DE102013203374A1

DE102013203374A1 - ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGIES FOR GENERATING MOLDS FOR MATRIC COMPONENTS

Info

Publication number: DE102013203374A1
Application number: DE102013203374A
Authority: DE
Inventors: Harold P. Sears; James Todd Kloeb; Evangelos Liasi; Larry Edward Ellis; Ronald Hasenbusch; John Philips; Alan Lawrence Jacobson
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-08-29
Also published as: KR20130099881A; US20130220570A1

Abstract

Verfahren, welches die Verwendung additiver Fertigungstechniken zum Erzeugen von Formen und Musterteilen zur nachfolgenden Verwendung zum Gießen von Matrizenkomponenten und Matrizengrundplatten zur Verwendung in Matrizenstanzverfahren umfasst.A method comprising using additive manufacturing techniques to produce molds and pattern parts for subsequent use to mold die components and die base plates for use in die stamping processes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verwendung additiver Fertigungstechniken zum Erzeugen von Formen und Musterteilen zur Verwendung zum Gießen von Matrizenkomponenten bei Matrizenanordnungen sowie zum Herstellen von Formen für Matrizengrundplatten. The present invention relates generally to the use of additive manufacturing techniques to produce molds and pattern parts for use in molding die components in die assemblies, as well as forming dies for die base plates.

Matrizenkomponenten, wie z. B. Putzstähle, Schrottscheren, Flanschstähle, Formstähle, Locheinsätze, Putzeinsätze, Knopfblockeinsätze und dergleichen, sind Bestandteile einer Stanzmatrizenanordnung, die von einem Fahrzeugteil, wie z. B. einer Haube, einer Türverkleidung oder einem anderen ähnlichen Teil, das geformt wird, überflüssiges Stahlblech zu formen und wegschneiden. Es gibt eine beliebige Anzahl von Matrizenkomponenten, die jeweils für eine Stanzmatrizenanordnung benutzt werden, wobei jede eine einzigartige Konfiguration und Funktion aufweist. Daher ist es unpraktisch, mehrere Matrizenkomponenten unter Verwendung herkömmlicher Sandgussverfahren zu gießen, in die das Ausrüsten mit einem Formmuster einbezogen ist, um einen Sandkern zu bilden, von dem die Matrizenkomponente gegossen wird. Die vorliegende Erfindung stellt Techniken zum Erzeugen eines Musterteils oder einer Formkernvorrichtung bereit, die später im Gießverfahren benutzt werden können, um eine oder mehrere dem Fertigteil endkonturnahe Matrizenkomponenten zu gießen. Auf diese Weise stellt die vorliegende Erfindung ein Gießteil bereit, welches das Maß an Endbearbeitung, die an dem Teil durchgeführt werden muss, nachdem es gegossen wurde, stark verringert. Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, in welches weniger Zugabematerial einbezogen wird, um das endkonturnahe Matrizenkomponententeil zu gießen. Matrizenkomponenten, such as. As cleaning steels, scrap shears, flange steels, forming steels, hole inserts, plaster inserts, button block inserts and the like, are components of a punching die assembly, which is provided by a vehicle part, such. As a hood, a door trim or other similar part that is shaped to shape excess steel sheet and cut away. There are any number of die components, each used for a punching die assembly, each having a unique configuration and function. Therefore, it is impractical to cast multiple die components using conventional sand casting techniques that include molding with a mold pattern to form a sand core from which the die component is cast. The present invention provides techniques for producing a pattern member or mold core apparatus which may later be used in the casting process to cast one or more die-finished die components. In this way, the present invention provides a casting which greatly reduces the amount of finish that must be performed on the part after it has been cast. Further, the present invention provides a method in which less additive material is included to cast the near net shape female component part.

Das gewöhnliche Verfahren zum Herstellen von Matrizenkomponenten ist ein Feingussverfahren, in dem ein Modellbauer Styrofoam^®-Stücke zu einer der Matrizenkomponente angenäherten Gestalt verklebt und anschließend dieses Styrofoam^® maschinell zu der gewünschten Gestalt und Größe der zu gießenden Matrizenkomponente bearbeitet. In jüngster Zeit wird diese Technologie als subtraktive Herstellung bezeichnet und auch bei Metallblöcken oder anderen solchen Rohlingen benutzt, die maschinell zur näherungsweisen Gestalt einer Matrizenkomponente bearbeitet werden. Diesem maschinellen Bearbeitungsverfahren mangelt es an der Präzision, die erforderlich ist, um eine der Matrizenkomponente endkonturnahe Gestalt zu gießen. Daher wird zusätzliche Bearbeitungszugabe, z. B. 10 mm, an dem subtraktiv hergestellten Musterteil und dem resultierenden Gußteil belassen. Diese zusätzliche Gusszugabe muss unter Benutzen eines langwierigen Verfahrens maschinell bearbeitet werden, worin das Scannen des Gegenstandes und das Erzeugen eines CNC-Programms einbezogen sind, das auf der tatsächlichen Gestalt des gewünschten Teils basiert. Das Vorhandensein der zusätzlichen Bearbeitungszugabe an dem fertigen Gussteil erfordert mehrere maschinelle Grobbearbeitungsschritte, insbesondere wenn an der Matrizenkomponente eine Schneide erwünscht ist. Die mehreren maschinellen Grobbearbeitungsschritte sind notwendig, weil die zusätzliche Zugabe an dem Gussteil häufig die Eindringtiefe der CNC-Maschine übersteigt, derart, dass die zusätzliche Zugabe durch eine Anzahl von Grobschnittvorgängen zuerst entfernt werden muss. Das Teil muss zwischen maschinellen Grobbearbeitungsschritten gehärtet und schließlich maschinell endbearbeitet werden. Die vorliegende Erfindung beseitigt mehrere der Schritte nach dem Gießen, die in die Herstellung einer fertigen Matrizenkomponente einbezogen sind. The usual method for preparing matrix components is an investment casting method in which a model builder Styrofoam ^® -pieces approximate to a shape of the die component bonded and then processed this Styrofoam ^® machined into the desired shape and size of the die component to be cast. More recently, this technology has been referred to as subtractive manufacturing and has also been used on metal blocks or other such blanks which are machined to approximate a die component. This machining process lacks the precision required to cast a female mold component near net shape. Therefore, additional processing allowance, for. B. 10 mm, left on the subtractive pattern part and the resulting casting. This additional casting allowance must be machined using a lengthy process involving scanning the article and creating a CNC program based on the actual shape of the part desired. The presence of the additional machining allowance on the finished casting requires several machine roughing operations, particularly if a cutting edge is desired on the die component. The multiple machine roughing steps are necessary because the additional addition to the casting often exceeds the penetration depth of the CNC machine such that the additional addition must be removed by a number of rough cutting operations first. The part must be hardened between machine roughing steps and finally finished by machine. The present invention eliminates several of the post-molding steps involved in making a finished female component.

Erfindungsgemäß beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Musterteils zum Gießen einer Matrizenkomponente die Schritte (a) des Aufbringen einer dünnen Schicht von Polymerpulver auf einer Aufbauplattform und (b) des selektiven Aufbringens eines Lösemittels auf bestimmte Zonen der dünnen Schicht des Polymerpulvers, um das Polymerpulver in den Zonen zu binden, um so eine Lage des Musterteils entsprechend einem Querschnitt des Musterteils auszubilden. Schritt (a) und (b) werden wiederholt, um ein vollständiges Musterteil herzustellen, das die Form der zu gießenden Matrizenkomponente aufweist. Das Musterteil wird anschließend mit einem Schlicker bzw. einer Suspension beschichtet, um eine Schale bzw. Hülle zu bilden, die das Musterteil umgibt. Die Schale wird anschließend erhitzt, um die Schale auszuhärten und das Musterteil zu verdampfen, um eine Schale zu erzeugen, die ein Negativbild des Musterteils umfasst. In die Schale wird ein geschmolzenes Material gegossen, um die Matrizenkomponente zu bilden. According to the invention, a method for producing a pattern part for casting a die component includes the steps of (a) applying a thin layer of polymer powder to a build platform and (b) selectively applying a solvent to certain zones of the thin layer of the polymer powder to place the polymer powder in the die Bind zones so as to form a position of the pattern part corresponding to a cross section of the pattern part. Steps (a) and (b) are repeated to produce a complete pattern part having the shape of the die component to be cast. The sample part is then coated with a slurry to form a shell surrounding the sample part. The shell is then heated to cure the shell and evaporate the pattern part to form a shell comprising a negative image of the pattern part. A molten material is poured into the shell to form the die component.

