CN107530840A - 用于制造中空体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在一种用于制造中空体(1)的方法的范畴内，形成中空体壁(3)，所述中空体壁限界中空体(3)的中空空间(4)，并且具有面向中空空间(4)的中空空间侧(5)和背向中空空间(4)的外侧(6)。中空体壁(3)通过构造彼此相邻的壁段(2、17、18)而区段式地形成。在构造壁段(2、17、18)之后，在与构造的壁段(2、17、18)相邻地构造另外的壁段(17、18)之前，在中空空间侧(5)上处理构造的壁段(2、17、18)。一种用于执行上述方法的装置包括处理装置(16)，在能够借助于构造装置与构造的壁段(2、17、18)相邻地构造另外的壁段(17、18)之前，借助于构造装置构造的壁段(2、17、18)能够借助于所述处理装置在中空空间侧(5)上被处理。

Description

用于制造中空体的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于制造中空体的方法，在所述方法的范围内，形成中空体壁，所述中空体壁限界中空体的中空空间，并且具有面向中空空间的中空空间侧和背向中空空间的外侧，其中，中空体壁通过构造彼此相邻的壁段而区段式地形成。
本发明还涉及一种用于执行上述方法的装置。
背景技术
目前，习惯用多种不同的方法和装置制造中空体。
例如，中空体由固体材料铣削而成。在此，中空空间借助于铣削工具在中空体坯料中形成。特别地，由金属材料制成的满足高稳定性要求的中空体由固体材料通过铣削制成。医学工程是由固体材料铣削的一个应用领域。
用于制造中空体的另外的已知方法是增材制造方法，例如通用选择性激光熔化工艺(简称SLM)。在选择性激光熔化工艺的情况下，用于待制造的中空体或用于待制造的中空体壁的材料在组装空间中以粉末的形式成薄层地施加至底板。在将形成中空体壁的区域中，粉状材料借助于激光束而熔化并熔融。在熔融和熔化的材料的周围，粉状材料支撑中空体壁的生成的层。一旦材料层硬化，底板就会下降一层厚度的量，另外的材料粉末被施加至现有的壁层，并以上述方式处理。
重复上述序列，直到完全构造中空体或中空体壁。
在通用现有技术的情况下，一旦完成中空体壁，中空体壁的中空空间侧就被处理，因此只有当完成的中空体或完成的中空体壁的几何形状使中空体壁的中空空间侧可被接近以用于处理操作时，中空空间侧才可能被处理。
发明内容
本发明的目的在于发展已知的方法和已知的装置，使得可独立于中空体壁或中空体的几何形状，提供在中空空间侧上被处理的中空体壁。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的方法以及通过根据权利要求12的装置来实现。
在本发明的情况下，中空体壁不仅区段式地构造，而且区段式地在中空空间侧上被处理。中空体壁的中空空间侧的处理与中空体壁的构造相应地进行。即使完成的中空体壁的几何形状使中空空间侧无法被接近以用于处理，但是只要中空体壁处于被构造的过程中，则中空体壁就可在中空空间侧上被处理。无论中空体壁的几何形状如何，在制造过程结束时都会提供至少在可能的最大程度上在中空空间侧上被处理的中空体壁。
用于执行根据本发明的制造方法的装置包括用于构造中空体壁的彼此相邻的壁段的装置和用于区段式地处理中空体壁的装置。这两种装置都可具有传统设计。例如，可提供传统的处理中心作为处理装置。中空体壁的构造和处理都优选地以数字控制的方式执行。
根据本发明的方法和根据本发明的装置的应用和使用领域是多种多样的。其中空体壁需要在中空空间侧上被处理的中空体例如出现在首饰和医疗产品上。
根据独立权利要求1的方法和根据独立权利要求12的装置的特定变型将相应地从从属权利要求1-11和13显而易见。
根据本发明，中空体壁可在中空空间侧上以不同的方式被处理(权利要求2)。例如，可以想到通过机械加工或其他工艺、例如通过钻孔、铣削、磨削或侵蚀去除之前构造的壁段的材料。另外可将覆盖物施加至中空体壁的壁段的中空空间侧，例如可涂覆中空体壁从而防止腐蚀和/或磨损。最后，还可以考虑改变中空体壁的相关壁段的材料的材料特性的处理工艺，例如中空体壁的硬化、淬火和回火、退火或化学处理的处理工艺。
