WO2022101236A1 - Method for providing a digital printing model and method for additively manufacturing a component - Google Patents

Method for providing a digital printing model and method for additively manufacturing a component Download PDF

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WO2022101236A1
WO2022101236A1 PCT/EP2021/081181 EP2021081181W WO2022101236A1 WO 2022101236 A1 WO2022101236 A1 WO 2022101236A1 EP 2021081181 W EP2021081181 W EP 2021081181W WO 2022101236 A1 WO2022101236 A1 WO 2022101236A1
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network model
model
deformation
network
component
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PCT/EP2021/081181
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Inventor
Shahrooz Sadeghi Borujeni
Sven Crull
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]

Definitions

  • the invention relates to a method by means of which a digital printing model is provided, by means of which a component can be produced additively. Furthermore, the invention according to patent claim 10 relates to a method for the additive manufacturing of a component.
  • additive manufacturing methods are used in particular to produce components whose geometric shape cannot be realized or can only be realized with the use of particularly great effort using conventional, for example metal-cutting, manufacturing methods. Furthermore, the additive manufacturing processes are becoming more and more profitable with increasing further development, which is why more and more additive manufacturing processes are currently finding their way into the series production of components.
  • the additive manufacturing method can be embodied, for example, as 3D printing, in particular as a binder jetting printing method.
  • a production unit is designed as a 3D printer, for example.
  • the manufacturing unit by means of which the binder jetting method is used to produce components, is configured to apply directly alternating layers of a binder and a material powder to a printing bed of the 3D printer in a printing process.
  • a first layer which is applied to the printing bed by means of the 3D printer, is a binder layer in order to prevent the object to be printed from slipping on the printing bed in an undesirable manner.
  • the material powder is, for example, a metallic powder, the material powder and the binder, which can be a liquid, being designed or selected in such a way that two adjacent material powder layers are connected to one another by means of a binder layer.
  • a first layer of material powder is applied to the print bed.
  • a binder layer is then applied to this first layer of material powder at certain points (determined by a construction plan, such as a model of the component to be printed).
  • This is followed by applying another material powder layer to the binder layer.
  • the two material powder layers are connected to one another by means of the binder layer, glued for example.
  • the first material powder layer consisting of individual powder elements is solidified by the individual powder elements being connected to one another by the application of the binder layer, since the binder penetrates into the material powder layer between the powder elements and connects the powder elements to one another.
  • an intermediate product - a so-called green part - "grows" with an increasing number of layers along a vertical printing axis, for example, with a digital print model including a geometry of the intermediate product or green part and in particular the points on which the binder is applied, characterized.
  • the print model is made available to the production unit, with the production unit being designed to use the digital print model to arrange the alternating layers of binding agent or material powder on the print bed.
  • the intermediate product or green part is heat-treated, for example sintered in a sintering furnace.
  • the component is therefore produced in that the green part is heat-treated, in particular sintered.
  • deformations occur on the component resulting from the green part, in particular due to gravitation, friction of the powder elements and anisotropic material properties of the material powder and/or the binder, etc.
  • the binder loses volume and/or partially escapes from the green part/component or is expelled. In addition, porosity reductions occur.
  • the green part shrinks and/or warps non-linearly during the heat treatment, so that a final geometry of the sintered component, which was produced by sintering the green part, is deformed in relation to a target geometry of the component due to the non-linear deformations. Due to the non-linearity of the deformations, deformation hotspots or "focal points" occur on/in the component, at which the deformations are particularly pronounced and/or the deformations cannot be compensated for.
  • a method for additively manufacturing an object is known from US Pat. No. 1,0456,833 B2, a support structure being provided to which a material powder and a binder are applied based on a digital mesh model in order to form the object.
  • the support structure is designed in such a way that shrinkage of the support structure and shrinkage of the object are coordinated with one another during heat treatment of the object.
  • WO 2018/026 962 A1 discloses a method for producing a three-dimensional object, wherein a material powder and a binder substance are applied to a powder bed based on a model of the object.
  • a computer is used to create the model, by means of which an original design of the model is scaled in order to compensate for sintering shrinkage of the object that occurs as a result of sintering of the object.
  • US 2019 001 658 A1 discloses a computer device by means of which at least one part of a model of the part can be dynamically generated or modified during additive construction of a part.
  • the computer device is designed to determine a difference between a portion of the part that has already been manufactured and a portion of the part that is still to be manufactured, and to determine whether the difference would lead to a deviation of the part from the model of the part.
  • the computing device is configured to dynamically create or modify the portion of the model of the part based on the difference.
  • none of these conventional methods offer a possibility of already taking into account and at least partially compensating for the deformations occurring on the green part as a result of the heat treatment during the printing process.
  • the object of the present invention is to reduce the effort involved in additively manufacturing a component with particularly advantageous dimensional tolerances.
  • a method for providing a digital print model wherein the print model provided or that can be provided by means of the method can be used or is used for the additive manufacturing of the component.
  • the component is, for example, a metallic component that can be produced or is produced by means of an additive manufacturing method.
  • the component is in particular a component that is used in the field of machine and/or plant construction, for example as a vehicle component, as a component of a production unit for vehicles, etc.
  • the component can be used, for example, in motor vehicle construction, in particular series motor vehicle construction, or be used, for example as a tool, component, semi-finished product, etc. or as a component thereof.
  • a mesh model of the component is provided.
  • the mesh model is provided, for example, by creating a CAD (computer-aided design) model of the component and then meshing the CAD model (or a copy thereof) with mesh elements such as finite elements.
  • the network model has a large number of network elements which adjoin one another at network nodes and are connected to one another.
  • the respective network element is polygonal in shape, for example triangular.
  • the CAD model has a target geometry of the component, ie information or data that characterizes a shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component.
  • the target geometry corresponds to a final geometry which the finished component should have—as precisely as possible.
  • the component has the target geometry of the CAD model as the end geometry when the component has been completely manufactured. In other words, it is provided that the finished component and the CAD model correspond to one another.
  • the mesh model is based on the CAD model, the mesh model has the target geometry so that it is provided that the finished component and the mesh model correspond to one another.
  • this is not readily possible, particularly if heat treatment is required to produce the component. This is the case, for example, when a green part is first produced in order to produce the component by means of a binder jetting printing process, and the green part is then subjected to a heat treatment in order to finish producing the component.
  • a heat treatment--e.g. sintering-- is simulated using the network model (or a copy thereof), whereby a digital deformation network model of the component to be manufactured is generated.
  • the deformation network model is thus generated or provided in that, for example by means of a computer simulation, the network model is simulatively exposed to thermal energy occurring during the heat treatment.
  • the deformation network model has a deformation geometry or a deformed geometry of the component, in particular an intermediate product or the green part, with the deformation geometry and the target or end geometry differing from one another due to deformations.
  • the deformation geometry has information or data that characterizes a shape and dimensions or relative dimension ratios of the component that the component would have if it had been manufactured using the unchanged mesh model.
  • the deformation geometry is undesirable as the target or end geometry of the component.
  • the method has a further (for example third) step S3, in which the network model is compared with the deformation network model, as a result of which local deviation amounts between the network model and the deformation network model are determined.
  • the respective local deviation amount is, for example, an amount of a linear measure that defines the local deviation as a straight distance between corresponding geometric elements (e.g. points, edges, surfaces, etc.) of the network model and the deformation network model.
  • the local deviation amount can be an amount of an angular measure that characterizes the local deviation as a deviation angle between the mutually corresponding geometric elements of the network model and the deformation network model.
  • the straight distance and/or the angle of deviation between the corresponding geometric elements is/are related in particular to one or more of the three spatial directions x, y, z.
  • the respective local deviation amount between a network node of the network model and a corresponding network node of the deformation network model can be determined.
  • the method also includes a further (e.g. fourth) step S4, in which the network model and the deformation network model are aligned with one another in such a way that a total deviation amount is minimal, which is formed from the local deviation amounts between the network model and the deformation network model.
  • the process of aligning the mesh model and the deformation mesh model with one another is carried out by moving/translating the two models relative to one another or one of the two models relative to the other of the models in a translatory and/or rotary manner. In this case, local deviation amounts are determined/calculated at predetermined/predeterminable points of the models, which are then added to the total deviation amount.
  • the two models are said to be most aligned when the total amount of deviation, i.e.
  • the two models in question are aligned in particular by means of a so-called best-fit algorithm (best-fit: best possible adjustment).
  • best-fit best possible adjustment
  • the alignment is carried out without actually producing the models involved, for example in a simulative manner.
  • the print model of the component to be manufactured is generated by changing or modifying the network model (or the copy thereof) using the local deviation amounts.
  • the digital pressure model is therefore based on the network model, which was changed/modified using the local deviation amounts.
  • the print model generated according to the method is a networked print model, ie a print model which includes network elements, for example finite elements. If, for example, the deformation network model has a smaller dimension between two points than the network model, the pressure model is created on the basis of the network model, with the dimension of the network model being extended by the amount of deviation at the corresponding points of the pressure model.
  • the deformation network model has a larger dimension between the two points than the network model, the dimension of the network model is reduced by the amount of deviation when/for creating the pressure model at the corresponding points of the pressure model.
  • the procedure for creating the print model is analogous in order to compensate for angular deviations: If, for example, a surface or edge of the deformation mesh model is tilted by a deviation angle against a corresponding surface or edge of the mesh model, the corresponding surface/edge of the print model is tilted when/for creating the print model tilted in opposite directions by the deviation angle amount.
  • a deformation hot spot or “focal point” or more than one deformation hot spot occurs on/in the component.
  • the deformations are particularly pronounced and/or cannot be compensated for at the respective deformation hot spot.
  • a (human) designer commissioned with the construction of the component can identify the deformation hotspots as such when creating the CAD model and/or mesh model and mark them as such in the CAD model and/or mesh model, for example.
  • a respective deformation hot spot and a sharp edge or corner of the component coincide.
  • one of the deformation hot spots occurs at the sharp edge/corner.
  • a respective deformation hot spot and a flat or flat surface, in particular surface, of the component coincide, which means that due to the heat treatment of the green part on the flat or flat surface/surface, one of the deformation hot spots occurs.
  • the respective deformation hot spot can be a corner, an edge and/or a surface and, alternatively or additionally, another element of the CAD model/green part (e.g. one of a surface, corner and/or edge independent point) act.
  • the invention provides for a deformation hot spot to be identified on the network model (or on its copy) before step S2 (for example in a step S1a). or a plurality of deformation hot spots are identified and network elements of the network model arranged away from the deformation hot spot(s) are enlarged.
  • the network model for the steps of the method to be carried out after the enlargement of the network elements or after step S1a comprises the enlarged network elements located away from the respective deformation hotspot.
  • the at least one or the respective deformation hot spot is identified on the mesh model (or its copy) by using a short simulation to simulate a heat treatment using the mesh model.
  • This short simulation which is carried out in particular as part of step S1a of the method, differs from the simulative heat treatment in step S2 in particular in that the short simulation is terminated or aborted after a predetermined or specifiable simulation period.
  • the simulation duration specified/specifiable for the short simulation is in particular less than one minute, in particular only a few seconds, for example ten seconds.
  • the purpose of the short simulation, in which the mesh model is exposed to the thermal energy that occurs during the actual heat treatment of the green part for the duration of the simulation, is to identify the deformation hot spots.
  • the particularly short simulation time is sufficient for this the short simulation, according to which the deformation hot spots are recognizable/identifiable as part of the deformation geometry due to the (simulative) deformations that have occurred.
  • the short simulation duration of the short simulation is not sufficient to fully provide the deformation geometry.
  • the complete simulation of the heat treatment or sintering and the compensation loops takes orders of magnitude longer than the short simulation, from around several hours to more than a day.
  • the short simulation and the simulative heat treatment described in connection with step S2 merge seamlessly into one another.
  • the deformation hot spot is identified on the network model by using the short simulation to simulate a heat treatment based on the network model, with the end or termination of the short simulation after the short simulation duration being a continuation of the simulative heat treatment, so that the deformation model of the component is available after the continued simulative heat treatment.
  • the short simulation can be designed or carried out as part of the simulation.
  • the determination or identification of the deformation hot spots by means of the short simulation of the heat treatment of the mesh model offers the advantage that the deformation hot spots take place particularly quickly.
  • An alternative preferred embodiment of the method provides that—for example in step S1a—the at least one or the respective deformation hot spot is identified on the network model by creating a rough network model based on the network model (or the copy thereof).
  • the coarse network model has fewer network nodes, but the same size and a corresponding geometry. Consequently, the coarse mesh model has a coarser mesh than the mesh model, so that - with the same size and corresponding geometry of the mesh model and the coarse mesh model - the coarse mesh model includes fewer but larger mesh elements than the mesh model.
  • the target geometry in the coarse network model has a lower resolution than in the network model. It can be provided, for example, that the rough network model has only a fraction of the number of network elements of the network model, approximately half, a third, a quarter, a fifth, a sixth, etc.
  • the heat treatment is simulated using the coarse mesh model, thereby generating a deformed coarse mesh model.
  • the deformed coarse mesh model is thus generated, by, for example by means of a computer simulation, simulating the coarse mesh model being exposed to thermal energy occurring during the heat treatment.
  • the deformation hot spots are recognizable/identifiable on the deformed coarse mesh model, so that the deformation hot spots can be identified at corresponding points of the mesh model.
  • the advantage here is that a simulation effort is particularly low. Because a required computing power or simulation power to achieve useful and desired results is directly related to a number of mesh elements of the model that is subjected to the simulation. Since the coarse mesh model has far fewer mesh elements than the mesh model, there is advantageously less effort to identify the deformation hot spots. In particular, the computing or simulation power required decreases with the fraction by which the coarse network model has fewer network elements in relation to the network model. Furthermore, at least one source of human error is eliminated from the method, since the simulative heat treatment of the coarse mesh model takes place by means of a simulation unit, which is designed, for example, as a computer unit or at least has one.
  • step S5 after step S5 (for example in a step S5a), the network elements arranged away from the deformation hot spots are reduced in size, as a result of which the pressure model is refined.
  • the print model of the component to be manufactured has been generated—the print model is refined, with the previously enlarged network elements away from the deformation hot spot(s) being reduced (again).
  • the number of network elements and the number of network nodes that were reduced in step S1a are increased again in such a way that after the increase, the number of network elements or network nodes returns to the respective number before the increase in the number corresponds to network elements.
  • the network elements arranged away from the deformation hot spot are reduced in size according to a predetermined or predeterminable factor.
  • the number of network elements is increased according to the given factor.
  • the factor is selected in such a way that the network elements arranged away from the deformation hotspot are reduced in size in accordance with the specified or specifiable print resolution.
  • the size of the network element is specified as a boundary condition for the network model, wherein the mesh element size and a desired print resolution of the component correspond to each other.
  • the network element size of the network model is selected or specified according to the specified or specifiable print resolution.
  • the corresponding network elements thus have the network element size that corresponds to a desired print quality.
  • the network model has the number of network elements that corresponds to the desired or predetermined/predeterminable print quality.
  • a print file corresponding to the desired print quality for example an STL file (STL: Stereo-Lithography or Standard Triangulation/Tessellation Language), can be created particularly easily and/or with little effort on the basis of the print model.
  • the reduction in size of the network elements, which are arranged away from the deformation hot spots only takes place after the simulation of the heat treatment, in particular after the preparation of the print model, the reduced network elements or the increased number of network elements away from the deformation hot spots are Spots not part of the simulative heat treatment. As a result, the simulation of the heat treatment requires particularly little effort, which in turn reduces the effort involved in providing the print model again.
  • the zero deformation point When the component is actually manufactured, there is a point on/in the component at which a particularly low degree of deviation occurs during sintering or heat treatment. In particular, this point is free from deviation. So this point has zero deformation, which is why this point is called the zero deformation point.
  • the zero deformation point and a footprint over which the green part for heat treatment is placed coincide. In other words, with respect to a height of the green part, the zero deformation point is at the same height as the footprint.
  • the zero deformation point is congruent with the center of gravity of the green part in relation to a width and a length of the green part.
  • the zero deformation point lies in a contact plane of the component and is congruent with the component's center of gravity in relation to a width and a length of the component. Accordingly, the green part at the zero deformation point is not deformed or only deformed to a particularly small extent by the heat treatment. To put it simply, the green part deforms or shrinks “towards the zero deformation point” or “around the zero deformation point” as a result of sintering.
  • the network model and the deformation network model are aligned with one another with a condition according to which a zero deformation point of the network model and a corresponding zero deformation point of the deformation network model are arranged next to one another , such that the total deviation amount formed from the local deviation amounts is minimal when this condition is met.
  • the zero deformation point of the network model and the zero deformation point of the deformation network model are first ascertained or determined. After this, the network model and the deformation network model are aligned with one another, so that the zero deformation point of the network model and the zero deformation point of the deformation network model coincide.
  • Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the zero deformation points which correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another.
  • the condition according to which the zero deformation point of the network model and the corresponding zero deformation point of the deformation network model are arranged next to one another, in particular congruently, is met if the zero deformation point of the network model and the zero deformation point of the deformation network model coincide or coincide with or against one another at or during the alignment of the network model and the deformation network model remain congruently arranged. Furthermore, the condition is met if the zero deformation points coincide due to the alignment of the mesh model and the deformation mesh model. Due to the condition that the zero deformation points do not fall apart or differ from one another during alignment, an advantageously particularly low effort for providing the pressure model, in particular for aligning the network model and the deformation network model with one another, is achieved.
  • a loop comprising steps S2, S3 and S4 is carried out iteratively until the respective local deviation amount corresponds to the (first) permissible tolerance amount.
  • this is before the generation of the pressure model - for example in a step S4a - a first iteration network model of the component generated by the network model based on the local Deviation amounts are changed or modified.
  • the iteration network model is fed to step S2 for a first repetition and for further repetitions of the loop.
  • the loop involves simulating the heat treatment against the iteration mesh model, which creates an iteration deformation mesh digital model of the part to be manufactured.
  • the loop also includes comparing the network model with the iteration deformation network model, as a result of which the local deviation amounts between the iteration deformation network model and the network model are determined.
  • the loop includes aligning the iteration deformation mesh model and the mesh model, thereby minimizing the total error amount formed from the local error amounts between the iteration deformation mesh model and the mesh model.
  • the loop of the method also includes step S4a, in which a further iteration network model of the component is generated by changing or modifying the first iteration deformation network model based on the local deviation amounts. The further iteration network model is then fed to step S2 of the loop for a further repetition of the loop, etc.
  • the permissible tolerance amount is specified for the entire component, that is to say over the entire CAD model or network model.
  • the external dimensions of the component correspond to the permissible tolerance amount after its heat treatment.
  • the respective special geometry element is for example predetermined or specified, in particular by the designer identifying the special geometry elements as such when creating the corresponding CAD model or network model and marking them as such in the CAD model and/or network model, for example.
  • the respective special geometry element is, for example, a respective point, a respective (even or odd) edge, around a respective corner around a mesh node and/or around a respective (flat or uneven) surface of the component or the mesh model.
  • the special geometry elements are aligned with one another as precisely as possible, with a second permissible tolerance amount being provided on the other geometry elements (which are generally not special geometry elements here), the second permissible tolerance amount being greater than the first permissible tolerance amount.
  • a deviation amount that is formed from the local deviation amounts at the special geometry elements is primarily minimized by the alignment, with another deviation amount sum that is formed from the local deviation amounts at the other geometry elements is formed, is minimized subordinately when aligning.
  • the effort involved in aligning the network model and the deformation network model and consequently in providing the pressure model is again reduced in an advantageous manner.
  • the special geometry elements are of primary importance for the functionality and/or for the production of the component, a complex, particularly precise alignment of the models away from the special geometry elements - i.e. for example on the other geometric elements - can be dispensed with to increase the efficiency of the method. Nevertheless, simple manufacturability and the functionalities provided by the component remain guaranteed.
  • the mesh model is scaled based on an expected or probable deformation .
  • a scaled mesh model is generated (for example in a step S1b).
  • the scaling takes place, in particular, translationally along one or more of the three spatial directions x, y, z.
  • a scaling factor, by which the network model is scaled, emerges, for example, from internal experiments, for example from previous heat treatments of at least similarly designed ones Green parts with similar or the same parameters (temperature, duration, etc.) of the corresponding heat treatment.
  • the outlay for the method is further reduced since, due to the scaling of the mesh model, the deformations are already roughly compensated for before the heat treatment is simulated.
  • Step S1b can be part of the iteratively executable loop S10 (see above).
  • a method for additively manufacturing a component is proposed.
  • a material of the component to be manufactured is arranged according to a digital print model of the component.
  • the material is joined to form the component by means of heat treatment, in particular by means of sintering.
  • the digital print model is provided using a method designed according to the above description.
  • an intermediate product or green part of the component is produced using binder jetting 3D printing.
  • the print model is provided as a networked print model.
  • an STL file is generated from the print model, which is made available to the production unit.
  • This production unit (for example a binder jetting 3D printer) is designed to accept the networked print model as input data and to arrange the material of the component and a binder for the green part based on the networked print model.
  • the invention also includes developments of the production method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the method according to the invention for providing the digital print model. For this reason, the corresponding developments of the manufacturing method according to the invention are not presented again here.
  • the invention also includes the combinations of features of the described embodiments.
  • An exemplary embodiment of the invention is described below. For this shows:
  • FIG. 1 shows a flowchart to clarify a method for providing a digital print model, wherein a component can be produced additively using the print model;
  • Fig. 2 shows a schematic and perspective view of a network model
  • Figure 3 is a schematic view of a portion of the mesh model showing deformation hot spots
  • FIG. 4 shows a schematic view of an area of the network model, with a number of network elements networked with one another;
  • Figure 5 is a schematic view of the portion of the mesh model where the number of mesh elements has been reduced
  • FIG. 6 shows a schematic and perspective view of a deformation network model
  • FIG. 7 is a schematic view of a process in which the mesh model and the deformation mesh model are compared with each other;
  • Fig. 8 is a schematic view of the print model
  • the exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention.