Erfindungsgemäß beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Matrizenkomponente die Schritte des Bildens einer Formkernvorrichtung unter Benutzen eines additiven Fertigungsverfahrens, wobei die Formkernvorrichtung ein Negativbild der zu gießenden Matrizenkomponente ausbildet. In die Formkernvorrichtung wird ein geschmolzenes Material gegossen, und das geschmolzene Material wird abgekühlt, um die Matrizenkomponente zu bilden, die eine der Formkernvorrichtung endkonturnahe Konfiguration innerhalb eines Genauigkeitsbereichs von plus oder minus 1 mm bis 5 mm aufweist. According to the invention, a method of manufacturing a die component includes the steps of forming a mandrel apparatus using an additive manufacturing method, wherein the mandrel assembly forms a negative image of the die component to be cast. A molten material is poured into the mandrel assembly, and the molten material is cooled to form the die component, which has a mandrel configuration near net shape within an accuracy range of plus or minus 1 mm to 5 mm.

Erfindungsgemäß beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen mehrerer Sandformvorrichtungen zum Gießen von Matrizenkomponenten die Schritte: Drucken mehrerer Sandformvorrichtungen unter Benutzen eines additiven 3D-Druckers, wobei die mehreren Sandformvorrichtungen eine oder mehrere Matrizenkomponentenformen umfassen. Ausgewählte Sandformvorrichtungen werden zu einer Gießstruktur angeordnet, wobei Angusskanäle für jede Sandformvorrichtung vorgesehen sind. Ein geschmolzenes Material wird in die Gießstruktur gegossen, um jede ausgewählte Sandformvorrichtung unter Benutzen der Angusskanäle zu füllen. Anschließend wird das geschmolzene Material abgekühlt, um die Matrizenkomponenten zu bilden, die eine endkonturnahe Form jeder ausgewählten Sandformvorrichtung aufweisen. According to the invention, a method for producing a plurality of sand mold apparatus for molding die components includes the steps of: printing a plurality of sand mold apparatus using a 3D additive printer, wherein the plurality of sand mold apparatuses includes one or more Die component molds include. Selected sand mold devices are arranged into a casting structure, with runners being provided for each sand mold device. A molten material is poured into the casting structure to fill each selected sand mold device using the runner channels. Thereafter, the molten material is cooled to form the die components having a near net shape of each selected sand mold device.

Diese und andere Gesichtspunkte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung wird der Fachmann nach dem Studium der folgenden Beschreibung, Ansprüche und beigefügten Zeichnungen begreifen und verstehen. These and other aspects, objects and features of the present invention will be understood and understood by those skilled in the art upon reading the following specification, claims and appended drawings.

Die Figuren zeigen: The figures show:

1 eine perspektivische Draufsicht eines Formkastens oder starren Eingrenzungskastens vor der Bildung von Sandformvorrichtungen mithilfe einer Sanddruckvorrichtung; 1 a perspective top view of a mold box or rigid confinement box prior to the formation of sand mold devices using a sand pressure device;

2 eine perspektivische Draufsicht des Formkastens von 1, während eine Schicht von feinpartikelförmigem Stoff in dem Formkasten gestreut wird; 2 a perspective top view of the molding box of 1 while scattering a layer of particulate matter in the molding box;

3 eine perspektivische Draufsicht des Formkastens von 1, während ein Binder mithilfe einer Sanddruckvorrichtung auf die Druckfläche gegeben wird, um Lagen der Sandformvorrichtungen zu bilden; 3 a perspective top view of the molding box of 1 while a binder is applied to the printing surface by means of a sand-pressing device to form layers of the sand-molding devices;

4 eine perspektivische Draufsicht des Formkastens von 1, nachdem mehrere Schichten eines Sandes mithilfe einer Sanddruckvorrichtung gedruckt wurden; 4 a perspective top view of the molding box of 1 after several layers of sand have been printed using a sand printing device;

5 eine perspektivische Draufsicht des Formkastens von 1, wobei eine frische Schicht von feinpartikelförmigem Stoff über die Druckfläche des Formkastens gestreut wird; 5 a perspective top view of the molding box of 1 wherein a fresh layer of particulate matter is scattered across the pressure surface of the molding box;

6 eine perspektivische Draufsicht des Formkastens von 1, nachdem mehrere Formkernvorrichtungen gedruckt wurden und der Formkasten von der Druckvorrichtung entfernt wurde; 6 a perspective top view of the molding box of 1 after several mold core devices have been printed and the molding box has been removed from the printing device;

6A eine perspektivische Ansicht der mehreren Formkernvorrichtungen nach dem Entfernen aus dem Formkasten, wobei die Formkernvorrichtungen aus gebundenem Sand hergestellt sind und überschüssiger ungebundener Sand zur Entfernung vorgesehen ist; 6A a perspective view of the plurality of mold core devices after removal from the molding box, wherein the mold core devices are made of bonded sand and excess unbound sand is provided for removal;

7 eine perspektivische Draufsicht einer Formanordnung aus Aufsetzkasten und Unterkasten, die gedruckte Sandformvorrichtungen aufweist, die darin angeordnet sind; 7 a top perspective view of a mold assembly of Aufsetzkasten and lower box, the printed sand molding devices disposed therein;

8 eine perspektivische Ansicht einer gegossenen Matrizenkomponente; 8th a perspective view of a cast female component;

9 die Ansicht einer Matrizenanordnung, die Matrizenkomponenten aufweist, die daran befestigt sind; und 9 the view of a die assembly having Matrizenenkomponenten attached thereto; and

10 ein Ablaufdiagramm, das ein additives Fertigungsverfahren zum Erzeugen eines Musterteils darstellt. 10 a flowchart illustrating an additive manufacturing process for producing a sample part.

Im Rahmen der Beschreibung sollen sich die Ausdrücke „oben“, „unten“, „rechts“, „links“, „hinten“, „vorn“, „senkrecht“, „waagerecht“ und Ableitungen davon hierin auf die Erfindung beziehen, wie sie in 1 ausgerichtet ist. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung, ausgenommen dort, wo ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, verschiedene alternative Ausrichtungen annehmen kann. Es versteht sich ebenfalls, dass die spezifischen Vorrichtungen und Verfahren, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind und in der folgenden Beschreibung beschrieben sind, lediglich beispielhafte Ausführungsformen sind. Folglich dürfen spezifische Abmessungen und andere physikalische Kennzeichen bezüglich der Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, nicht als einschränkend aufgefasst werden, sofern es nicht ausdrücklich anders angegeben ist. As used herein, the terms "upper,""lower,""right,""left,""rear,""front,""vertical,""horizontal," and derivatives thereof are intended to refer to the invention as they do in 1 is aligned. It is to be understood, however, that the invention, except where expressly indicated to the contrary, may take various alternative orientations. It is also to be understood that the specific devices and methods illustrated in the accompanying drawings and described in the following description are merely exemplary embodiments. Thus, specific dimensions and other physical features relating to the embodiments disclosed herein are not to be considered as limiting unless expressly stated otherwise.

Die vorliegende Erfindung beseitigt aufgrund ihrer Genauigkeit und Automatisierung in dem Verfahren zum Herstellen einer Matrizenkomponente viele Schritte, was bei der Fertigung einer Matrizenkomponente viel Zeit, Materialien und Kosten spart. Bei Benutzen additiver Fertigungs- oder additiver Produktionstechniken ermöglichen die Genauigkeit und die Automatisierung der vorliegenden Erfindung die Beseitigung mehrerer Bearbeitungsschritte nach dem Gießen, um die gewünschten Matrizenkomponenten zu erzeugen. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch verschiedene additive Fertigungsverfahren, in denen die Formen oder Musterteile Schicht für Schicht dreidimensional gefertigt werden, Opfermatrizen und Opfermusterteile bereitgestellt. Zu Opfermaterialien, die in den additiven Fertigungsverfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden, gehören Epoxide, Sand, Sand-Keramik-Gemische, pulverisierte Metalle, Kunststoffharze und dergleichen. In den additiven Fertigungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird eine dreidimensionale (3D) Form oder Musterteil zusammengesetzt, indem dünne Lagen der gewünschten Form oder des gewünschten Teils, wie erzeugt in einer additiven Fertigungsmaschine, hergestellt und sequentiell übereinandergeschichtet werden. Zum Erzeugen eines dreidimensionalen Teiles, das in den Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt wird, wird ein CAD-Programm oder eine andere ähnliche computergestützte Zeichensoftware benutzt, um Konstruktionsdaten von der zu bildenden Form oder dem zu bildenden Musterteil zu erzeugen. The present invention, due to its accuracy and automation in the method of manufacturing a die component, eliminates many steps, which saves a great deal of time, materials and cost in the manufacture of a die component. Using additive manufacturing or additive manufacturing techniques, the accuracy and automation of the present invention enable the elimination of multiple post-molding operations to produce the desired die components. According to embodiments of the present invention, sacrifice matrices and sacrificial pattern parts are provided by various additive manufacturing methods in which the shapes or pattern parts are made three-dimensional layer by layer. Sacrificial materials used in the additive manufacturing processes of the present invention include epoxies, sand, sand-ceramic blends, powdered metals, plastic resins, and the like. In the additive manufacturing methods of the present invention, a three-dimensional (3D) shape or pattern part is assembled by making thin layers of the desired shape or part as produced in an additive manufacturing machine and stacked sequentially. For producing a three-dimensional part used in the methods of the present invention is used, a CAD program or other similar computer-aided drawing software is used to generate design data from the shape or pattern part to be formed.