相对于中空体壁的中空空间侧去除和/或施加材料也可用于将异物并入中空体中。用于完全地或部分地接收异物的腔体可由此例如通过在中空体壁的壁段的内侧上去除材料来产生。特别地，装饰物、例如宝石或功能物体、例如用于检测中空体周围状态的传感器可被视为异物。通过施加材料，该类型的异物可以可移动地或不可移动地固定在接收它们的腔体中，和/或可部分地或完全地嵌入中空体壁的材料中或施加的材料中。完全地嵌入的目的例如可以是对所述异物的气密式和/或防辐射式容纳。可以想到，在引入异物之后，特别地对紧邻异物的所述壁段进行机械加工。
根据本发明的装置具有相应的功能。
根据本发明的方法的在权利要求3中描述的变型使得能够以相当低的材料使用量形成中空体壁。在加工昂贵的材料、例如贵重金属的情况下，低材料使用量尤为重要。
一个或两个以上的壁段由用于加工的塑性的材料构成，所述材料由于材料的稠度而可在构造壁段期间无需正在形成的中空体的支撑。特别地，例如与选择性激光熔化工艺相比，在构造过程期间不需要通过粉末材料来支撑中空体壁的壁段。因此，节省了与提供支撑材料相关联的花费。避免了在选择性激光熔化工艺的情况下可能发生的在从完成的中空体去除支撑材料时的材料损失。
根据本发明，可首先以固体形式提供待加工的材料，并恰好在加工前使所述材料塑化。在此，优选地通过加热进行塑化。权利要求13中描述用于执行根据本发明的该类方法的变型的一种根据本发明的装置。
代替粉状材料，例如可使用由所讨论的材料制成的线，所述线在加工之前通过加热而塑化。该类型的材料线特别地使得能够实现中空体壁的壁段的分层式构造。使用材料线，可节省通常很高的用于制造材料粉末的花费。另外，材料线通常具有良好的可加工性，而材料粉末的可加工性可能例如由于不均匀的粒度而受到限制。最后，使用材料线使得能够处理不能以粉末形式使用的材料。
在与构造的壁段相邻地构造另外的壁段之前，一旦构造的壁段的塑化的材料固化，就在中空空间侧上处理所述壁段。在本发明的一优选实施例中，所述另外的壁段也由在加工状态下为塑性然后在加工状态之后硬化的材料构造。
由于所提出的原因，根据本发明的方法在通过构造彼此相邻的壁段区段式地形成至少大致完全地围绕中空空间的中空体壁的应用中尤其有利(权利要求4)。如果中空体壁完全围绕中空体的中空空间，则中空体壁可在中空空间侧上被处理，直到构造最终封闭中空空间的壁段。仅该最后的壁段的中空空间侧无法被接近以用于处理。
在本发明的另一有利实施例中，根据本发明的方法用于形成在中空空间侧和/或外侧上具有弯曲结构的中空体壁(权利要求5)。
根据权利要求6，在根据本发明的方法的另一优选实施例中，壁段由彼此上下地或并排地布置的多个材料层分层地构造。
一旦壁段被分层地构造，就可在壁段的整个区域在中空空间侧上处理所述壁段。根据本发明并根据权利要求7，在构造过程期间，优选地除了最后构造的材料层之外，分层地构造的壁段的中空空间侧被处理。在该情况下，在构造壁段期间形成的最后的材料层在未处理的状态下用作与构造的壁段相邻的壁段的基底。在处理构造的壁段期间去除材料的情况下，例如在未处理的状态下使用在构造壁段时最后形成的材料层，确保足够大的面积的基底可用于之后的壁段。
如果利用根据本发明的方法形成中空体壁，所述中空体壁在中空空间侧和/或外侧上具有弯曲结构(权利要求5)，则这种情况尤其有利。为了形成完成的中空体壁的弯曲结构，在形成所述中空体壁期间，与构造的壁段相邻的另外的壁段被构造为相对于已构造的壁段偏移。在构造相互偏移的彼此相邻的壁段之后，通过从所述壁段去除材料，在所述壁段之间形成对应于期望的弯曲结构的过渡。如果在构造相邻的壁段之前已经处理首先构造的壁段的最后的材料层，即如果在开始构造下一壁段之前，就在首先构造的壁段的最后的材料层处去除材料，那么首先构造的壁段的最后的材料层将由此为之后的壁段提供仅具有相当小的面积的基底。
为了减小在利用分层地构造的至少一个壁段形成弯曲的中空体壁时的材料用量，根据权利要求8，所述壁段由材料层构造，所述材料层沿着弯曲结构一个接着一个，并且相对于彼此偏移以形成弯曲结构。通过这种方式，可在构造壁段时已经产生弯曲结构。因此，不需要将壁段构造成其厚度的尺寸使得在构造壁段之后可仅通过从构造的壁段去除材料来产生期望的弯曲结构。
特别地当分层地构造壁段时，可选择由单一的材料构造壁段(权利要求9)，或者对同一壁段使用不同的材料。如果使用不同的材料，则可容易地例如借助于相应的材料选择来提供材料、颜色和品质的变化。这种选择尤其在制造首饰时采用。
因此，在根据本发明的方法的范围内，可构造由相同材料(权利要求10)或不同材料制成的壁段。