  • the described components of the embodiment each represent individual features of the invention to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than that shown.
  • the embodiment described can also be supplemented by further features of the invention already described. Elements with the same function are each provided with the same reference symbols in the figures.
  • Fig. 1 shows a flow chart to illustrate a method A for providing a digital print model 1 (see Fig. 8 or Fig. 9), wherein the print model 1 is used to create a component 2 (see Fig. 10, in which a schematic and perspective view of the component is shown) can be produced additively.
  • a method B for additively manufacturing the component 2 is illustrated by the flowchart in FIG. 1 .
  • method A is considered a part of method B. Procedures A, B are described together. Where necessary, the differences between methods A and B are discussed. If reference is only made to “a method” or “the method” (without a reference number), the associated statements apply to methods A and B considered individually or in combination.
  • an intermediate product (not shown) is first produced by means of 3D printing, in particular by means of binder jetting 3D printing, using the digital printing model 1.
  • the intermediate product which can also be referred to as a green part, is produced by alternately arranging material powder layers and binder layers, with the respective binder layer being applied selectively to a respective material powder layer according to the printing model 1 .
  • the result is the intermediate product or green part, which is made up of alternating layers of material powder or binder. Accordingly, the material powder layers are bonded to one another by means of the binder. Next, powder elements of the respective material powder layer are glued together.
  • a material connection is formed directly between the material powder layers and not only indirectly, that is to say not only by means of the binder.
  • the intermediate product is heat-treated.
  • the green part is sintered, creating a direct material connection between the powder elements of the respective material powder layer and a direct material connection between the material powder layers.
  • the binder is at least partially dissolved or expelled from the intermediate product by sintering, for example by liquefaction, evaporation or sublimation. As a result, the intermediate product is deformed / deformed.
  • a component (not shown) produced in this way does not correspond, or insufficiently, to specifications that are specified by the target geometry or by a CAD model of the component 2 due to the deformations that have occurred as a result of the sintering. This is where procedure(s) A and/or B intervene.
  • a digital network model 3 is provided, which is shown in FIG. 2 in a schematic and perspective view.
  • a designer uses suitable software or a CAD program to create the CAD model, which has a target geometry of the component 2, i.e. information or data that indicates a desired shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component 2 characterize.
  • the CAD model is then networked with network elements 4, such as finite elements.
  • network elements 4 such as finite elements.
  • the network model 3 has a multiplicity of network elements 4 which adjoin one another at network nodes 5 (see FIG. 4 or FIG. 5) and are connected to one another.
  • the respective network element 4 is triangular in shape.
  • deformation hotspots 6 are identified on the network model 3 .
  • a respective deformation hot spot 6 and a sharp edge 7, a corner 8 or another point of the component 2 coincide.
  • one of the deformation hot spots 6 occurs, for example, at the sharp edge 7, at the corner 8 and/or at the other point.
  • a respective deformation hot spot 6 and a flat or flat surface, in particular surface 9, of the component 2 can coincide, which means that due to the heat treatment of the green part on the flat or flat surface/surface 9, one of the deformation Hot spots 6 occurs.
  • the deformation hot spots 6 can be identified as such by a (human) designer commissioned with the construction of the component 2 when creating the CAD model and/or network model 3 and as such, for example in the CAD model and/or network model 3 are marked. However, it is particularly preferred if the respective deformation hot spot 6 is identified by simulating a heat treatment using the mesh model 3 by means of a brief simulation. In this case, the short simulation is ended or aborted after a predetermined or predeterminable simulation period. The simulation duration for the short simulation is less than one minute, in particular only a few seconds, for example ten seconds. Purpose of the short simulation, in which the network model 3 for the duration of the simulation simulates the actual heat treatment of the Green part is exposed to thermal energy occurring, is to identify the deformation hot spots 6. The particularly short simulation time of just ten seconds is sufficient for this.
  • the deformation hotspots 6 are identified on the network model 3 by initially creating a coarse network model based on the network model 3.
  • the coarse network model has fewer network nodes 5, but the same size and a corresponding geometry. Consequently, the rough mesh model has a coarser mesh than mesh model 3, so that the rough mesh model includes fewer but larger mesh elements 4 than mesh model 3.
  • the target geometry in the rough mesh model is less resolved than in mesh model 3. It can for example, it can be provided that the coarse mesh model has only a fraction of the number of mesh elements 4 of the mesh model 3, about half, a third, a quarter, a fifth, a sixth, etc.
  • the deformed coarse mesh model is thus generated by, for example by means of a computer simulation, simulatively exposing the coarse mesh model to thermal energy occurring during the heat treatment.
  • the deformation hot spots 6 are recognizable/identifiable on the deformed coarse mesh model, so that the deformation hot spots 6 can be identified at corresponding points of the mesh model 3 .
  • Step S1a also includes an enlargement of network elements 4 of the network model 3 that are arranged away from the deformation hotspots 6.
  • the network model 3 then includes the steps of the method to be carried out after the enlargement of the network elements 4 or after step S1a respective deformation hot spots 6 and enlarged network elements 4.
  • step S1a shows the network model 3 in a schematic and perspective view, in which according to step S1a a proportion of the network elements 4 have been converted to the enlarged network elements 10 .
  • the network elements 4, which are arranged at the respective deformation hot spot 6, remain unchanged, ie are neither enlarged nor reduced.
  • the network elements 4 arranged or involved in the deformation hot spots 6 bear the reference number 22 in the figures around network elements 4 of the network model 3, through which, for example, one of the edges 7, corners 8 and/or surfaces 9 of the network model 3 or of the component 2 are characterized.
  • Fig. 4 shows a schematic view of an area of the network model 3 with a number of interconnected network elements
  • Fig. 5 shows a schematic view of the area of the network model 3 in which the number of network elements 4 has been reduced or which apart from the Deformation hot spots 6 arranged network elements 4 to the network elements 10 were enlarged. This means that the enlarged network elements 10 are generated by enlarging the corresponding network elements 4 of the network model 3 .
  • step S1a the area of the network model 3 is reduced in step S1a by the network elements 4 which are not involved in one of the deformation hot spots 6 .
  • the corresponding network elements 4 are shown in broken lines in FIG.
  • a heat treatment is simulated using the mesh model 3, as a result of which a digital deformation mesh model 11 of the component 2 to be manufactured is generated, which is shown in a schematic view in FIG.
  • the deformation network model 11 has a deformation geometry or a deformed geometry of the component 2, the deformation geometry and the target geometry differing from one another due to deformations.
  • the result of the simulative heat treatment are the deformations that would occur in reality on the component 2 if the intermediate product were printed using the mesh model 3 and then sintered.
  • the mesh model 3 is roughly scaled.
  • the network model 3 is scaled before step S1a, ie before the network elements 4 are enlarged.
  • the method before step S2, in particular before step S1a, the method has a further step S1b, in which a scaled network model 3a is generated.
  • a scaling factor, by which the mesh model 3 is scaled, emerges from internal experiments, by means of which previous heat treatments of at least similarly designed green parts were examined.
  • the scaling factor is greater than one, ie the scaled network model 3a is larger than the network model 3.
  • the scaling takes place, for example, translationally along one or more of the three spatial directions x, y, z.
  • a separate scaling factor is determined for each of the spatial directions x, y, z, it being possible for the respective separate scaling factor to be greater than one, smaller than one or equal to one.
  • the network model 3 can be scaled in the respective spatial direction x, y, z with a different scaling factor, as a result of which the scaled network model 3a is produced.
  • the scaling or the generation of the scaled network model 3a includes a respective rotation about one or more of the three spatial directions x, y, z.
  • the method steps described below can be used in relation to the network model 3 and/or in relation to the scaled network model 3a. For this reason, the following description no longer explicitly distinguishes between network model 3 and scaled network model 3a.
  • a step S3 of the method the network model 3 and the deformation network model 11 are compared with one another.
  • 7 shows a schematic view of a process in which the network model 3 and the deformation network model 11 are compared with one another, as a result of which local deviations 12 between the network model 3 and the deformation network model 11 are determined.
  • the respective local deviation 12 has a deviation amount 13, for example a straight deviation length 14 and/or a deviation angle 15.
  • the network model 3 and the deformation network model 11 are, for example, roughly superimposed, for example using a CAD program or by means of an FEM program.
  • a further step S4 of the method follows, in which the network model 3 and the deformation network model 11 are aligned with one another in such a way that a total deviation amount, which is formed by adding the local deviation amounts 13, becomes minimal.
  • the deformation network model 11 is moved translationally and/or rotationally in relation to the network model 3 until the total deviation amount has become as small as possible.
  • a best-fit algorithm is used here.
  • the two models 3, 11 are considered to be best aligned with one another when the total amount of deviation, ie a sum of all local amounts of deviation 13, is minimal. To this extent, the total amount of deviation is reduced or minimized by the models 3, 11 being aligned with one another—in particular using the best-fit algorithm.
  • a zero deformation point 16 of the component 2 or of the respective model 3, 11 is shown in FIG. A particularly low degree of deviation occurs at the zero deformation point 16 during sintering or heat treatment.
  • the zero deformation point 16 is free from a deviation.
  • the zero deformation point 16 is therefore at the same height as the contact plane 17 in relation to a height of the green part.
  • the zero deformation point 16 is congruent with the center of gravity of the green part in relation to a width and a length of the green part.
  • the zero deformation point 16 lies in a contact plane 17 of the component 2 and is congruent with the center of gravity of the component 2 with regard to a width and a length of the component 2. This applies to the network model 3 as well as for the deformation network model 11. Accordingly, the zero deformation point 16 can be regarded as a common point of the component 2.
  • the zero deformation point 16 of the network model 3 and the corresponding zero deformation point 16 of the deformation network model 11 are arranged directly next to one another, in particular congruently, for or when aligning the models 3, 11 with one another and/or remain directly next to one another, in particular congruently, for or when aligning the models 3, 11 with one another. arranged.
  • the alignment of the network model 3 and the deformation network model 11 takes place with a condition according to which the zero deformation point 16 of the network model 3 and the corresponding zero deformation point 16 of the deformation network model 11 are arranged next to one another, with the total deviation amount formed from the local deviation amounts being minimal while complying with this condition will.
  • a first permissible tolerance amount is specified for the respective amount of deviation 13 at least between a respective special geometry element 18 of the network model 3 and a corresponding special geometry element 19 of the deformation network model 11 .
  • a second permissible tolerance amount is specified for the respective local Deviation amount 13 between another geometry element 20 of the network model 3 and a corresponding other geometry element 21 of the deformation network model 11 .
  • the second allowable tolerance amount is greater than the first allowable tolerance amount. Consequently, when aligning the models 3, 11, a higher tolerance is permitted on the other geometry elements 20, 21 (see FIG. 7) than on the special geometry elements 18, 19 (see FIG. 7).
  • the respective special geometry element 18 , 19 is designed as a functional element of component 2 .
  • the special geometry element 18, 19 or the functional element is of particular importance for the functionality of the finished component 2.
  • the functional element is the area or surface 9.
  • the functional element can also be a hole or other material recess, such as a through hole or blind hole without a thread and/or provided with an internal thread, a groove, etc. It is also conceivable that the functional element is designed as a cylindrical or polyhedral material projection, for example as a threadless and / or provided with an external thread pin or as another correspondingly designed material elevation.
  • the functional element acts in the finished component 2 as a material, positive and/or non-positive connection element to form a material, positive and/or non-positive connection device, for example between the component 2 and another component, around the component 2 and the further component To be connected to one another in a material, positive and/or non-positive manner.
  • the respective special geometry element 18 , 19 can be an auxiliary production element of the component 2 .
  • a special geometry element 18, 19 designed as the auxiliary production element is produced, for example, during 3D printing of the intermediate product, in particular layered from the same material powder as the intermediate product or the component 2 itself .
  • the respective auxiliary production element is designed, for example, as an auxiliary printing element or as a so-called support structure, on the basis of which material projections, in particular material overhangs, can be produced by means of 3D printing. Furthermore, these material projections or overhangs do not break off during the sintering of the green part or intermediate product and/or do not deform when the material projections or overhangs are supported by the auxiliary production elements.
  • the auxiliary production element is therefore of particular importance for the production of the component 2 .
  • the special geometry elements 18, 19 of the models 3, 11 are arranged particularly close to one another--if possible congruently.
  • Step S4 of the method is thus carried out, for example, in such a way that the special geometry elements 18, 19 which correspond to one another remain arranged close to one another, in particular remain aligned with one another. Consequently, the total deviation amount formed from the local deviation amounts 13 becomes minimum while satisfying such a condition.
  • the other geometry elements 20, 21 are elements of the network model 3 or component 2, which have very little, in particular no, importance for the production and for the functionality of the component 2.
  • a deviation amount sum, which is formed from the local deviation amounts 13 on the special geometry elements 18, 19, is primarily minimized or reduced by the alignment, with another deviation amount sum, which is formed from the local deviation amounts 13 on the other geometry elements 20, 21, when Align is minimized or reduced subordinate.
  • the method also has a loop S10, which comprises at least steps S2, S3 and S4.
  • Loop S10 is repeated at least once, that is to say it is run through at least once more after it has been run through for the first time, with step S2, for example, following step S4 for repeating steps S2, S3, S4.
  • the loop S10 is carried out iteratively until the respective deviation amount 13 corresponds to the first permissible tolerance amount.
  • the method has a step S4a before the generation of the pressure model 1, in which, after the first iteration of step S4, a first iteration network model of the component 2 is generated by the network model 3 being changed or modified using the deviation amounts 13. Then, when executing loop S10, the iteration network model is fed to step S2.
  • the loop S10 has the steps S1b, S1a, S2, S3, S4 and S4a, with the step S1b following the step S4a for the repetition of the steps S1b, S1a, S2, S3, S4 and S4a.
  • the first iteration network model generated in step S4a is fed to step S1b of loop S10, in which the first iteration network model is optionally scaled to form a scaled first iteration network model.
  • the first iteration network model is then made available to step S1a, in which—analogously to the above description—the network elements 4 are enlarged.
  • the first (possibly scaled) iteration network model with the enlarged network elements 10 is provided to step S2 of loop S10, in which the first iteration network model is heat-treated or sintered in a simulative manner.
  • a first iteration deformation network model is generated, which is compared with network model 3 in step S3 of loop S10 and the deviation amounts between network model 3 and the iteration deformation network model are determined.
  • step S4 of loop S10 the iteration deformation network model and the network model 3 are aligned with one another, the total deviation amount formed from the deviation amounts 13 between the iteration deformation network model and the network model 3 becoming minimal.
  • Loop S10 also includes step S4a, in which a second iteration network model is created for a second repetition of loop S10 by changing or modifying the first iteration deformation network model using local deviation values 13 .
  • the second iteration network model is then fed to step S1b of the loop for a further iteration of the loop.
  • step S4a--a test in which the respective deviation amount 13, in particular at the special geometry elements 18, 19, is checked for compliance with the first permissible tolerance amount.
  • the test includes checking the respective amount of deviation 13 apart from the special geometry elements 18, 19 - ie for example on the other geometric elements 20, 21 - for compliance with the second permissible tolerance amount. If the check establishes that at least the first tolerance amount is complied with, loop S10 is terminated and the method, for example after step S4, is continued with a further step S5.
  • step S5 of the method the print model 1 of the component 2 to be manufactured is now generated.
  • the network model 3 is changed or modified using the local deviation values 13 .
  • the digital pressure model 1 is therefore based on the network model 3, which was changed/modified using the deviation amounts 13 that occurred between the network model 3 and the deformation network model 11. If loop S10 was run through or executed at least once before step S5, digital pressure model 1 is based on network model 3, which was changed/modified using deviation amounts 13 that occurred between network model 3 and the iteration deformation network model. Fig.
  • FIG. 8 shows a schematic and perspective view of the print model 1, which is deformed in relation to the network model 3 and in relation to the deformation network model 11 in such a way that when the intermediate product that has been produced according to the print model 1 is sintered, the intermediate product or green part is deformed so that the shape of the component 2 is formed.
  • Step S5a takes place after the print model 1 has been provided, ie after step S5.
  • the network elements 10 arranged away from the deformation hot spots 6 and enlarged in step S1a are reduced in size (again) in step S5a, as a result of which the print model 1 is refined or the fine print model 1a is generated.
  • the printed model 1 of the component 2 to be produced, which has the enlarged mesh elements 10 has been generated—the printed model 1 is refined, the previously enlarged mesh elements 10 away from the deformation hotspot(s) 6 being reduced in size.
  • the number of network elements 10 and the number of network nodes 5, which were reduced in step S1a are increased again in such a way that after the increase, the number of network elements 4 or network nodes 5 again corresponds to the respective number before the network elements 4 were increased.
  • the previously enlarged network elements 10 arranged away from the respective deformation hotspot 6 are (again) reduced in size according to a factor.
  • the factor is selected in such a way that the network elements 10 arranged away from the deformation hot spots are reduced in size in accordance with the desired print resolution.
  • the size of the network element can be specified as a boundary condition for the network model 3 or for the print model 1, 1a, with the size of the network element and the desired print resolution for the component 2 corresponding to one another - the smaller the size of the network element or the more network elements 4, the higher is the print resolution.
  • the corresponding network elements 10 have the same network element size as the network elements 4 have.
  • Method B differs from method A by a step S6, in which the digital print model 1, preferably the fine print model 1a, is provided to a production unit, in particular a binder jetting 3D printer. The intermediate product or green part of the component 2 is then actually produced by means of the 3D printer and using the print model 1 .
  • step S6 includes the (real) sintering of the green part, whereby the component 2 is produced.
  • step S6 of method B follows method A, in particular step S5a of method A.
  • method A has steps S1, S1b, S1a, S2, S3, S4, S4a, S5 and S5a
  • method B comprises steps S1, S1b, S1a, S2, S3, S4, S4a, S5, S5a and S6.
  • the invention shows how particularly efficiently and precisely a deformation occurring on important elements of the component 2 as a result of a heat treatment is compensated for. Since the network model 3 is used to simulate the sintering, in which at least a portion of the network elements 4 has been enlarged to form the network elements 10, the effort involved in carrying out the simulation is advantageously particularly low.
  • the method concentrates on enlarging the network elements 4 and, in a further embodiment, on reducing the previously enlarged network elements 10 again.
  • method A, B has been described here in connection with an additive manufacturing method, it should be understood that method A, B can also be used for other manufacturing methods in which heat is introduced into the corresponding component or into a corresponding intermediate product, such as when welding.

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Abstract

The invention relates to a method (A) for providing a digital printing model (1, 1a) and to a method (B) for producing a component (2) on the basis of the printing model (1, 1a). A network model (3) of the component (2) to be produced is provided; heat treatment is simulated on the basis of the network model (3), whereby a digital deformation network model (11) is generated; the network model (3) is compared with the deformation network model (11), whereby local deviation amounts (13) between the models (3, 11) are determined; the models (3, 11) are oriented to each other such that a total deviation amount calculated from the local deviation amounts (13) between the network model (3) and the deformation network model (11) becomes minimal; and the printing model (1, 1a) is generated by modifying the network model (3) on the basis of the local deviation amounts (13). Before the simulated heat treatment on the network model (3), a deformation hot spot (6) is identified, and network elements (4) of the network model (3) away from the deformation hot spot (6) are enlarged.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells sowie Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils Method for providing a digital print model and method for additively manufacturing a component
Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Verfahren, mittels dessen ein digitales Druckmodell bereitgestellt wird, anhand dessen ein Bauteil additiv herstellbar ist. Weiter betrifft die Erfindung gemäß Patentanspruch 10 ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils. According to patent claim 1, the invention relates to a method by means of which a digital printing model is provided, by means of which a component can be produced additively. Furthermore, the invention according to patent claim 10 relates to a method for the additive manufacturing of a component.
Heutzutage werden additive Fertigungsverfahren insbesondere eingesetzt, um Bauteile herzustellen, deren geometrische Gestalt nicht oder nur unter Einsatz besonders großen Aufwands mittels herkömmlicher, zum Beispiel spanabhebender Fertigungsmethoden realisierbar sind. Des Weiteren werden die additiven Fertigungsverfahren mit zunehmender Weiterentwicklung immer rentabler, weswegen derzeit immer mehr additive Fertigungsverfahren Einzug in eine Serienproduktion von Bauteilen finden. Nowadays, additive manufacturing methods are used in particular to produce components whose geometric shape cannot be realized or can only be realized with the use of particularly great effort using conventional, for example metal-cutting, manufacturing methods. Furthermore, the additive manufacturing processes are becoming more and more profitable with increasing further development, which is why more and more additive manufacturing processes are currently finding their way into the series production of components.
