AT523694B1

AT523694B1 - Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils

Info

Publication number: AT523694B1
Application number: ATA50242/2020A
Authority: AT
Original assignee: Miba Sinter Austria Gmbh
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2022-06-15
Also published as: AT523694A1; DE102021105992A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils (1) umfassend die Schritte: Herstellen eines Formwerkzeugs (3) mittels eines additiven Herstellungsverfahrens aus einem ersten Pulver mit metallischen Pulverpartikeln für die Herstellung des Formbauteils (1), wobei das Formwerkzeug (3) zumindest eine äußere Randkontur (4) des Formbauteils (1) und zumindest ein offenes Volumen (5), das von der Randkontur (4) umgeben ist, ausbildet, und am fertigen Formbauteil (1) belassen wird, und wobei das Formwerkzeug (3) eine Stirnfläche (8) aufweist, Auffüllen des offenen Volumens (5) mit einem weiteren Pulver mit metallischen Pulverpartikeln (7), wobei das Formwerkzeug (3) zumindest einseitig zur Gänze offenen ausgebildet wird, sodass eine Befüllöffnung (10) eine Größe aufweist, die der Größe der Fläche entspricht, die durch die Innenkante der Stirnfläche (8) begrenzt ist, und das weitere Pulver in das Formwerkzeug (3) mit einem Pressstempel (11) in das offene Volumen (5) hineingepresst wird.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils umfassend die Schritte: Herstellen eines Formwerkzeugs mittels eines additiven Herstellungsverfahrens aus einem ersten Pulver mit metallischen Pulverpartikeln für die Herstellung des Formbauteils, wobei das Formwerkzeug zumindest eine äußere Randkontur des Formbauteils und zumindest ein offenes Volumen, das von der Randkontur umgeben ist, ausbildet, und am fertigen Formbauteil belassen wird, und wobei das Formwerkzeug eine Stirnfläche aufweist, Auffüllen des offenen Volumens mit einem weiteren Pulver mit metallischen Pulverpartikeln.

[0002] Zur Großserienfertigung von Bauteilen mit komplexer Geometrie hat sich in der Autozulieferindustrie die Sintertechnik etabliert. Daneben sind immer aber auch Verfahren beschrieben worden, die unter dem Begriff additive Herstellungsverfahren bekannt sind. Im Wesentlich handelt es sich dabei vereinfacht ausgedrückt um 3D-Druckverfahren. Ursprünglich nur für die Prototypenfertigung eingesetzt, finden diese Verfahren mittlerweile auch schon Einzug in die Kleinserienfertigung.

[0003] Aus der DE 10 2018 203 151 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von einem dreidimen-

sionalen Bauteil bekannt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Herstellen eines Körpers aus einem ersten pulverförmigen Material mittels metallischem 3DDruck, insbesondere Binderjetting, welcher zumindest teilweise eine Hohlstruktur aufweist, wobei der Körper zumindest eine Öffnung in der Hohlstruktur aufweist;

- Entfernen des überschüssigen ersten pulverförmigen Materials aus der Hohlstruktur des Körpers über die zumindest eine Öffnung in der Hohlstruktur und anschließend entweder:

- Auffüllen der Hohlstruktur des Körpers mit einem zweiten pulverförmigen Material; Nachverdichten des zweiten pulverförmigen Materials mittels einer Rüttelvorrichtung; Entfernen von Zusatzmittel, welches während des metallischen 3D- Drucks eingesetzt wird; Sintern des Körpers aus erstem Material mit dem pulverförmigen zweiten Material, sodass das dreidimensionale Bauteil hergestellt wird; Entnahme des fertigen dreidimensionalen Bauteils; oder

- Entfernen von Zusatzmittel, welches während des metallischen 3D-Drucks eingesetzt wird; Sintern des Körpers aus erstem Material mit einer ersten Sintereinstellung; Auffüllen der Hohlstruktur des Körpers mit einem zweiten pulverförmigen Material; Nachverdichten des zweiten Materials mittels einer Rüttelvorrichtung; Sintern des Köpers aus erstem Material mit dem pulverförmigen zweiten Material mit einer zweiten Sintereinstellung, so dass das dreidimensionale Bauteil hergestellt wird; Entnahme des fertigen dreidimensionalen Bauteils.

[0004] Wesen dieses Verfahrens ist es also einen Bauteil nach dem Schale-Kern-Prinzip herzustellen, wie dies in dieser Druckschrift ausgeführt ist.