可以想到，可在不同层之间或在同一层内，也可在不同层之间同时在一个或两个以上的层内，具有材料变化。借助于材料变化的相应设计，可在中空体壁中形成不同的图案、例如所谓的斑马设计。在首饰的情况下，例如白金和黄金的变化本身就有所变化。
除了在壁段的中空空间侧上处理构造的壁段之外，在本发明的发展中还在构造壁段之后，使该壁段在外侧上也被处理(权利要求11)。可在与已经构造的壁段相邻地构造另外的壁段之前执行在外侧上处理壁段。然而，也可以想到，在中空体壁的彼此相邻的多个壁段或者中空体壁的所有壁段都已经形成之后，才在外侧上处理壁段。根据本发明，使得可省去中空体壁的外侧的精加工、例如省去在中空体的外侧上抛光中空体的处理方法是优选的。
附图说明
下文将基于示例性示意图更详细地说明本发明，附图中：
图1至9示出了借助于为此目的而提供的装置制造呈球的形式的中空体。
具体实施方式
根据图1和图2，在制造形成为球1的中空体的第一阶段中构造球壳3的设置为中空体壁的第一壁段2，所述中空体恰好在完成之前在图8和图9的剖视图中示出。球壳3限界球1的中空空间4，并且具有面向中空空间4的中空空间侧5和背向中空空间4的外侧6(图9)。
为了构造壁段2，将球壳3的材料的盘状下部材料层7施加至栓状的间隔件8。借助于所述间隔件8，壁段2的下部材料层7保持与底板9间隔开。多个球壳3可以以所示的方式并排地布置在底板9上。
将球壳3的材料的多个环形材料层10相继地施加至壁段2的盘状下部材料层7。
为此，使用构造装置11，所述构造装置尤其在图4中示出。
构造装置11包括作为供给装置的材料供给器12，所述材料供给器附接至构造装置11的机械臂(未示出)。借助于材料供给器12，球壳3的材料作为材料线13被供给至工作点。材料供给器12的构造和工作原理对应于用于在气体保护金属电弧焊中供给焊丝的已知装置。
在工作点处，由材料供给器12供给的材料线13通过借助于用作加热装置的激光头14和从激光头14指向工作点的激光束15增加热量来塑化。激光头14也安装在构造装置11的机械臂(未示出)上。以数字控制的方式，具有材料供给器12的机械臂和具有激光头14的机械臂在圆形路径上移动，壁段2的环形材料层10将沿着所述圆形路径由材料线13的塑化的材料构成。
为了形成球壳3的弯曲结构，壁段2的环状材料层10相对于盘状下部材料层7以及相对于彼此沿球壳3的径向方向偏移。这使得在中空空间侧5和外侧6上形成球壳3的壁段2的阶梯状构型，如图1和图2所示。
一旦塑化的材料硬化，则由下部材料层7构造的壁段2和另外的材料层10首先在其外侧上被处理。
传统设计的铣削工具16附接至机械臂(未示出)，并且以数字控制式运动沿着壁段2的外侧被引导，由此由壁段2的外侧上的阶梯形状产生光滑球表面，所述铣削工具16在图3中示意性地示出为处理工具。因此，根据图3，在中空空间侧5上处理壁段2。在中空空间侧5和外侧6上处理之后的由壁段2形成的球壳段可在图4的下部看到。
在中空空间侧5和外侧6上，在处理壁段2时均省略了构造壁段2时最后施加的材料层10。在壁段2的最后的材料层10上，在处理壁段之后，与之前构造的壁段2相邻地构造球壳3的另外的壁段17。在此，球壳3的材料的另外的材料层10以上文描述的并在图4至6中示出的方式施加。在已经为了加工而塑化的材料硬化(图7)之后，壁段17也借助于铣削工具16在外侧和中空空间侧5上被处理(图7)。当处理壁段17时，也省去最后施加的材料层10。
另外的壁段18与之前构造的壁段17相邻地构造在壁段17的最后的材料层10上。在构造壁段18和之后的用于构造壁段18的材料硬化之后，壁段18在外侧6和中空处理空间侧5上也借助于铣削工具16以上述方式被处理(图8和9)。同样在壁段18上，最后施加的材料层10无需处理。
除了壳体开口19，球1的球壳3在此完成。需要壳体开口19，以便能够将用于处理壁段18的中空空间侧5的铣削工具16引入中空空间4中。由于空间受限的条件，在这种情况下使用小型设计的铣削工具16。
一旦完成壁段18的处理，则铣削工具16从球壳3的中空空间4移除，壳体开口19借助于制造装置11被封闭。替代地，为了封闭壳体开口19，可在构造壁段18时将与壁段2的盘状下部材料层7对应的球壳3的材料的盘状上部材料层施加至最后形成的材料层10。
壳体开口19的封闭件借助于铣削工具16在外侧6上设有期望的平滑球面。最后，球壳3与间隔件8分离，如果需要，在间隔件8的附接点处处理球壳3，以便产生光滑球表面。

Claims (13)

