CN106102949A - 用于个性化调整构件的形状的方法 - Google Patents

Abstract

本发明示出并描述了一种用于个性化调整构件(7)的形状的方法，包括以下步骤：a)提供用于制造构件(7)的基材(1)，b)选择至少一种统一化的生产方法，c)通过所述统一化的制造方法制造具有几何结构相同的最初形状的构件(7)，d)选择至少一种适应个别需求的生产方法，和e)通过所述适应个别需求的制造方法将构件(7)的形状调整为至少两种不同的最终形状；其中所述统一化的制造方法不同于所述适应个别需求的制造方法，以及其中每个构件(7)的最终形状不同于其最初形状。

Description

用于个性化调整构件的形状的方法

技术领域

本发明涉及一种用于个性化调整构件的形状的方法。

背景技术

一直以来在个别的单个制造不同的构件与成批或大量制造相同的构件之间就所需的设备、能够制造的变体的数目以及与此相关的(单件)成本而言存在巨大的差别。通过个别的单个制造可以用工具或设备制造少量件数的构件，所述工具或设备以相当低的投资费用为前提。为此所使用的生产方法通常是非常灵活的并且允许快速转换到具有可变尺寸和/或形状的构件的制造。适于成批或大量制造的工具或设备通常不具有这种灵活性。此外，所述工具或设备需要相当高的投资费用。就此而言，所述工具或设备允许快速制造大量相同构型的构件。

由于所述的区别，个别的生产方法与用于大量制造的生产方法能够非常差地彼此组合。这种目标冲突经常仅仅可以通过必须在这两种生产类型决定其一而得到解决。该决定常常取决于上文所述的要求，如件数和待制的变体的数目。特别的挑战出现在生产这样的构件时，所述构件的件数虽多，但却要以不同的变体或者不同的形状来生产。

由现有技术已知一些将大量制造的原理与单个制造的原理相互组合的技术方案。这些技术方案例如涉及模块化构造方式或者平台化构造方式。然而，这些已知的技术方案的缺点在于，对于单个设计参数而言仅有很小的自由度。这造成仅仅能够实现很小的个性化程度。

发明内容

在这样的背景技术下，本发明基于这样的目的，对开篇提到的以及上文进一步详尽描述的方法做出这样的设计和改进，使得具有不同几何结构的构件即使件数很多也能够低成本地生产。

该目的通过根据权利要求1的方法得以实现。

根据本发明的方法用于个性化地调整构件的形状并且包括下列步骤：a)提供用于制造构件的基材，b)选择至少一种统一化的生产方法，c)通过所述统一化的制造方法制造具有几何结构相同的最初形状的构件，d)选择至少一种适应个别需求的生产方法，和e)通过所述适应个别需求的制造方法将构件的形状调整为至少两种不同的最终形状。在根据本发明的方法中，统一化的生产方法区别于适应个别需求的生产方法。此外，在本发明的方法中，各个构件的最终形状区别于其最初形状。

步骤a)用于这样的目的，选择适合于生产所述构件的基料。在步骤b)中选择至少一种适宜的“统一化”的生产方法，采用该生产方法在步骤c)中生产具有几何结构相同的最初形状的构件。统一化的生产方法是指特别适合于生产具有相同的、统一的形状的构件的生产方法。该特别的能力可以例如由硬质的、不能变化的工具，如压制工具获得(“几何结构相关的工具”)。因此，这类方法特别适合于成批或大量制造相同构型的构件。

随后在步骤d)中选择至少一种“适应个别需求的”制造方法，采用该方法最终在步骤e)中将构件的形状调整成至少两种不同的最终形状。适应个别需求的生产方法是指特别适合于生产具有不同最终形状的构件的生产方法。该特别的能力可以例如由此获得，即，将所使用的工具能够通过其形状和/或可动性来加工并制造出多个不同的构件形状(“(最终)几何结构开放的工具”)。因此，这类方法特别适合于具有不同几何结构的构件的个别的单个制造。

因此，本发明的方法描述了一种由适于成批或大量制造的生产方法和用于个别的单个制造方法构成的组合。因此，总体上涉及一种用于个性化大量制造的“混合”生产方法。所述方法在生产具有相似-却并不相同的几何结构的构件时提供特别的优点。由于形状的相似性，可以在这类构件的情况下特别简单且因此而低成本地得出适合个别需求的第二生产步骤。这类构件的实例是用于连接支撑结构(如脚手架或桥梁)的管状件的接合元件。所述方法的其它可能的应用领域在汽车工业的平台策略的范畴内。此外，所述方法可以用于产品对人体轮廓的人体工程学调整(例如座椅托架或家具)。最后，本发明的所述方法可以用于满足设计要求。