Das additive Fertigungsverfahren kann beispielsweise als ein 3D-Drucken ausgebildet sein, insbesondere als ein Binder-Jetting-Druckverfahren. Dementsprechend ist eine Fertigungseinheit zum Beispiel als ein 3D-Drucker ausgebildet. Die Fertigungseinheit, mittels derer das Binder-Jetting-Verfahren zum Herstellen von Bauteilen eingesetzt wird, ist dazu konfiguriert, in einem Druckprozess sich direkt abwechselnden Schichten eines Bindemittels und eines Materialpulvers auf ein Druckbett des 3D-Druckers aufzuschichten. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine erste Schicht, die mittels des 3D-Druckers auf das Druckbett aufgetragen wird, eine Bindemittelschicht ist, um ein unerwünschtes Verrutschen des zu druckenden Gegenstands auf dem Druckbett zu vermeiden. Das Materialpulver ist zum Beispiel ein metallisches Pulver, wobei das Materialpulver und das Bindemittel, bei welchem es sich um eine Flüssigkeit handeln kann, derart ausgebildet oder gewählt sind, dass mittels einer Bindemittelschicht zwei zueinander benachbarte Materialpulverschichten miteinander verbunden sind. Das bedeutet, dass beim Binder-Jetting-3D-Drucken eine erste Materialpulverschicht auf das Druckbett aufgetragen wird. Auf diese erste Materialpulverschicht wird dann an bestimmten Stellen (bestimmt durch einen Bauplan, etwa ein Modell des zu druckenden Bauteils) eine Bindemittelschicht aufgetragen. Darauf folgt ein Aufträgen einer weiteren Materialpulverschicht auf die Bindemittelschicht. So werden die beiden Materialpulverschichten zum einen mittels der Bindemittelschicht miteinander verbunden, beispielsweise verklebt. Zum anderen wird die aus einzelnen Pulverelementen bestehende erste Materialpulverschicht verfestigt, indem die einzelnen Pulverelemente durch das Aufträgen der Bindemittelschicht miteinander verbunden werden, da das Bindemittel in die Materialpulverschicht zwischen die Pulverelemente eindringt und die Pulverelemente miteinander verbindet. The additive manufacturing method can be embodied, for example, as 3D printing, in particular as a binder jetting printing method. Accordingly, a production unit is designed as a 3D printer, for example. The manufacturing unit, by means of which the binder jetting method is used to produce components, is configured to apply directly alternating layers of a binder and a material powder to a printing bed of the 3D printer in a printing process. In this case, it can be provided, for example, that a first layer, which is applied to the printing bed by means of the 3D printer, is a binder layer in order to prevent the object to be printed from slipping on the printing bed in an undesirable manner. The material powder is, for example, a metallic powder, the material powder and the binder, which can be a liquid, being designed or selected in such a way that two adjacent material powder layers are connected to one another by means of a binder layer. This means that in binder jet 3D printing, a first layer of material powder is applied to the print bed. A binder layer is then applied to this first layer of material powder at certain points (determined by a construction plan, such as a model of the component to be printed). This is followed by applying another material powder layer to the binder layer. The two material powder layers are connected to one another by means of the binder layer, glued for example. On the other hand, the first material powder layer consisting of individual powder elements is solidified by the individual powder elements being connected to one another by the application of the binder layer, since the binder penetrates into the material powder layer between the powder elements and connects the powder elements to one another.
Durch ein derartiges Drucken bzw. Herstellen „wächst“ mit steigender Anzahl der Schichten ein Zwischenerzeugnis - ein sogenanntes Grünteil - entlang einer zum Beispiel vertikalen Druckachse, wobei ein digitales Druckmodell eine Geometrie des Zwischenerzeugnisses bzw. Grünteils umfasst und insbesondere die Stellen, auf die das Bindemittel aufgetragen wird, charakterisiert. Mit anderen Worten wird der Fertigungseinheit das Druckmodell bereitgestellt, wobei die Fertigungseinheit dazu ausgebildet ist, anhand des digitalen Druckmodells die abwechselnden Schichten aus Bindemittel bzw. Materialpulver auf dem Druckbett anzuordnen. Through such printing or production, an intermediate product - a so-called green part - "grows" with an increasing number of layers along a vertical printing axis, for example, with a digital print model including a geometry of the intermediate product or green part and in particular the points on which the binder is applied, characterized. In other words, the print model is made available to the production unit, with the production unit being designed to use the digital print model to arrange the alternating layers of binding agent or material powder on the print bed.
Um die mechanische Eigenschaften (etwa eine Festigkeit etc.) des Zwischenerzeugnisses bzw. Grünteils zu verbessern und das entsprechende Bauteil herzustellen, wird das Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil wärmebehandelt, etwa in einem Sinterofen gesintert. Es wird also das Bauteil hergestellt, indem das Grünteil wärmebehandelt, insbesondere gesintert wird. Beim Wärmebehandeln bzw. Sintern entstehen - insbesondere aufgrund von Gravitation, Reibung der Pulverelemente und anisotropen Materialeigenschaften des Materialpulvers und/oder des Bindemittels etc. - Deformationen an dem aus dem Grünteil entstehenden Bauteil. Weiter verliert beim Wärmebehandeln bzw. Sintern das Bindemittel an Volumen und/oder tritt teilweise aus dem Grünteil/Bauteil aus oder wird ausgetrieben. Überdies treten Porositätsreduzierung auf. Aufgrund dessen schrumpft und/oder verzieht sich das Grünteil beim Wärmebehandeln nichtlinear, sodass eine End-Geometrie des gesinterten Bauteils, das mittels des Sinterns des Grünteils hergestellt wurde, in Bezug zu einer Soll-Geometrie des Bauteils aufgrund der nichtlinearen Deformationen verformt ist. Durch die Nichtlinearität der Deformationen kommt es an/in dem Bauteil zu Deformations-Hot-Spots bzw. „Brennpunkten“, an welchen die Deformationen besonders stark ausgeprägt sind und/oder die Deformationen nicht kompensierbar sind. In order to improve the mechanical properties (such as strength, etc.) of the intermediate product or green part and to produce the corresponding component, the intermediate product or green part is heat-treated, for example sintered in a sintering furnace. The component is therefore produced in that the green part is heat-treated, in particular sintered. During the heat treatment or sintering, deformations occur on the component resulting from the green part, in particular due to gravitation, friction of the powder elements and anisotropic material properties of the material powder and/or the binder, etc. Furthermore, during heat treatment or sintering, the binder loses volume and/or partially escapes from the green part/component or is expelled. In addition, porosity reductions occur. Because of this, the green part shrinks and/or warps non-linearly during the heat treatment, so that a final geometry of the sintered component, which was produced by sintering the green part, is deformed in relation to a target geometry of the component due to the non-linear deformations. Due to the non-linearity of the deformations, deformation hotspots or "focal points" occur on/in the component, at which the deformations are particularly pronounced and/or the deformations cannot be compensated for.
Demnach besteht für das additive Herstellen des Bauteils der Bedarf, die durch das Wärmebehandeln auftretenden Deformationen bereits beim Druckprozess zu berücksichtigen und zumindest teilweise zu kompensieren. Hierfür ist zum Beispiel ein Simulieren der Wärmebehandlung bekannt, wodurch ein voraussichtliches Schrumpf- und/oder Verzugsverhalten des Grünteils ermittelbar ist. Auf Basis von entsprechenden Simulationsergebnissen soll eine Geometrie des digitalen Druckmodells derart verändert oder modifiziert werden, dass durch die beim Wärmebehandeln des Grünteils verursachten Deformationen das Bauteil mit der End-Geometrie erreicht wird, die der Soll-Geometrie möglichst genau entspricht. Accordingly, for the additive manufacturing of the component, there is a need to take into account and at least partially compensate for the deformations that occur as a result of the heat treatment during the printing process. For this purpose, for example, a simulation of the heat treatment is known, whereby an expected shrinkage and/or warping behavior of the green part can be determined. Based on appropriate Simulation results are to be used to change or modify the geometry of the digital print model in such a way that the deformations caused by the heat treatment of the green part result in the component having the final geometry that corresponds as closely as possible to the target geometry.
Jedoch ist ein derartiges Simulieren des Wärmebehandelns besonders aufwändig, da die nichtlinearen Deformationen besonders schwierig effizient kompensierbar sind. Denn an/in dem Bauteil treten in einigen Bereichen des Bauteils nichtlinearen Deformationen auf, wodurch Abweichungen zwischen der End-Geometrie und der Soll-Geometrie nur besonders schwierig zu berechnen bzw. zu kompensieren sind. However, such a simulation of the heat treatment is particularly complex, since the non-linear deformations are particularly difficult to efficiently compensate. This is because non-linear deformations occur on/in the component in some areas of the component, as a result of which deviations between the final geometry and the target geometry are particularly difficult to calculate or to compensate for.
Aus der US 10456 833 B2 ist ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Objekts als bekannt zu entnehmen, wobei eine Stützstruktur bereitgestellt wird, auf welche basierend auf einem digitalen Netzmodell ein Materialpulver und ein Binder aufgetragen werden, um das Objekt auszubilden. Die Stützstruktur ist derart ausgebildet, dass ein Schrumpfen der Stützstruktur und ein Schrumpfen des Objekts während einer Wärmebehandlung des Objekts aufeinander abgestimmt sind. A method for additively manufacturing an object is known from US Pat. No. 1,0456,833 B2, a support structure being provided to which a material powder and a binder are applied based on a digital mesh model in order to form the object. The support structure is designed in such a way that shrinkage of the support structure and shrinkage of the object are coordinated with one another during heat treatment of the object.
Die WO 2018/026 962 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, wobei basierend auf einem Modell des Objekts ein Materialpulver und eine Bindersubstanz auf ein Pulverbett aufgebracht werden. Hierbei kommt zum Erstellen des Modells ein Computer zum Einsatz, mittels dessen ein Originaldesign des Modells skaliert wird, um ein durch ein Sintern des Objekts auftretendes Sinterungsschrumpfen des Objekts zu kompensieren. WO 2018/026 962 A1 discloses a method for producing a three-dimensional object, wherein a material powder and a binder substance are applied to a powder bed based on a model of the object. In this case, a computer is used to create the model, by means of which an original design of the model is scaled in order to compensate for sintering shrinkage of the object that occurs as a result of sintering of the object.
Des Weiteren ist in der US 2019 001 658 A1 eine Computereinrichtung offenbart, mittels derer während eines additiven Aufbauens eines Teils wenigstes ein Anteil eines Modells des Teils dynamisch erzeugbar oder modifizierbar ist. Dazu ist die Computereinrichtung dazu ausgebildet, einen Unterschied zwischen einem bereits gefertigten Anteil des Teils und einem noch zu fertigenden Anteil des Teils zu ermitteln und zu bestimmen, ob der Unterschied zu einer Abweichung des Teils von dem Modell des Teils führen würde. Weiter ist die Computereinrichtung dazu konfiguriert, basierend auf dem Unterschied den Anteil des Modells des Teils dynamisch zu erzeugen oder zu modifizieren. Jedoch bietet keines dieser herkömmlichen Verfahren eine Möglichkeit, die am Grünteil durch das Wärmebehandeln auftretenden Deformationen bereits beim Druckprozess zu berücksichtigen und zumindest teilweise zu kompensieren. Furthermore, US 2019 001 658 A1 discloses a computer device by means of which at least one part of a model of the part can be dynamically generated or modified during additive construction of a part. To this end, the computer device is designed to determine a difference between a portion of the part that has already been manufactured and a portion of the part that is still to be manufactured, and to determine whether the difference would lead to a deviation of the part from the model of the part. Further, the computing device is configured to dynamically create or modify the portion of the model of the part based on the difference. However, none of these conventional methods offer a possibility of already taking into account and at least partially compensating for the deformations occurring on the green part as a result of the heat treatment during the printing process.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Aufwand zum additiven Herstellen eines Bauteils mit besonders vorteilhaften Maßtoleranzen zu verringern. The object of the present invention is to reduce the effort involved in additively manufacturing a component with particularly advantageous dimensional tolerances.
Diese Aufgabe wird durch ein gemäß Patentanspruch 1 ausgebildetes Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells, anhand dessen ein Bauteil additiv herstellbar ist, gelöst. Ferner wird diese Aufgabe durch ein gemäß Patentanspruch 10 ausgebildetes Verfahren zum additiven Herstellen des Bauteils gelöst. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen des digitalen Druckmodells sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zum additiven Herstellen des Bauteils anzusehen und umgekehrt. This object is achieved by a method designed according to patent claim 1 for providing a digital printing model, based on which a component can be produced additively. Furthermore, this object is achieved by a method designed according to patent claim 10 for additively manufacturing the component. Features, advantages and advantageous configurations of the method according to the invention for providing the digital print model are to be regarded as features, advantages and advantageous configurations of the method for additively manufacturing the component and vice versa.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells vorgeschlagen, wobei das mittels des Verfahrens bereitgestellte bzw. bereitstellbare Druckmodell zum additiven Herstellen des Bauteils einsetzbar ist oder eingesetzt wird. Bei dem Bauteil handelt es sich beispielsweise um ein metallisches Bauteil, das mittels eines additiven Herstellungsverfahrens herstellbar ist oder hergestellt wird. Bei dem Bauteil handelt es sich insbesondere um ein Bauteil, das im Bereich Maschinen- und/oder Anlagenbau eingesetzt wird, etwa als ein Fahrzeugbauteil, als ein Bauteil einer Fertigungseinheit für Fahrzeuge etc. Das Bauteil kann zum Beispiel im Kraftfahrzeugbau, insbesondere Serienkraftfahrzeugbau, eingesetzt oder angewendet werden, etwa als Werkzeug, Bauelement, Halbzeug etc. oder als Komponente davon. According to a first aspect of the invention, a method for providing a digital print model is proposed, wherein the print model provided or that can be provided by means of the method can be used or is used for the additive manufacturing of the component. The component is, for example, a metallic component that can be produced or is produced by means of an additive manufacturing method. The component is in particular a component that is used in the field of machine and/or plant construction, for example as a vehicle component, as a component of a production unit for vehicles, etc. The component can be used, for example, in motor vehicle construction, in particular series motor vehicle construction, or be used, for example as a tool, component, semi-finished product, etc. or as a component thereof.
In einem (beispielsweise ersten) Schritt S1 des Verfahrens wird ein Netzmodell des Bauteils bereitgestellt. Das Netzmodell wird zum Beispiel bereitgestellt, indem ein CAD-Modell (CAD: computer-aided design - rechnerunterstütztes Konstruieren) des Bauteils erzeugt wird und das CAD-Modell (oder eine Kopie desselben) dann mit Netzelementen, etwa finiten Elementen, vernetzt wird. Demnach weist das Netzmodell eine Vielzahl von Netzelementen auf, die miteinander an Netzknotenpunkten aneinander angrenzen und miteinander verbunden sind. Das jeweilige Netzelement ist von polygonaler Gestalt, beispielsweise dreieckig. Eine maximale Größe der Netzelemente - also eine maximale Netzelementgröße - wird insbesondere anhand einer gewünschten Druckqualität bzw. Druckauflösung für ein Verfahren zum Herstellen des Bauteils ausgesucht. Das CAD-Modell weist eine Soll-Geometrie des Bauteils auf, das heißt Informationen bzw. Daten, die eine Gestalt sowie Abmessungen oder relative Abmessungsverhältnisse des Bauteils charakterisieren. Die Soll-Geometrie entspricht einer End-Geometrie, welche das fertig hergestellte Bauteil - möglichst genau - aufweisen soll. Idealerweise weist das Bauteil also als End-Geometrie die Soll-Geometrie des CAD-Modells auf, wenn das Bauteil fertig hergestellt wurde. Anders ausgedrückt ist vorgesehen, dass das fertig hergestellte Bauteil und das CAD- Modell einander entsprechen. Da das Netzmodell auf dem CAD-Modell basiert, weist das Netzmodell die Soll-Geometrie auf, sodass vorgesehen ist, dass das fertig hergestellte Bauteil und das Netzmodell einander entsprechen. Dies ist jedoch - wie eingangs dargelegt - nicht ohne Weiteres möglich, insbesondere wenn zum Herstellen des Bauteils eine Wärmebehandlung erforderlich ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn zum Herstellen des Bauteils mittels eines Binder-Jetting-Druckverfahrens zunächst ein Grünteil hergestellt wird, und das Grünteil anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um das Bauteil fertig herzustellen. In a (for example first) step S1 of the method, a mesh model of the component is provided. The mesh model is provided, for example, by creating a CAD (computer-aided design) model of the component and then meshing the CAD model (or a copy thereof) with mesh elements such as finite elements. Accordingly, the network model has a large number of network elements which adjoin one another at network nodes and are connected to one another. The respective network element is polygonal in shape, for example triangular. A maximum size of the network elements—ie a maximum network element size—is selected in particular on the basis of a desired print quality or print resolution for a method for producing the component. The CAD model has a target geometry of the component, ie information or data that characterizes a shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component. The target geometry corresponds to a final geometry which the finished component should have—as precisely as possible. Ideally, the component has the target geometry of the CAD model as the end geometry when the component has been completely manufactured. In other words, it is provided that the finished component and the CAD model correspond to one another. Since the mesh model is based on the CAD model, the mesh model has the target geometry so that it is provided that the finished component and the mesh model correspond to one another. However, as explained at the outset, this is not readily possible, particularly if heat treatment is required to produce the component. This is the case, for example, when a green part is first produced in order to produce the component by means of a binder jetting printing process, and the green part is then subjected to a heat treatment in order to finish producing the component.
In einem weiteren (beispielsweise zweiten) Schritt S2 des Verfahrens wird eine Wärmebehandlung - beispielsweise ein Sintern - anhand des Netzmodells (oder einer Kopie desselben) simuliert, wodurch ein digitales Deformationsnetzmodell des zu fertigenden Bauteils erzeugt wird. Das Deformationsnetzmodell wird also erzeugt bzw. bereitgestellt, indem, beispielsweise mittels einer Computersimulation, das Netzmodell simulativ einer beim Wärmebehandeln auftretenden Wärmeenergie ausgesetzt wird. Das Deformationsnetzmodell weist eine Deformationsgeometrie bzw. eine deformierte Geometrie des Bauteils, insbesondere eines Zwischenerzeugnisses bzw. des Grünteils, auf, wobei sich die Deformationsgeometrie und die Soll- bzw. End-Geometrie aufgrund von Deformationen voneinander unterscheiden. Insofern weist die Deformationsgeometrie Informationen bzw. Daten auf, die eine Gestalt sowie Abmessungen oder relative Abmessungsverhältnisse des Bauteils charakterisieren, die das Bauteil hätte, wenn es anhand des unveränderten Netzmodells gefertigt worden wäre. Die Deformationsgeometrie ist als Soll- bzw. End Geometrie des Bauteils aber unerwünscht. In a further (e.g. second) step S2 of the method, a heat treatment--e.g. sintering--is simulated using the network model (or a copy thereof), whereby a digital deformation network model of the component to be manufactured is generated. The deformation network model is thus generated or provided in that, for example by means of a computer simulation, the network model is simulatively exposed to thermal energy occurring during the heat treatment. The deformation network model has a deformation geometry or a deformed geometry of the component, in particular an intermediate product or the green part, with the deformation geometry and the target or end geometry differing from one another due to deformations. In this respect, the deformation geometry has information or data that characterizes a shape and dimensions or relative dimension ratios of the component that the component would have if it had been manufactured using the unchanged mesh model. However, the deformation geometry is undesirable as the target or end geometry of the component.
Das Verfahren weist einen weiteren (beispielsweise dritten) Schritt S3 auf, in welchem das Netzmodell mit dem Deformationsnetzmodell verglichen wird, wodurch lokale Abweichungsbeträge zwischen dem Netzmodell und dem Deformationsnetzmodell ermittelt werden. Bei dem jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag handelt es sich zum Beispiel um einen Betrag eines Längenmaßes, welches die lokale Abweichung als gerade Entfernung zwischen miteinander korrespondierenden Geometrieelementen (etwa Punkten, Kanten, Flächen etc.) des Netzmodells und des Deformationsnetzmodells charakterisiert. Ferner kann es sich bei dem lokalen Abweichungsbetrag um einen Betrag eines Winkelmaßes handeln, welches die lokale Abweichung als Abweichungswinkel zwischen den miteinander korrespondierenden Geometrieelementen des Netzmodells und des Deformationsnetzmodells charakterisiert. Hierbei werden/wird die gerade Entfernung und/oder der Abweichungswinkel zwischen den entsprechenden Geometrieelementen insbesondere auf eine oder mehr der drei Raumrichtungen x, y, z bezogen. Insbesondere kann der jeweilige lokale Abweichungsbetrag zwischen einem Netzknoten des Netzmodells und einem korrespondierenden Netzknoten des Deformationsnetzmodells ermittelt werden. The method has a further (for example third) step S3, in which the network model is compared with the deformation network model, as a result of which local deviation amounts between the network model and the deformation network model are determined. The respective local deviation amount is, for example, an amount of a linear measure that defines the local deviation as a straight distance between corresponding geometric elements (e.g. points, edges, surfaces, etc.) of the network model and the deformation network model. Furthermore, the local deviation amount can be an amount of an angular measure that characterizes the local deviation as a deviation angle between the mutually corresponding geometric elements of the network model and the deformation network model. In this case, the straight distance and/or the angle of deviation between the corresponding geometric elements is/are related in particular to one or more of the three spatial directions x, y, z. In particular, the respective local deviation amount between a network node of the network model and a corresponding network node of the deformation network model can be determined.
Ferner umfasst das Verfahren einen weiteren (beispielsweise vierten) Schritt S4, wobei das Netzmodell und das Deformationsnetzmodell derart aneinander ausgerichtet werden, dass ein Gesamtabweichungsbetrag minimal wird, welcher aus den lokalen Abweichungsbeträgen zwischen dem Netzmodell und dem Deformationsnetzmodell gebildet wird. Der Vorgang, um das Netzmodell und das Deformationsnetzmodell aneinander auszurichten, erfolgt, indem die beiden Modelle relativ zueinander oder eines der beiden Modelle in Bezug zu dem anderen der Modelle translatorisch und/oder rotatorisch bewegt/verschoben werden. Hierbei werden an vorgegebenen/vorgebbaren Stellen der Modelle lokale Abweichungsbeträge bestimmt/berechnet, welche dann zu dem Gesamtabweichungsbetrag addiert werden. Die beiden Modelle gelten als am besten aneinander ausgerichtet, wenn der Gesamtabweichungsbetrag, das heißt eine Summe aus allen lokalen Abweichungsbeträgen, minimal geworden ist. Dementsprechend erfolgt das Ausrichten der beiden betreffenden Modelle insbesondere mittels eines sogenannten Best-Fit-Algorithmus (Best-Fit: bestmögliche Anpassung). Das Ausrichten wird ohne ein reales Herstellen der beteiligten Modelle durchgeführt, zum Beispiel simulativ. The method also includes a further (e.g. fourth) step S4, in which the network model and the deformation network model are aligned with one another in such a way that a total deviation amount is minimal, which is formed from the local deviation amounts between the network model and the deformation network model. The process of aligning the mesh model and the deformation mesh model with one another is carried out by moving/translating the two models relative to one another or one of the two models relative to the other of the models in a translatory and/or rotary manner. In this case, local deviation amounts are determined/calculated at predetermined/predeterminable points of the models, which are then added to the total deviation amount. The two models are said to be most aligned when the total amount of deviation, i.e. a sum of all local amounts of deviation, has become minimal. Accordingly, the two models in question are aligned in particular by means of a so-called best-fit algorithm (best-fit: best possible adjustment). The alignment is carried out without actually producing the models involved, for example in a simulative manner.