Zu Typen additiver Fertigungsverfahren, die im Fachgebiet bekannt sind, gehören Stereolithographieapparate (SLA), 3D-Sanddrucken und andere dreidimensionale Drucker, Tintenstrahldrucker, die Schichten von Pulvermaterial, Kunststoffzusammensetzungen unter Benutzen eines bindenden Lösemittels, auf Metall basierte Pulver unter Benutzen einer Laser-Sintervorrichtung binden und viele andere solche Verfahren, die im Fachgebiet bekannt sind und vom Fachmann verstanden werden. Somit kann ein solches Verfahren in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen eines Opfermusterteiles einer Matrizenkomponente oder einer Opferform für eine Matrizenkomponente geeignet sein, ohne von dem Erfindungsgedanken abzurücken. Types of additive manufacturing processes known in the art include stereolithography (SLA) machines, 3D sand printing and other three-dimensional printers, ink jet printers that bond layers of powder material, plastic compositions using a binding solvent, metal-based powders using a laser sintering device and many other such methods known in the art and understood by those skilled in the art. Thus, such method may be suitable in connection with the present invention for producing a sacrificial pattern portion of a female component or a female mold for a female component without departing from the spirit of the invention.

Zu einem solchen schnellen Fertigungsverfahren gehört ein Sanddruckverfahren, das nun beschrieben wird. Dieses Verfahren beginnt, indem unter Benutzen eines CAD-Modellprogramms zuerst ein 3D-Daten-Entwurf erstellt wird, um eine Sandformvorrichtung für eine Matrizenkomponente zu erzeugen, die, wie unten beispielhaft angegeben, in Form einer Putzstahl-Matrizenkomponente ausgeführt sein wird. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass unter Benutzung dieses Verfahrens beliebige solche Matrizenkomponenten erzeugt werden können. Zuerst wird unter Benutzung eines CAD-Programms ein 3D-Bild des Musterteils erzeugt. Das Musterteil oder Modell wird anschließend als Negativmodel des 3D-CAD-Modells ausgebildet, um einen Sandformvorrichtungsentwurf zu erzeugen. Das resultierende 3D-Modell der Sandformvorrichtung wird anschließend unter Benutzung der Techniken hergestellt, die mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben werden. One such rapid manufacturing process involves a sand-pressing process, which will now be described. This process begins by first creating a 3D data design using a CAD model program to produce a mold component sand molding apparatus which, as exemplified below, will be in the form of a brushed steel die component. However, it is contemplated that any such die component can be produced using this method. First, a 3D image of the sample part is generated using a CAD program. The pattern part or model is then formed as a negative model of the 3D CAD model to create a sand mold device design. The resulting 3D model of the sand mold apparatus is then fabricated using the techniques described with reference to FIG 1 to 6 to be discribed.

Es wird nun auf 1 bis 6 Bezug genommen, wobei ein Formkasten 40, der aus einem beliebigen Material hergestellt sein kann, einschließlich Holz, Metall usw., unter einer Druckvorrichtung 42 positioniert wird. Der Formkasten 40 definiert einen Druckbereich 44, innerhalb dessen aus mehreren übereinander gelagerten Schichten bzw. Lagen von partikelförmigem Stoff ein Formkernvorrichtung gebildet wird, wie weiter unten beschrieben. Die Druckvorrichtung 42 ist fähig, 3D-Formen, Kerne und Formkernvorrichtungen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung zu drucken. It will be up now 1 to 6 With reference to a molding box 40 which can be made of any material, including wood, metal, etc., under a printing device 42 is positioned. The shape box 40 defines a pressure range 44 , within which a mold core device is formed from a plurality of superimposed layers or layers of particulate material, as described below. The printing device 42 is capable of printing 3D shapes, cores and mandrels for use in the present invention.

Wie hier durchweg benutzt, bezieht sich der Ausdruck „Formkernvorrichtungen“ auf sandgedruckte oder auf andere Weise gebildete Formen, die zum Gießen eines geschmolzenen Materials geeignet sind. Der Ausdruck „Formen“ bezieht sich auf eine Komponente der Formkernvorrichtung, und der Ausdruck „Kerne“ bezieht sich auf einen Einsatz, der in eine Form eingesetzt wird, um geschmolzenes Material beim Gießen in den Formkernvorrichtungen zu verdrängen. Somit erzeugt die Kombination von Formen und Kernen eine Formkernvorrichtung zum Gießen. Im Rahmen der Beschreibung der Bildung von Formkernvorrichtungen oder Sandformvorrichtungen unter Benutzen des unten erörterten dreidimensionalen Druckverfahrens wird sich auf eine Sandformvorrichtung 110, wie in 7 gezeigt, nur als Beispiel bezogen. Es versteht sich, dass mehrere unterschiedliche Sandformvorrichtungen zum Gießen anderer Matrizenkomponenten gedruckt werden können und dass solche Sandformvorrichtungen gleichzeitig in einem einzigen Druckverfahren gedruckt werden können. As used throughout, the term "mandrel devices" refers to sand-printed or otherwise formed shapes suitable for casting a molten material. The term "molding" refers to a component of the mold core device, and the term "cores" refers to an insert that is inserted into a mold to displace molten material as it is molded in the mold core devices. Thus, the combination of molds and cores creates a mold core device for casting. In the context of the description of the formation of mandrels or sand molds using the three-dimensional printing process discussed below, reference is made to a sand mold apparatus 110 , as in 7 shown, only as an example. It will be understood that a plurality of different sand mold apparatuses may be printed for casting other die components and that such sand mold apparatuses may be printed simultaneously in a single printing process.

Die Druckvorrichtung 42 beinhaltet einen Trichter 46 an einem Ablagerungstrog 48, der eine dünne Schicht von aktiviertem feinpartikelförmigem Stoff 50, wie z. B. Siliziumdioxid-Sand, Keramik-Sand-Gemischen usw., innerhalb des Druckbereichs 44 aufbringt. Der partikelförmige Stoff 50 kann von beliebiger Größe sein, z. B. 0,002 bis 2 mm im Durchmesser. Die Druckvorrichtung 42 beinhaltet auch eine Vorrichtung zum Aufbringen von Binder oder eine Binder-Ausgabevorrichtung 52. Wie unten ausführlich offenbart, sprüht die Binder-Ausgabevorrichtung 52 eine dünne Schicht von Binder oder Bindemittel 16 in einer Einzelschichtkonfiguration oder einem -muster 80 einer gewünschten Sandformvorrichtung oder Sandkernvorrichtung. Die Wiederholung des Aufbringens von Sand und des Aufsprühens von Bindemittel 16 durch die Binder-Ausgabevorrichtung 52 auf den feinpartikelförmigen Stoff 50 ergibt die Herstellung einer dreidimensionalen Sandformvorrichtung oder Sandkernvorrichtung aus mehreren der übereinander aufgebrachten Schichten von partikelförmigem Stoff. Die 3D-Sandformvorrichtung wird additiv über einen Zeitraum hinweg hergestellt, der ausreicht, um jede dünne Schicht des feinpartikelförmigen Stoffes 50 in Abfolge zu drucken, derart, dass jede Schicht von gebundenem partikelförmigem Stoff weiter an benachbarte Schichten gebunden wird, um eine vollständige Sandformvorrichtung zu bilden. Jede dünne Schicht der vollständigen Sandformvorrichtung misst etwa 0,28 mm. Die Sandformvorrichtung wird schließlich als eine Opferform benutzt, um eine Matrizenkomponente zu fertigen, wie z. B. den Putzstahl 120, wie in 8 gezeigt. The printing device 42 includes a funnel 46 at a deposit trough 48 containing a thin layer of activated particulate matter 50 , such as As silica sand, ceramic-sand mixtures, etc., within the pressure range 44 applies. The particulate matter 50 can be of any size, e.g. B. 0.002 to 2 mm in diameter. The printing device 42 also includes a binder applying device or a binder dispenser 52 , As disclosed in detail below, the binder dispenser sprays 52 a thin layer of binder or binder 16 in a single-layer configuration or pattern 80 a desired sand-molding device or sand-core device. The repetition of the application of sand and the spraying of binder 16 through the binder dispenser 52 on the fine particulate material 50 Figure 3 shows the fabrication of a three-dimensional sand mold apparatus or sand core apparatus from a plurality of superimposed layers of particulate matter. The 3D sand mold apparatus is additively produced over a period of time sufficient to form each thin layer of the particulate matter 50 printing in sequence such that each layer of bonded particulate is further bonded to adjacent layers to form a complete sand mold device. Each thin layer of the complete sand mold device measures about 0.28 mm. Finally, the sand mold apparatus is used as a sacrificial mold to make a female component, such as a mold component. B. the cleaning steel 120 , as in 8th shown.

