CN109890596A - 包括支承结构的借助增材制造而制成的构件 - Google Patents

Abstract

为了能够以特别简单的方式实现去除用于借助增材制造而制成的构件(1)的支承结构(2)，提出，将支承结构(2)的自由端部(9)通过以弯曲力矩的加载重复地从初始位置(16)这样偏转到偏转位置(17)中，使得支承结构(2)在确定的位置上、尤其是在其固定端部(8)上通过塑性变形经历冷作硬化，直至支承结构(2)在该位置上在进一步偏转时断裂。

Description

包括支承结构的借助增材制造而制成的构件

技术领域

本发明涉及一种包括支承结构的借助增材制造而制成的构件。此外，本发明涉及用于构造支承结构的方法以及用于去除支承结构的方法。此外本发明涉及一种用于去除支承结构的弯曲装置。

背景技术

增材制造在此尤其是理解为在使用数字的计算机模型的情况下对三维的物体的层式构造，尤其是通过选择性地加固层式施加的结构材料进行。为此使用的结构材料可以例如以粉末状存在。用于这样的制造方法的示例是激光烧结、掩模烧结等。

许多增材制造方法需要支承结构(“支承部”)。支承结构通常一方面与构件并且另一方面与构造平台连接，亦或其例如在构件内部、在两个端部上连接在构件上。这些支承结构尤其是用于支承构件或构件区段。所述支承结构可以阻止构件在结构空间中的下沉亦或构件的翘曲，只要所述构件还未达到其最终强度的话。换句话说支承结构阻止构件的尺寸稳定性的损耗或形状偏差。如果希望的话，通过合适的支承结构可以此外将热量导出到结构平台上。

在构造过程结束并且构件完成之后，必须去除支承结构。

已知，将支承结构以不同于构件本身的其他的方法和/或其他的材料制造。为了可以将所述支承结构在制造过程结束之后较好地去除，支承材料在这样的情况下具有与结构材料不同的物理的或化学的特性。在这样的情况下经常设置支承材料，所述支承材料具有比支承材料低的熔点，从而支承结构在炉中或热的溶剂池中可以从构件剥离。同样已知水溶性的支承材料的使用。在这些情况下，支承结构的去除相对简单地实现并且要求较少耗费。

然而在许多情况下，支承结构在构件的构造的过程中以如构件本身相同的增材制造方法和相同的材料制造。通常在此涉及具有或没有环绕的框架结构的相互连接的支承元件。这些支承元件通常直接在构件之下通过理论断裂点与构件连接。为了在制造过程结束之后从构件去除这样的支承结构通常发生机械的再加工，其中支承结构借助工具、例如凿、锯、钳等折断或拆出。换句话说这样的刚性的、非柔性的支承结构的去除大多如下进行，即，在理论断裂点上产生强断裂，其通过在支承元件上的拉出、撕破或类似的力加载引起。为此需要的力相对大，从而关联于这样的支承结构的去除经常出现构件表面的损坏。

发明内容

本发明的任务是，能够以特别简单的方式实现用于借助增材制造而制成的构件的支承结构的去除。该任务通过按照权利要求1所述的方法或按照权利要求2所述的方法或按照权利要求3所述的构件或按照权利要求10所述的弯曲装置解决。

用于去除借助增材制造而制成的构件的支承结构的按照本发明的方法，其中支承结构具有自由端部和与所述构件连接的固定端部，其特征在于，支承结构的自由端部通过以弯曲力矩的加载重复地从初始位置这样偏转到偏转位置中，使得支承结构在确定的位置上通过塑性变形经历冷作硬化，直至支承结构在该位置上在进一步偏转时断裂(权利要求1)。

用于构造借助增材制造而制成的构件的支承结构的按照本发明的方法，其中，支承结构这样构造，使得其一方面具有固定的与构件连接的端部并且另一方面具有自由端部或这样的自由端部可在支承结构的构造之后制造，其特征在于，支承结构这样构造，使得支承结构的自由端部通过以弯曲力矩的加载重复地从初始位置可偏转到偏转位置中，使得支承结构在确定的位置上通过塑性变形经历冷作硬化，直至支承结构在该位置上在进一步偏转时断裂(权利要求2)。