In einem weiteren (beispielsweise fünften) Schritt S5 des Verfahrens wird das Druckmodell des zu fertigenden Bauteils erzeugt, indem das Netzmodell (oder die Kopie desselben) anhand der lokalen Abweichungsbeträge verändert oder modifiziert wird. Das digitale Druckmodell basiert also auf dem Netzmodell, welches anhand der lokalen Abweichungsbeträge verändert/modifiziert wurde. Das heißt, dass es sich bei dem gemäß dem Verfahren erzeugten Druckmodell um ein vernetztes Druckmodell handelt, also um ein Druckmodell, welches Netzelemente, beispielsweise finite Elemente, umfasst. Weist das Deformationsnetzmodell zwischen zwei Punkten beispielsweise ein kleineres Maß auf als das Netzmodell, wird auf Basis des Netzmodells das Druckmodell erstellt, wobei an den korrespondierenden Punkten des Druckmodells das Maß des Netzmodells um den Abweichungsbetrag verlängert wird. Sollte das Deformationsnetzmodell zwischen den zwei Punkten ein größeres Maß aufweisen als das Netzmodell, wird beim/zum Erstellen des Druckmodells an den korrespondierenden Punkten des Druckmodells das Maß des Netzmodells um den Abweichungsbetrag verkürzt. In analoger Weise wird beim Erstellen des Druckmodells vorgegangen, um Winkelabweichungen zu kompensieren: Ist beispielsweise eine Fläche oder Kante des Deformationsnetzmodells gegen eine korrespondierende Fläche oder Kante des Netzmodells um einen Abweichungswinkel gekippt, wird beim/zum Erstellen des Druckmodells die korrespondierende Fläche/Kante des Druckmodells um den Abweichungswinkelbetrag gegenläufig gekippt. In a further (e.g. fifth) step S5 of the method, the print model of the component to be manufactured is generated by changing or modifying the network model (or the copy thereof) using the local deviation amounts. The digital pressure model is therefore based on the network model, which was changed/modified using the local deviation amounts. This means that the print model generated according to the method is a networked print model, ie a print model which includes network elements, for example finite elements. If, for example, the deformation network model has a smaller dimension between two points than the network model, the pressure model is created on the basis of the network model, with the dimension of the network model being extended by the amount of deviation at the corresponding points of the pressure model. should that If the deformation network model has a larger dimension between the two points than the network model, the dimension of the network model is reduced by the amount of deviation when/for creating the pressure model at the corresponding points of the pressure model. The procedure for creating the print model is analogous in order to compensate for angular deviations: If, for example, a surface or edge of the deformation mesh model is tilted by a deviation angle against a corresponding surface or edge of the mesh model, the corresponding surface/edge of the print model is tilted when/for creating the print model tilted in opposite directions by the deviation angle amount.
Durch die Nichtlinearität von bei einer tatsächlichen Wärmebehandlung an dem Grünteil auftretenden Deformationen kommt es an/in dem Bauteil zu einem Deformations-Hot-Spot bzw. „Brennpunkt“ oder zu mehr als einem Deformations-Hot-Spot. Am jeweiligen Deformations-Hot- Spot sind die Deformationen besonders stark ausgeprägt und/oder nicht kompensierbar. Die Deformations-Hot-Spots kann zum Beispiel ein mit der Konstruktion des Bauteils beauftragter (menschlicher) Konstrukteur beim Erstellen des CAD-Modells und/oder Netzmodells als solche identifizieren und als solche zum Beispiel im CAD-Modell und/oder Netzmodell markieren. Insbesondere fallen ein jeweiliger Deformations-Hot-Spot und eine scharfe Kante oder Ecke des Bauteils zusammen. Anders ausgedrückt tritt beim Wärmebehandeln des Grünteils zum Beispiel an der scharfen Kante/Ecke einer der Deformations-Hot-Spots auf. Des Weiteren fallen ein jeweiliger Deformations-Hot-Spot und eine plane bzw. ebene Fläche, insbesondere Oberfläche, des Bauteils zusammen, was bedeutet, dass aufgrund des Wärmebehandelns des Grünteils an der planen bzw. ebenen Fläche/Oberfläche einer der Deformations-Hot-Spots auftritt. Mit anderen Worten kann es sich bei dem jeweiligen Deformations-Hot-Spot um eine Ecke, eine Kante und/oder eine Fläche sowie alternativ oder zusätzlich um ein sonstiges Element des CAD-Modells/Grünteils (etwa einen von einer Fläche, Ecke und/oder Kante unabhängigen Punkt) handeln. Due to the non-linearity of deformations occurring on the green part during an actual heat treatment, a deformation hot spot or “focal point” or more than one deformation hot spot occurs on/in the component. The deformations are particularly pronounced and/or cannot be compensated for at the respective deformation hot spot. For example, a (human) designer commissioned with the construction of the component can identify the deformation hotspots as such when creating the CAD model and/or mesh model and mark them as such in the CAD model and/or mesh model, for example. In particular, a respective deformation hot spot and a sharp edge or corner of the component coincide. In other words, when the green part is heat treated, for example, one of the deformation hot spots occurs at the sharp edge/corner. Furthermore, a respective deformation hot spot and a flat or flat surface, in particular surface, of the component coincide, which means that due to the heat treatment of the green part on the flat or flat surface/surface, one of the deformation hot spots occurs. In other words, the respective deformation hot spot can be a corner, an edge and/or a surface and, alternatively or additionally, another element of the CAD model/green part (e.g. one of a surface, corner and/or edge independent point) act.
Um nun einen Aufwand zum additiven Herstellen des Bauteils mit besonders vorteilhaften Maßtoleranzen zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass vor dem Schritt S2 (zum Beispiel in einem Schritt S1a) an dem Netzmodell (oder an dessen Kopie) ein Deformations- Hot-Spot identifiziert wird oder mehrere Deformations-Hot-Spots identifiziert werden und abseits des/der Deformations-Hot-Spots angeordnete Netzelemente des Netzmodells vergrößert werden. Mit anderen Worten umfasst das Netzmodell für die nach dem Vergrößern der Netzelemente bzw. nach dem Schritt S1a durchzuführenden Schritte des Verfahrens die abseits des jeweiligen Deformations-Hot-Spots gelegenen und vergrößerten Netzelemente. Beim Vergrößern der Netzelemente abseits der Deformations-Hot-Spots werden eine Anzahl von Netzknotenpunkten und eine Anzahl der Netzelemente reduziert, wobei die nach dem Vergrößern verbleibenden Netzknotenpunkte positionell an derselben Stelle angeordnet sind wie vor dem Vergrößern der Netzelemente. Das bedeutet, dass zum Vergrößern der Netzelemente abseits der Deformations-Hot-Spots ein Anteil der Netzknotenpunkte eliminiert wird. Es ist dann zum Beispiel vorgesehen, dass das um die entsprechenden Netzknotenpunkte verringerte Netzmodell zumindest abseits der Deformations-Hot-Spots zwischen den verbleibenden Netzknotenpunkten neu vernetzt wird, wodurch aufgrund der reduzierten Anzahl von Netzknotenpunkten eine jeweilige Größe der an der Neuvernetzung beteiligten Netzelemente bezogen auf das Netzmodell vor dem Vergrößern größer ist. Es ist zu verstehen, dass die Netzelemente, die an dem jeweiligen Deformations-Hot-Spot angeordnet sind, unverändert bleiben, also weder vergrößert noch verkleinert werden. In order to reduce the effort involved in additively manufacturing the component with particularly advantageous dimensional tolerances, the invention provides for a deformation hot spot to be identified on the network model (or on its copy) before step S2 (for example in a step S1a). or a plurality of deformation hot spots are identified and network elements of the network model arranged away from the deformation hot spot(s) are enlarged. In other words, the network model for the steps of the method to be carried out after the enlargement of the network elements or after step S1a comprises the enlarged network elements located away from the respective deformation hotspot. When enlarging the mesh elements away from the deformation hot spots, a number of mesh nodes and a number of the mesh elements are reduced, with the mesh nodes remaining after the enlarging being positionally arranged at the same place as before the enlarging of the mesh elements. This means that in order to enlarge the mesh elements away from the deformation hot spots, a proportion of the mesh nodes are eliminated. Provision is then made, for example, for the network model reduced by the corresponding network nodes to be re-meshed at least away from the deformation hotspots between the remaining network nodes, which means that, due to the reduced number of network nodes, a respective size of the network elements involved in the re-meshing in relation to the Mesh model is larger before zooming. It is to be understood that the network elements which are arranged at the respective deformation hot spot remain unchanged, ie are neither enlarged nor reduced.
Hierdurch verringert sich ein Aufwand zum Bereitstellen des Druckmodells, insbesondere ein Aufwand zum Simulieren der Wärmebehandlung, wobei es sich bei der Wärmebehandlung zum Beispiel um das Sintern handelt. Denn mit der reduzierten Anzahl der Netzelemente geht ein reduzierter Rechen- bzw. Simulationsaufwand einher, der zu einem zweckmäßigen bzw. zielführendes Simulationsergebnis führt. Folglich sinkt bei gegebener Rechenleistung einer Simulationseinheit, mittels derer die Simulation durchgeführt wird, eine Dauer zum Durchführen der Simulation maßgeblich, zum Beispiel um einen Faktor, um welchen die Anzahl der Netzelemente verringert ist. So wird bei dem Verfahren effizienter das Druckmodell erstellt bzw. bereitgestellt, wodurch das additive Herstellen des Bauteils besonders einfach und/oder aufwandsarm durchführbar ist. This reduces the effort involved in providing the print model, in particular the effort involved in simulating the heat treatment, the heat treatment being, for example, sintering. This is because the reduced number of network elements is accompanied by a reduced computing and simulation effort, which leads to an expedient and target-oriented simulation result. Consequently, with a given computing power of a simulation unit, by means of which the simulation is carried out, the duration for carrying out the simulation decreases significantly, for example by a factor by which the number of network elements is reduced. In this way, the printing model is created or provided more efficiently in the method, as a result of which the additive manufacturing of the component can be carried out particularly easily and/or with little effort.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird an dem Netzmodell (oder dessen Kopie) der wenigstens eine bzw. der jeweilige Deformations-Hot-Spot identifiziert, indem mittels einer Kurzsimulation eine Wärmebehandlung anhand des Netzmodells simuliert wird. Diese Kurzsimulation, die insbesondere im Rahmen des Schritts S1a des Verfahren durchgeführt wird, unterscheidet sich von der simulativen Wärmebehandlung in Schritt S2 insbesondere dadurch, dass die Kurzsimulation, dass die Kurzsimulation nach einer vorgegebenen oder vorgebbaren Simulationsdauer beendet oder abgebrochen wird. Hierbei beträgt die für die Kurzsimulation vorgegebene/vorgebbare Simulationsdauer insbesondere weniger als eine Minute, insbesondere nur einige Sekunden, zum Beispiel zehn Sekunden. Zweck der Kurzsimulation, bei welcher das Netzmodell für die Simulationsdauer simulativ der beim tatsächlichen Wärmebehandeln des Grünteils auftretenden Wärmeenergie ausgesetzt wird, ist es, die Deformations-Hot-Spots zu identifizieren. Hierfür reicht die besonders kurze Simulationsdauer der Kurzsimulation aus, nach welcher aufgrund der (simulativ) aufgetretenen Verformungen die Deformations-Hot-Spots erkennbar/identifizierbar als Teil der Deformationsgeometrie vorliegen. Dahingegen reicht die kurze Simulationsdauer der Kurzsimulation nicht aus, um die Deformationsgeometrie vollständig bereitzustellen. Das vollständige Simulieren der Wärmebehandlung bzw. des Sinterns und die Kompensationsschleifen dauert um Größenordnungen länger als die Kurzsimulation, etwa mehrere Stunden bis hin zu mehr als einem Tag. In a preferred embodiment of the method, the at least one or the respective deformation hot spot is identified on the mesh model (or its copy) by using a short simulation to simulate a heat treatment using the mesh model. This short simulation, which is carried out in particular as part of step S1a of the method, differs from the simulative heat treatment in step S2 in particular in that the short simulation is terminated or aborted after a predetermined or specifiable simulation period. The simulation duration specified/specifiable for the short simulation is in particular less than one minute, in particular only a few seconds, for example ten seconds. The purpose of the short simulation, in which the mesh model is exposed to the thermal energy that occurs during the actual heat treatment of the green part for the duration of the simulation, is to identify the deformation hot spots. The particularly short simulation time is sufficient for this the short simulation, according to which the deformation hot spots are recognizable/identifiable as part of the deformation geometry due to the (simulative) deformations that have occurred. On the other hand, the short simulation duration of the short simulation is not sufficient to fully provide the deformation geometry. The complete simulation of the heat treatment or sintering and the compensation loops takes orders of magnitude longer than the short simulation, from around several hours to more than a day.
Es ist denkbar, dass die Kurzsimulation und die im Zusammenhang mit Schritt S2 beschriebene (für das Folgende nur als Simulation bezeichnete) simulative Wärmebehandlung nahtlos ineinander übergehen. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass an dem Netzmodell der Deformations-Hot-Spot identifiziert wird, indem mittels der Kurzsimulation eine Wärmebehandlung anhand des Netzmodells simuliert wird, wobei sich das Beenden bzw. Abbrechen der Kurzsimulation nach der kurzen Simulationsdauer als ein Fortsetzen der simulativen Wärmebehandlung darstellt, sodass nach der fortgesetzten simulativen Wärmebehandlung das Deformationsmodell des Bauteils vorliegt. Mit wieder anderen Worten kann die Kurzsimulation als ein Teil der Simulation ausgebildet sein bzw. durchgeführt werden. Das Ermitteln bzw. Identifizieren der Deformations-Hot-Spots mittels der Kurzsimulation der Wärmebehandlung des Netzmodells bietet den Vorteil, dass die Deformations-Hot-Spots besonders schnell erfolgt. It is conceivable that the short simulation and the simulative heat treatment described in connection with step S2 (referred to below only as simulation) merge seamlessly into one another. In other words, it can be provided that the deformation hot spot is identified on the network model by using the short simulation to simulate a heat treatment based on the network model, with the end or termination of the short simulation after the short simulation duration being a continuation of the simulative heat treatment, so that the deformation model of the component is available after the continued simulative heat treatment. In other words, the short simulation can be designed or carried out as part of the simulation. The determination or identification of the deformation hot spots by means of the short simulation of the heat treatment of the mesh model offers the advantage that the deformation hot spots take place particularly quickly.
Für das Verfahren ist in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass - etwa im Schritt S1a - an dem Netzmodell der wenigstens eine bzw. der jeweilige Deformations- Hot-Spot identifiziert wird, indem basierend auf dem Netzmodell (oder der Kopie desselben) ein Grobnetzmodell erstellt wird. Das Grobnetzmodell weist im Vergleich mit dem Netzmodell weniger Netzknotenpunkte, aber die gleiche Größe und eine korrespondierende Geometrie auf. Folglich weist das Grobnetzmodell ein gröberes Netz als das Netzmodell auf, sodass - bei gleicher Größe und korrespondierender Geometrie des Netzmodells und des Grobnetzmodells - das Grobnetzmodell weniger, aber größere Netzelemente umfasst als das Netzmodell. Mit Bezug auf die Netzelemente ist die Soll-Geometrie beim Grobnetzmodell geringer aufgelöst als beim Netzmodell. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass das Grobnetzmodell nur noch einen Bruchteil der Anzahl der Netzelemente des Netzmodells aufweist, etwa eine Hälfte, ein Drittel, ein Viertel, ein Fünftel, ein Sechstel usw. An alternative preferred embodiment of the method provides that—for example in step S1a—the at least one or the respective deformation hot spot is identified on the network model by creating a rough network model based on the network model (or the copy thereof). will. Compared to the network model, the coarse network model has fewer network nodes, but the same size and a corresponding geometry. Consequently, the coarse mesh model has a coarser mesh than the mesh model, so that - with the same size and corresponding geometry of the mesh model and the coarse mesh model - the coarse mesh model includes fewer but larger mesh elements than the mesh model. With regard to the network elements, the target geometry in the coarse network model has a lower resolution than in the network model. It can be provided, for example, that the rough network model has only a fraction of the number of network elements of the network model, approximately half, a third, a quarter, a fifth, a sixth, etc.
Dann wird die Wärmebehandlung anhand des Grobnetzmodells simuliert, wodurch ein deformiertes Grobnetzmodell erzeugt wird. Das deformierte Grobnetzmodell wird also erzeugt, indem, beispielsweise mittels einer Computersimulation, das Grobnetzmodell simulativ einer beim Wärmebehandeln auftretenden Wärmeenergie ausgesetzt wird. An dem deformierten Grobnetzmodell liegen die Deformations-Hot-Spots erkennbar/identifizierbar vor, sodass die Deformations-Hot-Spots an korrespondierenden Stellen des Netzmodells identifiziert werden können. Then, the heat treatment is simulated using the coarse mesh model, thereby generating a deformed coarse mesh model. The deformed coarse mesh model is thus generated, by, for example by means of a computer simulation, simulating the coarse mesh model being exposed to thermal energy occurring during the heat treatment. The deformation hot spots are recognizable/identifiable on the deformed coarse mesh model, so that the deformation hot spots can be identified at corresponding points of the mesh model.
Vorteilhaft hierbei ist, dass ein Simulationsaufwand besonders gering ist. Denn eine erforderliche Rechenleistung oder Simulationsleistung zum Erzielen zweckmäßiger du erwünschter Ergebnisse hängt direkt mit einer Anzahl der Netzelemente des Modells zusammen, dass der Simulation unterzogen wird. Da das Grobnetzmodell viel weniger Netzelemente aufweist als das Netzmodell, ergibt sich ein vorteilhaft niedriger Aufwand, um die Deformations-Hot-Spots zu identifizieren. Insbesondere sinkt die erforderliche Rechen- bzw. Simulationsleistung mit dem Bruchteil, um welchen das Grobnetzmodell bezogen auf das Netzmodell weniger Netzelemente aufweist. Weiter ist zumindest eine menschliche Fehlerquelle aus dem Verfahren eliminiert, da das simulative Wärmebehandeln des Grobnetzmodells mittels einer Simulationseinheit erfolgt, welche zum Beispiel als eine Computereinheit ausgebildet ist oder eine solche zumindest aufweist. The advantage here is that a simulation effort is particularly low. Because a required computing power or simulation power to achieve useful and desired results is directly related to a number of mesh elements of the model that is subjected to the simulation. Since the coarse mesh model has far fewer mesh elements than the mesh model, there is advantageously less effort to identify the deformation hot spots. In particular, the computing or simulation power required decreases with the fraction by which the coarse network model has fewer network elements in relation to the network model. Furthermore, at least one source of human error is eliminated from the method, since the simulative heat treatment of the coarse mesh model takes place by means of a simulation unit, which is designed, for example, as a computer unit or at least has one.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden nach dem Schritt S5 (zum Beispiel in einem Schritt S5a) die abseits der Deformations-Hot-Spots angeordneten Netzelemente verkleinert, wodurch das Druckmodell verfeinert wird. Mit anderen Worten wird - nachdem das Druckmodell des zu fertigenden Bauteils erzeugt wurde - das Druckmodell verfeinert, wobei die zuvor vergrößerten Netzelemente abseits des/der Deformations-Hot-Spots (wieder) verkleinert werden. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Anzahl der Netzelemente sowie die Anzahl der Netzknotenpunkte, die im Schritt S1 a verringert wurden, derart wieder erhöht werden, dass nach dem Erhöhen die Anzahl der Netzelemente bzw. Netzknotenpunkte wieder der jeweiligen Anzahl vor dem Vergrößern der Netzelemente entspricht. According to an advantageous development of the method, after step S5 (for example in a step S5a), the network elements arranged away from the deformation hot spots are reduced in size, as a result of which the pressure model is refined. In other words—after the print model of the component to be manufactured has been generated—the print model is refined, with the previously enlarged network elements away from the deformation hot spot(s) being reduced (again). For example, it can be provided that the number of network elements and the number of network nodes that were reduced in step S1a are increased again in such a way that after the increase, the number of network elements or network nodes returns to the respective number before the increase in the number corresponds to network elements.