[0005] Die DE 10 2011 089 194 A1 beschreibt ein Verfahren zur Fertigung eines kompakten Bauteils, welches eine Hülle und optional eine innerhalb der Hülle befindliche Gitterstruktur aus einem Hüllmaterial umfasst sowie ferner eine, einen Innenraum der Hülle fülende Kernstruktur aus einem Kernmaterial aufweist, wobei das Verfahren die Stufen umfasst: (a) generativer Aufbau zumindest einer, entlang einer Schnittebene des Bauteils verlaufenden Schicht der Hülle und optional zumindest einer Schicht der Gitterstruktur aus einem partikulären Werkstoff des Hüllmaterials oder zumindest eines Edukts desselben mittels eines Strahlschmelzverfahrens; und (b) Erschmelzen, Sintern und/oder Verfestigen eines in dem Innenraum der zumindest einen Schicht der Hülle befindlichen nanopartikulären Werkstoffs des Kernmaterials oder zumindest eines Edukts desselben zur Ausbildung der Kernstruktur des Bauteils.

[0006] Aus der DE 199 03 436 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Formkörper aus zumindest teilweise schmelzbarem Material durch Laserstrahl-Präzisions-Auftragschweißen oder selektives Lasersintern bekannt, wonach ein Hüllkörper mittels Laserstrahl-Präzisions-Auftragschweißens oder selektives Lasersintern schichtweise aufgebaut und anschließend ein im Hüllkörper ausgebildeter Hohlraum mit dem Hüllkörpermaterial oder mindestens einem zweiten Material zumindest teilweise befüllt wird.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils aus Pulvern bereitzustellen, das eine große Variabilität hinsichtlich der herzustellenden Form des Formbauteils aufweist und mit dem die Formbauteile im Vergleich zu klassischen Sinterbauteilen kostengünstiger hergestellt werden können.

[0008] Die Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Formbauteil gelöst, bei dem vorgesehen ist, dass das Formwerkzeug zumindest einseitig zur Gänze offenen ausgebildet wird, sodass eine Befüllöffnung eine Größe aufweist, die der Größe der Fläche entspricht, die durch die Innenkante der Stirnfläche begrenzt ist, und dass das weitere Pulver in das Formwerkzeug mittels einer Presse in das offene Volumen hineingepresst wird.

[0009] Von Vorteil ist dabei, dass nicht für jedes Formbauteil eine eigene Form für die pulvermetallurgische Herstellung entsprechend dem klassischen Formenbau hergestellt werden muss. Es kann somit auch ein Formbauteil in einer Klein- bzw. Kleinstserie oder als Sonderbauteil hergestellt werden, da für die Herstellung des Formwerkzeugs lediglich die Daten der Form bereitgestellt werden müssen (neben den ansonsten üblichen Verfahrensparametern für die Steuerung der Maschine während der Herstellung des Formwerkzeuges, die aber in der Regel immer zumindest im Wesentlichen gleich bleiben). Dabei ist von Vorteil, dass das Formwerkzeug möglichst minimalisiert wird, d.h. dass zumindest eine Formfläche zur Gänze fehlt. Im Wesentlichen kann also das Formwerkzeug nur die Umfangskontur des Formbauteils definierend hergestellt werden. Damit kann das Pulver schneller in das durch das Formwerkzeug definierte offene Volumen eingefüllt werden. Zudem können damit auch herkömmliche Maschinen, wie Pressen mit Füllschuhen, zur Befüllung des Formwerkzeugs eingesetzt werden. Damit ist das Verfahren besser in herkömmliche pulvermetallurgische Prozesse integrierbar. Durch den ermöglichten Einsatz von Pressen kann nicht nur das Pulver schneller verdichtet werden, sondern ist auch eine höhere Verdichtung als beispielsweise mit Ultraschallverdichtern erreichbar. Zudem müssen zur Erreichung höherer Dichten keine speziellen Pulver eingesetzt werden, womit die Herstellkosten des Formbauteils zusätzlich reduziert werden können. Durch die Erzielung einer höheren Gründichte ist weiter eine Reduktion der Sintertemperatur und der Sinterzeit möglich, falls die Füllung aus dem weiteren Pulver gesintert wird.

[0010] Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Formwerkzeug schalenförmig ausgebildet wird. Es wird damit also nicht nur die Umfangskontur des Formbauteils durch das Formwerkzeug festgelegt, sondern weist das Formwerkzeug einen Boden auf, der das Befüllen des offenen Volumens vereinfacht.