按照本发明的借助增材制造而制成的构件，带有支承结构，所述支承结构具有自由端部和固定的与构件连接的端部，其特征在于，支承结构的自由端部通过加载弯曲力矩重复地可从初始位置这样偏转到偏转位置中，使得支承结构在确定的位置上通过塑性变形经历冷作硬化，直至支承结构在该位置上在进一步偏转时断裂(权利要求3)。

用于去除借助增材制造而制成的构件的支承结构的按照本发明的弯曲装置，其中，支承结构具有自由端部和与构件连接的固定端部，其特征在于，弯曲装置构成用于，将支承结构的自由端部通过加载弯曲力矩重复地从初始位置这样偏转到偏转位置中，使得支承结构在确定的位置上通过塑性变形经历冷作硬化，直至支承结构在该位置上在进一步偏转时断裂(权利要求10)。

本发明有利的实施方式在从属权利要求中给出。接着的关联所述方法解释的优点和设计按意义也适用于按照本发明的构件以及弯曲装置并且反之亦然。

本发明的基本思想是，这样设置支承结构，使得其至少沿一个空间方向柔性并且因此可偏转(可弯曲)。这优选通过支承结构的合适的几何形状结合支承结构到构件上的适合的连接实现。支承件从构件的分离然后不再通过以或多或少不具方向性的方式引入大的力来实现。取而代之，支承结构的一个自由端部重复(多次)地沿一个空间方向偏转，从而支承结构在确定的位置上塑性变形(伸展/压缩)并且以这种方式在那里进行冷作硬化。换句话说，通过支承结构的自由端部的少数的偏转运动，发生在该位置上支承结构的材料特性的变化，直至支承结构的可变形性(延展性)在该区域中减少这么多，使得所述支承结构在那里在进一步(重复的)偏转时、即在重新加载弯曲力矩时断裂。

在一种优选的实施形式中，支承结构不在任意的位置上、而是(至少)在其与自由端部对置的固定端部上、尤其是在支承结构与构件的连接区域中塑性变形，从而在那里进行冷作硬化(权利要求4)。亦即折断在支承结构的固定端部上发生，从而有利地将整个支承结构从构件去除。

固定端部的该针对性的通过冷作硬化激发的断裂优选在理论断裂点的区域中进行，通过所述理论断裂点，支承结构的固定端部在本发明的一种实施形式中连接在构件上(权利要求5)。所述理论断裂点可以在此这样构成，使得在支承结构的去除期间没有残留物剩余在构件上。

在本发明的一种实施形式中，支承结构的可偏转性(可弯曲性)与方向相关(权利要求6)，其中，该方向相关性通过支承结构的构成(几何结构、成型等)和/或连接区域的构成、亦即支承结构的固定端部与构件的连接的方式引起。在一方面表示，在一个或多个方向上缺失的可偏转性可以用于，尽管存在支承结构的可偏转性确保在构造过程期间需要的稳定性。这样(在基于粉末的制造方法中)尤其是支承结构可以关于刮刀方向定向。另一方面使用沿特别的方向的可偏转性，以便提供与此对应定向的理论断裂点。换句话说，理论断裂点可以与偏转方向适配(或反之)。

在本发明的一种实施形式中，支承结构的自由端部可沿确定的空间方向偏转(权利要求7)。本发明的一种实施形式证实为对于支承结构的简单的去除完全特别有利，其中，支承结构的自由端部仅可沿唯一的确定的空间方向偏转。

在本发明的一种实施形式中，支承结构的长度显著大于其高度和宽度(权利要求8)。这样的细长形的或伸长的支承结构尤其是是壁、梁、棒或类似物。支承结构的偏转优选通过抓握在支承结构的自由端部上进行，以便实现特别高的弯曲力矩。

在本发明的一种实施形式中，支承结构具有一定数量的彼此间隔开的支承壁(权利要求9)。作为支承结构在此不只考虑单个的不相互连接的支承壁。同样可设想，支承结构具有多个相互连接的支承壁。将支承壁相互连接的连接元件在此优选这样构成，使得其不妨碍偏转。在这里，支承壁的连接元件可以不仅这样实施，使得其一起执行支承结构的偏转，而且可以这样实施，使得其不一起执行偏转。