根据所述方法的一种设计方案，所述用于生产构件的基材是板材，尤其是钢板或铝板。板材能够特别好地成形并且因此实现待制的构件可变地定型。

所述方法的另一种方案设置为，在步骤b)和c)中选择并且使用至少两种不同的、统一化的生产方法。作为替代或者额外地可以设计，在步骤d)和e)中选择并使用至少两种不同的、适应个别需求的生产方法。通过使用多种统一化的生产方法还可以实现特别复杂的构件几何结构。统一化的生产方法链可以包括深冲和切割步骤。由于适应个别需求的生产方法的灵活性，还可以采用这些方法中的仅仅一种来实现具有不同最终形状的构件。两种或更多种适应个别需求的生产方法的选择具有这样的优点，即所述适应个别需求的生产方法可以特别好地适应于构件的最终形状的特性和几何结构。此外，通过多个不同的适应个别需求的生产方法通常提高了总共能够生产的变体的数目。适应个别需求的生产方法链可以包括例如弯曲和3D切割步骤。

在本发明的另一种设计方案中设置为，所述构件是支撑结构的接合元件，其中所述接合元件具有至少两个连接位置。支撑结构的接合元件可以分成特定的种类(例如“弯角件”、“T型件”等)并且在一个种类中彼此间仅有略微的偏差。所述几何结构的偏差可以例如通过不同的跨度、导程角、斜度或所述支撑结构的半径而成为必需。所述的方法允许每个种类的最初形状以多件数低成本地通过大量制造来生产，并且按照需要通过适应于个别需求的后加工使所述最初形状适应于各自的要求。因此，在生产具有相似几何结构的构件(如支撑结构的接合元件)时提供了特别的优点。所述连接位置用于连接管件或杆件，因此所述连接位置优选构造成圆形。作为替代，所述连接位置可以具有限定的轮廓几何结构。优选地，通过至少一种适应于个别需求的生产方法来产生所述轮廓几何结构。通过独特的轮廓几何结构能够使仅仅特定的型材末端与接合构件连接，从而排除了错误的连接(“锁-匙原理”或者“Poka Yoke原理”)。

在该设计方案中进一步提出，在步骤e)中调整接合元件的至少一个连接位置的形状和/或取向。通过调整连接位置的形状可以将不同形状和尺寸的管件或杆件连接到所述接合元件上。连接位置的取向的改变与此相反对连接于该连接位置的管件和杆件的方向造成影响，这使得支撑框架的可变构造形式成为可能。优选地，调节出至少两种或所有连接位置的形状和/或取向。

本发明的另外的教导设计，作为统一化的生产方法使用冲压、压制或内高压成形。这些生产方法具有特别是用于成批制造或大量制造的能力。所述方法虽然以相当高的用于生产几何结构相关的工具(例如冲压成形或压制成形)的投资费用为前提，但使得成本低廉地生产非常多件数的相同成形的构件成为可能。

根据本发明的另一个方案提出，作为适应于个别需求的生产方法使用几何结构开放的成形方法。特别适合的是型材弯曲，尤其是采用单向关节芯轴的型材弯曲，增量成形和弹性模成形。这类成形方法具有特别的适应于个别需求的单个制造的能力。所述能力尤其在于使用可动的或柔性的工具或者弹性的工具。

所述采用单向关节芯轴或采用其它的自由成形弯曲设备的型材弯曲可以特别有利地用于生产中空构件，因为可以将可动的单向关节芯轴引入中空型材并且可以使构件从内侧弯曲或者变形。用于在芯轴上对构件进行塑性变形的方法同样例如由DE 10 2009 025985 A1或DD 296 865 A5已知。

在增量成形中，压力芯轴(Drückdorn)通过在预定的轨迹上移动使已夹紧的和已加热的构件进行成形。优选地，在移动构件表面的同时旋转压力芯轴。压力芯轴的控制经常通过复杂的机床或机器人来进行；因此，增量成形有时也称作“机器人成形(Roboforming)”。增量成形可以特别有利地用于平面构件，如板材的加工或者成形，因为在那里确保了压力芯轴对构件表面的良好可达性。