[0011] Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das offene Volumen mittels einer Stützstruktur in mehrere Teilvolumina unterteilt wird. Einerseits kann damit das Formwerkzeug mit geringerer Wandstärke ausgebildet werden bzw. kann dem Formbauteil eine höhere mechanische Stabilität verliehen werden. Andererseits ist es damit aber auch einfacher möglich, gezielt Bereiche im Formbauteil vorzusehen, die unterschiedliche Eigenschaften zum Rest des Formbauteils aufweisen.

[0012] Als besonders geeignet zur Erreichung bzw. Verstärkung dieser Effekte hat sich dabei nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung eine Stützstruktur erwiesen, die speichenförmig oder wabenförmig oder netzförmig oder gitterförmig ausgebildet wird.

[0013] Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Formwerkzeug auch eine innere Randkontur des Formbauteils bildet, beispielsweise einen Innenumfang. Es können dadurch beispielsweise auch relativ einfach zumindest annähernd hohlzylinderförmige Formbauteile, wie beispielsweise Zahnräder, hergestellt werden, wobei der Innenmantelfläche durch die Verwendung eines geeigneten ersten Pulvers, insbesondere der metallischen Pulverpartikel, eine höhere mechanische Stabilität gegen Verschleiß verliehen werden kann. Eine höhere mechanische Stabilität gegen Verschleiß kann auch erreicht werden, indem die Innenstruktur als volldichtes Material gedruckt wird und insbesondere eine, gegenüber einem pulvermetallurgischen Bauteil, höhere Dichte aufweist.

[0014] Zur Erreichung noch höherer Dichten im Formbauteil kann gemäß einer Ausführungsva-

riante der Erfindung vorgesehen sein, dass das in das offene Volumen eingefüllte weitere Pulver in einem weiteren Verdichtungsschritt weiter verdichtet wird. Hierbei wirkt die großflächige Zugänglichkeit der Pulverfüllung aus dem weiteren Pulver vorteilhaft aus, da damit die Nachverdichtung einfacher und in kürzerer Zeit erfolgen kann. Dabei ist es auch möglich, gezielt Bereiche mit höherer Dichte im Bauteil vorzusehen.

[0015] Wie bereits voranstehend ausgeführt, kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen werden, dass der Formbauteil gesintert oder das in das offene Volumen eingefüllte weitere Pulver angeschmolzen oder geschmolzen wird. Bei der Verwendung eines Pulvers mit niedrigerem Schmelzpunkt als jenes des Formwerkzeuges kann dieses als Form für die flüssige Schmelze dienen.

[0016] Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als erstes Pulver und als weiteres Pulver gleiche Pulver oder Pulver mit verschiedenen Eigenschaften eingesetzt werden, sodass also Formbauteile mit unterschiedlichsten Eigenschaften relativ einfach herstellbar sind oder relativ einfach ein gewünschtes Eigenschaftsprofil des Formbauteils herstellbar ist.

[0017] Aus den gleichen Gründen kann gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen werden, dass das offene Volumen mit unterschiedlichen Pulvern gefüllt wird.

[0018] Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das offene Volumen anstelle mit dem weiteren Pulver oder zusätzlich dazu mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, und diese Flüssigkeit nach dem Auffüllen gehärtet wird, womit die Eigenschaften des Formbauteils in einem größeren Ausmaß variiert werden können.

[0019] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0020] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: [0021] Fig. 1 ein Formbauteil im Querschnitt;

[0022] Fig. 2 einen Herstellungsschritt für einen Formbauteil;

[0023] Fig. 3 ein Formwerkzeug zur Herstellung eines Formbauteils;

[0024] Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Formwerkzeugs zur Herstellung eines Formbauteils.

[0025] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0026] Angaben zu Normen in dieser Beschreibung beziehen sich immer auf die am Anmeldetag gegenständlicher Patentanmeldung letztgültige Fassung der jeweiligen Norm, sofern nicht etwas anders ausdrücklich angegeben ist.

[0027] Fig. 1 zeigt ein Formbauteil 1. Das Formbauteil 1 umfasst einen dreidimensionalen Bauteilkörper 2.

[0028] Der Bauteilkörper 2 umfasst bevorzugt zumindest einen metallischen Werkstoff oder besteht daraus. Es ist aber auch möglich, für den Bauteilkörper 2 zumindest teilweise einen anderen Werkstoff, wie beispielsweise einen polymeren Kunststoff, einzusetzen. Es ist weiter möglich, dass das Formbauteil 1 aus zumindest zwei verschiedenen metallischen Werkstoffen oder polymeren Kunststoffen oder Elastomeren besteht bzw. diese aufweist.