1.一种用于制造中空体(1)的方法，在所述方法的范围内，形成中空体壁(3)，所述中空体壁限界中空体(1)的中空空间(4)，并且具有面向中空空间(4)的中空空间侧(5)和背向中空空间(4)的外侧(6)，中空体壁(3)通过构造彼此相邻的壁段(2、17、18)而区段式地形成，其特征在于，在构造壁段(2、17、18)之后，在与构造的壁段(2、17、18)相邻地构造另外的壁段(17、18)之前，在中空空间侧(5)上处理构造的壁段(2、17、18)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在构造壁段(2、17、18)之后，通过去除构造的壁段(2、17、18)的材料和/或通过形成覆盖物和/或通过改变构造的壁段(2、17、18)的材料的材料属性，在中空空间侧(5)上处理构造的壁段(2、17、18)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，壁段(2、17、18)由在加工状态下为塑性的并在加工状态之后硬化的材料通过由所述材料在加工状态下构造壁段(2、17、18)来构造，在与构造的壁段(2、17、18)相邻地构造另外的壁段(17、18)之前，一旦材料硬化就在中空空间侧(5)上处理构造的壁段(2、17、18)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过构造彼此相邻的壁段(2、17、18)，区段式地形成至少大致完全地围绕中空空间(4)的中空体壁(3)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过构造彼此相邻的壁段(2、17、18)，区段式地形成在中空空间侧(5)和/或外侧(6)上具有弯曲结构的中空体壁(3)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由彼此上下地或并排地布置的多个材料层(7、10)分层地构造壁段(2、17、18)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在与构造的壁段(2、17、18)相邻地构造另外的壁段(17、18)之前，除了最后构造的材料层(10)之外，壁段(2、17、18)在被分层地构造之后在中空空间侧(5)上被处理。
8.根据权利要求5和权利要求6所述的方法，其特征在于，壁段(2、17、18)由沿着弯曲结构一个接着一个的材料层(7、10)分层地构造，材料层(7、10)相对于彼此偏移，以便形成弯曲结构。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，构造由单一材料制成的至少一个壁段(2、17、18)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，构造由相同的材料制成的至少两个壁段(2、17、18)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，一旦一个壁段(2、17、18)被构造，就在外侧(6)上处理所述壁段。
12.一种用于制造中空体(1)的装置，所述中空体具有中空空间(4)和限界中空空间(4)的中空体壁(3)，所述中空体壁具有面向中空空间(4)的中空空间侧(5)和背向中空空间(4)的外侧(6)，所述装置具有构造装置(11)，借助于所述构造装置(11)，能够通过构造彼此相邻的壁段(2、17、18)区段式地形成中空体壁(3)，其特征在于，所述装置还具有处理装置(16)，在能够借助于构造装置(11)与构造的壁段(2、17、18)相邻地构造另外的壁段(17、18)之前，借助于构造装置(11)构造的壁段(2、17、18)能够借助于所述处理装置在中空空间侧(5)上被处理。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，构造装置(11)包括供给装置(12)和加热装置(14)，借助于所述进给装置(12)能够供给用于壁段(2、17、18)的固态的材料，借助于所述加热装置(14)能够使借助于供给装置(12)供给的用于壁段(2、17、18)的固态的材料塑化，借助于加热装置(14)能够由塑化的材料构造壁段(2、17、18)。
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