本发明涉及一种用于逐层地构建模具和型芯的方法，模具和型芯包括耐火的模制基础材料和粘合剂，粘合剂包括至少一种碱金属硅酸盐水溶液并且还包括磷酸盐或硼酸盐或者两者。为了逐层地以3d打印制造模具和型芯，需要逐层地施加耐火的模制基础材料并且分别借助于粘合剂选择性地打印。此外，本发明涉及如此制造的模具或型芯。
背景技术：
1、铸造模具基本上由型芯和模具组成，型芯和模具为要制造的铸件的负模。在此，型芯和模具由耐火材料和合适的粘合剂构成，耐火材料例如是石英砂，粘合剂在从模制工具中取出之后给予铸造模具足够的机械强度。因此，为了制造铸造模具应用耐火的模制基础材料，其包覆有合适的粘合剂。耐火的模制基础材料优选以松散形式存在，使得模制基础材料能够填入到合适的空心模具中。通过粘合剂产生模制基础材料的颗粒/晶粒之间的固定联合，使得铸造模具获得所需要的机械稳定性。
2、铸造模具必须满足不同的要求。在铸造过程本身中，铸造模具必须首先具有足够的强度和耐热性，从而液态金属能够被容纳到由一个或多个铸造(子)模具形成的空腔中。在凝固过程开始之后，通过凝固的金属层确保铸件的机械稳定性，凝固的金属层沿着铸造模具的壁形成。现在，在由金属所释放的热量的影响下，铸造模具的材料必须以如下方式被分解，即其失去其机械强度，因此消除耐火材料的各个颗粒/晶粒之间的联合。在理想的情况下，铸造模具又分解成细砂，细砂能够轻易地从铸件移除。
3、以术语“快速成形”已知用于通过逐层构建来制造三维体的不同方法。该方法的优点是能制造复杂的、一件式构成的、具有底切和空腔的体部。借助传统的方法，该体部必须由多个、单独制成的部件拼接。另一个优点是，该方法能够在没有模制工具的情况下直接由cad数据制造体部。
4、通过三维打印方法对于粘合剂提出新的要求，在粘合剂或粘合剂组分应通过打印头的喷嘴施加时，粘合剂使铸造模具联接。随后，粘合剂不仅必须产生足够的强度、且在金属铸造之后必须产生良好的分解特性、以及必须具有足够的热学和仓储稳定性，而且现在也必须是“可打印的”，即打印头的喷嘴一方面不应当通过粘合剂堵塞，另一方面粘合剂也不应当能够直接从打印头中流出，而是形成单独液滴。
5、此外更多地还要求在制造铸造模具期间以及在铸造和冷却期间尽可能不产生co2形式的或碳氢化合物形式的排放，以便保护环境和限制因碳氢化合物、主要通过芳香的碳氢化合物引起的环境的气味污染。为了满足这些要求，在近些年中研发或继续发展无机的接合体系，无机的接合体系的应用使得在制造金属模具时能够避免或至少显著地最小化co2和碳氢化合物的排放。
6、ep 1802409 b1公开了一种无机的粘合剂体系，借助无机的粘合剂体系可以制造具有足够稳定性的铸造模具。当然，粘合剂体系尤其适合于在射芯机中的热学硬化，在射芯机中借助于压力将事先混合的模制材料混合物(由耐火材料和粘合剂构成的混合物)输送到加热的模制工具中。
7、wo 2012/175072 a1公开用于逐层地构建模块的方法，其中使用无机的粘合剂体系。逐层施加的颗粒状的材料在此包括颗粒状的结构材料和喷雾干燥的碱金属硅酸盐溶液。借助于包含水的溶液选择性地激活硬化，溶液经由打印头来添加。在此，公开了纯水和改性水，改性水含有流变添加剂。作为流变添加剂示例地列举如甘油，乙二醇或层状硅酸盐的增稠剂，其中尤其层状硅酸盐是优选的。wo 2012/175072 a1没有公开：使用碱金属硅酸盐水溶液。粘合剂或水玻璃溶液不经由打印头配量，而是已经包含在逐层施加的颗粒状的材料中。因此，根据wo 2012/175072 a1，仅经由其他路径并且没有直接地借助于碱金属硅酸盐水溶液实现借助于粘合剂选择性地润湿或凝结逐层施加的材料。通过在wo 2012/175072 a1中描述的工艺，粘合剂、喷雾干燥的碱金属硅酸盐溶液不仅处于所设的指定地点处而且也处于在不需要粘合剂的区域中。因此，以不必要的方式浪费了粘合剂。