[0029] Das Formbauteil 1 nach Fig. 1 ist nur exemplarisch für diverse konkrete Bauteilformen zu verstehen, um das Wesen der Erfindung darstellen zu können. Das Formbauteil 1 kann beispiels-

weise ein Zahnrad, eine Schiebemuffe, ein Synchronring, eine Pleuelstange, ein Lagerdeckel für eine geteilte Lageranordnung, ein Lagerelement, ein Unwuchtbauteil, ein Drehschwingungsdämpfer, eine Filterstruktur oder sonstige Bauteile entsprechend dem Nutzen der durch dieses Verfahren bereitgestellten Eigenschaften, sein.

[0030] Das Formbauteil 1 weist ein Formwerkzeug 3 auf, das ein Volumen umgibt, das mit einem weiteren Werkstoff aufgefüllt ist, bzw. besteht aus diesen Bestandteilen.

[0031] Das Formwerkzeug 3 wird für jedes Formbauteil 1 gesondert hergestellt, da es an dem Formbauteil 1 verbleibt, also zu einem Teil des Formbauteils 1 wird.

[0032] Das Formwerkzeug 3 wird mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt. Beispielsweise kann das Bauteil 1 mit jedem der bisher bekannte additiven Verfahren wie Laser Powder Bed Fusion, Electron-Beam Powder Bed Fusion, Selective Laser Sintering, Binder Jetting, Direct Energy Deposition, Wire Arc Additive Manufacturing, Fused Depostion Molding, Stereolithography-Verfahren und anderen Verfahren hergestellt werden.

[0033] Nachdem diese Verfahren an sich bekannt sind, sei (zur Vermeidung von Wiederholungen) zu weiteren Einzelheiten dazu auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

[0034] Zur Herstellung des zumindest teilweise, bevorzugt zur Gänze, metallischen dreidimensionalen Formbauteils 1 wird zuerst das Formwerkzeug 3 hergestellt. Dazu wird dieses aus zumindest einem ersten Pulver mit oder aus metallischen Pulverpartikeln hergestellt. In dem ersten Pulver können beispielswiese auch keramische Pulverpartikel enthalten sein.

[0035] Das erste Pulver wird mittels einer herkömmlichen Vorrichtung (insbesondere einem 3DDrucker) zur additiven Herstellung von Bauteilen verarbeitet. Diese Vorrichtung weist zumindest einen Datenspeicher auf bzw. ist dieser Vorrichtung zum Betrieb zumindest ein Datenspeicher zugeordnet. In diesem zumindest einen Datenspeicher wird ein erster Datensatz (CAD-Daten) für die Herstellung des Formbauteils 1 bereitgestellt. Dieser Datensatz umfasst dabei Daten betreffend die Geometrie.

[0036] Weiter wird in diesem Datenspeicher ein zweiter Datensatz mit Prozessparametern zur Steuerung der Vorrichtung bereitgestellt. Mit den Prozessparametern wird beispielsweise die Druckgeschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeit, mit der die einzelnen Schichten ausgebildet werden, festgelegt.

[0037] Durch das Abarbeiten der einzelnen Programmschritte, mit denen die Vorrichtung betrieben wird, werden die einzelnen Schichten zum Aufbau des Formwerkzeugs 3 sukzessive übereinander hergestellt bzw. generell das Formwerkzeug 3 hergestellt.

[0038] Mit einer Einrichtung für die Energieeinbringung in die jeweils abgeschiedene Schicht werden die Pulverpartikel des ersten Pulvers innerhalb einer Schicht und mit der unmittelbar darunterliegenden Schicht verbunden, insbesondere in dem die Pulverpartikel zumindest oberflächlich angeschmolzen bzw. miteinander versintert werden.

[0039] Zur Herstellung des Formwerkzeugs 3 können nicht-sphärische Pulverpartikel 5 eingesetzt werden, beispielsweise ein sogenanntes wasserverdüstes Pulver. Es können aber auch gasverdüste Pulver mit zumindest annähernd sphärischen Pulverpartikeln eingesetzt werden.

[0040] Prinzipiell kann das eingesetzte erste Pulver Pulverpartikel unterschiedlichster Größe aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung werden jedoch Pulver eingesetzt, die Pulverpartikel 5 von Kornfraktionen gemäß DIN ISO 4497 im Bereich von 0 um - 250 um aufweisen.