In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die abseits des Deformations-Hot-Spots angeordneten Netzelemente gemäß einem vorgegebenen oder vorgebbaren Faktor verkleinert werden. Das bedeutet, dass die Anzahl der Netzelemente gemäß dem vorgegebenen Faktor vergrößert wird. Insbesondere wird der Faktor so gewählt, dass die abseits des Deformations-Hot-Spots angeordneten Netzelemente gemäß der vorgegebenen oder vorgebbaren Druckauflösung verkleinert werden. Ferner ist es denkbar, dass die Netzelementgröße als eine Randbedingung für das Netzmodell vorgegeben wird, wobei die Netzelementgröße und eine erwünschte Druckauflösung des Bauteils miteinander korrespondieren. Mit anderen Worten wird die Netzelementgröße des Netzmodells gemäß der vorgegebenen oder vorgebbaren Druckauflösung ausgewählt bzw. vorgegeben. Nach dem Verkleinern weisen die entsprechenden Netzelemente also die Netzelementgröße auf, die mit einer gewünschten Druckqualität korrespondiert. Anders ausgedrückt weist das Netzmodell nach dem Verkleinern der Netzelemente die Anzahl der Netzelemente auf, die mit der erwünschten bzw. vorgegebenen/vorgebbaren Druckqualität korrespondiert. Hierdurch lässt sich besonders einfach und/oder aufwandsarm auf Basis des Druckmodells eine mit der gewünschten Druckqualität korrespondierende Druckdatei, zum Beispiel eine STL-Datei (STL: Stereo-Lithographie oder Standard Triangulation/Tessellation Language), erstellen. In this context, it has proven to be particularly advantageous if the network elements arranged away from the deformation hot spot are reduced in size according to a predetermined or predeterminable factor. This means that the number of network elements is increased according to the given factor. In particular, the factor is selected in such a way that the network elements arranged away from the deformation hotspot are reduced in size in accordance with the specified or specifiable print resolution. It is also conceivable that the size of the network element is specified as a boundary condition for the network model, wherein the mesh element size and a desired print resolution of the component correspond to each other. In other words, the network element size of the network model is selected or specified according to the specified or specifiable print resolution. After the reduction, the corresponding network elements thus have the network element size that corresponds to a desired print quality. In other words, after the reduction in size of the network elements, the network model has the number of network elements that corresponds to the desired or predetermined/predeterminable print quality. As a result, a print file corresponding to the desired print quality, for example an STL file (STL: Stereo-Lithography or Standard Triangulation/Tessellation Language), can be created particularly easily and/or with little effort on the basis of the print model.
Da das Verkleinern der Netzelemente, die abseits der Deformations-Hot-Spots angeordnet sind, erst nach dem Simulieren der Wärmebehandlung, insbesondere nach dem Bereitstellen des Druckmodells, erfolgt, sind die verkleinerten Netzelemente bzw. die vergrößerte Anzahl der Netzelemente abseits der Deformations-Hot-Spots nicht Bestandteil der simulativen Wärmebehandlung. Hierdurch ist die Simulation der Wärmebehandlung besonders aufwandsarm, wodurch wiederum der Aufwand zum Bereitstellen des Druckmodells erneut sinkt. Since the reduction in size of the network elements, which are arranged away from the deformation hot spots, only takes place after the simulation of the heat treatment, in particular after the preparation of the print model, the reduced network elements or the increased number of network elements away from the deformation hot spots are Spots not part of the simulative heat treatment. As a result, the simulation of the heat treatment requires particularly little effort, which in turn reduces the effort involved in providing the print model again.
Beim realen Herstellen des Bauteils gibt es einen Punkt an/in dem Bauteil, an welchem beim Sintern bzw. beim Wärmebehandeln eine besonders niedriges Abweichungsmaß auftritt. Insbesondere ist dieser Punkt frei von einer Abweichung. Dieser Punkt weist also eine Deformation gleich null auf, weshalb dieser Punkt als Nulldeformationspunkt bezeichnet wird. Der Nulldeformationspunkt und eine Aufstandsebene, über welche das Grünteil für die Wärmebehandlung aufgestellt wird, fallen zusammen. Mit anderen Worten liegt der Nulldeformationspunkt in Bezug auf eine Höhe des Grünteils auf der gleichen Höhe, wie die Aufstandsebene. Zudem liegt der Nulldeformationspunkt in Bezug auf eine Breite und eine Länge des Grünteils deckungsgleich mit dem Schwerpunkt des Grünteils. Gleiches gilt, wenn das fertig gesinterte bzw. wärmebehandelte Bauteil betrachtet wird: Der Nulldeformationspunkt liegt in einer Aufstandsebene des Bauteils und ist in Bezug auf eine Breite und einer Länge des Bauteils deckungsgleich mit dem Schwerpunkt des Bauteils. Demnach wird das Grünteil am Nulldeformationspunkt durch das Wärmebehandeln nicht oder nur besonders wenig verformt. Vereinfacht ausgedrückt verformt oder schrumpft das Grünteil durch das Sintern „zum Nulldeformationspunkt hin“ bzw. „um den Nulldeformationspunkt herum“. Da der Nulldeformationspunkt des entsprechenden Modells bekannt bzw. einfach ermittelbar ist, werden - einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zufolge - das Netzmodell und das Deformationsnetzmodell mit einer Bedingung aneinander ausgerichtet, gemäß welcher ein Nulldeformationspunkt des Netzmodells und ein damit korrespondierender Nulldeformationspunkt des Deformationsnetzmodells aneinander angeordnet werden, derart, dass der aus den lokalen Abweichungsbeträgen gebildete Gesamtabweichungsbetrag unter Einhaltung dieser Bedingung minimal wird. Bei dem Verfahren werden also zunächst der Nulldeformationspunkt des Netzmodells und der Nulldeformationspunkt des Deformationsnetzmodells ermittelt bzw. bestimmt. Hiernach werden das Netzmodell und das Deformationsnetzmodell aneinander ausgerichtet, sodass der Nulldeformationspunkt des Netzmodells und der Nulldeformationspunkt des Deformationsnetzmodells zusammenfallen. Da sich eine positionelle Anordnung des Nulldeformationspunkts nicht durch das Sintern ändert, kann der Nulldeformationspunkt als gemeinsamer Punkt des Netzmodells und des Deformationsnetzmodells betrachtet werden. Der Schritt S4 des Verfahrens wird also unter der Prämisse ausgeführt, dass die miteinander korrespondierenden Nulldeformationspunkte aneinander angeordnet, insbesondere aneinander ausgerichtet, bleiben. When the component is actually manufactured, there is a point on/in the component at which a particularly low degree of deviation occurs during sintering or heat treatment. In particular, this point is free from deviation. So this point has zero deformation, which is why this point is called the zero deformation point. The zero deformation point and a footprint over which the green part for heat treatment is placed coincide. In other words, with respect to a height of the green part, the zero deformation point is at the same height as the footprint. In addition, the zero deformation point is congruent with the center of gravity of the green part in relation to a width and a length of the green part. The same applies when the finished sintered or heat-treated component is considered: the zero deformation point lies in a contact plane of the component and is congruent with the component's center of gravity in relation to a width and a length of the component. Accordingly, the green part at the zero deformation point is not deformed or only deformed to a particularly small extent by the heat treatment. To put it simply, the green part deforms or shrinks “towards the zero deformation point” or “around the zero deformation point” as a result of sintering. Since the zero deformation point of the corresponding model is known or can be easily determined, according to a further advantageous embodiment of the method, the network model and the deformation network model are aligned with one another with a condition according to which a zero deformation point of the network model and a corresponding zero deformation point of the deformation network model are arranged next to one another , such that the total deviation amount formed from the local deviation amounts is minimal when this condition is met. In the method, therefore, the zero deformation point of the network model and the zero deformation point of the deformation network model are first ascertained or determined. After this, the network model and the deformation network model are aligned with one another, so that the zero deformation point of the network model and the zero deformation point of the deformation network model coincide. Since a positional arrangement of the zero deformation point does not change by sintering, the zero deformation point can be regarded as a common point of the mesh model and the deformation mesh model. Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the zero deformation points which correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another.
Die Bedingung, nach welcher der Nulldeformationspunkt des Netzmodells und der korrespondierende Nulldeformationspunkt des Deformationsnetzmodells aneinander, insbesondere deckungsgleich, angeordnet werden, ist erfüllt, wenn der Nulldeformationspunkt des Netzmodells und der Nulldeformationspunkt des Deformationsnetzmodells zum oder beim Ausrichten des Netzmodells und des Deformationsnetzmodells zusammenfallen bzw. aneinander oder deckungsgleich angeordnet verbleiben. Des Weiteren ist die Bedingung erfüllt, wenn aufgrund des Ausrichtens des Netzmodells und des Deformationsnetzmodells die Nulldeformationspunkte zusammenfallen. Durch die Bedingung, dass die Nulldeformationspunkte beim Ausrichten nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen, wird ein vorteilhaft besonders geringer Aufwand zum Bereitstellen des Druckmodells, insbesondere zum Aneinanderausrichten des Netzmodells und des Deformationsnetzmodells, erreicht. The condition according to which the zero deformation point of the network model and the corresponding zero deformation point of the deformation network model are arranged next to one another, in particular congruently, is met if the zero deformation point of the network model and the zero deformation point of the deformation network model coincide or coincide with or against one another at or during the alignment of the network model and the deformation network model remain congruently arranged. Furthermore, the condition is met if the zero deformation points coincide due to the alignment of the mesh model and the deformation mesh model. Due to the condition that the zero deformation points do not fall apart or differ from one another during alignment, an advantageously particularly low effort for providing the pressure model, in particular for aligning the network model and the deformation network model with one another, is achieved.
Es hat sich bei dem Verfahren weiter als vorteilhaft herausgestellt, wenn für den jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag ein (erster) zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben wird. Weiter wird eine die Schritte S2, S3 und S4 umfassende Schleife iterativ durchgeführt, bis der jeweilige lokale Abweichungsbetrag dem (ersten) zulässigen Toleranzbetrag entspricht. Insbesondere wird hierzu vor dem Erzeugen des Druckmodells - beispielsweise in einem Schritt S4a - ein erstes Iterationsnetzmodell des Bauteils erzeugt, indem das Netzmodell anhand der lokalen Abweichungsbeträge verändert oder modifiziert wird. Für eine erste Wiederholung und für weitere Wiederholungen der Schleife wird das Iterationsnetzmodell dem Schritt S2 zugeführt. Das bedeutet, dass die Schleife für die erste Wiederholung das Simulieren der Wärmebehandlung anhand des Iterationsnetzmodells umfasst, wodurch ein digitales Iterationsdeformationsnetzmodell des zu fertigenden Bauteils erzeugt wird. Ferner umfasst die Schleife das Vergleichen des Netzmodells mit dem Iterationsdeformationsnetzmodell, wodurch die lokalen Abweichungsbeträge zwischen dem Iterationsdeformationsnetzmodell und dem Netzmodell ermittelt werden. Darüber hinaus umfasst die Schleife das Aneinanderausrichten des Iterationsdeformationsnetzmodells und des Netzmodells, wodurch der Gesamtabweichungsbetrag minimal wird, welcher aus den lokalen Abweichungsbeträgen zwischen dem Iterationsdeformationsnetzmodell und dem Netzmodell gebildet wird. Die Schleife des Verfahrens umfasst weiter den Schritt S4a, in welchem ein weiteres Iterationsnetzmodell des Bauteils erzeugt wird, indem das erste Iterationsdeformationsnetzmodell anhand der lokalen Abweichungsbeträge verändert oder modifiziert wird. Das weitere Iterationsnetzmodell wird dann für eine weitere Wiederholung der Schleife dem Schritt S2 der Schleife zugeführt usw. It has also proven to be advantageous in the method if a (first) permissible tolerance amount is specified for the respective local deviation amount. Furthermore, a loop comprising steps S2, S3 and S4 is carried out iteratively until the respective local deviation amount corresponds to the (first) permissible tolerance amount. In particular, this is before the generation of the pressure model - for example in a step S4a - a first iteration network model of the component generated by the network model based on the local Deviation amounts are changed or modified. The iteration network model is fed to step S2 for a first repetition and for further repetitions of the loop. This means that for the first iteration, the loop involves simulating the heat treatment against the iteration mesh model, which creates an iteration deformation mesh digital model of the part to be manufactured. The loop also includes comparing the network model with the iteration deformation network model, as a result of which the local deviation amounts between the iteration deformation network model and the network model are determined. In addition, the loop includes aligning the iteration deformation mesh model and the mesh model, thereby minimizing the total error amount formed from the local error amounts between the iteration deformation mesh model and the mesh model. The loop of the method also includes step S4a, in which a further iteration network model of the component is generated by changing or modifying the first iteration deformation network model based on the local deviation amounts. The further iteration network model is then fed to step S2 of the loop for a further repetition of the loop, etc.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der zulässige Toleranzbetrag für das gesamte Bauteil, das heißt über das gesamte CAD-Modell bzw. Netzmodell hinweg, vorgegeben wird. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass Außenabmessungen des Bauteils nach dessen Wärmebehandlung dem zulässigen Toleranzbetrag entsprechen. Indem die Schleife des Verfahrens iterativ ausgeführt wird, bis die lokalen Abweichungen dem zulässigen Toleranzbetrag entsprechen, werden das Netzmodell und das Deformationsnetzmodell besonders genau aneinander ausgerichtet. In this case, it is provided in particular that the permissible tolerance amount is specified for the entire component, that is to say over the entire CAD model or network model. In other words, it is provided that the external dimensions of the component correspond to the permissible tolerance amount after its heat treatment. By executing the loop of the method iteratively until the local deviations correspond to the permissible tolerance amount, the mesh model and the deformation mesh model are aligned particularly precisely with one another.
In diesem Zusammenhang hat es sich für das Verfahren als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn ein Geometriespezialelement des Netzmodells und ein Geometriespezialelement des Deformationsnetzmodells bestimmt werden, und die Schleife S10 iterativ durchgeführt wird, bis der jeweilige lokale Abweichungsbetrag zwischen den Geometriespezialelementen dem zulässigen Toleranzbetrag entspricht, wobei abseits der Geometriespezialelemente, das heißt an anderen Geometrieelementen des Netzmodells bzw. Bauteils, ein größerer Toleranzbetrag zugelassen wird. Hierbei wird das jeweilige Geometriespezialelement zum Beispiel vorbestimmt oder vorgegeben, insbesondere indem der Konstrukteur beim Erstellen des entsprechenden CAD-Modells oder Netzmodells die Geometriespezialelemente als solche identifiziert und zum Beispiel im CAD-Modell und/oder Netzmodell als solche markiert. Bei dem jeweiligen Geometriespezialelement handelt es sich beispielsweise um einen jeweiligen Punkt, um eine jeweilige (gerade oder ungerade) Kante, um eine jeweilige Ecke um einen Netzknotenpunkt und/oder um eine jeweilige (ebene oder unebene) Fläche des Bauteils bzw. des Netzmodells. In this context, it has been shown to be particularly advantageous for the method if a special geometry element of the network model and a special geometry element of the deformation network model are determined, and the loop S10 is carried out iteratively until the respective local deviation amount between the special geometry elements corresponds to the permissible tolerance amount, with offside of the special geometry elements, i.e. on other geometric elements of the mesh model or component, a larger tolerance amount is allowed. Here, the respective special geometry element is for example predetermined or specified, in particular by the designer identifying the special geometry elements as such when creating the corresponding CAD model or network model and marking them as such in the CAD model and/or network model, for example. The respective special geometry element is, for example, a respective point, a respective (even or odd) edge, around a respective corner around a mesh node and/or around a respective (flat or uneven) surface of the component or the mesh model.
Das bedeutet, es werden die Geometriespezialelemente möglichst exakt aneinander ausgerichtet, wobei an den anderen Geometrieelementen (bei welchen es sich hierin generell nicht um Geometriespezialelemente handelt) ein zweiter zulässiger Toleranzbetrag vorgesehen ist, wobei der zweite zulässige Toleranzbetrag größer als der erste zulässige Toleranzbetrag ist. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass, beispielsweise mittels des Best-Fit-Algorithmus, eine Abweichungsbetragssumme, die aus den lokalen Abweichungsbeträge an den Geometriespezialelementen gebildet wird, vorrangig durch das Ausrichten minimiert wird, wobei eine andere Abweichungsbetragssumme, die aus den lokalen Abweichungsbeträgen an den anderen Geometrieelementen gebildet wird, beim Ausrichten nachrangig minimiert wird. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die Geometriespezialelemente, welche für eine Funktionalität und/oder für ein Herstellen des Bauteils von besonderer Bedeutung sind, besonders genau bzw. präzise aneinander, insbesondere deckungsgleich, angeordnet werden. This means that the special geometry elements are aligned with one another as precisely as possible, with a second permissible tolerance amount being provided on the other geometry elements (which are generally not special geometry elements here), the second permissible tolerance amount being greater than the first permissible tolerance amount. In other words, it is provided that, for example by means of the best-fit algorithm, a deviation amount that is formed from the local deviation amounts at the special geometry elements is primarily minimized by the alignment, with another deviation amount sum that is formed from the local deviation amounts at the other geometry elements is formed, is minimized subordinately when aligning. This results in the advantage that the special geometry elements, which are of particular importance for the functionality and/or for the production of the component, are arranged particularly accurately or precisely on one another, in particular congruently.
Hierdurch wird der Aufwand für das Ausrichten des Netzmodells und des Deformationsnetzmodells und infolgedessen für das Bereitstellen des Druckmodells nochmals in vorteilhafter Weise verringert. Denn da für die Funktionalität und/oder für das Herstellen des Bauteils die Geometriespezialelemente von vorrangiger Bedeutung sind, kann auf ein aufwändiges besonders präzises Ausrichten der Modelle abseits der Geometriespezialelemente - das heißt beispielsweise an den anderen Geometrieelementen - zur Effizienzsteigerung des Verfahrens verzichtet werden. Dennoch bleiben eine einfache Herstellbarkeit und die durch das Bauteil bereitgestellten Funktionalitäten gewährleistet. As a result, the effort involved in aligning the network model and the deformation network model and consequently in providing the pressure model is again reduced in an advantageous manner. Since the special geometry elements are of primary importance for the functionality and/or for the production of the component, a complex, particularly precise alignment of the models away from the special geometry elements - i.e. for example on the other geometric elements - can be dispensed with to increase the efficiency of the method. Nevertheless, simple manufacturability and the functionalities provided by the component remain guaranteed.
Weiter wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vor dem Schritt S2, in welchem die Wärmebehandlung anhand des Netzmodells simuliert und das Deformationsnetzmodell (oder gegebenenfalls das Iterationsdeformationsnetzmodell) des zu fertigenden Bauteils erzeugt wird, das Netzmodell basierend auf einer zu erwartenden bzw. voraussichtlichen Deformation skaliert. Mit anderen Worten wird vor der simulativen Wärmebehandlung bzw. vor dem simulativen Sintern - vor oder nach dem Vergrößern der abseits der Deformations-Hot-Spots angeordneten Netzelemente - (zum Beispiel in einem Schritt S1b) ein skaliertes Netzmodell erzeugt. Hierbei erfolgt die Skalierung insbesondere translatorisch entlang einer oder mehr der drei Raumrichtungen x, y, z. Ein Skalierungsfaktor, um welchen das Netzmodell skaliert wird, geht beispielsweise aus internen Experimenten hervor, etwa aus vorhergehenden Wärmebehandlungen von zumindest ähnlich ausgebildeten Grünteilen mit ähnlichen oder gleichen Parametern (Temperatur, Dauer etc.) der entsprechenden Wärmebehandlung. Auf diese Weise wird der Aufwand für das Verfahren nochmals verringert, da aufgrund der Skalierung des Netzmodells bereits vor dem Simulieren der Wärmebehandlung eine grobe Kompensation der Deformationen erfolgt. Furthermore, according to a further advantageous embodiment of the method, before step S2, in which the heat treatment is simulated using the mesh model and the deformation mesh model (or possibly the iteration deformation mesh model) of the component to be manufactured is generated, the mesh model is scaled based on an expected or probable deformation . In other words, before the simulative heat treatment or before the simulative sintering—before or after enlarging the mesh elements arranged away from the deformation hotspots—a scaled mesh model is generated (for example in a step S1b). In this case, the scaling takes place, in particular, translationally along one or more of the three spatial directions x, y, z. A scaling factor, by which the network model is scaled, emerges, for example, from internal experiments, for example from previous heat treatments of at least similarly designed ones Green parts with similar or the same parameters (temperature, duration, etc.) of the corresponding heat treatment. In this way, the outlay for the method is further reduced since, due to the scaling of the mesh model, the deformations are already roughly compensated for before the heat treatment is simulated.
Folglich sinkt der Aufwand, insbesondere Rechen- bzw. Simulationsaufwand, zum Erzeugen des Deformationsnetzmodells bzw. des Iterationsdeformationsnetzmodells. Des Weiteren sinkt der Aufwand zum Ermitteln der Abweichungsbeträge sowie zum Aneinanderausrichten des Netzmodells und des Deformationsnetzmodells. Folglich sinkt der Aufwand zum Bereitstellen des Druckmodells insgesamt. Der Schritt S1b kann Teil der iterativ ausführbaren Schleife S10 (siehe oben) sein. As a result, the effort, in particular computing or simulation effort, for generating the deformation network model or the iteration deformation network model decreases. Furthermore, the effort involved in determining the deviation amounts and in aligning the network model and the deformation network model with one another is reduced. As a result, the effort involved in providing the print model is reduced overall. Step S1b can be part of the iteratively executable loop S10 (see above).