Mit spezifischer Bezugnahme auf 1 wird ein (CAD-)Programm für computerunterstützte Konstruktion entwickelt, wobei die spezifischen Konfigurationen von mehreren Sandformvorrichtungen 100 (6A) eingegeben und zu einem Computer 60 hochgeladen werden, der mit der Druckvorrichtung 42 gekoppelt ist. Der Computer 60 speist die Informationen aus dem CAD-Programm mit den spezifischen Konfigurationen der mehreren Sandformvorrichtungen 100 zu der Druckvorrichtung 42 zur Bildung der Sandformvorrichtungen 100. With specific reference to 1 A computer-aided design (CAD) program is being developed, with the specific configurations of multiple sand-molding devices 100 ( 6A ) and to a computer 60 be uploaded with the printing device 42 is coupled. The computer 60 feeds the information from the CAD program with the specific configurations of the several Dump devices 100 to the printing device 42 for forming the sand mold devices 100 ,

Es wird in Betracht gezogen, dass CAD- oder eine beliebige andere Form von 3D-Modellierungssoftware benutzt werden kann, um der 3D-Druckvorrichtung 42 ausreichende Informationen bereitzustellen, um die gewünschten Sandformvorrichtungen 100 zu bilden. Vor der Aktivierung der 3D-Druckvorrichtung 42 wird durch ein Auslaufrohr 62 für partikelförmigen Stoff eine vorbestimmte Menge des feinpartikelförmigen Stoffes 50 zusammen mit einer Aktivierungsbeschichtung oder einem Aktivator 70, die von einem Auslaufrohr 72 für Aktivator bereitgestellt wird, in den Trichter 46 geschüttet. Obwohl in der veranschaulichten Ausführungsform ein feiner Sand benutzt wird, wie z.B. der feinpartikelförmige Stoff 50, wie oben angemerkt, kann der feinpartikelförmige Stoff 50 u.a. jedes beliebige einer Vielfalt von Materialien oder Kombinationen davon sein, die für die hier offenbarten additiven Fertigungstechniken geeignet sind. Der feinpartikelförmige Stoff 50 wird in dem Trichter 46 mit dem Aktivator 70 vermischt. Das Gemisch aus feinpartikelförmigem Stoff 50 und Aktivator 70 kann mithilfe eines Rührers 74 oder einer anderen bekannten Mischvorrichtung gemischt werden, derart, dass der feinpartikelförmige Stoff 50 gründlich vermischt und aktiviert wird. Nachdem der feinpartikelförmige Stoff 50 und der Aktivator 70 gründlich vermischt wurden, wird der feinpartikelförmige Stoff 50 zu dem Ablagerungstrog 48 befördert. It is contemplated that CAD or any other form of 3D modeling software may be used to accommodate the 3D printing device 42 provide adequate information to the desired sand mold devices 100 to build. Before activating the 3D printing device 42 is through an outlet pipe 62 for particulate matter, a predetermined amount of the fine particulate matter 50 together with an activation coating or an activator 70 coming from an outlet pipe 72 is provided for activator, in the funnel 46 poured. Although in the illustrated embodiment, a fine sand is used, such as the fine particulate matter 50 As noted above, the fine particulate matter 50 and any of a variety of materials or combinations thereof that are suitable for the additive manufacturing techniques disclosed herein. The fine particulate material 50 will be in the funnel 46 with the activator 70 mixed. The mixture of fine particulate matter 50 and activator 70 can with the help of a stirrer 74 or another known mixing device, such that the fine particulate material 50 thoroughly mixed and activated. After the fine particulate material 50 and the activator 70 were thoroughly mixed, the fine particulate material 50 to the deposit trough 48 promoted.

Es wird sich nun auf 2 bis 6 bezogen, wobei der feinpartikelförmige Stoff 50, nachdem er zu dem Ablagerungstrog 48 befördert wurde, von dem Ablagerungstrog 48 in einer dünnen gleichmäßigen Schicht von ungebundenem Sand 90 über den Druckbereich 44 ausgebracht wird. Nachdem der aktivierte feinpartikelförmige Stoff 50 in einer dünnen Schicht auf den Druckbereich 44 in dem Formkasten 40 ausgebracht wurde, wird er mit dem Binder oder Bindemittel 16 besprüht (3). Das Bindemittel 16 wird von der Binder-Ausgabevorrichtung 52 ausgegeben, die eine dünne Schicht des Bindemittels 16 in einem Muster 80 aufsprüht, die eine erste dünne Querschnittsschicht der gewünschten Sandformvorrichtung 100 darstellt. Nachdem das Bindemittel 16 aufgesprüht wurde, wird ein anderes Gemisch aus feinpartikelförmigem Stoff 50 und Aktivator 70 zubereitet und in den Ablagerungstrog 48 geschüttet. Der Ablagerungstrog 48 gibt anschließend eine weitere Schicht 90 von ungebundenem aktiviertem feinpartikelförmigem Stoff 50 über die vorherig ausgestreute Schicht von feinpartikelförmigem Stoff 50 in dem Formkasten 40 aus, wie in 5 gezeigt. Die Binder-Ausgabevorrichtung 52 fährt wieder über den Druckbereich 44, wobei sie eine dünne Schicht des Bindemittels 16, die eine zweite dünne Querschnittsschicht darstellt, die der ersten dünnen Querschnittsschicht benachbart ist, in dem Muster 80 der gewünschten Sandformvorrichtung 100 aufsprüht. Diese Schritte werden viele Male wiederholt, bis jede dünne Lage der vollständigen Sandformvorrichtung 110 (7) gedruckt worden ist. Unter Benutzen dieser additiven Fertigungstechnik kann prinzipiell jede beliebige Gestalt einer Sandformvorrichtung geschaffen werden. Ferner kann eine Sandformvorrichtung, die unter Benutzen von 3D-Sanddrucken hergestellt wird, innere Strukturmerkmale aufweisen, die ansonsten durch andere bekannte subtraktive Verfahren nicht erzeugt werden können. It will be up now 2 to 6 based, wherein the fine particulate material 50 after going to the deposit trough 48 from the deposit trough 48 in a thin even layer of unbound sand 90 over the pressure range 44 is applied. After the activated fine particulate material 50 in a thin layer on the print area 44 in the molding box 40 it is applied with the binder or binder 16 sprayed ( 3 ). The binder 16 is from the binder output device 52 issued a thin layer of the binder 16 in a pattern 80 which sprays a first thin cross-sectional layer of the desired sand mold device 100 represents. After the binder 16 is sprayed, another mixture of fine particulate matter 50 and activator 70 prepared and put in the storage trough 48 poured. The deposit trough 48 then gives another layer 90 unbound activated fine particulate matter 50 over the previously spread layer of fine particulate matter 50 in the molding box 40 out, like in 5 shown. The binder output device 52 moves again over the pressure range 44 Make a thin layer of the binder 16 , which illustrates a second thin cross-sectional layer adjacent to the first thin cross-sectional layer, in the pattern 80 the desired sand mold device 100 sprayed. These steps are repeated many times until every thin layer of the complete sand mold device 110 ( 7 ) has been printed. In principle, any desired shape of a sand molding device can be created using this additive manufacturing technique. Further, a sand mold apparatus made using 3D sand prints may have internal structural features that otherwise can not be created by other known subtractive methods.

Wie in 3 gezeigt, erzeugt das als Beispiel gegebene Sanddruckverfahren, wie oben beschrieben, mehrere Sandformvorrichtungen 100, die als Formen zum Bilden von Matrizenkomponenten benutzt werden. Somit ist das oben beschriebene Druckverfahren fähig, mehrere unterschiedliche Sandformvorrichtungen zur Verwendung zum Gießen einer Vielfalt einzigartiger Matrizenkomponenten in einer einzigen Drucksession zu drucken. Bei der Präzision und Genauigkeit der 3D-Sanddrucktechnologie können etwa 80 bis 150 Sandformvorrichtungen in einem einzigen Druckverfahren gedruckt werden. Wie in 6A gezeigt, sind daher mehrere Sandformvorrichtungen 100 gezeigt, die mit dem additiven Fertigungsverfahren, wie oben beschrieben, gedruckt wurden, und ungebundener Sand wird entfernt, um die einzelnen Sandformvorrichtungen freizugeben, wie z.B. Sandformvorrichtung 110, in 7 gezeigt, die benutzt wird, um eine Matrizenkomponente in Form eines Putzstahls 120 zu erzeugen, wie in 8 gezeigt. As in 3 As shown, the example sand-making method as described above produces a plurality of sand-molding devices 100 which are used as molds for forming die components. Thus, the printing process described above is capable of printing a plurality of different sand mold apparatuses for use in casting a variety of unique die components in a single print session. With the precision and accuracy of 3D sanding technology, about 80 to 150 sand molds can be printed in a single printing process. As in 6A are shown, therefore, several sand molding devices 100 shown printed by the additive manufacturing method as described above, and unbonded sand is removed to release the individual sand mold devices, such as sand molding apparatus 110 , in 7 shown used to a die component in the form of a brushed steel 120 to produce, as in 8th shown.