8、de 102011053205 a1公开了一种用于以沉积工艺制造构件的方法，其中除了多种其他可能性之外，还将水玻璃用作为印刷液体。因此，水玻璃能够借助于打印头配量并且施加到相应的最上层的预设的子区域上。当然，在de 102011053205 a1中不存在关于如下的任何信息：即能够使用何种水玻璃组分。本领域技术人员也没有得到关于所使用的水玻璃的、能够用于推断化学组分的物理特性的任何启示。仅在所描述的现有技术中，完全普遍性地提及，无机的粘合剂(例如能流动的水玻璃)通常包含大量的水分-作为实例仅给出不大于60重量百分比的水。大的水量(例如不超过60重量百分比的水)被评价为是不利的，因为其难于操作。本领域技术人员通过de 102011053205 a1无法获得关于何种水玻璃组分适合于3d打印的信息。
9、wo 2013/017134 a1公开一种碱金属硅酸盐水溶液，其在20℃具有45mpas或者更小的粘度，碱金属硅酸盐溶液具有以碱金属硅酸盐计为39重量百分比的固体材料份额。sio2和m2o之间的比例(m2o是na2o和/或k2o)作为重量百分比给出。该重量比的最窄极限位于1.58与3.30之间。在该实例中，wo2013/017134a1公开一种方法，借助方法显示出以下可行性，借助于球磨机降低水玻璃粘合剂的粘度。当然，这种方法是极其复杂的并且是成本密集的。
技术实现思路
1、因此，发明人提出如下目的：研发一种水玻璃粘合剂或碱金属硅酸盐水溶液，其适合于铸造模具的三维打印，即水玻璃粘合剂能够直接地经由打印头选择性地配量，而没有堵塞或粘住打印头的模块或喷嘴。此外，粘合剂应当是尽可能细微的、点状的并以精确限定配量的方式施加。此外，根据本发明的水玻璃的应用产生由其制造的铸造模具的正面特性。
2、在此，用于逐层地构建体部的方法至少包括如下步骤：
3、a)提供耐火的模制基础材料作为结构材料混合物的组成部分；
4、b)将模制材料混合物的薄层扩展成层厚为0.05mm至3mm、优选0.1mm至2mm并且尤其优选0.1mm至1mm；
5、c)利用粘合剂打印薄层的所选择的区域，粘合剂包括
6、-碱金属硅酸盐水溶液形式的水玻璃，和
7、-至少一种磷酸盐或至少一种硼酸盐或者磷酸盐和硼酸盐，其优选以溶解的形式存在于至少部分、尤其完全含水的溶液中；并且
8、d)多次重复步骤b)和c)。
9、在应用根据本发明的水玻璃粘合剂时，由此制造的铸造模具具有如下特性：
10、1.良好的强度，尤其在热硬化之后的良好的强度
11、2.足够的热学稳定性，尤其适合于金属铸造，以便防止铸造模具在铸造工艺期间变形。
12、3.良好的仓储稳定性
13、4.在金属铸造之后的良好的分解能力
14、5.在铸造过程和冷却期间不排放co2和其他有机热解产物，而且在逐层施加的颗粒状的材料中或水玻璃粘合剂中不存在有机添加剂。
15、令人惊讶地发现：根据本发明的粘合剂是极其良好“可打印的”，即打印头的喷嘴不会通过粘合剂快速地堵塞。同时，粘合剂能够极其细微地施加。打印头的喷嘴的堵塞会引起差的打印结果。这通过根据本发明的粘合剂来避免。
16、在打印头的模块处快速堵塞喷头或快速形成膜能够归因于粘合剂的提高的反应性。粘合剂的反应性能够经由其化学组分来控制(同样还有粘合剂的热学稳定性)。鉴于在3d打印方法领域中的应用，一方面需要粘合剂的低反应性以便避免打印头的损坏并且能够针对性地控制粘合剂的硬化，但是另一方面也期望高的热学稳定性，以便避免所制造的铸造模具在铸造过程期间变形进而引起铸件的尺寸稳定性变差。粘合剂的热学稳定性和反应性以相同的方式取决于粘合剂的化学组分，即反应性越高，热学稳定性就越高。本发明的主题是：公开适当的粘合剂组分，该粘合剂组分在粘合剂的反应性足够低的情况下确保铸造模具的足够高的热学稳定性。