb Stoffe, Indigoide Farbstoffe, Metallkomplexfarbstoffe, Phthalocyaninfarbstoffe, Methinfarb Stoffe, Nitro- und Nitrosofarb Stoffe, Schwefelfarbstoffe, und Kombinationen hiervon.

Farbstoffe (klassifiziert nach anwendungstechnischen Verfahren): Beizenfarbstoffe, Dispersionsfarbstoffe, Entwicklungs- oder Kupplungsfarbstoffe, Kationische Farbstoffe, Küpenfarbstoffe, Lösungsmittelfarbstoffe, Reaktivfarb stoffe, Säurefarbstoffe, Substantive Farbstoffe, Funktionelle Farbstoffe, und Kom binationen hiervon.

Als Trägermedien für den Farbstoff haben sich zudem Gase als geeignet erwiesen, insbesondere Stickstoff, aber auch Argon, Wasserstoff, Helium, Ethen, Ethin, Koh lendioxid, Kohlenmonoxid, Xenon, Neon, Krypton, Distickstoffoxid, Acetylen, Formiergas, Ammoniak, Schwefeldioxid.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere (aber nicht nur) für Formteile, die mit folgenden Kunststoffen hergestellt werden.

Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Polylactide (PLA), Polycarbonate (PC), Polyamid 6 (PA6), Polyamid 6,6 (PA6,6), Polyamid 12 (PA12), Polyamid 11 (PA11), thermoplastische Elastomere (TPE), thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polypropylen (PP), Polyetheretherketon (PEEK), Poly(etherketonketon) (PEKK), Polyaryletherketone (PAEK), Polyetherimide (PEI), Polyphenylensulfid (PPS), oder Polymethylmethacrylat (PMMA), und Polymerblende/Polymerblends aus den genannten Kunststoffen.

Daneben können beispielsweise auch Materialien, die mit Glaskugeln oder Carbon- fasem gefüllt sind verwendet werden, etwa glasgefülltes PA12, oder Materialien, denen ein Flammschutzmittel oder andere aktive Substanzen zugesetzt wurden.

Als additive Verfahren zum Drucken der Formteile können das Laser-Sintern, das sogenannte Multi-Jet Modelling, das sogenannte Poly-Jet Modelling, das Binder Jetting oder das sogenannte Multi Jet Fusion verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese pulverbasierten Verfahren beschränkt. Vielmehr können auch andere additive Verfahren verwendet werden, die sich für die Herstellung (Drucken) von Formteilen aus einem Kunststoff eignen, etwa Fused Filament Fabri- cation, Fused Deposition Molding, Stereolithographie (SLA) oder Digital Light Processing (DLP).

Beispiel:

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines konkreten Bei spiels beschrieben. Hierbei wird ein in einem 3D-Druckverfahren aus Polyamid 12- Pulver hergestelltes Formteil geglättet und gefärbt, wobei Benzylalkohol als Me dium zum Glätten und als Trägermedium zum Färben verwendet wird.

Die Prozesskammer 1 wird geöffnet und ein Warenträger (Korb), der das zu glät tende und zu färbende Formteil enthält, wird in die Prozesskammer eingeführt. In diesem Beispiel weist der Warenträger eine Einrichtung zur Aufnahme einer Kar tusche auf, in der Farbstoff enthalten ist. Die Kartusche wir zusammen mit dem Warenträger in die Prozesskammer eingeführt und die Prozesskammer wird fluid-, gas- und druckdicht verschlossen.

Die Prozesskammer wird anschließend evakuiert. Anschließend wird für eine vor bestimmte Zeit, die in diesem Beispiel etwa 45 s beträgt, Benzylalkohol-Dampf in die Prozesskammer eingeleitet. Das Bedampfen mit dem Benzylalkohol-Dampf wird erst dann gestartet, wenn der Benzylalkohol-Dampf einen Druck von 140 mbar erreicht hat.

Anschließend wird die Prozesskammer evakuiert. Der Vorgang Benzylalkohol- Dampf einleiten und Evakuieren der Prozesskammer wird hier fünfmal wiederholt. Anschließend wird die Prozesskammer erneut evakuiert, sodass sich in der Prozess kammer nur mehr die Formteile mit einer nunmehr geglätteten Oberfläche befin den. Nach diesem Vorgang wird solange flüssiger und auf 115°C erhitzter Benzylalko hol in die Prozesskammer mit den sich darin befindlichen geglätteten Formteilen eingeleitet bis ein Druck von 2 bar erreicht wird.