Nachdem die Sandformvorrichtungen 100 gedruckt wurden, werden sie aus dem Formkasten 40 entfernt und anschließend zum Gießen zu einer Gießerei gesendet. Die Sandformvorrichtungen 100 können einzigartige Formen zum Gießen einer Vielfalt von Matrizenkomponenten sein, wobei jede Sandformvorrichtung ein Negativbild der zu gießenden Matrizenkomponente umfasst. Wie in dieser Offenbarung durchweg benutzt, bezieht sich der Ausdruck „Negativbild“ oder „Negativkonfiguration“ auf ein Bild oder eine Konfiguration, die in einer Form gebildet ist, die dem Teil, das von der Form gegossen oder auf andere Weise gebildet wird, ein umgekehrtes Positivbild oder -konfiguration verleiht. In der Gießerei werden die Sandformvorrichtungen, wie z. B. Sandformvorrichtungen 110 bis 114, die aus den mehreren gedruckten Sandformvorrichtungen 100 ausgewählt werden, in eine Rahmenvorrichtung oder Gießstruktur aus Aufsetzkasten 116 und Unterkasten 118, wie in 7 gezeigt, geschachtelt, wo sie mit gewöhnlichem Gießereisand gestützt werden und die Matrizenkomponenten gegossen werden. Wie in dem Beispiel von 7 gezeigt, ist eine Aufsetzkastenform 116 gezeigt, die Sandformvorrichtungen 110a bis 114a aufweist, die darin geschachtelt sind. Wie in 7 ferner gezeigt, ist eine Unterkastenform 118 mit entsprechenden Sandkernvorrichtungen 110 bis 114 gezeigt, die ebenfalls darin geschachtelt sind. Während eines Gießverfahrens wird eine Einlassstelle (nicht gezeigt), die oben auf der Aufsetzkastenform 116 angeordnet wird, benutzt, um ein geschmolzenes Material in die Aufsetzkasten- und Unterkastenform 116, 118 zu schütten, um die Sandformvorrichtungen 110 bis 114 mit dem geschmolzenen Gießmaterial zu füllen. Im Allgemeinen wird zum Herstellen von Matrizenkomponenten Werkzeugstahl als das geschmolzene Material benutzt. Der Werkzeugstahl wird in die Einlassstellen gegossen, die oben auf der Aufsetzkastenform 116 angeordnet sind, und bewegt sich anschließend durch eine Reihe von Angusskanälen, die sich durch die Aufsetzkastenform 116 zu der Unterkastenform 118 und dann zu den Sandformvorrichtungen 110 bis 114 erstrecken können, um die Sandformvorrichtungen 110 bis 114 bis zu ihrem Füllvermögen zu füllen. Es wird ferner in Betracht gezogen, dass die Angusskanäle zwischen benachbarten Sandformvorrichtungen gedruckt werden können, um Kommunikation von geschmolzenem Material von einer Sandformvorrichtung zu einer benachbarten Sandformvorrichtung zu ermöglichen. Ein oder mehrere Steiger (nicht gezeigt) können oben an der Aufsetzform 116 angeordnet werden, um anzuzeigen, wenn das geschmolzene Material die Sandkernvorrichtungen, die in der Vorrichtung aus Aufsetzkasten und Unterkasten angeordnet sind, ausgefüllt hat. Wenn sich das geschmolzene Material in den Sandformvorrichtungen verfestigt hat und aushärtet ist, werden die Aufsetzkasten- und Unterkastenformen 116, 118 entfernt, und die Sandkernvorrichtungen 100 bis 114 werden weggebrochen oder auf eine andere Weise zerstört, um die gegossenen Matrizenkomponenten freizugeben. Das Angusskanalsystem, das benutzt wird, um die Sandformvorrichtungen 110 bis 114 während des Sandform-Gießverfahrens zu füllen, wird von den gegossenen Matrizenkomponenten entfernt, und die gegossenen Matrizenkomponenten werden anschließend abgerieben und gereinigt, um eine präzisionsgefertigte und genau konfigurierte Matrizenkomponente freizugeben, die wenig oder keine maschinelle Endbearbeitung benötigt, um in einer Matrizenanordnung zu funktionieren. Wie oben angemerkt, kann die 3D-Sanddrucktechnik, wie beschrieben, auch benutzt werden, um eine Sandformvorrichtung einer Matrizengrundplatte zum Gießen einer Matrizengrundplatte (9) zu erzeugen, an der Matrizenkomponenten zum Herstellen einer vollständigen Matrizenanordnung zur Verwendung in einem Stanzverfahren angebracht werden können. After the sand mold devices 100 they are printed out of the molding box 40 removed and then sent to a foundry for pouring. The sand mold devices 100 may be unique shapes for casting a variety of die components, with each sand mold assembly comprising a negative image of the die component to be cast. As used throughout this disclosure, the term "negative image" or "negative configuration" refers to an image or configuration formed in a shape that is the reverse of the portion molded or otherwise formed by the mold Gives positive image or configuration. In the foundry, the Sandformvorrichtungen such. B. Sandformvorrichtungen 110 to 114 made from the several printed sand mold devices 100 be selected in a frame device or casting structure of Aufsetzkasten 116 and sub-box 118 , as in 7 shown nested, where they are supported with ordinary foundry sand and the die components are poured. As in the example of 7 shown is a Aufsetzkastenform 116 shown, the sand mold devices 110a to 114a which are nested therein. As in 7 Further shown is a lower box shape 118 with appropriate sand core devices 110 to 114 shown, which are also nested in it. During a casting process, an inlet location (not shown) is placed on top of the pan box mold 116 Used to place a molten material in the box and lower box mold 116 . 118 to pour around the sand mold devices 110 to 114 to fill with the molten casting material. Generally, tool steel is used as the molten material to make die components. The tool steel is poured into the inlet points, the top of the Aufsetzkastenform 116 are then arranged, and then moves through a series of sprue passages extending through the Aufsetzkastenform 116 to the sub-box shape 118 and then to the sand mold devices 110 to 114 can extend to the sand mold devices 110 to 114 to fill up to their capacity. It is further contemplated that the runner channels may be printed between adjacent sand mold devices to facilitate communication of molten material from one sand mold device to an adjacent sand mold device. One or more risers (not shown) may be at the top of the attachment form 116 arranged to indicate when the molten material has filled the sand core devices arranged in the box and lower box apparatus. When the molten material has solidified in the sand-molding devices and hardens, the Aufsetzkasten- and Unterkastenformen 116 . 118 removed, and the sand core devices 100 to 114 are broken away or otherwise destroyed to release the cast female components. The runner system used to form the sand mold devices 110 to 114 during the sand mold casting process is removed from the cast female components, and the cast female components are subsequently abraded and cleaned to release a precision machined and precisely configured die component that requires little or no machining to function in a die assembly. As noted above, the 3D sanding technique as described may also be used to form a sand mold apparatus of a die base plate for casting a die base plate (see FIG. 9 ) to which stencil components can be attached to produce a complete die assembly for use in a stamping process.

Die Genauigkeit und Präzision des Gießens der Matrizenkomponenten ist innerhalb eines Genauigkeitsbereichs von etwa 1 bis 5 mm oder besser bevorzugt von plus oder minus 0,8 mm. Somit erfordern die gegossenen Matrizenkomponenten, dass sehr wenig zusätzliche Bearbeitungszugabe, etwa 1 mm bis 1,5 mm, zugegeben wird. Bei der im Vergleich zu Standard-Sandgießverfahren, bei denen etwa 10 mm zusätzliche Bearbeitungszugabe erzeugt wird, verringerte Maß an Zugabe, können die gegossenen Matrizenkomponenten der vorliegenden Erfindung an einer Grundplatte 122, in 8 gezeigt, gehärtet und geschliffen werden und anschließend maschinell endbearbeitet werden. Dies beseitigt Weißlichtscannen, Programmieren, maschinelles Grobbearbeiten, Härten, Transport zum Härten und Läppen der Grundplatte. Außerdem kann aufgrund der Genauigkeit des Gießens die maschinelle Bearbeitung von Schnittflächen einer Matrizenkomponente, die eine Schneide aufweist, gänzlich beseitigt werden. The accuracy and precision of casting of the die components is within an accuracy range of about 1 to 5 mm, or more preferably, plus or minus 0.8 mm. Thus, the cast female components require that very little additional processing allowance, about 1 mm to 1.5 mm, be added. In the reduced amount of addition compared to standard sand casting processes which produce about 10 mm additional machining allowance, the cast female components of the present invention can be attached to a base plate 122 , in 8th shown, hardened and ground and then finished by machine. This eliminates white light scanning, programming, machine roughing, hardening, transport for hardening and lapping the base plate. In addition, due to the accuracy of casting, the machining of cut surfaces of a die component having a cutting edge can be eliminated altogether.