[0041] Das erste Pulver kann ein Reinmetallpulver oder eine Legierungspulver oder eine Pulvermischung aus verschiedenen metallischen Pulvern (Reinmetalle und/oder Legierungen) sein. Beispielsweise kann das Pulver ein Eisenpulver oder ein Eisenlegierungspulver oder ein Aluminiumpulver oder ein Aluminiumlegierungspulver oder ein Titanpulver oder Titanlegierungspulver oder ein Kupferpulver oder ein Kupferlegierungspulver, oder auch Mischungen daraus, sein.

[0042] Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, bildet das Formwerkzeug 3 zumindest eine äußere Rand

kontur 4 des Formbauteils 1. Dies ist auch in Fig. 2 strichliert angedeutet. D.h. dass das Formwerkzeug die Umfangsfläche, also beispielsweis eine Mantelfläche, des Formbauteils 1 definiert, nachdem das Formwerkzeug 3 am fertigen Formbauteil 1 verbleibt. Weiter definiert das Formwerkzeug 3 zumindest ein offenes Volumen 5, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Das offene Volumen 5 ist von der Randkontur umgeben.

[0043] Die Randkontur des Formbauteils 1, also des Formwerkzeugs 3 kann eine Wandstärke 6 zwischen 0,3 mm und 30 mm aufweisen. Die Wandstärke 6 kann dabei überall gleichbleibend oder bereichsweise bzw. abschnittsweise unterschiedlich ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Wandstärke 6 des Formwerkzeugs 3 in besonders belasteten Bereichen des Formbauteils 1 größer sein als im restlichen Formbauteil 1. Ebenso kann die Wandstärke 6 des Formwerkzeugs 3 in besonders belasteten Bereichen des Formwerkzeugs 3 während der Herstellung des Formbauteils 1 größer sein als im restlichen Bereich des Formwerkzeugs 3.

[0044] Das Formwerkzeug 1 kann also beispielsweise im einfachsten Fall eine zumindest annährend ringförmige Geometrie aufweisen.

[0045] Nachdem das Formwerkzeug 3 hergestellt ist, wird das offene Volumen 5 mit einem weiteren Pulver mit metallischen und/oder keramischen Pulverpartikeln 7 gefüllt, insbesondere zur Gänze aufgefüllt, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Mit „zur Gänze aufgefüllt“ ist dabei gemeint, dass im fertigen Formbauteil 1 die Füllung aus dem weiteren Pulver fluchtend mit einer Stirnfläche 8 des Formwerkzeug 3 abschließt. Es sind aber auch andere Füllgrade möglich. Beispielsweise kann die Füllung aus dem weiteren Pulver in vordefinierbaren Bereichen mit zumindest einer Ausnehmungen 9 oder zumindest einer Vertiefung hergestellt werden, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist. Die in Fig. 1 konkret dargestellte Form hat dabei nur erläuternden und keinen einschränkenden Charakter. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das offene Volumen mit dem Pulver über die Oberkannte des Formwerkzeuges befüllt werden, da damit einer einfachen Plattenpresse in das Formwerkzeug gepresst werden kann. Auch mehrmaliges Pressen und Wiederauffüllen ist möglich. Unterschiedliche Pulvermaterialien können dabei abwechselnd aufgefüllt und verpresst (verdichtet) werden.

[0046] Das Befüllen des offenen Volumens 5 kann in einem Schritt oder in mehreren Schritten, gegebenenfalls mit einer Zwischenverdichtung des weiteren Pulvers, erfolgen.

[0047] Das Befüllen des offenen Volumens 5 mit dem weiteren Pulver kann mit herkömmlichen Vorrichtungen, wie beispielsweise einem sogenannten Füllschuh, der über das offene Volumen 5 verbracht wird und aus dem die notwendige Menge an weiteren Pulver abgegeben wird, erfolgen. Das weitere Pulver kann aber auch aus einem entsprechenden Gefäß in das offene Volumen (händisch) eingebracht werden.

[0048] Ermöglicht wird diese einfache Befüllung des Formwerkzeugs 3 dadurch, dass dieses zumindest einseitig zur Gänze offen ausgebildet wird, wie dies aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist. Das Formwerkzeug wird also ohne Deckfläche, mit der das offene Volumen 5 abgedeckt werden könnte, hergestellt. Eine Befüllöffnung 10 weist also eine Größe auf, die der Größe der Fläche entspricht, die durch die Innenkante(n) der Stirnfläche(n) 8 definiert wird bzw. von dieser/diesen begrenzt ist.