弹性模成形通过两个共同作用的、具有不同硬度的工具来进行，其中具有较大硬度的工具(例如金属模)将要加工的工件“压入”到具有较低硬度的弹性屈服工具(例如由弹性体构成的基底或者“底部(Bett)”)中。在该过程中，较软的工具发生变形并适应于较硬工具的形状，使得在这两个工具之间压合的工件同样基本上适应于较硬工具的形状。弹性模成形也可以特别有利地用于平面构件，如板材的加工或者成形，因为在那里确保了这两种工具对构件表面的良好可达性。

在本发明的另一种设计方案中提出，将增材制造方法，尤其是堆焊用作适应个别需求的制造方法。该方法还具有特别的适应个别需求的单个制造的能力，因为所使用的(焊接)工具能够经常特别可变地运动并且由此也能够产生特别复杂的几何结构。累积性的(aufgetragenden)增量方法的优点在于，除了纯粹的成形外，还能够满足额外的功能。例如可以通过这类方法来实现型材横截面的变化(例如防止旋转)或形成止动部。堆焊方法同样例如由EP 0 496 181 A1或WO 2004/065052 A1已知。

最后，根据本发明的另一个方案提出，在同一设备中一起实施步骤c)和e)。步骤c)涉及至少一种统一化的生产方法，步骤e)相反涉及至少一种适应个别需求的生产方法。通过在同一个组合的设备中实施所述统一化的和适应个别需求的生产方法，可以在特别紧凑的空间中实现生产。

附图说明

下面依据示出仅一个优选的实施例的附图进一步详细阐释本发明。在该附图中示出：

图1:以示意图示出根据本发明的方法的第一设计方案；

图2:以示意图示出根据本发明的方法的第二设计方案；

图3a-图3c:示出通过根据本发明的方法来生产支撑结构的接合元件的不同步骤。

具体实施方式

在图1中以示意图示出了根据本发明的方法的第一设计方案。在步骤a)中提供一种用于生产构件的基材。该基材可以是板材，尤其是钢板或铝板。步骤b)涉及统一化的生产方法的选择，也就是生产具有相同的、统一的形状的构件的生产方法。在步骤c)中采用事先选择的、统一化的生产方法加工或者生产所述构件。由步骤b)和c)组成的统一化的生产方法为例如为冲压、压制或内高压成形。方法步骤a)至c)的结果是具有相同的、统一的形状的构件，所述形状由于还不对应于最终形状因此也称作“最初形状”。

在图1中所示的该方法的设计方案中，在步骤d)中选择适应个别需求的生产方法，也就是生产具有不同最终形状的构件的生产方法。步骤e)最后涉及通过事先选择的、适应个别需求的生产方法来调整构件形状。由步骤d)和e)组成的适应个别需求的生产方法例如是成形方法，如型材弯曲，尤其是采用单向关节芯轴的型材弯曲，增量成形或弹性模成形。作为替代或额外地，由步骤d)和e)组成的所述适应个别需求的生产方法是增材制造方法，尤其是堆焊，例如激光堆焊。方法步骤d)和e)的结果是具有不同最终形状的构件。

在图1中所示的所述方法的设计方案中选择和使用仅仅一种适应个别需求的生产方法；采用该生产方法还是实现了独特的、不同的构件最终形状。在图1中所示的且就此而言所述方法的优选的设计方案中，在步骤e)中通过所述适应个别需求的生产方法来生产具有总共两种不同的最终形状的构件。另选地，在步骤e)中通过所述适应个别需求的生产方法还可以实现三种或更多种不同的最终形状。

图2以示意图示出了根据本发明的方法的第二设计方案。已经在图1中有所描述的所述方法的步骤在图2中配以相应的附图标记。方法步骤a)至c)相应于在图1中所示的所述方法的第一设计方案，使得此次也首先获得具有相同的、统一的(最初)形状的构件。然而，在图2中所示的所述方法的第二设计方案的其它步骤不同于图1中所示的所述方法的第一设计方案。第一个区别在于，在步骤d’)中并非选择一个，而是选择两个不同的适应个别需求的生产方法。然而，适合的生产方法的集合与上文已经描述的相同。另一个区别在于，在步骤e’)和e”)中并非仅仅通过一种，而是通过两种不同的、事先选择的适应个别需求的生产方法来调整构件的形状。方法步骤d’)、e’)和e”)的结果是具有不同最终形状的构件：采用在步骤d’)中选择的各个生产方法来实现构件的独特的、不同的最终形状。在图2中所示的和就此而言所述方法的优选的设计方案中，在步骤e’)和e”)中通过各个适应个别需求的生产方法来生产具有两种不同最终形状的构件，使得总共实现了四种不同的最终形状。另选地，在步骤e’)和e”)中通过各个适应个别需求的生产方法也可以生产三种或更多种不同的最终形状，使得总共实现了六种或更多种最终形状。所述构件还可以依次通过这两个步骤e’)和e”)来进行加工，这在图2中通过在这两个步骤之间的连接箭头来表示。