亦即原则上保持通过机械的再加工去除支承结构。然而借助本发明支承结构可以特别简单、相对快速以及以较少耗费、尤其是没有许多单步骤地去除。支承结构的去除可以在此以特别可靠的确定的方式通过在支承结构的固定端部、亦即在与构件连接的端部上的针对性导致的折断通过该支承结构区域的之前实施的冷作硬化引起。支承结构的去除可以在此无残留物地并且特别是没有构件的损坏地进行。这相对于用于去除支承结构的已知的机械的后处理方法构成显著的优点。

为了引起支承结构的折断，按照本发明仅需要支承结构的多次的偏转，其中，该偏转以相对小的力消耗实现，尤其是当支承结构的自由端部沿确定的(“软的”)空间方向(沿优先方向)可偏转。沿其他的空间方向，支承结构可以与之相反非常稳定地实施。支承结构在此优选这样实施，使得偏转运动的少数次的重复、即以弯曲力矩的少数次加载、例如四个至八个偏转足够引起需要的冷作硬化。为此目的，使用的支承结构优选装备有理论断裂点，所述理论断裂点将所述材料在优选紧密地限定的区域中、例如在点、线或面上这样削弱，使得支承结构的以小数量重复的偏转(弯曲)足够超过材料的弹性极限。材料削弱部在此优选通过选择确定的支承结构区域的适合的几何形状、例如通过材料变细部进行。但通过支承结构的材料特性的合适的局部限定改变实现的材料削弱部也是可能的，例如通过支承结构的对应适配的制造或支承结构的在制造之后实施的处理引起。

此外按照本发明的支承结构可以节省材料地制造，特别是当支承结构作为单独存在的支承元件没有连接元件地实施时。同时支承结构可以特别薄壁地构造，而不会影响其支承功能。由此其能够同时特别快速地构建。一旦需要，支承结构可以具有用于加强的加强元件，例如以沿纵向方向延伸的肋或类似物的结构的加强元件，而不会由此显著影响容易的可去除性。

亦即在本发明的一种优选的实施形式中，概括地，首先，按照本发明的支承结构相反于由现有技术已知的刚性的结构从初始位置(零位)可偏转到偏转位置中。此外，第二，支承结构优选与方向相关地可偏转。此外，第三，支承结构可这样偏转，使得在为此设置的区域中、优选在后面的断裂点的区域中、尤其是在额外为此设置的理论断裂点的区域中，发生支承结构材料的冷作硬化，并且更确切地说是——第四——这样程度，使得在该区域中的支承结构材料的材料特性这样改变，使得从零位的少数次的偏转运动已经导致折断。

本发明不限制于确定的增材制造方法，尤其是不限制于确定的用于构造支承结构的方法或材料。在这里重要的仅是，支承结构在之后用于去除支承结构应该发生折断的区域中、尤其是亦即在支承结构的形成与构件的连接区域的固定端部上这样实施，使得在那里通过对支承结构的机械的加载可以进行冷作硬化，尤其是基于对支承结构的自由端部通过加载弯曲力矩的偏转。

优选支承结构的去除仅基于通过偏转如说明的那样引起的折断进行，即没有形成对支承结构的附加的影响，例如热的、化学的或其他机械的影响。

附图说明

接着借助附图进一步解释本发明的实施例。在这里：

图1示出包括多个支承壁的构件；

图2示出各个支承壁。

具体实施方式

全部的图不按比例地示出本发明，在此，仅示意性地并且只包括其重要的组成部分。相同的附图标记在此对应于相同的或类似的功能的元件。

在未进一步说明的构件1的基于粉末的增材制造期间，在使用合适的计算机生成的CAD数据的情况下并且通过对本领域技术人员常用的操控借助合适的计算机软件同时构造支承壁2形式的需要的支承结构。例如由金属材料制成的合适的粉末用作为用于构件1以及支承壁2的结构材料。

总体上对于构件1设置多个彼此间隔开的、不相互连接的支承壁2。在此，各个支承壁2的长度3显著大于其高度4和宽度5。支承壁2是薄壁的，即其高度4显著小于其宽度5。支承壁2的纵向方向6竖直延伸。可选地，支承壁2具有沿纵向方向6延伸的在中央设置的支承肋7形式的加强元件。

每个单独的支承壁2以其固定端部8、即沿其宽度5在构成一定数量的理论断裂点的情况下与构件1连接。在该区域中，更准确地说是在其上面的窄边11上，支承壁2收缩为多个齿12并且只还在齿顶上逐点在构件1上连接。连接点在此处于线13上。