[0049] Dieses zur Gänze zumindest einseitig offene Volumen 5 des Formwerkzeugs 3 ermöglicht weiter das einfache und rasche Entfernen von gegebenenfalls vorhandenem überschüssigem erstem Pulver aus dem Formwerkzeug 3 (bevor dieses mit dem weiteren Pulver befüllt wird).

[0050] Zudem ermöglicht das großflächige offene Volumen 5 auch den Einsatz von Pressen zur Verdichtung des weiteren Pulvers. Es können also beispielsweise Pressen mit einem Pressstempel 11 eingesetzt werden, die aus der Sintertechnologie zur Herstellung von Grünlingen bekannt sind, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Der Pressstempel 11 weist dabei ebenfalls eine Größe der Pressfläche auf, die derjenigen der Befüllöffnung 10 entspricht, wobei zu berücksichtigen ist, dass der Pressstempel 11 entsprechend dem dargestellten Doppelpfeil in Fig. 2 gegebenenfalls in das Formwerkzeug 3 eintauchen können soll, also zwischen der durch die Randkontur 4 definierten „Formwand“ des Formwerkzeugs 3 und dem Pressstempel 11 ein (geringfügiger) Spalt verbleibt.

Der Pressstempel 11 kann aber auch eine Fläche größer als die Pressfläche des Formwerkzeuges 3 aufweisen. Dadurch kann der Presstempel zwar nicht in das Formwerkzeug 3 eintauchen, es können aber durch Uberfüllung mit Pulver über die Oberkante des Formwerkzeuges 3 hinaus alle beliebigen Formwerkzeuge mit dem gleichen Pressstempel 11 bzw. Flachpressstempel verpresst werden, womit eine quasi werkzeuglose Herstellung ermöglicht werden kann.

[0051] Durch den Einsatz des Pressstempels 11 kann das weitere Pulver rasch und einfach in das offene Volumen 5 hineingepresst und verdichtet werden. Gegebenenfalls kann die Verdichtung mehrmals wiederholt werden, insbesondere wenn das offene Volumen 5 in mehreren Schritten (gegebenenfalls mit unterschiedlichen Pulvern) befüllt wird.

[0052] Erforderlichenfalls kann das Formwerkzeug 3 beim Verdichten mit dem Pressstempel 11 von außen abgestützt werden, beispielsweise um höhere Pressdrücke zu ermöglichen.

[0053] Wie bereits voranstehend erwähnt, kann das Formwerkzeug 3 in einfachsten Fall ringförmig ausgebildet sein. In diesem Fall ist bei der Befüllung des offenen Volumens 5 eine Unterstützung erforderlich, beispielsweise in Form eines Unterstempels der Presse, mit der das weitere Pulver verdichtet wird. Es ist aber auch möglich, dass das Formwerkzeug 3 mittels additivem Verfahren (3D Druck) direkt auf die metallische Bauplattform aufgedruckt wird und diese Bauplattform direkt als Boden der gedruckten Kontur des Formwerkzeugs genutzt wird. Die Bauplattform kann also den Boden des hergestellten Formwerkzeuges 3 bilden. Das Pulver wird direkt in das Formwerkzeug 3 gepresst und erst danach von der Bauplattform getrennt.

[0054] Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass das Formwerkzeug 3 zumindest annähernd schalenförmig ausgebildet wird. Die schalenförmige Ausführung ist aus Fig. 2 ersichtlich.

[0055] Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass die ringförmige Seitenwand nicht senkrecht verlaufend zu einem Boden 12 des schalenförmigen Formwerkzeugs 3 ausgebildet sein muss, sondern auch in einem von 90 ° abweichenden Winkel zum Boden 12 verlaufen kann. Weiter muss der Boden 12 nicht zwingend ebenflächig ausgebildet sein, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Der Boden 12 kann auch eine von der Ebenheit abweichende Form aufweisen.

[0056] Auch bei der schalenförmigen Ausführung des Formwerkzeuges 3 kann die voranstehend genannte Bauplattform als Unterstützung verwendet werden.

[0057] Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das offene Volumen 5 in mehrere Teilvolumina 13 unterteilt wird. Dazu kann, wie dies in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung im offenen Volumen 5 des Formwerkzeugs 3 eine Stützstruktur 14 wie voranstehend mittels eines additiven Herstellungsverfahrens ausgebildet werden. Die Stützstruktur 14 kann beispielsweise speichenförmig oder wabenförmig oder netzförmig oder gitterförmig ausgebildet werden, kann aber auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise in Form von (konzentrisch zueinander angeordneten) Ringen, etc.