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils vorgeschlagen. Bei diesem Herstellungsverfahren wird ein Material des zu fertigenden Bauteils gemäß einem digitalen Druckmodell des Bauteils angeordnet. Ferner wird bei dem Herstellungsverfahren das Material mittels einer Wärmebehandlung, insbesondere mittels eines Sinterns, zu dem Bauteil gefügt. Das digitale Druckmodell wird mittels eines gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Verfahrens bereitgestellt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil des Bauteils unter Einsatz eines Binder- Jetti ng-3D- Druckens gefertigt wird. Hierbei wird - wie weiter oben dargelegt - das Druckmodell als ein vernetztes Druckmodell bereitgestellt. Hierzu wird aus dem Druckmodell insbesondere eine STL-Datei erzeugt, die der Fertigungseinheit bereitgestellt wird. Dabei ist diese Fertigungseinheit (zum Beispiel ein Binder-Jetting-3D-Drucker) dazu ausgebildet, das vernetzte Druckmodell als Eingangsdaten zu akzeptieren und basierend auf dem vernetzten Druckmodell das Material des Bauteils sowie ein Bindemittel zu dem Grünteil anzuordnen. According to a second aspect of the invention, a method for additively manufacturing a component is proposed. In this manufacturing method, a material of the component to be manufactured is arranged according to a digital print model of the component. Furthermore, in the manufacturing process, the material is joined to form the component by means of heat treatment, in particular by means of sintering. The digital print model is provided using a method designed according to the above description. In particular, it is provided that an intermediate product or green part of the component is produced using binder jetting 3D printing. As explained above, the print model is provided as a networked print model. For this purpose, in particular an STL file is generated from the print model, which is made available to the production unit. This production unit (for example a binder jetting 3D printer) is designed to accept the networked print model as input data and to arrange the material of the component and a binder for the green part based on the networked print model.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen des digitalen Druckmodells beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens hier nicht noch einmal dargelegt. The invention also includes developments of the production method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the method according to the invention for providing the digital print model. For this reason, the corresponding developments of the manufacturing method according to the invention are not presented again here.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: The invention also includes the combinations of features of the described embodiments. An exemplary embodiment of the invention is described below. For this shows:
Fig. 1 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung eines Verfahrens zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells, wobei anhand des Druckmodells ein Bauteil additiv herstellbar ist; 1 shows a flowchart to clarify a method for providing a digital print model, wherein a component can be produced additively using the print model;
Fig. 2 eine schematische und perspektivische Ansicht eines Netzmodells; Fig. 2 shows a schematic and perspective view of a network model;
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Abschnitts des Netzmodells, in welchem Deformations-Hot-Spots dargestellt sind; Figure 3 is a schematic view of a portion of the mesh model showing deformation hot spots;
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Bereichs des Netzmodells, mit einer Anzahl von miteinander vernetzten Netzelementen; 4 shows a schematic view of an area of the network model, with a number of network elements networked with one another;
Fig. 5 eine schematische Ansicht des Bereichs des Netzmodells, in welchem die Anzahl der Netzelemente verringert wurde; Figure 5 is a schematic view of the portion of the mesh model where the number of mesh elements has been reduced;
Fig. 6 eine schematische und perspektivische Ansicht eines Deformationsnetzmodells; 6 shows a schematic and perspective view of a deformation network model;
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Vorgangs, in welchem das Netzmodell und das Deformationsnetzmodell miteinander verglichen werden; 7 is a schematic view of a process in which the mesh model and the deformation mesh model are compared with each other;
Fig. 8 eine schematische Ansicht des Druckmodells; Fig. 8 is a schematic view of the print model;
Fig. 9 eine schematische Ansicht eines verfeinerten Druckmodells; und 9 shows a schematic view of a refined pressure model; and
Fig. 10 eine schematische und perspektivische Ansicht des Bauteils. 10 shows a schematic and perspective view of the component.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than that shown. Furthermore, the embodiment described can also be supplemented by further features of the invention already described. Elements with the same function are each provided with the same reference symbols in the figures.
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung eines Verfahrens A zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells 1 (siehe Fig. 8 bzw. Fig. 9), wobei anhand des Druckmodells 1 ein Bauteil 2 (siehe Fig. 10, in welcher eine schematische und perspektivische Ansicht des Bauteils gezeigt ist) additiv herstellbar ist. Ferner ist durch das Flussdiagramm der Fig. 1 ein Verfahren B zum additiven Herstellen des Bauteils 2 verdeutlicht. Für das Folgende wird das Verfahren A als ein Teil des Verfahrens B betrachtet. Die Verfahren A, B werden gemeinsam beschrieben. Wo erforderlich wird auf die Unterschiede zwischen den Verfahren A, B eingegangen. Wird lediglich auf „ein Verfahren“ oder „das Verfahren“ (ohne Bezugszeichen) bezuggenommen, gelten die zugehörigen Ausführungen für die Verfahren A und B einzeln oder in Kombination betrachtet. Fig. 1 shows a flow chart to illustrate a method A for providing a digital print model 1 (see Fig. 8 or Fig. 9), wherein the print model 1 is used to create a component 2 (see Fig. 10, in which a schematic and perspective view of the component is shown) can be produced additively. Furthermore, a method B for additively manufacturing the component 2 is illustrated by the flowchart in FIG. 1 . For the following, method A is considered a part of method B. Procedures A, B are described together. Where necessary, the differences between methods A and B are discussed. If reference is only made to “a method” or “the method” (without a reference number), the associated statements apply to methods A and B considered individually or in combination.
Für das Herstellen des Bauteils 2, beispielsweise mittels des Verfahrens B, ist vorgesehen, dass mittels eines 3D-Druckens, insbesondere mittels eines Binder-Jetting-3D-Druckens, anhand des digitalen Druckmodells 1 zunächst ein Zwischenerzeugnis (nicht dargestellt) hergestellt wird. Das Zwischenerzeugnis, das auch als Grünteil bezeichnet werden kann, wird durch ein abwechselndes Anordnen von Materialpulverschichten und Bindemittelschichten erzeugt, wobei die jeweilige Bindemittelschicht gemäß dem Druckmodell 1 selektiv auf eine jeweilige Materialpulverschicht aufgetragen wird. Es entsteht so das Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil, das aus sich abwechselnden Schichten Materialpulver bzw. Bindemittel aufgebaut ist. Demnach werden die Materialpulverschichten mittels des Bindemittels miteinander verklebt. Weiter werden Pulverelement der jeweiligen Materialpulverschicht miteinander verklebt. For the production of the component 2, for example by means of method B, it is provided that an intermediate product (not shown) is first produced by means of 3D printing, in particular by means of binder jetting 3D printing, using the digital printing model 1. The intermediate product, which can also be referred to as a green part, is produced by alternately arranging material powder layers and binder layers, with the respective binder layer being applied selectively to a respective material powder layer according to the printing model 1 . The result is the intermediate product or green part, which is made up of alternating layers of material powder or binder. Accordingly, the material powder layers are bonded to one another by means of the binder. Next, powder elements of the respective material powder layer are glued together.
Es ist bevorzugt, wenn direkt zwischen den Materialpulverschichten ein Stoffschluss gebildet wird und nicht nur indirekt, das heißt nicht nur mittels des Bindemittels. Hierzu ist vorgesehen, dass das Zwischenerzeugnis wärmebehandelt wird. Beispielsweise wird das Grünteil gesintert, wodurch ein unmittelbarer Stoffschluss zwischen den Pulverelementen der jeweiligen Materialpulverschicht sowie ein unmittelbarer Stoffschluss zwischen den Materialpulverschichten erzeugt wird. Ferner wird durch das Sintern das Bindemittel zumindest teilweise - etwa durch Verflüssigen, Verdampfen oder Sublimieren - aus dem Zwischenerzeugnis gelöst bzw. ausgetrieben. Hierdurch wird das Zwischenerzeugnis verformt/deformiert. Ein so hergestelltes Bauteil (nicht dargestellt) entspricht aufgrund der durch das Sintern aufgetretenen Deformationen nicht oder ungenügend Vorgaben, die durch die Soll- Geometrie bzw. durch ein CAD-Modell des Bauteils 2 vorgegeben sind. Hier greifen/greift die/das Verfahren A und/oder B ein. In einem ersten Schritt S1 des (jeweiligen) Verfahrens wird ein digitales Netzmodell 3 bereitgestellt, welches in Fig. 2 in schematischer und perspektivischer Ansicht dargestellt ist. Beispielsweise erstellt ein Konstrukteur mittels einer geeigneten Software bzw. mittels eines CAD-Programms das CAD-Modell, welches hierbei eine Soll-Geometrie des Bauteils 2 aufweist, das heißt Informationen bzw. Daten, die eine erwünschte Gestalt sowie Abmessungen oder relative Abmessungsverhältnisse des Bauteils 2 charakterisieren. Um dann das Netzmodell 3 bereitzustellen, wird das CAD-Modell dann mit Netzelementen 4, etwa finiten Elementen, vernetzt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den Fig. nur einige wenige der Netzelemente 4 mit dem entsprechenden Bezugszeichen versehen. Demnach weist das Netzmodell 3 eine Vielzahl von Netzelementen 4 auf, die miteinander an Netzknotenpunkten 5 (siehe Fig. 4 bzw. Fig. 5) aneinander angrenzen und miteinander verbunden sind. Vorliegend ist das jeweilige Netzelement 4 von dreieckiger Gestalt. Eine maximale Größe der Netzelemente 4 - also eine maximale Netzelementgröße - wird anhand einer gewünschten Druckqualität bzw. Druckauflösung für das Herstellen des Bauteils 2 ausgesucht oder vorgegeben. It is preferred if a material connection is formed directly between the material powder layers and not only indirectly, that is to say not only by means of the binder. For this purpose it is provided that the intermediate product is heat-treated. For example, the green part is sintered, creating a direct material connection between the powder elements of the respective material powder layer and a direct material connection between the material powder layers. Furthermore, the binder is at least partially dissolved or expelled from the intermediate product by sintering, for example by liquefaction, evaporation or sublimation. As a result, the intermediate product is deformed / deformed. A component (not shown) produced in this way does not correspond, or insufficiently, to specifications that are specified by the target geometry or by a CAD model of the component 2 due to the deformations that have occurred as a result of the sintering. This is where procedure(s) A and/or B intervene. In a first step S1 of the (respective) method, a digital network model 3 is provided, which is shown in FIG. 2 in a schematic and perspective view. For example, a designer uses suitable software or a CAD program to create the CAD model, which has a target geometry of the component 2, i.e. information or data that indicates a desired shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component 2 characterize. In order then to provide the network model 3, the CAD model is then networked with network elements 4, such as finite elements. For reasons of clarity, only a few of the network elements 4 are provided with the corresponding reference numbers in the figures. Accordingly, the network model 3 has a multiplicity of network elements 4 which adjoin one another at network nodes 5 (see FIG. 4 or FIG. 5) and are connected to one another. In the present case, the respective network element 4 is triangular in shape. A maximum size of the network elements 4--that is, a maximum network element size--is selected or specified on the basis of a desired print quality or print resolution for the production of the component 2.
In einem Schritt S1 a werden an dem Netzmodell 3 Deformations-Hot-Spots 6 identifiziert. Beispielsweise fallen ein jeweiliger Deformations-Hot-Spot 6 und eine scharfe Kante 7, eine Ecke 8 oder ein sonstiger Punkt des Bauteils 2 zusammen. Anders ausgedrückt tritt beim als das Sintern ausgebildete Wärmebehandeln des Grünteils zum Beispiel an der scharfen Kante 7, an der Ecke 8 und/oder an dem sonstigen Punkt einer der Deformations-Hot-Spots 6 auf. Weiter können ein jeweiliger Deformations-Hot-Spot 6 und eine plane bzw. ebene Fläche, insbesondere Oberfläche 9, des Bauteils 2 zusammenfallen, was bedeutet, dass aufgrund des Wärmebehandelns des Grünteils an der planen bzw. ebenen Fläche/Oberfläche 9 einer der Deformations-Hot-Spots 6 auftritt. In a step S1a, deformation hotspots 6 are identified on the network model 3 . For example, a respective deformation hot spot 6 and a sharp edge 7, a corner 8 or another point of the component 2 coincide. In other words, during the heat treatment of the green part designed as sintering, one of the deformation hot spots 6 occurs, for example, at the sharp edge 7, at the corner 8 and/or at the other point. Furthermore, a respective deformation hot spot 6 and a flat or flat surface, in particular surface 9, of the component 2 can coincide, which means that due to the heat treatment of the green part on the flat or flat surface/surface 9, one of the deformation Hot spots 6 occurs.
Die Deformations-Hot-Spots 6 können zum Beispiel durch einen mit der Konstruktion des Bauteils 2 beauftragten (menschlichen) Konstrukteur beim Erstellen des CAD-Modells und/oder Netzmodells 3 als solche identifiziert und als solche zum Beispiel im CAD-Modell und/oder Netzmodell 3 markiert werden. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn der jeweilige Deformations-Hot-Spot 6 identifiziert wird, indem mittels einer Kurzsimulation eine Wärmebehandlung anhand des Netzmodells 3 simuliert wird. Hierbei wird die Kurzsimulation nach einer vorgegebenen oder vorgebbaren Simulationsdauer beendet oder abgebrochen. Die Simulationsdauer für die Kurzsimulation beträgt weniger als eine Minute, insbesondere nur einige Sekunden, zum Beispiel zehn Sekunden. Zweck der Kurzsimulation, bei welcher das Netzmodell 3 für die Simulationsdauer simulativ der beim tatsächlichen Wärmebehandeln des Grünteils auftretenden Wärmeenergie ausgesetzt wird, ist es, die Deformations-Hot-Spots 6 zu identifizieren. Hierfür reicht die besonders kurze Simulationsdauer von nur zehn Sekunden aus. The deformation hot spots 6 can be identified as such by a (human) designer commissioned with the construction of the component 2 when creating the CAD model and/or network model 3 and as such, for example in the CAD model and/or network model 3 are marked. However, it is particularly preferred if the respective deformation hot spot 6 is identified by simulating a heat treatment using the mesh model 3 by means of a brief simulation. In this case, the short simulation is ended or aborted after a predetermined or predeterminable simulation period. The simulation duration for the short simulation is less than one minute, in particular only a few seconds, for example ten seconds. Purpose of the short simulation, in which the network model 3 for the duration of the simulation simulates the actual heat treatment of the Green part is exposed to thermal energy occurring, is to identify the deformation hot spots 6. The particularly short simulation time of just ten seconds is sufficient for this.
Alternativ werden in Schritt S1a an dem Netzmodell 3 die Deformations-Hot-Spots 6 identifiziert, indem zunächst basierend auf dem Netzmodell 3 ein Grobnetzmodell erstellt wird. Das Grobnetzmodell weist im Vergleich mit dem Netzmodell 3 weniger Netzknotenpunkte 5, aber die gleiche Größe und eine korrespondierende Geometrie auf. Folglich weist das Grobnetzmodell ein gröberes Netz als das Netzmodell 3 auf, sodass das Grobnetzmodell weniger, aber größere Netzelemente 4 umfasst als das Netzmodell 3. Mit Bezug auf die Netzelemente 4 ist die Soll- Geometrie beim Grobnetzmodell geringer aufgelöst als beim Netzmodell 3. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass das Grobnetzmodell nur noch einen Bruchteil der Anzahl der Netzelemente 4 des Netzmodells 3 aufweist, etwa eine Hälfte, ein Drittel, ein Viertel, ein Fünftel, ein Sechstel usw. Dann wird die Wärmebehandlung anhand des Grobnetzmodells simuliert, wodurch ein deformiertes Grobnetzmodell erzeugt wird. Das deformierte Grobnetzmodell wird also erzeugt, indem, beispielsweise mittels einer Computersimulation, das Grobnetzmodell simulativ einer beim Wärmebehandeln auftretenden Wärmeenergie ausgesetzt wird. An dem deformierten Grobnetzmodell liegen die Deformations-Hot-Spots 6 erkennbar/identifizierbar vor, sodass die Deformations-Hot-Spots 6 an korrespondierenden Stellen des Netzmodells 3 identifiziert werden können. Alternatively, in step S1a, the deformation hotspots 6 are identified on the network model 3 by initially creating a coarse network model based on the network model 3. In comparison with the network model 3, the coarse network model has fewer network nodes 5, but the same size and a corresponding geometry. Consequently, the rough mesh model has a coarser mesh than mesh model 3, so that the rough mesh model includes fewer but larger mesh elements 4 than mesh model 3. With regard to network elements 4, the target geometry in the rough mesh model is less resolved than in mesh model 3. It can For example, it can be provided that the coarse mesh model has only a fraction of the number of mesh elements 4 of the mesh model 3, about half, a third, a quarter, a fifth, a sixth, etc. Then the heat treatment is simulated using the coarse mesh model, whereby a deformed coarse mesh model is generated. The deformed coarse mesh model is thus generated by, for example by means of a computer simulation, simulatively exposing the coarse mesh model to thermal energy occurring during the heat treatment. The deformation hot spots 6 are recognizable/identifiable on the deformed coarse mesh model, so that the deformation hot spots 6 can be identified at corresponding points of the mesh model 3 .
Der Schritt S1a umfasst des Weiteren ein Vergrößern von abseits der Deformations-Hot-Spots 6 angeordneten Netzelementen 4 des Netzmodells 3. Hiernach umfasst das Netzmodell 3 für die nach dem Vergrößern der Netzelemente 4 bzw. nach dem Schritt S1a durchzuführenden Schritte des Verfahrens die abseits des jeweiligen Deformations-Hot-Spots 6 gelegenen und vergrößerten Netzelemente 4. Die Netzelemente 4, die im Schritt S1a des Verfahrens vergrößert wurden, tragen in den Fig. das Bezugszeichen 10. Ein Vorgang, mittels dessen die abseits der Deformations-Hot-Spots 6 gelegenen Netzelemente 4 vergrößert werden, ist in Fig. 4 und in Fig. 5 gezeigt. Step S1a also includes an enlargement of network elements 4 of the network model 3 that are arranged away from the deformation hotspots 6. The network model 3 then includes the steps of the method to be carried out after the enlargement of the network elements 4 or after step S1a respective deformation hot spots 6 and enlarged network elements 4. The network elements 4, which were enlarged in step S1a of the method, bear the reference numeral 10 in the figures Network elements 4 are enlarged is shown in FIG. 4 and in FIG.
Fig. 6 zeigt in schematischer und perspektivischer Ansicht das Netzmodell 3, bei welchem gemäß dem Schritt S1a ein Anteil der Netzelemente 4 zu den vergrößerten Netzelementen 10 umgewandelt wurden. Es ist zu erkennen, dass die Netzelemente 4, die an dem jeweiligen Deformations-Hot-Spot 6 angeordnet sind, unverändert bleiben, also weder vergrößert noch verkleinert werden. Die an den Deformations-Hot-Spots 6 angeordneten bzw. beteiligten Netzelemente 4 tragen in den Fig. das Bezugszeichen 22. Hierbei handelt es sich zum Beispiel um Netzelemente 4 des Netzmodells 3, durch welche zum Beispiel eine der Kanten 7, Ecken 8 und/oder Oberflächen 9 des Netzmodells 3 bzw. des Bauteils 2 charakterisiert sind. 6 shows the network model 3 in a schematic and perspective view, in which according to step S1a a proportion of the network elements 4 have been converted to the enlarged network elements 10 . It can be seen that the network elements 4, which are arranged at the respective deformation hot spot 6, remain unchanged, ie are neither enlarged nor reduced. The network elements 4 arranged or involved in the deformation hot spots 6 bear the reference number 22 in the figures around network elements 4 of the network model 3, through which, for example, one of the edges 7, corners 8 and/or surfaces 9 of the network model 3 or of the component 2 are characterized.
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Bereichs des Netzmodells 3, mit einer Anzahl von miteinander vernetzten Netzelementen 4, und Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht des Bereichs des Netzmodells 3, in welchem die Anzahl der Netzelemente 4 verringert wurde bzw. die abseits der Deformations-Hot-Spots 6 angeordneten Netzelemente 4 zu den Netzelementen 10 vergrößert wurden. Das bedeutet, dass durch das Vergrößern der entsprechenden Netzelemente 4 des Netzmodells 3 die vergrößerten Netzelemente 10 erzeugt werden. Fig. 4 shows a schematic view of an area of the network model 3 with a number of interconnected network elements 4, and Fig. 5 shows a schematic view of the area of the network model 3 in which the number of network elements 4 has been reduced or which apart from the Deformation hot spots 6 arranged network elements 4 to the network elements 10 were enlarged. This means that the enlarged network elements 10 are generated by enlarging the corresponding network elements 4 of the network model 3 .
Beim Vergrößern der Netzelemente 4 abseits der Deformations-Hot-Spots 6 werden eine Anzahl von Netzknotenpunkten 5 und infolgedessen eine Anzahl der Netzelemente 4 reduziert, wobei die nach dem Vergrößern verbleibenden Netzknotenpunkte 5 positionell an derselben Stelle angeordnet sind wie vor dem Vergrößern der Netzelemente 10. Das bedeutet, dass zum Vergrößern der Netzelemente 4 abseits der Deformations-Hot-Spots 6 ein Anteil der Netzknotenpunkte 5 eliminiert wird. Es ist dann vorgesehen, dass das um die entsprechenden Netzknotenpunkte 5 verringerte Netzmodell 3 zumindest abseits der Deformations-Hot-Spots 6 zwischen den verbleibenden Netzknotenpunkten 5 neu vernetzt wird, wodurch aufgrund der reduzierten Anzahl von Netzknotenpunkten 5 eine jeweilige Größe der an der Neuvernetzung beteiligten Netzelemente 10 bezogen auf das Netzmodell 3 vor dem Vergrößern größer ist. When enlarging the mesh elements 4 away from the deformation hot spots 6, a number of mesh nodes 5 and consequently a number of the mesh elements 4 are reduced, with the mesh nodes 5 remaining after the enlargement being positionally arranged at the same place as before the enlargement of the mesh elements 10. This means that a portion of the network nodes 5 is eliminated in order to enlarge the network elements 4 away from the deformation hot spots 6 . It is then provided that the network model 3 reduced by the corresponding network nodes 5 is re-networked at least away from the deformation hot spots 6 between the remaining network nodes 5, whereby due to the reduced number of network nodes 5 a respective size of the network elements involved in the new network 10 is larger relative to the mesh model 3 before scaling up.
In einer Zusammenschau der Fig. 4 mit der Fig. 5 ist zu erkennen, dass der Bereich des Netzmodells 3 im Schritt S1a um die Netzelemente 4 reduziert wird, welche nicht an einem der Deformations-Hot-Spots 6 beteiligt sind. Die entsprechenden Netzelemente 4 sind in Fig. 5 strichliert dargestellt. In a synopsis of FIG. 4 with FIG. 5 it can be seen that the area of the network model 3 is reduced in step S1a by the network elements 4 which are not involved in one of the deformation hot spots 6 . The corresponding network elements 4 are shown in broken lines in FIG.