在图3a至图3c中示出了通过根据本发明的方法来生产支撑结构的接合元件7的不同步骤。在图3a中示出了基材1，所述基材为切裁或冲裁的板材。基材1是T形构造的并且因此具有三个末端2、3、4。两个末端2、3是彼此对置的并且处于共同的纵轴5上。第三末端4处于垂直于纵轴5的横轴6上。图3a中的基材1通过压制过程或深冲过程而成形，使得产生在图3a中未示出的轴瓦(Halbschale)。多个所述轴瓦随后通过拼接操作，例如焊接方法彼此相连。通过拼接所述轴瓦来生产支撑结构的接合元件7，所述接合元件示例性地在图3b中示出。在接合元件7的拼接位置上可见焊缝8。在图3b中所示的接合元件7具有三个连接位置9，在这种情况下这些连接位置为用于连接(未示出的)管件的圆形开口。连接位置9在末端2、3、4的区域中产生并且使得多个管件能够通过接合元件7拼接成为支撑结构，例如脚手架。一直到图3b所示的阶段还仅仅使用了统一化的生产方法，使得接合元件7具有统一的、在图3b中所示的最初形状。

为了从统一的最初形状(图3b)转换到个性化的最终形状(图3c)，通过适应个别需求的生产方法对接合元件7进行加工。由于在图3b和图3c中所示的接合元件7的中空形状，适合于此的尤其是采用单向关节芯轴的型材弯曲。为此，将在图3b和图3c中未示出的芯轴引入到两个处于纵轴5上的连接位置9中并向下弯曲，其中在接合元件7的两个相互对置的末端2、3的区域内发生接合元件7的塑性变形。这造成这两个相互对置的连接位置9处于纵轴5’上，该纵轴相对于原本的纵轴5倾斜了角度α。在图3c中所示的状态中，角度α在两侧是相同的；另选地，还可以调节出不同的倾角α。所述角度α优选在介于5°和25°之间的范围内。在第三个“上方”的连接位置9的区域内，接合元件7相反并不发生形变，使得上方的连接位置9仍然设置在横轴6上。接合元件7的刚性可以在实施所述方法之后例如通过引入舱壁板而得到进一步提高。

通过使用适应个别需求的生产方法可以由大量的呈批或大量制造的、具有相同的最初形状(图3b)的接合元件7根据要求生产较少量的具有不同的最终形状(图3c)的接合元件7。不同的最终形状可以例如通过个别地调节出不同的倾角α而获得。本发明的思想并不限于支撑结构的接合元件7，而是可以转用于其它构件的生产。

附图标记列表

1基材

2、3、4：末端

5、5’：纵轴

6：横轴

8：构件，尤其是接合元件

9：连接位置

α 角度

Claims (9)

1.用于个性化调整支撑结构的构件(7)的形状的方法，包括以下步骤：

a)提供板材作为用于制造构件(7)的基材(1)，

b)从冲压、压制或内高压成形中选择至少一种统一化的生产方法，

c)通过所述统一化的制造方法制造具有几何结构相同的最初形状的构件(7)，

d)从型材弯曲、增量成形、弹性模成形或增材制造中选择至少一种适应个别需求的生产方法，和

e)通过所述适应个别需求的制造方法将构件(7)的形状调整为至少两种不同的最终形状；

-其中所述统一化的制造方法不同于所述适应个别需求的制造方法，以及

-其中每个构件(7)的最终形状不同于其最初形状。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，钢板或铝板作为用于制造构件(7)的基材(1)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤b)和c)中选择并使用至少两种不同的、统一化的制造方法。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)和e)中选择并使用至少两种不同的、适应个体需求的制造方法。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述构件为支撑结构的接合元件(7)，其中所述接合元件(7)具有至少两个连接位置(9)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤e)中调整所述接合元件(7)的至少一个连接位置(9)的形状和/或取向。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述型材弯曲作为采用单向关节芯轴的型材弯曲而进行。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，采用堆焊作为增材制造。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在同一设备中一起实施步骤c)和e)。