[0058] Durch die Bereitstellung der Stützstruktur 14 können unter anderem die Teilvolumina 13 einfacher mit verschiedenen Werkstoffen, insbesondere verschiedenen Pulvern, befüllt werden. Bezüglich weiterer Vorteile dieser Ausführungsvariante sei auf voranstehende Ausführungen verwiesen.

[0059] Es ist aber auch möglich, das offene Volumen 5 mit unterschiedlichen Pulvern zu befüllen, wenn das Formwerkzeug 3 keine Stützstruktur 14 aufweist.

[0060] Weiter sind in Fig. 3 Zähne 15 einer Verzahnung eines Zahnrades angedeutet. Wie bereits ausgeführt, kann das Formbauteil 1 auch ein Zahnrad sein.

[0061] Nur zur Verdeutlichung, dass das Formwerkzeug 1 unterschiedlichste Formen aufweisen kann, sind in den Fig. 3 und 4 ein in Draufsicht zumindest annähernd zylinderförmiges Formwerkzeug 3 mit kreisförmigem Querschnitt bzw. ein Formwerkzeug 3 mit achteckförmigem Querschnitt dargestellt. Diese Formen haben aber keinen beschränkenden Charakter für die Erfindung.

[0062] Weiter ist aus Fig. 3 ersichtlich, dass das Formwerkzeug 3 nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung auch eine innere Randkontur 16 des Formbauteils 1 bilden kann. Es ist damit möglich, das Formbauteil 1 mit einem in der Axialrichtung sich durch das Formbauteil 1 hindurcherstreckenden Durchbruch zu versehen, sodass das Formbauteil 1 auf ein anderes Bauteil, beispielsweis eine Welle oder eine Achse, aufgesteckt werden kann.

[0063] Wie ebenfalls bereits voranstehend ausgeführt, kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass das in das offene Volumen eingefüllte weitere Pulver in einem weiteren Verdichtungsschritt weiter verdichtet wird. Der weitere Verdichtungsschritt kann ebenfalls mit dem zumindest einen Pressstempel 11 durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, andere Verdichtungsverfahren alternativ oder zusätzlich anzuwenden, beispielsweise mit Ultraschall eine zusätzliche Verdichtung zu bewirken.

[0064] In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass der Pressstempel 11 an seiner Pressfläche eine Oberflächenkontur/ein Oberflächenmuster aufweisen kann, beispielsweise um die voranstehend genannte Ausnehmung 9 im Formbauteil 1 zu erzeugen.

[0065] In der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird der Formbauteil 1 gesintert oder das in das offene Volumen eingefüllte weitere Pulver geschmolzen bzw. angeschmolzen. Das Formbauteil 1 kann in diesem Fall auch als Formsinterbauteil bezeichnet werden. Generell kann das Formbauteil auch als Hybridbauteil aus additiver und pulvermetallurgischer Herstellung oder als Konturbauteil oder als Hüllkomponente bezeichnet werden. Das Sintern selbst kann (in Abhängigkeit von den eingesetzten Pulvern und/oder der Vorbehandlung des Formbauteils 1) beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 500 °C und 1600 °C für eine Zeitspanne zwischen fünf Minuten und zwei Stunden durchgeführt werden.

[0066] Beim Sintern oder zumindest teilweise Aufschmelzen der Füllung des Formwerkzeugs 3 kann nicht nur eine Verbindung der Pulverpartikel 7 untereinander hergestellt werden, es kann damit gegebenenfalls auch die Pulverfüllung des Formwerkzeugs 3 mit diesem verbunden werden.

[0067] Das weitere Pulver kann ein Reinmetallpulver, eine Mischung aus Reinmetallpulvern, ein Legierungspulver oder eine Mischung aus Legierungspulvern sein, wie beispielsweise Reineisen oder niedrig-legierte Eisenpulver, Kupfer und Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen und Mischungen dieser mit keramischen Partikeln wie Wolframcarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Titandioxid, Titannitrid, Titancarbid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, etc.

[0068] Es ist dabei möglich, dass das erste Pulver und das zweite Pulver unterschiedliche Pulver sind. Generell können als erstes Pulver und als weiteres Pulver mit verschiedenen Eigenschaften eingesetzt werden. Dabei bedeutet „verschiedene Eigenschaften“ nicht zwangsläufig eine andere Zusammensetzung der Pulver. Die anderen Eigenschaften können auch durch eine unterschiedliche Form und/oder Größe der Partikel der Pulver bedingt sein.

[0069] Es kann aber auch vorgesehen werden, dass als erstes Pulver und als weiteres Pulver das gleiche Pulver eingesetzt wird.