In einem weiteren Schritt S2 wird eine Wärmebehandlung anhand des Netzmodells 3 simuliert, wodurch ein digitales Deformationsnetzmodell 11 des zu fertigenden Bauteils 2 erzeugt wird, welches in schematischer Ansicht in Fig. 3 gezeigt ist. Das Deformationsnetzmodell 11 weist eine Deformationsgeometrie bzw. eine deformierte Geometrie des Bauteils 2 auf, wobei die Deformationsgeometrie und die Soll-Geometrie sich aufgrund von Deformationen voneinander unterscheiden. Ergebnis der simulativen Wärmebehandlung sind die Deformationen, die in der Realität an dem Bauteil 2 auftreten würden, wenn das Zwischenerzeugnis anhand des Netzmodells 3 gedruckt und anschließend gesintert werden würde. Vor dem Simulieren der Wärmebehandlung bzw. des Sinterns (also vor dem Schritt S2) wird das Netzmodell 3 grob skaliert. Vorliegend erfolgt das Skalieren des Netzmodells 3 vor dem Schritt S1a, also bevor die Netzelemente 4 vergrößert werden. Hierzu weist das Verfahren vor dem Schritt S2, insbesondere vor dem Schritt S1a, einen weiteren Schritt S1b auf, in welchem ein skaliertes Netzmodell 3a erzeugt wird. Ein Skalierungsfaktor, um welchen das Netzmodell 3 skaliert wird, geht aus internen Experimenten hervor, mittels derer vorhergehende Wärmebehandlungen von zumindest ähnlich ausgebildeten Grünteilen untersucht wurden. Insbesondere ist der Skalierungsfaktor größer als eins, das heißt das skalierte Netzmodell 3a ist größer als das Netzmodell 3. Die Skalierung erfolgt zum Beispiel translatorisch entlang einer oder mehr der drei Raumrichtungen x, y, z. Ferner ist es denkbar, dass für die jede einzelne der Raumrichtungen x, y, z ein separater Skalierungsfaktor bestimmt wird, wobei der jeweilige separate Skalierungsfaktor größer als eins, kleiner als eins oder gleich eins sein kann. Mit anderen Worten kann das Skalieren des Netzmodells 3 an der jeweiligen Raumrichtung x, y, z mit unterschiedlichem Skalierungsfaktor erfolgen, wodurch das skalierte Netzmodell 3a entsteht. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Skalieren bzw. das Erzeugen des skalierten Netzmodells 3a ein jeweiliges Rotieren um eine oder mehr der drei Raumrichtungen x, y, z. Die folgend beschriebenen Verfahrensschritte sind in Bezug auf das Netzmodell 3 und/oder in Bezug auf das skalierte Netzmodell 3a anwendbar. Daher wird für die folgende Beschreibung nicht mehr explizit zwischen dem Netzmodell 3 und dem skalierten Netzmodell 3a unterschieden. In a further step S2, a heat treatment is simulated using the mesh model 3, as a result of which a digital deformation mesh model 11 of the component 2 to be manufactured is generated, which is shown in a schematic view in FIG. The deformation network model 11 has a deformation geometry or a deformed geometry of the component 2, the deformation geometry and the target geometry differing from one another due to deformations. The result of the simulative heat treatment are the deformations that would occur in reality on the component 2 if the intermediate product were printed using the mesh model 3 and then sintered. Before simulating the heat treatment or sintering (ie before step S2), the mesh model 3 is roughly scaled. In the present case, the network model 3 is scaled before step S1a, ie before the network elements 4 are enlarged. For this purpose, before step S2, in particular before step S1a, the method has a further step S1b, in which a scaled network model 3a is generated. A scaling factor, by which the mesh model 3 is scaled, emerges from internal experiments, by means of which previous heat treatments of at least similarly designed green parts were examined. In particular, the scaling factor is greater than one, ie the scaled network model 3a is larger than the network model 3. The scaling takes place, for example, translationally along one or more of the three spatial directions x, y, z. It is also conceivable that a separate scaling factor is determined for each of the spatial directions x, y, z, it being possible for the respective separate scaling factor to be greater than one, smaller than one or equal to one. In other words, the network model 3 can be scaled in the respective spatial direction x, y, z with a different scaling factor, as a result of which the scaled network model 3a is produced. Alternatively or additionally, the scaling or the generation of the scaled network model 3a includes a respective rotation about one or more of the three spatial directions x, y, z. The method steps described below can be used in relation to the network model 3 and/or in relation to the scaled network model 3a. For this reason, the following description no longer explicitly distinguishes between network model 3 and scaled network model 3a.
In einem Schritt S3 des Verfahrens werden das Netzmodell 3 und das Deformationsnetzmodell 11 miteinander verglichen. Hierzu zeigt Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Vorgangs, in welchem das Netzmodell 3 und das Deformationsnetzmodell 11 miteinander verglichen werden, wodurch lokale Abweichungen 12 zwischen dem Netzmodell 3 und dem Deformationsnetzmodell 11 ermittelt werden. Die jeweilige lokale Abweichung 12 weist einen Abweichungsbetrag 13 auf, zum Beispiel eine gerade Abweichungslänge 14 und/oder einen Abweichungswinkel 15. Zum Bestimmen oder Ermitteln der Abweichungsbeträge 13 werden das Netzmodell 3 und das Deformationsnetzmodell 11 zum Beispiel grob übereinandergelegt, etwa mittels eines CAD-Programms oder mittels eines FEM-Programms. In a step S3 of the method, the network model 3 and the deformation network model 11 are compared with one another. 7 shows a schematic view of a process in which the network model 3 and the deformation network model 11 are compared with one another, as a result of which local deviations 12 between the network model 3 and the deformation network model 11 are determined. The respective local deviation 12 has a deviation amount 13, for example a straight deviation length 14 and/or a deviation angle 15. To determine or determine the deviation amounts 13, the network model 3 and the deformation network model 11 are, for example, roughly superimposed, for example using a CAD program or by means of an FEM program.
Es folgt ein weiterer Schritt S4 des Verfahrens, in welchem das Netzmodell 3 und das Deformationsnetzmodell 11 derart aneinander ausgerichtet werden, dass ein Gesamtabweichungsbetrag minimal wird, der durch Aufaddieren der lokalen Abweichungsbeträge 13 gebildet wird. Beispielsweise wird hierzu das Deformationsnetzmodell 11 translatorisch und/oder rotatorisch in Bezug zu dem Netzmodell 3 bewegt, bis der Gesamtabweichungsbetrag möglichst gering geworden ist. Hierbei kommt insbesondere ein Best-Fit-Algorithmus zum Einsatz. Die beiden Modelle 3, 11 gelten als am besten aneinander ausgerichtet, wenn der Gesamtabweichungsbetrag, das heißt eine Summe aus allen lokalen Abweichungsbeträgen 13, minimal ist. Insofern wird also der Gesamtabweichungsbetrag verringert oder minimiert, indem die Modelle 3, 11 - insbesondere mittels des Best-Fit- Algorithmus - aneinander ausgerichtet werden. A further step S4 of the method follows, in which the network model 3 and the deformation network model 11 are aligned with one another in such a way that a total deviation amount, which is formed by adding the local deviation amounts 13, becomes minimal. For example, for this purpose the deformation network model 11 is moved translationally and/or rotationally in relation to the network model 3 until the total deviation amount has become as small as possible. In particular, a best-fit algorithm is used here. The two models 3, 11 are considered to be best aligned with one another when the total amount of deviation, ie a sum of all local amounts of deviation 13, is minimal. To this extent, the total amount of deviation is reduced or minimized by the models 3, 11 being aligned with one another—in particular using the best-fit algorithm.
In Fig. 7 ist ein Nulldeformationspunkt 16 des Bauteils 2 bzw. des jeweiligen Modells 3, 11 dargestellt. An dem Nulldeformationspunkt 16 tritt beim Sintern bzw. beim Wärmebehandeln eine besonders niedriges Abweichungsmaß auf. Insbesondere ist der Nulldeformationspunkt 16 frei von einer Abweichung. Der Nulldeformationspunkt 16 und eine Aufstandsebene 17, über welche das Grünteil zum Beispiel für die Wärmebehandlung aufgestellt wird, fallen zusammen. Der Nulldeformationspunkt 16 liegt also in Bezug auf eine Höhe des Grünteils auf der gleichen Höhe, wie die Aufstandsebene 17. Zudem liegt der Nulldeformationspunkt 16 in Bezug auf eine Breite und eine Länge des Grünteils deckungsgleich mit dem Schwerpunkt des Grünteils. Gleiches gilt, wenn das fertig gesinterte bzw. wärmebehandelte Bauteil 2 betrachtet wird: Der Nulldeformationspunkt 16 liegt in einer Aufstandsebene 17 des Bauteils 2 und ist in Bezug auf eine Breite und eine Länge des Bauteils 2 deckungsgleich mit dem Schwerpunkt des Bauteils 2. Dies gilt für das Netzmodell 3 als auch für das Deformationsnetzmodell 11. Demnach kann der Nulldeformationspunkt 16 als gemeinsamer Punkt des Bauteils 2 betrachtet werden. A zero deformation point 16 of the component 2 or of the respective model 3, 11 is shown in FIG. A particularly low degree of deviation occurs at the zero deformation point 16 during sintering or heat treatment. In particular, the zero deformation point 16 is free from a deviation. The zero deformation point 16 and a contact plane 17, over which the green part is set up, for example for the heat treatment, coincide. The zero deformation point 16 is therefore at the same height as the contact plane 17 in relation to a height of the green part. In addition, the zero deformation point 16 is congruent with the center of gravity of the green part in relation to a width and a length of the green part. The same applies when the finished sintered or heat-treated component 2 is considered: The zero deformation point 16 lies in a contact plane 17 of the component 2 and is congruent with the center of gravity of the component 2 with regard to a width and a length of the component 2. This applies to the network model 3 as well as for the deformation network model 11. Accordingly, the zero deformation point 16 can be regarded as a common point of the component 2.
Der Nulldeformationspunkt 16 des Netzmodells 3 und der korrespondierende Nulldeformationspunkt 16 des Deformationsnetzmodells 11 werden zum oder beim Aneinanderausrichten der Modelle 3, 11 direkt aneinander, insbesondere deckungsgleich, angeordnet und/oder verbleiben zum oder beim Aneinanderausrichten der Modelle 3, 11 direkt aneinander, insbesondere deckungsgleich, angeordnet. Mit anderen Worten erfolgt das Aneinanderausrichten des Netzmodells 3 und des Deformationsnetzmodells 11 mit einer Bedingung, gemäß welcher der Nulldeformationspunkt 16 des Netzmodells 3 und der korrespondierender Nulldeformationspunkt 16 des Deformationsnetzmodells 11 aneinander angeordnet werden, wobei der aus den lokalen Abweichungsbeträgen gebildete Gesamtabweichungsbetrag unter Einhaltung dieser Bedingung minimal wird. The zero deformation point 16 of the network model 3 and the corresponding zero deformation point 16 of the deformation network model 11 are arranged directly next to one another, in particular congruently, for or when aligning the models 3, 11 with one another and/or remain directly next to one another, in particular congruently, for or when aligning the models 3, 11 with one another. arranged. In other words, the alignment of the network model 3 and the deformation network model 11 takes place with a condition according to which the zero deformation point 16 of the network model 3 and the corresponding zero deformation point 16 of the deformation network model 11 are arranged next to one another, with the total deviation amount formed from the local deviation amounts being minimal while complying with this condition will.
Es ist vorliegend des ferner vorgesehen, dass für den jeweiligen Abweichungsbetrag 13 zumindest zwischen einem jeweiligen Geometriespezialelement 18 des Netzmodells 3 und einem korrespondierenden Geometriespezialelement 19 des Deformationsnetzmodells 11 ein erster zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben wird. Ferner wird für den jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag 13 zwischen einem anderen Geometrieelement 20 des Netzmodells 3 und einem korrespondierenden anderen Geometrieelement 21 des Deformationsnetzmodells 11 ein zweiter zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben. Der zweite zulässige Toleranzbetrag ist größer als der erste zulässige Toleranzbetrag. Folglich wird beim Ausrichten der Modelle 3, 11 eine höhere Toleranz an den anderen Geometrieelementen 20, 21 (siehe Fig. 7) zugelassen als an den Geometriespezialelementen 18, 19 (siehe Fig. 7). It is also provided here that a first permissible tolerance amount is specified for the respective amount of deviation 13 at least between a respective special geometry element 18 of the network model 3 and a corresponding special geometry element 19 of the deformation network model 11 . Furthermore, for the respective local Deviation amount 13 between another geometry element 20 of the network model 3 and a corresponding other geometry element 21 of the deformation network model 11 is a second permissible tolerance amount. The second allowable tolerance amount is greater than the first allowable tolerance amount. Consequently, when aligning the models 3, 11, a higher tolerance is permitted on the other geometry elements 20, 21 (see FIG. 7) than on the special geometry elements 18, 19 (see FIG. 7).
Insbesondere ist das jeweilige Geometriespezialelement 18, 19 als ein Funktionselement des Bauteils 2 ausgebildet. Das Geometriespezialelement 18, 19 bzw. das Funktionselement ist beim fertig hergestellten Bauteil 2 für dessen Funktionalität von besonderer Bedeutung. Beispielsweise handelt es sich beim dem Funktionselement um die Fläche oder Oberfläche 9. Ferner kann es sich bei dem Funktionselement um ein Loch oder sonstige Materialaussparung handeln, wie ein gewindeloses und/oder mit einem Innengewinde versehenes Durchgangsoder Sackloch, eine Nut etc. Weiter ist es denkbar, dass das Funktionselement als ein zylindrischer oder polyedrischer Materialvorsprung ausgebildet ist, beispielsweise als ein gewindeloser und/oder mit einem Außengewinde versehener Zapfen oder als eine sonstige entsprechend ausgebildete Materialerhebung. Insbesondere fungiert das Funktionselement beim fertig hergestellten Bauteil 2 als Stoff-, Form- und/oder Kraftschlusselement zum Bilden einer Stoff-, Form- und/oder Kraftschlusseinrichtung, beispielsweise zwischen dem Bauteil 2 und einem weiteren Bauteil, um das Bauteil 2 und das weitere Bauteil Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig miteinander zu verbinden. In particular, the respective special geometry element 18 , 19 is designed as a functional element of component 2 . The special geometry element 18, 19 or the functional element is of particular importance for the functionality of the finished component 2. For example, the functional element is the area or surface 9. The functional element can also be a hole or other material recess, such as a through hole or blind hole without a thread and/or provided with an internal thread, a groove, etc. It is also conceivable that the functional element is designed as a cylindrical or polyhedral material projection, for example as a threadless and / or provided with an external thread pin or as another correspondingly designed material elevation. In particular, the functional element acts in the finished component 2 as a material, positive and/or non-positive connection element to form a material, positive and/or non-positive connection device, for example between the component 2 and another component, around the component 2 and the further component To be connected to one another in a material, positive and/or non-positive manner.
Ferner kann es sich bei dem jeweiligen Geometriespezialelement 18, 19 um ein Herstellungshilfselement des Bauteils 2 handeln. Ein solches als das Herstellungshilfselement ausgebildetes Geometriespezialelement 18, 19 wird beispielsweise beim 3D-Drucken des Zwischenerzeugnisses erzeugt, insbesondere aus dem gleichen Materialpulver aufgeschichtet, wie das Zwischenerzeugnis bzw. das Bauteil 2 selbst. Hierbei wird im Bereich des jeweiligen Herstellungshilfselements auf das Aufträgen von Bindemittelschichten verzichtet. Das jeweilige Herstellungshilfselement ist beispielsweise als ein Druckhilfselement bzw. als eine sogenannte Supportstruktur ausgebildet, aufgrund derer Materialvorsprünge, insbesondere Materialüberhänge mittels des 3D-Druckens herstellbar sind. Weiter brechen diese Materialvorsprünge bzw. -Überhänge beim Sintern des Grünteils bzw. Zwischenerzeugnisses nicht ab und/oder verformen sich nicht, wenn die Materialvorsprünge bzw. -Überhänge durch die Herstellungshilfselemente gestützt werden. Daher ist das Herstellungshilfselement für das Herstellen des Bauteils 2 von besonderer Bedeutung. Beim Aneinanderausrichten des Netzmodells 3 und des Deformationsnetzmodells 11 werden insbesondere die Geometriespezialelemente 18, 19 der Modelle 3, 11 besonders nah aneinander - wenn möglich deckungsgleich - angeordnet. Der Schritt S4 des Verfahrens wird also beispielsweise so ausgeführt, dass die miteinander korrespondierenden Geometriespezialelemente 18, 19 nah aneinander angeordnet, insbesondere aneinander ausgerichtet bleiben. Folglich wird der aus den lokalen Abweichungsbeträgen 13 gebildete Gesamtabweichungsbetrag unter Einhaltung einer solchen Bedingung minimal. Furthermore, the respective special geometry element 18 , 19 can be an auxiliary production element of the component 2 . Such a special geometry element 18, 19 designed as the auxiliary production element is produced, for example, during 3D printing of the intermediate product, in particular layered from the same material powder as the intermediate product or the component 2 itself . The respective auxiliary production element is designed, for example, as an auxiliary printing element or as a so-called support structure, on the basis of which material projections, in particular material overhangs, can be produced by means of 3D printing. Furthermore, these material projections or overhangs do not break off during the sintering of the green part or intermediate product and/or do not deform when the material projections or overhangs are supported by the auxiliary production elements. The auxiliary production element is therefore of particular importance for the production of the component 2 . When the network model 3 and the deformation network model 11 are aligned with one another, the special geometry elements 18, 19 of the models 3, 11 in particular are arranged particularly close to one another--if possible congruently. Step S4 of the method is thus carried out, for example, in such a way that the special geometry elements 18, 19 which correspond to one another remain arranged close to one another, in particular remain aligned with one another. Consequently, the total deviation amount formed from the local deviation amounts 13 becomes minimum while satisfying such a condition.
Bei den anderen Geometrieelementen 20, 21 handelt es sich um Elemente des Netzmodells 3 bzw. Bauteils 2, die nur besonders wenig, insbesondere keine Bedeutung für das Herstellen und für die Funktionalität des Bauteils 2 haben. So wird vorrangig eine Abweichungsbetragssumme, die aus den lokalen Abweichungsbeträgen 13 an den Geometriespezialelementen 18, 19 gebildet wird, durch das Ausrichten minimiert oder verringert, wobei eine andere Abweichungsbetragssumme, die aus den lokalen Abweichungsbeträgen 13 an den anderen Geometrieelementen 20, 21 gebildet wird, beim Ausrichten nachrangig minimiert bzw. verringert wird. The other geometry elements 20, 21 are elements of the network model 3 or component 2, which have very little, in particular no, importance for the production and for the functionality of the component 2. A deviation amount sum, which is formed from the local deviation amounts 13 on the special geometry elements 18, 19, is primarily minimized or reduced by the alignment, with another deviation amount sum, which is formed from the local deviation amounts 13 on the other geometry elements 20, 21, when Align is minimized or reduced subordinate.
Das Verfahren weist weiter eine Schleife S10 auf, welche zumindest die Schritte S2, S3 und S4 umfasst. Die Schleife S10 wird wenigstens einmal wiederholt, das heißt nach einem erstmaligen Durchlaufen wenigstens noch einmal durchlaufen, wobei sich für das Wiederholen der Schritte S2, S3, S4 beispielsweise an den Schritt S4 zum Beispiel der Schritt S2 anschließt. Insbesondere wird die Schleife S10 iterativ durchgeführt, bis der jeweilige Abweichungsbetrag 13 dem ersten zulässigen Toleranzbetrag entspricht. Hierzu weist das Verfahren vor dem Erzeugen des Druckmodells 1 einen Schritt S4a auf, in welchem nach dem erstmaligen Durchlaufen des Schritts S4 ein erstes Iterationsnetzmodell des Bauteils 2 erzeugt wird, indem das Netzmodell 3 anhand der Abweichungsbeträge 13 verändert oder modifiziert wird. Dann wird beim Ausführen der Schleife S10 das Iterationsnetzmodell dem Schritt S2 zugeführt. The method also has a loop S10, which comprises at least steps S2, S3 and S4. Loop S10 is repeated at least once, that is to say it is run through at least once more after it has been run through for the first time, with step S2, for example, following step S4 for repeating steps S2, S3, S4. In particular, the loop S10 is carried out iteratively until the respective deviation amount 13 corresponds to the first permissible tolerance amount. For this purpose, the method has a step S4a before the generation of the pressure model 1, in which, after the first iteration of step S4, a first iteration network model of the component 2 is generated by the network model 3 being changed or modified using the deviation amounts 13. Then, when executing loop S10, the iteration network model is fed to step S2.
Insbesondere weist die Schleife S10 die Schritte S1b, S1a, S2, S3, S4 und S4a auf, wobei sich für das Wiederholen der Schritte S1b, S1a, S2, S3, S4 und S4a an den Schritt S4a der Schritt S1b anschließt. In particular, the loop S10 has the steps S1b, S1a, S2, S3, S4 and S4a, with the step S1b following the step S4a for the repetition of the steps S1b, S1a, S2, S3, S4 and S4a.