支承壁2的对置的端部例如与在图1中表示的构造平台14连接。在完成构件1之后，支承壁2靠近构造平台14从所述构造平台分离，由此产生支承壁2的与固定端部8对置的自由端部9。所述分离借助适合的分离方法进行、例如借助切割或铣削。

支承壁2关于构件1或构造平台14的布置结构首先基于：支承壁2可以满足其支承功能以及所述支承壁的其余的功能。在使用其设计着眼于特别小的材料消耗而被优化的支承壁2时，特别是在使用特别薄壁的支承壁时，支承壁2的布置结构也可以关于其他参数变化。在使用的制造方法中，例如粉末状的结构材料借助刮刀(未示出)施加。支承壁2可以在此这样设置，使得该支承壁沿刮刀方向、亦即平行于刮刀的运动方向15延伸。基于其刚度，支承壁2经受也以具有硬的刀片的刮刀的扫过，只要所述支承壁设有支承肋7或其他的适合的加强元件。在包括软的橡胶唇或类似物的刮刀中，支承壁2可以也横向于刮刀方向15设置。

支承壁2的实施方式和布置结构以及理论断裂点12的实施方式和布置结构这样选择，使得支承壁2的自由端部9的可偏转性与方向相关，即这样，使得支承壁2的自由端部9沿唯一的确定的空间方向、即“软的”方向可偏转，亦即通过加载弯曲力矩重复地沿该空间方向可从初始位置16偏转到偏转位置17中，使得支承壁2在其固定端部8上通过塑性变形、尤其是纵向变形得到冷作硬化，直至支承壁2的固定端部8的可变形性(延展性)尤其是在理论断裂点12的区域中这样减少，使得支承壁2在其固定端部8上、尤其是在理论断裂点12的区域中在重新的偏转时、即在以弯曲力矩再次加载时断裂。

换句话说，齿12以其尖端形成支承壁2的理论断裂点，亦即支承结构的一个如下区域或多个如下区域，所述区域基于材料削弱部、在这里通过齿的成型引起地能够实现冷作硬化。在齿顶上通过支承壁2的多次的弯曲首先超过材料的第一弹性极限，从而出现希望的冷作硬化。

代替尖地收尾的齿12，其他几何形状和/或具有改变的材料特性的区域是可能的，以便在支承结构内提供合适的理论断裂点。

在这里描述的示例中，支承壁2能够围绕沿支承壁2的横向18、即垂直于支承壁2的中心纵轴线的横轴19偏转(弯曲)，其中，该横轴19在理论断裂点(齿)12的区域中延伸。只给出用于偏转的唯一的空间方向，即垂直于横轴19。在图2中，该偏转方向以向初始位置16两侧的箭头21来表示。

为此目的，设置合适的弯曲装置(未示出)，借助所述弯曲装置，支承壁2在其自由端部9上、尤其是在所述区域中或在其下面的窄边22的附近被加载确定的弯曲力矩，例如通过侧向或从下面在自由端部上作用的力。优选弯曲装置这样实施，使得其将力沿偏转方向21传递到支承壁2上。弯曲装置可以在此手动或以马达驱动。

支承壁2的长度3在此基本上对应于在自由端部9上作用的力(F)的作用线相对于支承壁2的固定端部8距离。换句话说，该长度(1)对应于杠杆臂，从而对于弯曲力矩(M)适用：M＝Fxl。由此支承壁重复地从初始位置16偏转到在图2中表示的偏转位置17中。利用小的杠杆力可以在此产生相对大的弯曲力矩。有利地，支承壁2从其零位16中在此相对远地偏转，从而出现在支承壁2的内部、尤其是在与构件2的连接区域中、亦即在理论断裂点12的区域中的特别大的伸展或压缩过程。在偏转过程的少数几次的重复之后，支承壁2在理论断裂点12上整齐并且确定地断裂。

通过为去除支承壁2所需要的偏转须以特别确定的方式进行，尤其是在支承壁2的可偏转性与方向相关时，用于去除支承壁2的自动化的方法、优选在使用马达可驱动的弯曲装置的情况下可特别简单地实现。

