CN109520545A - 具有磨损和/或操作识别的生产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有磨损和/或操作识别的生产装置(10)。生产装置(10)至少大部分通过增材生产方法生产并具有表面(14)。生产装置(10)可以构造为组装装置，特别是工件协调装置(48)、成形工具(38)或辅助技术生产装置。根据本发明，至少在表面(14)的区域中设置至少一个信号层(20)，信号层在生产装置(10)的初始状态下设置在表面(14)的表面终止层(22)下方的预定深度处，并且由表面(14)的表面终止层(22)外部覆盖。在这种情况下，信号层(20)以视觉上可感知的方式与表面终止层(22)不同。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的生产装置。本发明还涉及一种根据权利要求10的前序部分的用于生产这种生产装置的方法。
背景技术
在机械部件生产领域中，已知使用组装装置、成形工具和类似装置，以便符合对要生产的部件施加的预定公差要求。组装装置和成形工具在其使用期间也经受机械磨损，这导致形状变化，当机械磨损进展得太远时，这抵消了公差的顺应性。
控制机械磨损的必要性在其他技术领域也非常重要。
例如，US 2011/0005876 A1描述了一种制动鼓，该制动鼓包括至少一个凹槽，该凹槽构造在内制动面中。该凹槽限定了最大均匀深度，其被调节到鼓排斥直径。如果在检查期间看到凹槽，则表明仍可以使用制动鼓。当凹槽不再可见时，应处理制动鼓。
定期控制装配装置、成形工具和辅助技术生产装置的尺寸可能非常复杂且耗时，并且由于停机时间导致生产过程的效率的损害。
为了能够防止对组装装置、成形工具和辅助装置进行昂贵的检查，在现有技术中已经提出了不同的方法。
US 2015/0314359 A1因此描述了一种冲压工具，该冲压工具包括上部成形工具部件、下部成形工具部件和至少一个引导元件，该引导元件设置成能够被致动以便引导上部和下部成形工具部件之间的相对运动。成形工具部件可以沿轴线前后移动相对于彼此移动，以便生产工件。引导元件具有引导面，用于引导成形工具部件之间的相对运动。引导元件还具有至少一个磨损指示器腔，该磨损指示器腔相对于引导面凹进。磨损指示器腔的深度对应于引导面的允许磨损的程度。腔能够可见检查至少一个引导元件的磨损的程度，并因此防止引导元件必须从冲压工具移除以进行检查。
DE 100 48 899 A1描述了一种切割板，在该切割板上设置有包括磨损保护层和指示层的组合涂层。指示层优选地设置在自由面上，也就是说，在径向板的情况下，在侧面上，并且在切向板的情况下，在基部或覆盖面上。指示层非常敏感，即使短暂使用相邻的切割边缘也会在指示层上留下清晰的痕迹，其中它变色和/或磨损，使得位于其下的不同颜色的层或材料变得可见。由于清晰的颜色对比度或亮度对比度，使用的切削刃被立即识别。因此，已经发现使用自由面作为指示面是特别有利的，因为在这种情况下可以提供摩擦学上可能不利的涂层，而不会对切割板的加工结果产生负面影响。
US 9,022,143 B2描述了一种在钻头嵌入件或钻头中使用的磨损指示器。磨损指示器包括纵长元件，该纵长元件形成钻头嵌入件的一部分。纵长元件沿其长度具有大量的数字，其中每个数字构造为空的空间或相对于纵长元件在视觉上不同，并且对应于根据IADC(国际钻井承包商协会)钝性评估系统的磨损程度。在实施例中，该数字可以包括与纵长元件不同的材料。或者，该数字可以由与纵长元件相同的材料制成，但是可以是结构化的或着色的，以便提供用于区分的光学能力。纵长元件可以由多个单独部分形成，这些单独部分在插入钻头之前彼此熔化，或者它们可以作为钻头插入件的生产操作的一部分彼此熔化。在钻头插入件变磨损的同时，磨损指示器磨损到相同的程度以便显示其中一个数字。数字范围从“1”到“8”，其中数字“1”表示最低磨损，并且数字“8”表示最大磨损。在未使用状态下，没有数字可见。
在机械部件生产的不同领域中，越来越多地使用增材生产方法生产必要的组装装置、成型工具和类似装置。增材生产(增材制造(AM))涉及通过材料的分层构造来生产部件，其作为无形材料存在并且不需要任何特定部件的工具。这种无形原料的示例是金属和陶瓷粉末和热塑性塑料材料和合成树脂。