Dementsprechend wird für die erste Wiederholung der Schleife S10 das in Schritt S4a erzeugte erste Iterationsnetzmodell dem Schritt S1b der Schleife S10 zugeführt, in welchem das erste Iterationsnetzmodell gegebenenfalls zu einem skalierten ersten Iterationsnetzmodell skaliert wird. Danach wird das erste Iterationsnetzmodell dem Schritt S1a bereitgestellt, in welchem - analog zur obenstehenden Beschreibung - die Netzelemente 4 vergrößert werden. Hiernach wird das erste (eventuell skalierte) Iterationsnetzmodell mit den vergrößerten Netzelementen 10 dem Schritt S2 der Schleife S10 bereitgestellt, in welchem das erste Iterationsnetzmodell simulativ wärmebehandelt bzw. gesintert wird. Dadurch wird ein erstes Iterationsdeformationsnetzmodell erzeugt, welches im Schritt S3 der Schleife S10 mit dem Netzmodell 3 verglichen wird und die Abweichungsbeträge zwischen dem Netzmodell 3 und dem Iterationsdeformationsnetzmodell ermittelt werden. Im Schritt S4 der Schleife S10 werden das Iterationsdeformationsnetzmodell und das Netzmodell 3 aneinander ausgerichtet, wobei der aus den Abweichungsbeträgen 13 zwischen dem Iterationsdeformationsnetzmodell und dem Netzmodell 3 gebildete Gesamtabweichungsbetrag minimal wird. Weiter umfasst die Schleife S10 den Schritt S4a, in dem für eine zweite Wiederholung der Schleife S10 ein zweites Iterationsnetzmodell erstellt wird, indem das erste Iterationsdeformationsnetzmodell anhand der lokalen Abweichungsbeträge 13 verändert oder modifiziert wird. Das zweite Iterationsnetzmodell wird dann für eine weitere Wiederholung der Schleife dem Schritt S1b der Schleife zugeführt. Accordingly, for the first repetition of loop S10, the first iteration network model generated in step S4a is fed to step S1b of loop S10, in which the first iteration network model is optionally scaled to form a scaled first iteration network model. The first iteration network model is then made available to step S1a, in which—analogously to the above description—the network elements 4 are enlarged. hereafter the first (possibly scaled) iteration network model with the enlarged network elements 10 is provided to step S2 of loop S10, in which the first iteration network model is heat-treated or sintered in a simulative manner. As a result, a first iteration deformation network model is generated, which is compared with network model 3 in step S3 of loop S10 and the deviation amounts between network model 3 and the iteration deformation network model are determined. In step S4 of loop S10, the iteration deformation network model and the network model 3 are aligned with one another, the total deviation amount formed from the deviation amounts 13 between the iteration deformation network model and the network model 3 becoming minimal. Loop S10 also includes step S4a, in which a second iteration network model is created for a second repetition of loop S10 by changing or modifying the first iteration deformation network model using local deviation values 13 . The second iteration network model is then fed to step S1b of the loop for a further iteration of the loop.
Für das iterative Ausführen der Schleife S10 umfasst diese - beispielsweise als Teilschritt des Schritts S4a - eine Prüfung, in welcher der jeweilige Abweichungsbetrag 13, insbesondere an den Geometriespezialelementen 18, 19, auf das Einhalten des ersten zulässigen Toleranzbetrags hin geprüft wird. Insbesondere umfasst die Prüfung das Überprüfen des jeweiligen Abweichungsbetrags 13 abseits der Geometriespezialelemente 18, 19 - also beispielsweise an den anderen Geometrieelementen 20, 21 - auf das Einhalten des zweiten zulässigen Toleranzbetrags hin. Wird mittels der Prüfung festgestellt, dass zumindest der erste Toleranzbetrag eingehalten ist, wird die Schleife S10 beendet und das Verfahren, beispielsweise nach Schritt S4, mit einem weiteren Schritt S5 fortgesetzt. For the iterative execution of the loop S10, this includes--for example as a sub-step of step S4a--a test in which the respective deviation amount 13, in particular at the special geometry elements 18, 19, is checked for compliance with the first permissible tolerance amount. In particular, the test includes checking the respective amount of deviation 13 apart from the special geometry elements 18, 19 - ie for example on the other geometric elements 20, 21 - for compliance with the second permissible tolerance amount. If the check establishes that at least the first tolerance amount is complied with, loop S10 is terminated and the method, for example after step S4, is continued with a further step S5.
In dem Schritt S5 des Verfahrens wird nun das Druckmodell 1 des zu fertigenden Bauteils 2 erzeugt. Hierzu wird das Netzmodell 3 anhand der lokalen Abweichungsbeträge 13 verändert oder modifiziert. Das digitale Druckmodell 1 basiert also auf dem Netzmodell 3, welches anhand der zwischen dem Netzmodell 3 und dem Deformationsnetzmodell 11 aufgetretenen Abweichungsbeträge 13 verändert/modifiziert wurde. Wurde vor dem Schritt S5 zumindest einmal die Schleife S10 durchlaufen bzw. ausgeführt, basiert das digitale Druckmodell 1 auf dem Netzmodell 3, welches anhand der zwischen dem Netzmodell 3 und dem Iterationsdeformationsnetzmodell aufgetretenen Abweichungsbeträge 13 verändert/modifiziert wurde. Fig. 8 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Ansicht das Druckmodell 1 , das gegenüber dem Netzmodell 3 und gegenüber dem Deformationsnetzmodell 11 derart verformt ist, dass bei einem Sintern des Zwischenerzeugnisses, das gemäß dem Druckmodell 1 hergestellt worden ist, das Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil sich so verformt, dass die Gestalt des Bauteils 2 entsteht. In step S5 of the method, the print model 1 of the component 2 to be manufactured is now generated. For this purpose, the network model 3 is changed or modified using the local deviation values 13 . The digital pressure model 1 is therefore based on the network model 3, which was changed/modified using the deviation amounts 13 that occurred between the network model 3 and the deformation network model 11. If loop S10 was run through or executed at least once before step S5, digital pressure model 1 is based on network model 3, which was changed/modified using deviation amounts 13 that occurred between network model 3 and the iteration deformation network model. Fig. 8 shows a schematic and perspective view of the print model 1, which is deformed in relation to the network model 3 and in relation to the deformation network model 11 in such a way that when the intermediate product that has been produced according to the print model 1 is sintered, the intermediate product or green part is deformed so that the shape of the component 2 is formed.
Fig. 9 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Ansicht das Druckmodell 1 , welches in einem Schritt S5a des Verfahrens zu einem Feindruckmodell 1a verfeinert wurde. Der Schritt S5a erfolgt nach dem Bereitstellen des Druckmodells 1 , also nach dem Schritt S5. Die abseits der Deformations-Hot-Spots 6 angeordneten und im Schritt S1 a vergrößerten Netzelemente 10 werden im Schritt S5a (wieder) verkleinert, wodurch das Druckmodell 1 verfeinert wird bzw. das Feindruckmodell 1a erzeugt wird . Mit anderen Worten wird - nachdem das die vergrößerten Netzelemente 10 aufweisende Druckmodell 1 des zu fertigenden Bauteils 2 erzeugt wurde - das Druckmodell 1 verfeinert, wobei die zuvor vergrößerten Netzelemente 10 abseits des/der Deformations-Hot-Spots 6 verkleinert werden. Hierbei werden die Anzahl der Netzelemente 10 sowie die Anzahl der Netzknotenpunkte 5, die im Schritt S1a verringert wurden, derart wieder erhöht, dass nach dem Erhöhen die Anzahl der Netzelemente 4 bzw. Netzknotenpunkte 5 wieder der jeweiligen Anzahl vor dem Vergrößern der Netzelemente 4 entspricht. 9 shows the print model 1 in a schematic and perspective view, which was refined into a fine print model 1a in a step S5a of the method. Step S5a takes place after the print model 1 has been provided, ie after step S5. The network elements 10 arranged away from the deformation hot spots 6 and enlarged in step S1a are reduced in size (again) in step S5a, as a result of which the print model 1 is refined or the fine print model 1a is generated. In other words—after the printed model 1 of the component 2 to be produced, which has the enlarged mesh elements 10, has been generated—the printed model 1 is refined, the previously enlarged mesh elements 10 away from the deformation hotspot(s) 6 being reduced in size. The number of network elements 10 and the number of network nodes 5, which were reduced in step S1a, are increased again in such a way that after the increase, the number of network elements 4 or network nodes 5 again corresponds to the respective number before the network elements 4 were increased.
Die abseits des jeweiligen Deformations-Hot-Spots 6 angeordneten und zuvor vergrößerten Netzelemente 10 werden gemäß einem Faktor (wieder) verkleinert. Das bedeutet, dass die Anzahl der Netzelemente 10 gemäß dem vorgegebenen Faktor vergrößert wird. Insbesondere wird der Faktor so gewählt, dass die abseits der Deformations-Hot-Spots angeordneten Netzelemente 10 gemäß der gewünschten Druckauflösung verkleinert werden. Darüber hinaus kann die Netzelementgröße als eine Randbedingung für das Netzmodell 3 bzw. für das Druckmodell 1, 1a vorgegeben werden, wobei die Netzelementgröße und die erwünschte Druckauflösung für das Bauteil 2 miteinander korrespondieren - je kleiner die Netzelementgröße bzw. je mehr Netzelemente 4, desto höher ist die Druckauflösung. Nach dem Verkleinern haben die entsprechenden Netzelemente 10 also die Netzelementgröße, die die Netzelemente 4 haben. The previously enlarged network elements 10 arranged away from the respective deformation hotspot 6 are (again) reduced in size according to a factor. This means that the number of network elements 10 is increased according to the predetermined factor. In particular, the factor is selected in such a way that the network elements 10 arranged away from the deformation hot spots are reduced in size in accordance with the desired print resolution. In addition, the size of the network element can be specified as a boundary condition for the network model 3 or for the print model 1, 1a, with the size of the network element and the desired print resolution for the component 2 corresponding to one another - the smaller the size of the network element or the more network elements 4, the higher is the print resolution. After the reduction, the corresponding network elements 10 have the same network element size as the network elements 4 have.
Das Verfahren B unterscheidet sich von dem Verfahren A durch einen Schritt S6, in welchem das digitale Druckmodell 1 , bevorzugt das Feindruckmodell 1a, einer Fertigungseinheit, insbesondere einem Binder-Jetting-3D-Drucker, bereitgestellt wird. Dann wird mittels des 3D- Druckers und anhand des Druckmodells 1 das Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil des Bauteils 2 tatsächlich hergestellt. Weiter umfasst der Schritt S6 das (reale) Sintern des Grünteils, wodurch das Bauteil 2 hergestellt wird. Hierzu schließt sich der Schritt S6 des Verfahrens B an das Verfahren A an, insbesondere an den Schritt S5a des Verfahrens A. Anders ausgedrückt weist das Verfahren A die Schritte S1, S1b, S1a, S2, S3, S4, S4a, S5 und S5a auf, wohingegen das Verfahren B Schritte S1 , S1b, S1a, S2, S3, S4, S4a, S5, S5a und S6 umfasst. Method B differs from method A by a step S6, in which the digital print model 1, preferably the fine print model 1a, is provided to a production unit, in particular a binder jetting 3D printer. The intermediate product or green part of the component 2 is then actually produced by means of the 3D printer and using the print model 1 . Next, step S6 includes the (real) sintering of the green part, whereby the component 2 is produced. To this end, step S6 of method B follows method A, in particular step S5a of method A. In other words, method A has steps S1, S1b, S1a, S2, S3, S4, S4a, S5 and S5a , whereas method B comprises steps S1, S1b, S1a, S2, S3, S4, S4a, S5, S5a and S6.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie besonders effizient und genau eine durch eine Wärmebehandlung auftretende Deformation an wichtigen Elementen des Bauteils 2 kompensiert wird. Indem zum Simulieren des Sinterns das Netzmodell 3 zum Einsatz kommt, bei welchem zumindest ein Anteil der Netzelemente 4 zu den Netzelementen 10 vergrößert wurde, ist ein Aufwand zum Durchführen der Simulation in vorteilhafter Weise besonders gering. Overall, the invention shows how particularly efficiently and precisely a deformation occurring on important elements of the component 2 as a result of a heat treatment is compensated for. Since the network model 3 is used to simulate the sintering, in which at least a portion of the network elements 4 has been enlarged to form the network elements 10, the effort involved in carrying out the simulation is advantageously particularly low.
Hierbei konzentriert sich das Verfahren auf das Vergrößern der Netzelemente 4 und in weiterer Ausgestaltung auf das Wiederverringern der zuvor vergrößerten Netzelemente 10. In this case, the method concentrates on enlarging the network elements 4 and, in a further embodiment, on reducing the previously enlarged network elements 10 again.
Obwohl das Verfahren A, B hierin im Zusammenhang mit einem additiven Fertigungsverfahren beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass das Verfahren A, B auch für andere Fertigungsverfahren anwendbar ist, bei denen es zu einem Wärmeeintrag in das entsprechende Bauteil oder in ein korrespondierendes Zwischenerzeugnis kommt, etwa bei einem Schweißen. Although method A, B has been described here in connection with an additive manufacturing method, it should be understood that method A, B can also be used for other manufacturing methods in which heat is introduced into the corresponding component or into a corresponding intermediate product, such as when welding.
Bezugszeichenliste Reference List
A Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen DruckmodellsA Method of providing a digital print model
B Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils B Process for the additive manufacturing of a component
1 Druckmodell 1 print model
1a Feindruckmodell 1a fine print model
2 Bauteil 2 component
3 Netzmodell 3 mesh model
3a skaliertes Netzmodell 3a scaled network model
4 Netzelement 4 mesh element
5 Netzknotenpunkt 5 network node
6 Deformations-Hot-Spot 6 deformation hot spot
7 Kante 7 edge
8 Ecke 8 corner
9 Oberfläche 9 surface
10 vergrößertes Netzelement 10 enlarged mesh element
11 Deformationsnetzmodell 11 Deformation Mesh Model
12 Abweichung 12 deviation
13 Abweichungsbetrag 13 Deviation Amount
14 Abweichungslänge 14 deviation length
15 Abweichungswinkel 15 deviation angles
16 Nulldeformationspunkt 16 zero deformation point
17 Aufstandsebene 17 insurgency level
18 Geometriespezialelement 18 geometry special element
19 Geometriespezialelement 19 geometry special element
20 Geometrieelement 20 geometry element
21 Geometrieelement 21 geometry element
22 Netzelement 22 mesh element
S1 Verfahrensschritt S1 process step
S1a Verfahrensschritt S1a method step
S1b Verfahrensschritt S1b process step
S2 Verfahrensschritt 53 VerfahrensschrittS2 method step 53 process step
54 Verfahrensschritt54 process step
S4a VerfahrensschrittS4a method step
55 Verfahrensschritt55 process step
S5a VerfahrensschrittS5a method step
56 Verfahrensschritt56 process step
S10 Schleife S10 loop

Claims

Patentansprüche Verfahren (A) zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells (1, 1a), anhand dessen ein Bauteil (2) additiv herstellbar ist, wobei Claims Method (A) for providing a digital print model (1, 1a) on the basis of which a component (2) can be produced additively, wherein
51 ein Netzmodell (3) des zu fertigenden Bauteils (2) bereitgestellt wird; 51 a mesh model (3) of the component (2) to be manufactured is provided;
52 eine Wärmebehandlung anhand des Netzmodells (3) simuliert wird, wodurch ein digitales Deformationsnetzmodell (11) des zu fertigenden Bauteils (2) erzeugt wird; 52 a heat treatment is simulated using the mesh model (3), whereby a digital deformation mesh model (11) of the component (2) to be manufactured is generated;
53 das Netzmodell (3) mit dem Deformationsnetzmodell (11) verglichen wird, wodurch lokale Abweichungsbeträge (13) zwischen dem Netzmodell (3) und dem Deformationsnetzmodell (11) ermittelt werden; 53 the network model (3) is compared with the deformation network model (11), whereby local deviation amounts (13) between the network model (3) and the deformation network model (11) are determined;
54 das Netzmodell (3) und das Deformationsnetzmodell (11) derart aneinander ausgerichtet werden, dass ein Gesamtabweichungsbetrag minimal wird, welcher aus den lokalen Abweichungsbeträgen (13) zwischen dem Netzmodell (3) und dem Deformationsnetzmodell (11) gebildet wird; und 54 the network model (3) and the deformation network model (11) are aligned with one another in such a way that a total deviation amount is minimal, which is formed from the local deviation amounts (13) between the network model (3) and the deformation network model (11); and
55 das Druckmodell (1 , 1a) des zu fertigenden Bauteils (2) erzeugt wird, indem das Netzmodell (3) anhand der lokalen Abweichungsbeträge (13) verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt S2 an dem Netzmodell (3) ein Deformations-Hot-Spot (6) identifiziert wird und abseits des Deformations-Hot-Spots (6) angeordnete Netzelemente (4) des Netzmodells (3) vergrößert werden. Verfahren (A) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem Netzmodell (3) der Deformations-Hot-Spot (6) identifiziert wird, indem mittels einer Kurzsimulation eine Wärmebehandlung anhand des Netzmodells (3) simuliert wird. Verfahren (A) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem Netzmodell (3) der Deformations-Hot-Spot (6) identifiziert wird, indem basierend auf dem Netzmodell (3) ein Grobnetzmodell erstellt wird, und die Wärmebehandlung anhand des Grobnetzmodells simuliert wird, wodurch ein deformiertes Grobnetzmodell erzeugt wird. Verfahren (A) einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt S5 das Druckmodell (1) verfeinert wird, indem die abseits der Deformations-Hot-Spots (6) angeordneten Netzelemente (4, 10) verkleinert werden;. Verfahren (A) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die abseits des Deformations-Hot-Spots (6) angeordneten Netzelemente (4, 10) gemäß einem vorgegebenen Faktor verkleinert werden. Verfahren (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aneinanderausrichten des Netzmodells (3) und des Deformationsnetzmodells (11) mit einer Bedingung erfolgt, gemäß welcher ein Nulldeformationspunkt (16) des Netzmodells (3) und ein damit korrespondierender Nulldeformationspunkt (16) des Deformationsnetzmodells (11) aneinander angeordnet werden, derart, dass der aus den lokalen Abweichungsbeträgen (13) gebildete Gesamtabweichungsbetrag unter Einhaltung dieser Bedingung minimal wird. Verfahren (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag (13) zwischen dem Netzmodell (3) und dem Deformationsnetzmodell (11) ein zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben wird und eine die Schritte S2, S3 und S4 umfassende Schleife S10 iterativ durchgeführt wird, bis der jeweilige lokale Abweichungsbetrag (13) dem zulässigen Toleranzbetrag entspricht. Verfahren (A) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Geometriespezialelement (18) des Netzmodells (3) und ein Geometriespezialelement (19) des Deformationsnetzmodells (11) bestimmt werden, und die Schleife S10 iterativ durchgeführt wird, bis der jeweilige lokale Abweichungsbetrag (13) zwischen den Geometriespezialelementen (18, 19) dem zulässigen Toleranzbetrag entspricht, wobei abseits der Geometriespezialelemente (18, 19) ein größerer Toleranzbetrag zugelassen wird. Verfahren (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Kurzsimulation der Wärmebehandlung das Netzmodell (3) basierend auf einer zu erwartenden Deformation skaliert wird. Verfahren (B) zum additiven Herstellen eines Bauteils (2), wobei ein Material des zu fertigenden Bauteils (2) gemäß einem digitalen Druckmodell (1, 1a) des Bauteils (2) angeordnet wird, und das Material mittels einer Wärmebehandlung zu dem Bauteil (2) gefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Druckmodell (1, 1a) mittels eines nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildeten Verfahrens (A) bereitgestellt wird. 55 the pressure model (1, 1a) of the component (2) to be manufactured is generated by changing the network model (3) based on the local deviation amounts (13), characterized in that before step S2 on the network model (3) a deformation -Hot-Spot (6) is identified and network elements (4) of the network model (3) arranged away from the deformation hot-spot (6) are enlarged. Method (A) according to Claim 1, characterized in that the deformation hot spot (6) is identified on the network model (3) by using a short simulation to simulate a heat treatment using the network model (3). Method (A) according to Claim 1, characterized in that the deformation hot spot (6) is identified on the network model (3) by creating a coarse network model based on the network model (3) and simulating the heat treatment using the coarse network model is generated, creating a deformed coarse mesh model. Method (A) of one of the preceding claims, characterized in that after step S5 the pressure model (1) is refined by reducing the size of the network elements (4, 10) arranged away from the deformation hot spots (6); Method (A) according to Claim 4, characterized in that the network elements (4, 10) arranged away from the deformation hot spot (6) are reduced in size according to a predetermined factor. Method (A) according to one of the preceding claims, characterized in that the alignment of the network model (3) and the deformation network model (11) with one another takes place with a condition according to which a zero deformation point (16) of the network model (3) and a zero deformation point corresponding thereto ( 16) of the deformation network model (11) are arranged next to one another in such a way that the total deviation amount formed from the local deviation amounts (13) is minimal while complying with this condition. Method (A) according to one of the preceding claims, characterized in that a permissible tolerance amount is specified for the respective local deviation amount (13) between the network model (3) and the deformation network model (11) and a loop comprising steps S2, S3 and S4 S10 is carried out iteratively until the respective local deviation amount (13) corresponds to the permissible tolerance amount. Method (A) according to Claim 7, characterized in that a special geometry element (18) of the network model (3) and a special geometry element (19) of the deformation network model (11) are determined, and the loop S10 is carried out iteratively until the respective local deviation amount ( 13) between the special geometry elements (18, 19) corresponds to the allowable tolerance amount, with a larger tolerance amount being allowed away from the special geometry elements (18, 19). Method (A) according to one of the preceding claims, characterized in that before the brief simulation of the heat treatment, the network model (3) is scaled based on a deformation to be expected. Method (B) for the additive manufacturing of a component (2), wherein a material of the component (2) to be produced is arranged according to a digital printing model (1, 1a) of the component (2), and the material is formed into the component (2) by means of a heat treatment 2) is joined, characterized in that the digital print model (1, 1a) is provided by means of a method (A) designed according to one of Claims 1 to 9.
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