Im Vergleich zu dem herkömmlichen Gießverfahren gewährt die vorliegende Erfindung mehrfachen Nutzen, darin, dass es zu einer erheblichen Verringerung der Produkteinführungszeit kommt, weil die Zeitlinie, um einen vollständigen Matrizensatz herzustellen, um bis zu 10 bis 17 Tage verkürzt werden kann. Ein weiterer wesentlicher Nutzen ist die Beseitigung von Konstruktionseinschränkungen bei den Matrizenkomponenten. Da die Sandformvorrichtungen unter Benutzen der oben beschriebenen additiven Fertigungstechnik gedruckt werden, werden herkömmliche Beschränkungen, die bei dem subtraktiven Fertigen zu finden sind, beseitigt, derart, dass komplexe Sandformvorrichtungen zum Gießen von Matrizenkomponenten erzeugt werden können, die komplexe Geometrien und Funktionalität aufweisen. Ferner können aufgrund der Genauigkeit des Gießens einige Merkmale der Matrizenkomponenten, die gegenwärtig zeitraubende maschinelle Nachbearbeitung nach dem Gießen erfordern, wie gegossen belassen werden oder wenig bis keine maschinelle Endbearbeitung erfordern. Beispielsweise können Bohrlöcher 124 und Schulterbohrlöcher 126, wie an dem Putzstahl 120 von 8 gezeigt, als Teil der Matrizenkomponente gegossen werden und wenig maschinelle Nachbearbeitung nach dem Gießen erfordern, um benutzbare Befestigungsöffnungen zum Befestigen des Putzstahls 120 an einer Matrizengrundplatte, wie z. B. einer Matrizengrundplatte 140, die in 9 gezeigt ist, auszubilden. Um Befestigungsmerkmale, wie z. B. die Bohrungen 124 und Schulterbohrlöcher 126, wie an dem Putzstahl 120 von 8 gezeigt, zu erzeugen, können die Sandformvorrichtungen mit Negativbildern solcher Befestigungsmerkmale gedruckt werden. Ferner können die Sandformvorrichtungen mit Negativbildern anderer Merkmale der Matrizenkomponenten, wie z. B. Schneide 128, die an dem Putzstahl 120 von 8 gezeigt ist, gedruckt werden. Die Flexibilität der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass Matrizenkomponenten mit Optimierungsmerkmalen der Wärmebehandlungstiefe erzeugt werden. Die Optimierung der Wärmebehandlungstiefe ist gegenwärtig von der Geometrie und der Dicke der Matrizenkomponente abhängig. Die Matrizenkomponenten, die unter Benutzen der Verfahren der vorliegenden Erfindung gegossen werden, können die komplexe Geometrie und Dicke aufweisen, die zum Optimieren der Wärmebehandlungstiefe erforderlich sind. Gießgrat, der während eines Gießverfahrens erzeugt werden kann, wird aufgrund der Genauigkeit der Sandkernvorrichtungen, die gedruckt werden, ebenfalls beseitigt. Im Allgemeinen wird Gießgrat bei herkömmlichen Sandgussverfahren erzeugt, und dieser Gießgrat muss später durch maschinelle Bearbeitung entfernt werden. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung verringern das Maß an Gießgrat an einer resultierenden gegossenen Matrizenkomponente stark oder beseitigen es ganz. Compared to the conventional casting method, the present invention provides multiple benefits in that there is a significant reduction in time to market because the time line to make a complete die set can be shortened by up to 10 to 17 days. Another key benefit is the removal of design constraints on the die components. Since the sand mold devices are printed using the above-described additive manufacturing technique, conventional limitations found in subtractive finishing are eliminated such that complex sand mold devices can be created for casting die components having complex geometries and functionality. Further, due to the accuracy of the casting, some features of the die components that currently require time-consuming post-casting post-processing may be left as cast or may require little to no end machining. For example, drill holes 124 and shoulder holes 126 like the cleaning steel 120 from 8th shown to be cast as part of the die component and require little post-casting machining to provide usable mounting holes for attaching the trim steel 120 on a Matrizengrundplatte such. B. a Matrizengrundplatte 140 , in the 9 shown is training. To attachment features, such. B. the holes 124 and shoulder holes 126 like the cleaning steel 120 from 8th As shown, the sand mold devices may be printed with negative images of such attachment features. Furthermore, the sand mold apparatuses may be provided with negative images of other features of the die components, such as, e.g. B. cutting edge 128 attached to the cleaning steel 120 from 8th is shown to be printed. The flexibility of the present invention enables die components to be produced with heat treatment depth optimization features. The optimization of the heat treatment depth is currently dependent on the geometry and thickness of the die component. The template components prepared using the methods of the present invention can be cast, can have the complex geometry and thickness required to optimize the heat treatment depth. Casting burr that may be generated during a casting process is also eliminated due to the accuracy of the sand core devices being printed. Generally, foundry flash is produced by conventional sand casting techniques, and this casting flash must later be removed by machining. The methods of the present invention greatly reduce or eliminate the amount of molding flash on a resulting cast female component.

Wie oben beschrieben, kann Styrofoam^® oder maschinelle CNC-Bearbeitung von Rohlingen benutzt werden, um Musterteile zu erzeugen, die später benutzt werden, um Formen zum Gießen von Matrizenkomponenten zu bilden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch das Benutzen von additiven Fertigungstechniken, um ein Musterteil zu erzeugen, das später zur Erzeugung einer Form zum Gießen einer Matrizenkomponente benutzt wird. Von den oben erwähnten additiven Fertigungstechniken ist ein bevorzugtes Verfahren eine additive Fertigungstechnik unter Benutzen eines Polymerpulvers, das Poly(methylmethacrylat) (PMMA) als ein Basisbaumaterial enthält, um ein polymeres Musterteil zu bilden. Wie in der Offenbarung durchweg benutzt, wird das additive Fertigungsverfahren unter Benutzen des PMMA-Pulvers als das PMMA-Verfahren bezeichnet. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass andere additive Fertigungstechniken benutzt werden können, um ein Musterteil zur späteren Verwendung in einem Gießverfahren zu erzeugen. As described above, Styrofoam ^® machine or CNC machining of blanks can be used to generate pattern parts which are later used to form molds for casting matrix components. The present invention also relates to the use of additive manufacturing techniques to produce a pattern piece which is later used to form a mold for casting a die component. Of the above-mentioned additive manufacturing techniques, a preferred method is an additive manufacturing technique using a polymer powder containing poly (methyl methacrylate) (PMMA) as a base building material to form a polymeric pattern part. As used throughout the disclosure, the additive manufacturing process using the PMMA powder is referred to as the PMMA process. One of ordinary skill in the art will understand that other additive manufacturing techniques can be used to create a sample part for later use in a casting process.