现在可以使用3D打印方法(即增材生产)来生产组装装置、诸如注塑工具的成型工具和辅助技术生产装置(也用于批量生产)。如果所提到的装置和工具由塑料材料生产，则与金属材料相比，它们可能经受增加的磨损。不受控制和识别的磨损会对所需尺寸的符合性产生负面影响，并且因此影响部件质量。
组装装置的重要示例是不能由用户操作的特定配件，所谓的工件协调装置(部件配合夹具，PCF)在机动车辆生产技术中特别重要。例如，当部件不对应于期望的尺寸并且仍然安装在工件协调装置中时，可以由用户执行不期望的操作。为了公开以尽可能最清晰的方式执行操作，现在这些装置由金属铣削并提供有特定的表面质量。
鉴于现有技术的阐述，在至少大部分通过增材生产方法生产诸如组装装置、成形工具和辅助技术生产装置的生产装置中的磨损控制领域仍然留有改进的空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产装置，该生产装置至少大部分通过增材生产方法生产并且能够实现简化和改进的磨损控制。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的生产装置来实现。该目的还通过根据权利要求10的生产这种生产装置的方法来实现。本发明的其他特别有利的实施例在从属权利要求中公开。
应当注意，在以下说明书中单独阐述的特征和措施可以以任何技术上有利的方式彼此组合，并且阐述本发明的其他实施例。该说明书进一步表征和指定了本发明，特别是结合附图。
根据本发明的生产装置至少大部分通过增材生产方法生产并且具有表面。至少在表面的区域中设置至少一个信号层，该至少一个信号层在生产装置的初始状态下设置在表面的表面终止层下方的预定深度处并且由表面终止层外部覆盖，其中信号层以视觉上可感知的方式与表面终止层不同。
在本发明的上下文中，术语“大部分”特别应理解为大于50％体积的比例，优选大于70％体积的比例，并且以特别优选的方式大于90％体积的比例。特别地，该术语旨在包括通过增材生产方法完全(也就是说，以100％体积)生产生产装置的可能性。
由于提供了信号层，因此在视觉上可以在生产装置中允许简化的磨损控制。当信号层变得在视觉上可感知时，可以在表面区域中识别磨损。
优选地，表面终止层下方的预定深度对应于最大允许磨损极限。当信号层在视觉上可感知时，已达到最大允许磨损极限。
优选地，生产装置被构造为组装装置，特别是工件协调装置、成形工具、成形工具插入件、质量控制装置或安装计。由此由于节省用以控制磨损的停机时间而使用生产装置的部件的生产过程的效率可以提高。特别地，所提到的装置可以有利地用于机动车辆生产中。
在生产装置的优选实施例中，提供了多个信号层，多个信号层垂直于表面的区域彼此邻近并且彼此不同，并且以视觉上可感知的方式与表面终止层分开。术语“多个”在本发明的上下文中旨在被理解为特别指代至少两个的数量。以这种方式，通过简化的磨损控制，可以在视觉上区分不同程度的磨损，从而可以获得用于必须执行的生产装置的更换的即将到来的时间的指示。
当多个相互邻近的信号层中的两个相互邻近的信号层具有不同的颜色时，在简化的磨损控制中不同磨损程度可以以特别简单的方式在视觉上识别。
优选地，选择多个相互邻近的信号层中的信号层的颜色使得当它们接近最大允许的磨损极限时，它们逐渐接近信号颜色，例如红色，由此，当达到最大允许磨损极限，明确表明更换的要求。
当在每种情况下多个相互邻近的信号层中的两个相互邻近的信号层具有不同的图案时，在简化的磨损控制中不同磨损程度也可以以特别清楚的方式在视觉上识别，因为人类感知特别适合于识别不同的图案或识别图案中的变化。
优选地，至少一个信号层具有视觉上可感知的用于与表面终止层视觉区分的区别特征，并且至少一个信号层的区别特征的视觉上可感知的特性根据表面终止层下方的深度在至少一个信号层内变化。以这种方式，可以由生产装置的用户实现对存在的磨损的半定量评估。
例如，至少一个信号层可以以视觉上可感知的方式与表面终止层区分的颜色构造，至少一个信号层的颜色饱和度在表面终止层下方的深度方向上具有梯度，使得深度更深处的颜色饱和度具有更高的值。