如果在构件1上支承壁2以不同的方式、尤其是以彼此不同的定向安装，如在示出的示例中，则(必要时依次)进行通过支承壁2的自由端部9以不同方向的对应偏转而对支承壁2的去除。

在本发明的未示出的实施形式中，支承结构、在这里支承壁2以确定的优选规律的距离沿其纵向方向6设有理论断裂点，例如以合适的材料变细部的构造。换句话说理论断裂点可以不只直接在构件1上、而且也与构件1间隔开在支承壁2的进一步走向中设置。支承壁2例如具有多个由理论断裂点彼此分离的纵向区段。以这种方式可以一旦需要逐区段地进行支承结构的完全去除。

所有在说明书、后续的权利要求书和附图中描述的特征可以不仅单独而且以相互任意的组合对本发明是重要的。

附图标记列表

1 构件

2 支承壁

3 长度

4 高度

5 宽度

6 纵向方向

7 支承肋

8 固定端部

9 自由端部

10 (空)

11 上面的窄边

12 齿、理论断裂点

13 逐点的连接线

14 构造平台

15 刮刀的运动方向

16 初始位置、零位

17 偏转位置

18 横向

19 横轴

20 (空)

21 偏转方向

22 下面的窄边

Claims (10)

1.用于去除借助增材制造而制成的构件(1)的支承结构(2)的方法，其中，所述支承结构(2)具有自由端部(9)和固定端部(8)，其中，所述固定端部(8)与构件(1)连接，其特征在于，支承结构(2)的自由端部(9)通过加载弯曲力矩重复地从初始位置(16)偏转到偏转位置(17)中，使得支承结构(2)在确定的位置上通过塑性变形经历冷作硬化，直至所述支承结构(2)在该位置上在进一步偏转时断裂。

2.用于构造借助增材制造而制成的构件(1)的支承结构(2)的方法，其中，支承结构(2)构造成，使得支承结构(2)具有固定端部(8)，所述固定端部与构件(1)连接，并且所述支承结构具有自由端部(9)或这样的自由端部(9)可在构造支承结构(2)之后制造，其特征在于，支承结构(2)这样构造，使得支承结构(2)的自由端部(9)能通过加载弯曲力矩重复地从初始位置(16)偏转到偏转位置(17)中，使得支承结构(2)在确定的位置上通过塑性变形经历冷作硬化，直至支承结构(2)在该位置上在进一步偏转时断裂。

3.借助增材制造而制成的构件(1)，带有支承结构(2)，所述支承结构具有自由端部(9)和固定端部(8)，其中，固定端部(8)与构件(1)连接，其特征在于，支承结构(2)的自由端部(9)能通过加载弯曲力矩重复地从初始位置(16)偏转到偏转位置(17)中，使得支承结构(2)在确定的位置上通过塑性变形经历冷作硬化，直至支承结构(2)在该位置上在进一步偏转时断裂。

4.按照权利要求3所述的构件，其特征在于，支承结构(2)的所述确定的位置是其固定端部(8)。

5.按照权利要求4所述的构件(1)，其特征在于，支承结构(2)的固定端部(8)在构成一定数量的理论断裂点(12)的情况下与构件(1)连接。

6.按照权利要求3至5之一所述的构件(1)，其特征在于，支承结构(2)构成为和/或支承结构(2)的固定端部(8)与构件(1)连接成，使得支承结构(2)的自由端部(9)的可偏转性与方向相关。

7.按照权利要求3至6之一所述的构件(1)，其特征在于，支承结构(2)的自由端部(9)可沿确定的空间方向(21)偏转。

8.按照权利要求3至7之一所述的构件(1)，其特征在于，支承结构(2)的长度(3)显著大于其高度(4)和宽度(5)。

9.按照权利要求3至8之一所述的构件(1)，其特征在于，支承结构(2)是支承壁。

10.用于去除借助增材制造而制成的构件(1)的支承结构(2)的弯曲装置，其中，支承结构(2)具有自由端部(9)和固定端部(8)，其中，固定端部(8)与构件(1)连接，其特征在于，弯曲装置构成为，将支承结构(2)的自由端部(9)通过加载弯曲力矩重复地从初始位置(16)偏转到偏转位置(17)中，使得支承结构(2)在确定的位置上通过塑性变形经历冷作硬化，直至支承结构(2)在该位置上在进一步偏转时断裂。