Gleichzeitig mit Einleiten des flüssigen Benzylalkohols wird die Kartusche geöff net, beispielsweise mit einer in der Prozesskammer angeordneten Einrichtung, wie etwa eine Nadel oder Spitze. Der Farbstoff tritt nun aus der Kartusche aus und ver mischt sich mit dem in die Prozesskammer eingeleiteten flüssigen Benzylalkohol. Als Farbstoff wird in diesem Beispiel TERASIL ^® TC Black (von Huntsman Inter national LLC) verwendet. Das Vermischen des Farbstoffes mit dem flüssigen Benzylalkohol wird durch einen in der Prozesskammer angeordneten Rührer unter stützt, um eine gleichmäßige Verteilung des Farbstoffes in dem flüssigen Benzylal kohol zu gewährleisten.

Nachdem die Prozesskammer vollständig mit dem flüssigen Benzylalkohol gefüllt wurde werden die Temperatur (1 15 °C) und der Druck (2 bar) in der Prozesskam mer für etwa 10 Minuten aufrecht erhalten. Durch den in der Kammer herrschenden Überdruck kann der Farbstoff besonders gut in das Material des Formteils eindrin- gen.

Anschließen wird die Prozesskammer geleert, d.h. der flüssige Benzylalkohol und der darin enthaltene Farbstoff (d.h. Restfarbstoff) werden der Kammer entnommen, etwa durch Ablassen oder durch Absaugen.

Der der Prozesskammer entnommene flüssige Benzylalkohol wird zusammen mit dem darin gelösten Farbstoff in einer Trenneinheit gesammelt.

Die Prozesskammer wird nunmehr mehrfach auf einen Druck unter 10 mbar eva kuiert. Dadurch können Rückstände des Benzylalkohols von dem Formteil entfernt werden. Nach Abschluss dieses Vorganges wird die Prozesskammer belüftet und geöffnet, und der Warenträger mit dem nunmehr geglätteten und gefärbten Formteil und der leeren Kartusche kann entnommen werden. Vor dem Einbringen des Warenträgers mit dem Formteil und der Kartusche in die Prozesskammer ist die Kammer evakuiert worden und es wurde Benzylalkohol- Dampf in die Prozesskammer eingeleitet bis die Innentemperatur der Prozesskam mer von der Raumtemperatur auf etwa 140°C angestiegen ist. Anschließend wird die Prozesskammer geleert und erneut evakuiert.

Nach dem Entnehmen des Warenträgers aus der Prozesskammer wird diese erneut verschlossen und evakuiert. Im Anschluss daran wird heißer Benzylalkohol-Dampf eingeleitet, der an allen Oberflächen der Proesskammer kondensiert. Dadurch wer den mögliche Farbstoff-Rückstände von der Prozesskammer gewaschen. Die Pro- zesskammer wird dann nochmals geleert und evakuiert. Der dabei der Prozesskam mer entnommene Benzylalkohol wird ebenfalls in der Trenneinheit gesammelt.

Bei allen vorstehend zu diesem Beispiel genannten Evakuierungsvorgängen kann auf einen Druck unter 10 mbar evakuiert werden.

Der in der Trenneinheit gesammelte Benzylalkohol mit den darin gelösten Farb stoffen wird destilliert. Der reine Benzylalkohol kann dann für einen weiteren Pro zess bereitgestellt werden und die Farbstoffrückstände können entweder einer Ent sorgung oder Aufbereitung zugeführt werden.

Bezugszeichen:

1 Prozesskammer

1.1 Heizeinrichtung 2 Behältnis

3 Trenneinheit

4 F arb stoffb ehälter

5 F arb stoffb ehälter

6 Dampfentwickler 6. 1 Heizeinrichtung 6.2 Vakuumpumpe

7 Pumpe / Vakuumpumpe

7.1 Vakuumpumpe

8 Mischeinheit

8.1 Heizeinrichtung

9 Vakuumpumpe

10 Sensoreinrichtung

S10 bis S70 Schritte des Verfahrens