在优选实施例中，生产装置的表面的区域包括定位销的表面。由于设置在定位销的位置处的至少一个信号层，可以在生产装置的位置处实现简化的磨损控制，这与生产精度特别相关。
在生产装置的优选实施例中，表面终止层具有外部纹理。由此可以迅速识别(例如，由用户)生产装置上的不期望的操作，并且可能防止生产精度的潜在损失。因此，具有外部纹理的表面终止层可以以特别有利的方式用于生产装置中，该生产装置被构造为工件协调装置(部件协调夹具，PCF)。
优选地，生产装置具有主要比例的热塑性或热固性塑料材料。这种生产装置可具有重量轻、生产成本低和生产时间短的优点。
在本发明的另一方面，提出了一种用于制造所公开的生产装置的方法。
根据本发明，该方法通过至少以下步骤来区分：
-除表面的至少一个区域之外，生产装置至少大部分通过至少一种增材生产方法构造，
-通过至少一种增材生产方法在表面的区域上生产至少一个信号层，和
-在表面的区域上通过至少一种增材生产方法生产具有预定层厚度的表面终止层。
通过使用该方法，可以在短的生产时间内并且以低生产成本提供所公开的生产装置。
在该方法的优选实施例中，通过3D彩色打印机执行生产至少一个信号层的步骤。由此可以实现特别短的生产时间，特别是具有多于一个信号层的生产装置。
附图说明
在从属权利要求和附图的以下描述中公开了本发明的其他有利实施例，其中：
图1是根据本发明的具有定位销的生产装置的示意图；
图2是根据图1的处于未使用状态和使用状态的定位销的透视图和纵向截面图；
图3是根据图1的根据本发明的生产装置的定位销的替代实施例的透视图和纵向截面图；
图4是根据本发明的构造为处于未使用状态和使用状态的成形工具的生产装置的替代实施例的透视图和纵向截面图；
图5是根据本发明的构造为工件协调装置的生产装置的另一替代实施例的透视图和详细视图；和
图6是根据本发明的用于生产根据图1的生产装置的方法的流程图。
具体实施方式
在各个附图中，相同的部件总是给出相同的附图标记，因此它们通常也仅描述一次。在下面的说明书中提到的信号颜色自然不能在附图中如此识别，但是可以通过黑/白阴影来感知。
图1是根据本发明的具有定位销12的生产装置10的可能实施例的示意图。生产装置10可以构造为组装装置，特别是工件协调装置，成形工具或辅助技术生产装置，并且大部分通过增材生产方法生产，也就是说，通过3D印刷方法，由热塑性塑料材料形成(例如由ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)形成)。生产装置10包括多个圆柱形定位销12(图1中仅示出一个定位销12)，其用于符合部件生产中的预定公差。圆柱形定位销的表面是生产装置10的表面14的一部分。
为了准备生产，在箭头所示的方向18上将要生产的部件的坯料的适合于定位销12的直径的圆形通孔16推动在定位销12上，以便精确地保持预定位置。由于被推动的操作，定位销12受到机械磨损。
图2示出了根据图1的定位销12处于未使用状态(顶部)和处于使用状态(底部)的透视图和纵向截面。信号层20设置在生产装置10的表面14的区域中，也就是说，设置在定位销12的表面的区域中。信号层20被表面14的表面终止层22外部覆盖。表面终止层22具有预定的层厚度24，由此图2顶部所示的生产装置10的初始状态的信号层20设置在表面终止层22下方的预定深度处。表面终止层22的预定层厚度24对应于最大允许磨损深度。
为清楚起见，在图2中，信号层20和表面终止层22以相对于定位销12的尺寸的显著放大的方式示出。这相应地适用于下面的附图。
图6示出了根据本发明的用于生产根据图1的生产装置的方法的流程图。
在用于生产生产装置10的第一步骤56中，首先通过3D打印方法进行生产装置10除定位销12的表面的区域之外的构造。在该方法的后续步骤58中，通过3D打印方法在定位销12的表面的区域上产生具有红色信号颜色的材料的信号层20。在随后的步骤60中，通过3D打印方法在定位销的表面的区域上产生具有预定层厚度24的表面终止层22。
如图2中底部所示，在生产装置10的使用期间发生的磨损导致定位销12的一端到表面终止层22的层厚度24逐渐减小，直到部分区域中的信号层20不再被表面终止层22外部覆盖。
具有例如红色信号颜色的材料的信号层20以明显可察觉的方式与表面终止层22在视觉上不同。定位销12上的信号层20的外观以直接的方式向生产装置10的用户示出了达到最大允许磨损极限。
在替代实施例中，信号层20可以具有在表面终止层22下方的深度方向上的颜色饱和度的梯度作为信号层20内相对于表面终止层22的视觉上可感知的区别特征，使得在较小的深度处，红色信号颜色看起来比在更大的深度处更暗淡。由此可以实现用户对当前磨损的半定量评估。
图3示出了根据图1的根据本发明的生产装置10的定位销26的替代实施例的透视图和纵向截面。
图3示出了根据图1的根据本发明的生产装置10的圆柱形定位销26处于未使用状态(顶部)和处于使用状态(底部)的透视图和纵向截面。在生产装置10的表面14的区域中，也就是说，在定位销26的表面的区域中，与根据图2的实施例形成对比，提供了大量的两个信号层28、30。
两个信号层28、30垂直于表面的区域彼此相邻地设置并且彼此不同并且以视觉上可感知的方式与表面终止层32分开，因为在该方法的步骤期间，每个具有不同信号颜色的材料的两个信号层28、30依次通过3D打印方法在预定的层厚度处首先在定位销26上并且然后在已经形成的信号层28上产生。
两个信号层28、30被表面的表面终止层32外部覆盖。表面终止层32具有预定的层厚度34，由此在图3顶部处所示的生产装置的初始状态下的两个信号层28、30中的每一个被设置在表面终止层32下方的预定深度处。从未使用的生产设备10的表面终止层32到第一信号层28的间距36对应于最大允许的磨损极限。
在替代实施例中，两个信号层也可以以视觉上可感知的方式不同，而不是因为两种不同的颜色，因为它们具有不同的图案。例如，图案可以以点状和/或条纹方式构造，但不限于此。
在图4中，示意性地示出了根据本发明的用于保持在工具接收元件39中的生产装置的可能实施例在未使用状态(顶部)和使用状态(底部)的透视图和纵向截面，该实施例被构造为成形工具插入件38。成形工具插入件38通过3D打印方法生产。
成形工具插入件38的表面40在使用期间经受机械磨损。在表面40的中心区域中，提供具有例如红色信号颜色的材料的信号层42。信号层42处于由表面40的表面终止层44外部覆盖的初始状态。表面终止层44具有预定的层厚度46，由此在图4中的顶部处示出的处于成形工具插入件38的初始状态的信号层42设置在表面终止层44下方的预定深度处。表面终止层44的预定层厚度46对应于最大允许磨损极限。
用于生产信号层42和表面终止层44的方法对应于用于生产根据图2的实施例的方法。
在使用成形工具38期间发生的磨损在表面终止层44上导致表面终止层44的层厚度46逐渐减小，直到部分区域中的信号层42不再被表面终止层44外部覆盖。
由于具有例如红色信号颜色的材料，信号层42以视觉上清晰可感知的方式与表面终止层44不同。信号层42在成形工具插入件38的表面40上的外观直接向成形工具插入件38的用户示出了已经达到最大允许磨损极限。
图5是根据本发明的构造为工件协调装置48(部件协调夹具，PCF)的生产装置的另一替代实施例的透视图和详细视图。工件协调装置48被提供用于机动车辆工业中的部件生产，并且用于模拟车辆中的部件(在该可能实施例中为后车灯)的精确定位。
生产装置大部分通过增材生产方法生产，也就是说，通过选择性激光熔化(SLM)的3D打印，例如由含铝金属粉末生产。在其他可能的实施例中，生产装置可以由含钢金属粉末或塑料材料制成。
为了以迅速的方式发现工件协调装置48中的不希望的操作，在表面50的区域中提供信号层(未示出)。信号层被表面50的表面终止层52外部覆盖。表面终止层52具有预定的层厚度，由此如已经针对其他实施例所描述的，在生产装置的初始状态下的信号层设置在表面终止层52下方的预定深度处。
与上述实施例相比，信号层的预定深度选择得非常小，因为在该生产装置中，主要不是识别重要的磨损状态，而是迅速发现生产装置的操作。
为了生产工件协调装置48，首先通过SLM 3D打印方法进行构造，表面50的区域除外。在该方法的后续步骤中，在该潜在的实施例中含有含铜金属粉末的信号层通过SLM 3D打印方法在表面50的区域上生产。在随后的步骤中，通过SLM 3D打印方法，由含铝金属粉末在表面50的区域上生产具有预定的层厚度的表面终止层52。在这种情况下，表面终止层52设置有起伏图案形式的外部纹理54。
表面终止层52的纹理54的破坏可以由生产装置的用户容易地在视觉上识别，使得也可以识别轻微的操作。由例如含铜金属粉末生产的信号层在视觉上清晰可感知的方式与表面终止层52不同。信号层的外观直接向生产装置的用户示出不希望的操作已在生产装置上进行。此外，可以在仅表面终止层52的纹理54被中断的轻微操作和导致信号层的外观的更显著的操作之间作区分。
附图标记列表：
10生产装置
12定位销
14表面
16通孔
18方向
20信号层
22表面终止层
24层厚度
26定位销
28信号层
30信号层
32表面终止层
34层厚度
36间距
38成型工具插入件
39工具接收元件
40表面
42信号层
44表面终止层
46层厚度
48工件协调装置
50表面
52表面终止层
54纹理
56通过3D打印方法构造除表面的区域之外的生产装置
58通过3D打印方法在定位销的表面的区域上生产信号层
60通过3D打印方法在定位销的表面的区域上生产表面终止层
Claims (11)
1.一种生产装置(10)，所述生产装置至少大部分通过增材生产方法生产，所述生产装置具有表面(14)，
其特征在于，
至少在所述表面(14)的区域中设置至少一个信号层(20)，所述至少一个信号层在所述生产装置(10)的初始状态下设置在所述表面(14)的表面终止层(22)下方的预定深度处，并且由所述表面(14)的所述表面终止层(22)外部覆盖，其中所述信号层(20)以视觉上可感知的方式与所述表面终止层(22)不同。
2.根据权利要求1所述的生产装置(10)，所述生产装置构造为组装装置，特别是工件协调装置(48)、成形工具、成形工具插入件(38)、质量控制装置或安装计。
3.根据权利要求1或2所述的生产装置(10)，
其特征在于，
提供了多个信号层(28、30)，所述多个信号层(28、30)垂直于所述表面(14)的所述区域彼此邻近并且彼此不同，并且以视觉上可感知的方式与所述表面终止层(32)分开。
4.根据权利要求3所述的生产装置(10)，
其特征在于，
所述多个相互邻近的信号层(28、30)中的两个相互邻近的信号层具有不同的颜色。
5.根据权利要求3或4所述的生产装置(10)，
其特征在于，
所述多个相互邻近的信号层(28、30)中的两个相互邻近的信号层具有不同的图案。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的生产装置(10)，
其特征在于，
所述至少一个信号层(20)具有视觉上可感知的用于与所述表面终止层(32)视觉区分的区别特征，并且所述至少一个信号层(20)的区别特征的视觉上可感知的特性根据所述表面终止层(22)下面的所述深度在所述至少一个信号层(20)内改变。
7.根据前述权利要求中任一项所述的生产装置(10)，
其特征在于，
所述表面(14)的所述区域包括定位销(12)的表面。
8.根据前述权利要求中任一项所述的生产装置(10)，
其特征在于，
所述表面终止层(52)具有外部纹理(54)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的生产装置(10)，
所述生产装置(10)具有主要比例的热塑性或热固性塑料材料。
10.一种用于生产如前述权利要求中任一项所述的生产装置(10)的方法，至少包括以下步骤：
-除了表面(14)的至少一个区域之外，所述生产装置(10)至少大部分通过至少一种增材生产方法构造，
-通过至少一种增材生产方法在所述表面(14)的所述区域上生产至少一个信号层(20)，和
-在所述表面(14)的所述区域上通过增材生产方法生产具有预定层厚度(24)的表面终止层(22)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中通过3D彩色打印执行生产至少一个信号层(20)的步骤。
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