Wie in 10 gezeigt, ist in das PMMA-Verfahren die Verwendung einer STL- oder CAD-Datei einbezogen, um 3D-Konstruktionsdaten eines Musterteils von einem Computer 200 zu erzeugen. Das Musterteil, wie z.B. Musterteil 220, das in 10 gezeigt ist, wird eine Konfiguration des zu gießenden Matrizenkomponententeils aufweisen. Unter Benutzen der computererzeugten Konstruktionsdaten streut eine Umbeschichtungsvorrichtung (recoater) 202 eine dünne Schicht aus PMMA-Pulver 204 über eine Aufbauplattform 206 aus. Das Ausstreuen des PMMA-Pulvers ist konzeptionell dem Ausstreuen des feinpartikelförmigen Stoffes 50 ähnlich, wie unter Bezugnahme auf 1 bis 6 angemerkt. Nachdem eine Schicht von PMMA-Pulver 204 über die Aufbauplattform 206 ausgestreut wurde, strahlt ein computergesteuerter Druckkopf winzige Tröpfchen von Lösemittel oder Binder aus, um die PMMA-Pulverpartikel zu binden, um eine Querschnittsschicht 208 des Musterteils zu bilden. Nachdem eine Querschnittsschicht vervollständigt ist, wird die Aufbauplattform 206 etwa 0,28 mm gesenkt und eine weitere Schicht von PMMA-Pulver 204 über die Aufbauplattform 206 ausgestreut. Das Verfahren wird Schicht um Schicht von 0,28 mm wiederholt, bis das Musterteil fertiggestellt ist. Wie in 10 gezeigt, ist das Musterteil 220 im Wesentlichen in ungebundenem PMMA-Pulver 204 eingegraben, wenn das PMMA-Verfahren beendet ist. Dieses ungebundene PMMA-Pulver 204 wird abgesaugt oder auf eine andere Weise von dem Musterteil 220 entfernt und kann in einem anderen PMMA-Verfahren erneut benutzt werden. Nachdem das Musterteil 220 fertiggestellt ist, kann es in einem Niedertemperaturofen nachgehärtet werden. Es wird in Betracht gezogen, dass in dem PMMA-Bildungsverfahren auch ein Formkasten, wie z. B. der in 1 bis 6 gezeigte Formkasten 40, zur Anwendung gebracht werden kann, um ungebundenes PMMA-Pulver einzugrenzen. Das Musterteil 220 kann anschließend mit einem Wachsharz imprägniert werden, um das Musterteil 220 zu versiegeln. As in 10 For example, in the PMMA method, the use of an STL or CAD file to include 3D design data of a sample part from a computer is included 200 to create. The sample part, such as sample part 220 , this in 10 is shown will have a configuration of the Matrizenenkomponententeils to be cast. Using the computer-generated design data, a recoater scatters 202 a thin layer of PMMA powder 204 via a build platform 206 out. The scattering of the PMMA powder is conceptually the scattering of the fine particulate material 50 similar as with reference to 1 to 6 noted. After a layer of PMMA powder 204 about the build platform 206 A computerized printhead emits tiny droplets of solvent or binder to bond the PMMA powder particles to a cross-sectional layer 208 of the pattern part. After a cross-sectional layer is completed, the build platform becomes 206 lowered about 0.28 mm and another layer of PMMA powder 204 about the build platform 206 spread. The process is repeated layer by layer 0.28 mm until the sample is completed. As in 10 shown is the pattern part 220 essentially in unbound PMMA powder 204 buried when the PMMA process is completed. This unbound PMMA powder 204 is sucked or otherwise removed from the sample 220 removed and can be reused in another PMMA process. After the pattern part 220 is finished, it can be postcured in a low temperature oven. It is contemplated that in the PMMA formation process also a molding box, such. B. the in 1 to 6 Shaped box shown 40 , can be used to confine unbound PMMA powder. The pattern part 220 can then be impregnated with a wax resin to the sample part 220 to seal.

Nachdem das Musterteil erzeugt ist, wird es zur Erzeugung einer Schale zu einer Gießerei gebracht, um in einem Feingussverfahren benutzt zu werden. Um das Musterteil in einem Feingussverfahren zu benutzen, wird das Teil 220 in einen Keramikschlicker getaucht oder auf andere Weise damit überzogen. Das Teil wird anschließend in eine Wirbelschicht aus Sand, Keramik-Sand oder einem anderen ähnlichen Pulvermaterial getaucht oder auf eine andere Weise eingebracht, welches an dem flüssigen Keramikschlicker haftet. Nachdem der Sand der Wirbelschicht aus Sand aufgebracht wurde, trocknet und härtet das Gemisch aus flüssigem Keramikschlicker und Sand, und das Verfahren wird anschließend mehrmals wiederholt, um eine harte Keramikschale um das Musterteil herum zu bilden. Nachdem eine Schale ausreichender Dicke gebildet ist, wird die Schale, die das Musterteil enthält, anschließend erhitzt, derart, dass das polymere Musterteil, das in der Keramikschale angeordnet ist, wegbrennt oder verdampft. Somit verfügt der Bediener nach dem Heizverfahren über eine Keramikschale, die ein Negativbild des Musterteiles umfasst. Unter Benutzen eines Feinguss- oder Schalengussverfahrens wird ein geschmolzenes Material, wie z.B. Werkzeugstahl, in die Keramikschale gegossen, die das Negativbild des Musterteiles aufweist. Nachdem sich das geschmolzene Material verfestigt hat, wird die Keramikschale weggebrochen oder auf eine andere Weise zerstört, um das gegossene Metallteil freizugeben, welches gemäß der vorliegenden Erfindung eine Matrizenkomponente wäre, wie z. B. die Matrizenkomponente 120, die in 8 gezeigt ist. After the pattern piece is produced, it is brought to a foundry to produce a shell for use in a precision casting process. To use the sample part in a precision casting process, the part becomes 220 dipped in a ceramic slurry or otherwise coated therewith. The part is then dipped in a fluidized bed of sand, ceramic sand or other similar powdered material or introduced in some other way which adheres to the liquid ceramic slurry. After the sand of the fluidized bed of sand has been applied, the mixture of liquid ceramic slurry and sand dries and hardens, and the process is then repeated several times to form a hard ceramic shell around the sample part. After a shell of sufficient thickness is formed, the shell containing the pattern part is subsequently heated so that the polymeric pattern part disposed in the ceramic shell burns away or evaporates. Thus, after the heating process, the operator has a ceramic shell comprising a negative image of the pattern part. Using a precision casting or shell molding process, a molten material, such as tool steel, is poured into the ceramic shell, which has the negative image of the pattern part. After the molten material has solidified, the ceramic shell is broken away or otherwise destroyed to release the cast metal part which, according to the present invention, would be a female component, such as a male component. B. the Matrizenkomponente 120 , in the 8th is shown.

Durch Benutzen dieses PMMA-Verfahrens kann Schicht für Schicht ein genaues und präzises Musterteil hergestellt werden, das eine Matrizenkomponente darstellt, derart, dass komplexe Geometrien innerhalb des Musterteils gebildet werden können, um einen Matrizenkomponentenguss herzustellen, der eine dem Musterteil endkonturnahe Gestalt aufweist. Wie oben bei dem dreidimensionalen Sanddruckverfahren angemerkt, werden durch das PMMA-Verfahren auch die Schritte der maschinellen Grob- und Endbearbeitung nach dem Gießen verringert, die häufig erforderlich sind, um eine fertige Matrizenkomponente herzustellen. Matrizenkomponenten, die durch Benutzen des PMMA-Musterteils gegossen werden, wie oben beschrieben, können eine dem Musterteil endkonturnahe Gestalt innerhalb eines Genauigkeitsbereichs von etwa 1 bis 5 mm aufweisen. Ferner wird in Betracht gezogen, dass der Genauigkeitsbereich innerhalb von plus oder minus 0,8 mm des Musterteils, von dem die Schale gebildet wird, liegen kann. By using this PMMA method, a precise and precise pattern part representing a die component can be made layer by layer such that complex geometries can be formed within the pattern part to produce a die component casting having a final shape near the pattern part. As noted above in the three-dimensional sanding process, the PMMA process also reduces the post-casting roughing and finishing steps that are often required to produce a finished die component. Die components cast by using the PMMA pattern part as described above may have a shape close to the pattern part within an accuracy range of about 1 to 5 mm. It is further contemplated that the accuracy range may be within plus or minus 0.8mm of the pattern portion from which the cup is formed.

Die Formkernvorrichtungen und die Verfahren zum Herstellen von Werkzeugen von den Formkernvorrichtungen, wie z. B., aber nicht beschränkt auf Matrizenkomponenten, wie hierin offenbart, stellen eine verbesserte Fähigkeit bereit, Konfigurationen mit einer optimierten Wandstärke und Wärmebehandlungstiefe nach Bedarf zu erzeugen, wodurch das Potential für Verzug, Risse usw. verringert wird. Außerdem stellt die Genauigkeit in Verbindung mit dem Herstellen der Formkernvorrichtungen durch das Druckverfahren bessere Qualität, Präzision und Gestaltungsflexibilität bereit. Ferner können die Formkernvorrichtungen und die Matrizenkomponenten, die von den Formkernvorrichtungen hergestellt werden, gestaltet werden, um die Zyklusdauer zu verbessern, wodurch die Herstellungskapazität für die Teile erhöht wird. The mold core devices and the methods of making tools from the mold core devices, such. But not limited to die components, as disclosed herein, provide an improved ability to produce configurations with optimized wall thickness and heat treatment depth as needed, thereby reducing the potential for warpage, tears, etc. In addition, the accuracy associated with making the mandrel devices by the printing process provides better quality, precision, and design flexibility. Further, the mandrel devices and the die components made by the mandrel devices can be designed to improve the cycle time, thereby increasing the manufacturing capacity for the parts.

Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass die Konstruktion der beschriebenen Erfindung und anderer Komponenten nicht auf ein spezifisches Material beschränkt ist. Andere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, die hierin offenbart sind, können mithilfe einer breiten Vielfalt von Materialien und additiven Fertigungstechniken gebildet werden, sofern hierin nicht anders beschrieben. One of ordinary skill in the art will understand that the construction of the described invention and other components is not limited to any specific material. Other exemplary embodiments of the invention disclosed herein may be formed using a wide variety of materials and additive manufacturing techniques, unless otherwise described herein.

Es ist auch wichtig anzumerken, dass die Konstruktion und Anordnung der Elemente der Erfindung, wie in den beispielhaften Ausführungsformen gezeigt, nur veranschaulichend sind. Obwohl in dieser Offenbarung nur wenige Ausführungsformen der vorliegenden Neuerung ausführlich beschrieben wurden, wird der Fachmann, der diese Offenbarung nachprüft, sogleich verstehen, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen von Größen, Abmessungen, Strukturen, Gestalten und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne grundlegend von den neuartigen Lehren und Vorteilen des angeführten Gegenstandes abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig ausgebildet gezeigt sind, aus mehreren Teilen konstruiert werden, oder Elemente, die als mehrere Teile gezeigt sind, können einstückig ausgebildet werden, die Funktion der Grenzflächen kann umgekehrt oder in einer anderen Weise variiert werden, die Länge oder Breite der Strukturen und/oder Bauteile oder Verbinder oder anderer Elemente des Systems kann variiert werden, die Natur oder Anzahl von Einstellpositionen, die zwischen den Elementen bereitgestellt werden, kann variiert werden. Es sollte beachtet werden, dass die Elemente und/oder Anordnungen des Systems aus beliebigen einer breiten Vielfalt von Materialien konstruiert werden können, die ausreichende Festigkeit oder Haltbarkeit in beliebigen einer breiten Vielfalt an Farben, Texturen und Kombinationen bereitstellen. Demgemäß sollen alle solchen Modifikationen in den Umfang der vorliegenden Neuerungen einbezogen sein. Andere Substitutionen, Modifikationen, Änderungen und Weglassungen können an der Gestaltung, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der gewünschten Ausführungsform und anderer beispielhafter Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne den Gedanken der vorliegenden Neuerungen zu verlassen. It is also important to note that the construction and arrangement of the elements of the invention, as shown in the exemplary embodiments, are merely illustrative. Although only a few embodiments of the present invention have been described in detail in this disclosure, those skilled in the art after reviewing this disclosure will readily understand that many modifications are possible (eg, variations in sizes, dimensions, structures, shapes, and proportions of the various elements Values of parameters, mounting arrangements, use of materials, colors, orientations, etc.) without departing fundamentally from the novel teachings and advantages of the recited subject matter. For example, elements shown to be integral may be constructed of multiple parts, or elements shown as multiple parts may be formed integrally, the function of the interfaces may be reversed, or otherwise varied in length or width the structures and / or components or connectors or other elements of the system may be varied, the nature or number of adjustment positions provided between the elements may be varied. It should be noted that the elements and / or arrangements of the system can be constructed of any of a wide variety of materials that provide sufficient strength or durability in any of a wide variety of colors, textures, and combinations. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present innovations. Other substitutions, modifications, changes, and omissions may be made to the design, operating conditions, and arrangement of the desired embodiment and other exemplary embodiments without departing from the spirit of the present innovations.

Es versteht sich, dass jegliche beschriebenen Verfahren oder Schritte innerhalb beschriebener Verfahren mit anderen offenbarten Verfahren oder Schritten kombiniert werden können, um Strukturen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung zu bilden. Die beispielhaften Strukturen und Verfahren, die hierin offenbart sind, dienen zu Zwecken der Veranschaulichung und sollen nicht als beschränkend aufgefasst werden. It is understood that any described methods or steps within described methods may be combined with other disclosed methods or steps to form structures within the scope of the present invention. The exemplary structures and methods disclosed herein are for purposes of illustration and are not to be construed as limiting.

Es versteht sich ebenfalls, dass Variationen und Modifikationen an der oben erwähnten Struktur vorgenommen werden können, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verlassen, und ferner versteht sich, dass solche Konzepte von den folgenden Ansprüchen abgedeckt werden sollen, sofern diese Ansprüche gemäß ihrem Wortlaut nicht ausdrücklich etwas anderes aussagen. It is also to be understood that variations and modifications may be made to the above-mentioned structure without departing from the concepts of the present invention, and it is further understood that such concepts are intended to be covered by the following claims, as long as these claims are not in accordance with their wording expressly say something else.

Claims

A method of making a sample part for use in casting a female component, comprising: (a) depositing a thin layer of polymer powder on a build platform; (b) selectively applying a solvent to certain zones of the thin layer of polymer powder to bond the polymer powder in the zones to define a layer of the pattern part; Repeating steps (a) and (b) to produce a complete pattern part having a configuration of the die component; Coating the sample with a slurry to form a shell around the sample; Heating the shell to harden the shell and evaporate the pattern part to form a shell comprising a negative image of the pattern part; and Pouring a molten material into the shell to form the template component.

The method of claim 1, wherein the step of applying a thin layer of polymer powder on a building platform further comprises: Applying a layer of polymer powder comprising poly (methyl methacrylate).

The method of claim 2, wherein the step of selectively applying a solvent to particular zones of the thin film of polymer powder further comprises: Applying droplets of the solvent to the thin layer of polymer powder using a printhead.

The method of claim 3, further comprising: Hardening of the sample part.

The method of claim 4, further comprising: Impregnate the sample with a wax resin to seal the sample part.

The method of claim 1, wherein the step of coating the pattern member with a slip to form a shell around the pattern member further comprises: Cover the sample with a ceramic slurry.

The method of claim 4, further comprising: Dipping the sample into a fluidized bed of sand after coating the sample with the ceramic slurry.

The method of claim 1, wherein the step of pouring a molten material into the shell to form the template component further comprises: Forming a die component having a shape close to the pattern part near the contour within a precision range of 1 mm to 5 mm.

A method of making a female component comprising: Forming a mandrel device using an additive manufacturing method, the mandrel device comprising a negative image of the die component; Pouring a molten material into the mandrel device; and Cooling the molten material to form the die component having a final shape configuration within the mold core device within an accuracy range of 1mm to 5mm.

The method of claim 9, wherein the kit for forming a mandrel apparatus using an additive manufacturing method further comprises: (a) applying a thin layer of particulate matter; (b) selectively applying a binder to the thin layer to define a cross section of a mandrel device; and Repeating steps (a) and (b) to produce a complete mold core device.

The method of claim 10, wherein the step of selectively applying a binder to the thin layer to define a cross-section of a mandrel device further comprises: Print the binder on the thin layer using a three-dimensional sand-printing device.

The method of claim 11, wherein the step of cooling the molten material to form the die component having a near-net shape configuration of the mandrel device within an accuracy range of 1mm to 5mm further comprises: Forming a female component having a core shape device near net shape configuration within 0.8 mm.

The method of claim 9, wherein the step of forming a mandrel device using an additive manufacturing method, wherein the mandrel device comprises a negative image of the die component further comprises: Forming a mandrel assembly having a negative image of attachment features for securing the die component to a die punch assembly.

The method of claim 13, wherein the step of forming a mandrel assembly having a negative image of attachment features for attaching the female component to a die punch assembly further comprises: Forming a mandrel device having a negative image of bores and shoulder bores.

The method of claim 9, wherein the step of forming a mandrel device using an additive manufacturing method, wherein the mandrel device comprises a negative image of the die component further comprises: Forming a mandrel device having a negative image of a cutting edge.

A method of manufacturing a plurality of sand mold apparatuses for use in molding die components, comprising: Printing multiple sand-molding devices using a 3D additive printer, wherein the plurality of sand-molding devices comprises one or more die component configurations; Introducing selected sand mold devices from the plurality of sand mold devices into a casting structure having runner channels in communication with each selected sand mold device; Pouring a molten material into the casting structure to fill each selected sand molding apparatus using the runner channels; and allowing the molten material to cool to form the die components having each selected sand mold device near-net shape configuration.

The method of claim 16, wherein the step of printing a plurality of sand molding devices using a 3D additive printer further comprises: Printing multiple sand mold devices in a range of about 80 to 150 sand mold devices in a single printing process.

The method of claim 16, wherein the step of printing a plurality of sand molding devices using a 3D additive printer further comprises: Print sprue channels in communication with each sand mold device of the plurality of sand mold devices.

The method of claim 16, wherein the step of pouring a molten material into the casting structure to fill each selected sand-forming device further comprises: Pour tool steel into the casting structure.

The method of claim 16, wherein the step of introducing selected sand mold devices from the plurality of sand mold devices into a casting structure having runner channels in communication with each selected sand mold device further comprises: Using an arrangement of Aufsetzkasten and lower box to pour the molten material by investment casting in the sand molds.