[0070] In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Pulver, insbesondere das weitere Pulver, auch mit Hilfsstoffen versehen sein können, wie beispielsweis Presshilfsmittel, etc. Diese Hilfsstoffe sind aus der Sintertechnik bekannt, sodass sich weitere Ausführungen dazu erübrigen.

[0071] Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann auch vorgesehen sein, dass das offenen Volumen 5 mit mehreren unterschiedlichen Pulvern befüllt wird, sodass also zur Herstellung des Formbauteils 1 in diesem Fall zumindest drei verschiedene (metallische) Pulver(mischungen) eingesetzt werden.

[0072] Darüber hinaus ist es nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung möglich, dass das offene Volumen 5 anstelle mit dem weiteren Pulver oder zusätzlich dazu mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, und diese Flüssigkeit nach dem Auffüllen gehärtet wird. Die Flüssigkeit kann

beispielsweise auf Basis von Epoxidharzen, Acrylaten, Urethanen, Kautschuk-Prepolymeren, etc., sein. Weiters ist es möglich, das offenen Volumen mittels einem Spritzgussverfahren mit thermoplastischen Kunststoffen wir PE, PP, PA, PS, TPU oder ähnlichen aufzufüllen.

[0073] Die gegebenenfalls erforderliche Härtung bzw. Aushärtung kann thermisch oder durch Bestrahlung (z.B. mit UV-Licht), erfolgen.

[0074] Das weitere Pulver kann sowohl ein Kunststoff-, Glas-, Keramik- oder Metallpulver sowie jegliche beliebige Kombination daraus sein.

[0075] Die voranstehend genannte Flüssigkeit kann sowohl eine Lösung, eine Suspension, eine Dispersion oder eine Emulsion sein. Auch Pasten, wie ein Schlicker aus metallischen und/oder keramischen Partikeln, oder Schäume bzw. die Vorstufen zu Schäumen können im Sinne der Erfindung die Flüssigkeit bilden.

[0076] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Formbauteils 1 bzw. des Formwerkzeugs 3 diese nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt sind.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Formbauteil

2 Bauteilkörper 3 Formwerkzeug 4 Randkontur

5 Volumen

6 Wandstärke 7 Pulverpartikel 8 Stirnfläche

9 Ausnehmung 10 Befüllöffnung 11 Pressstempel 12 Boden

13 Teilvolumen 14 Stützstruktur 15 Zahn

16 Randkontur

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils (1) umfassend die Schritte:

- Herstellen eines Formwerkzeugs (3) mittels eines additiven Herstellungsverfahrens aus einem ersten Pulver mit metallischen Pulverpartikeln für die Herstellung des Formbauteils (1),

- wobei das Formwerkzeug (3) zumindest eine äußere Randkontur (4) des Formbauteils (1) und zumindest ein offenes Volumen (5), das von der Randkontur (4) umgeben ist, ausbildet, und am fertigen Formbauteil (1) belassen wird, und wobei das Formwerkzeug (3) eine Stirnfläche (8) aufweist,

- Auffüllen des offenen Volumens (5) mit einem weiteren Pulver mit metallischen Pulverpartikeln (7),

dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (3) zumindest einseitig zur Gänze offen

ausgebildet wird, sodass eine Befüllöffnung (10) eine Größe aufweist, die der Größe der

Fläche entspricht, die durch die Innenkante der Stirnfläche (8) begrenzt ist, und dass das

weitere Pulver in das Formwerkzeug (3) mit einem Pressstempel (11) in das offene Volumen

(5) hineingepresst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (3) schalenförmig ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Volumen (5) mit einer Stützstruktur (14) in mehrere Teilvolumina (13) unterteilt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (14) speichenförmig oder wabenförmig oder netzförmig oder gitterförmig ausgebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (3) auch eine innere Randkontur (16) des Formbauteils (1) bildet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das in das offene Volumen (5) eingefüllte weitere Pulver in einem weiteren Verdichtungsschritt weiter verdichtet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formbauteil (1) gesintert oder das in das offene Volumen (5) eingefüllte weitere Pulver angeschmolzen oder geschmolzen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Pulver und als weiteres Pulver gleiche Pulver oder Pulver mit verschiedenen Eigenschaften eingesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Volumen (5) mit unterschiedlichen Pulvern gefüllt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Volumen (5) anstelle mit dem weiteren Pulver oder zusätzlich dazu mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, und diese Flüssigkeit nach dem Auffüllen gehärtet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen