DE10112629B4 - Verfahren und Einrichtung zur variablen Herstellung von Laminatstrukturen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände durch variablen Laminatstrukturaufbau, mit folgenden Schritten:
Beschichten von streifenförmigem Material gewählter Dicke mit einem Klebstoff, während das streifenförmige Material zugeführt wird,
Ausschneiden von Formstücken variabler Form und mit variablen Kantenflächenneigungen aus dem streifenförmigen Material während dessen Zuführung entsprechend vorgegebenen dreidimensionalen computergestützten Konstruktionsdaten des gewünschten dreidimensionalen Gegenstands, wobei das Schneiden mittels einer linearen Wärmequelle erfolgt,
Stapeln der ausgeschnittenen Formstücke auf einem beweglichen Tisch, während dieser in die jeweils notwendigen Positionen bewegt wird, um den gewünschten dreidimensionalen Gegenstand Schicht für Schicht aufzubauen, und
Zusammendrücken der gestapelten geschnittenen Formstücke auf dem beweglichen Tisch, um diese miteinander zu verbinden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Gegenstände mit Laminatstrukturaufbau. Ein Anwendungsgebiet des Verfahrens ist die schnelle Herstellung von Prototypen als Versuchsprodukte und Versuchsformen. Beispiele sind die Herstellung von Architekturmodellen, Versuchsprodukte wie beispielsweise Turbinenschaufeln für Flugzeuge, Laufräder von Zentrifugalverdichtern, Mobiltelefonen oder dergleichen, die Herstellung von Gestaltungsformen und dergleichen.
  • Herkömmliche schnelle Prototypbauverfahren können klassifiziert werden in solche zum Aushärten flüssigen Materials in einer dreidimensionalen Form durch Bestrahlung mit Laserstrahlen und solche zum Binden von Feststoff in Form von Teilchen oder Laminaten zu einem Produkt der gewünschten Form.
  • Bekannte Laminataufbauverfahren ergeben sich aus der DE 198 08 569 A1 , der WO 97/39903 A1, und der US 5 876 550 A . Von diesen Druckschriften zeigt allerdings nur die US 5 876 550 A nicht nur Vorrichtungsmerkmale einer Einrichtung zum Laminataufbau, sondern auch den Aufbau der dort hergestellten Laminatstrukturen selbst und gibt damit näheren Aufschluß über das angewendete Verfahren.
  • Bei dem aus der US 5 876 550 bekannten Laminataufbauverfahren wird der Laminatkörper aus relativ dünnen Schichten aufgebaut, die an den Kanten gerade ausgeschnitten sind, so daß sich eine treppenartige Struktur über den gekrümmten Außenkonturen des gewünschten Laminataufbaus ergibt, mit vertikalen Kantenflächen der einzelnen Schichten und dadurch gebildeten entsprechenden horizontalen Abstufungen zwischen den einzelnen Schichten je nach örtlicher Neigung der Umrisskontur des gewünschten dreidimensionalen Gegenstands. Das Ausschneiden der einzelnen Schichten erfolgt bei dem bekannten Verfahren aus Streifenmaterial, das während des Ausschneidens stillstehend gehalten wird.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Laminataufbauverfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, womit gegenüber herkömmlichen schnellen Prototyperstellungsverfahren die Bauzeit beträchtlich reduziert und die Notwendigkeit der Nachbearbeitung reduziert oder vermieden werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4.
  • Eine Einrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Gegenständen mit Laminatstrukturaufbau nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 5 und der darauf bezogenen Unteransprüche.
    •
  • Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:
  • 1 ein schematisches Diagramm, das ein Fertigungsverfahren mit variabler Laminierung gemäß der Erfindung zeigt,
  • 2 ein schematisches Diagramm, welches eine Fertigungseinrichtung zur variablen Laminierung nach der Erfindung zeigt,
  • die 3a bis 3d Darstellungen, welche die Materialzuführrolle und den Rollenträger der Fertigungseinrichtung mit variabler Laminierung nach 2 zeigen,
  • die 4a bis 4d Darstellungen, welche den Heißdrahtschneider der Fertigungseinrichtung mit variabler Laminierung nach 2 zeigen,
  • 5 ein Blockdiagramm einer Steuerung für den Heißdrahtschneider der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2,
  • 6 eine Darstellung des Stückhalters der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2,
  • 7 ein Blockdiagramm der Steuerung für den Stückhalter der Fertigungseinrichtung vor variable Laminierung nach 2,
  • 8 ein Blockdiagramm der Steuerung für den dreidimensional beweglichen Tisch der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2,
  • die 9a und 9b schematische Darstellungen, welche die Beschichtungseinrichtung der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2 zeigen,
  • 10 eine Darstellung der Drückeinrichtung der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2,
  • 11 die Rinne und den Restmaterialspeicherkasten der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2, und
  • 12 ein Diagramm, welches eine Schneidtechnik der Seiten einer Formteileinheit mit vorgegebenen Neigungen zeigt.
  • Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen in allen Darstellungen die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher oder ähnlicher Komponenten verwendet sind.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Fertigungsverfahren mit variabler Laminierung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach der Erfindung zeigt. Die 3a bis 3d sind Ansichten, welche die Materialzuführrolle und den Rollenträger der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2 zeigt. 5 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerung für den Heißdrahtschneider der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2. 6 zeigt eine Darstellung des Schneidteil halters der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2. 7 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerung für den Schneidteilhalter der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2. 8 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerung für den dreidimensional beweglichen Tisch der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2. Die 9a und 9b sind schematische Darstellungen, welche die Beschichtungseinrichtung der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2 zeigen. 10 ist eine Darstellung, welche die Druckvorrichtung der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2 zeigt. 11 ist eine Darstellung der Rinne und des Restmaterialspeicherbehälters der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach 2. 12 zeigt ein Diagramm, das eine Technik zum Schneiden der Seiten einer Formteileinheit mit vorgegebenen Neigungen zeigt.
  • Wie in 2 dargestellt ist, weist eine Fertigungseinrichtung für variable Laminierung nach der Erfindung eine Materialzuführrolle 12 auf, die streifenförmiges Material wie beispielsweise geschäumtes Kunstharz, thermoplastisches Kunstharz und wärmeaushärtendes Kunstharz in auf der Materialzuführrolle 12 aufgewickeltem Zustand speichert. Die Materialzuführrolle 12 wird von einem Zuführrollenträger 11 abgestützt, der vertikal beweglich ist. Das auf der Materialzuführrolle 12 aufgewickelte Material wird entweder kontinuierlich oder intermittierend durch eine hintere Zuführvorrichtung 14 und eine vordere Zuführvorrichtung 15 zugeführt, wobei es durch eine Einstellrolle 13 hindurchgelangt.
  • Eine Beschichtungsvorrichtung 23 ist in der Nähe der hinteren Zuführvorrichtung 14 angeordnet, und dient dazu, die Unterseite des von der hinteren Zuführvorrichtung 14 kontinuierlich mit einem Bindemittel zu beschichten, wozu eine Beschichtungswalze 24 verwendet wird, an welcher das Bindemittel anhaftet. Dementsprechend wird die Unterseite des zugeführten streifenförmigen Materials gleichförmig und vollständig mit dem Bindemittel beschichtet.
  • Zwei Heißdrahtschneider 16 sind zwischen der hinteren Zuführvorrichtung 14 und der vorderen Zuführvorrichtung 15 angeordnet, um das zugeführte streifenförmige Material zu schneiden. Die Heißdrahtschneider 16 sind so konstruiert, daß sie in Richtungen X, Y, θx und θy einstellbar beweglich sind, und dienen zum Schneiden des zugeführten streifenförmigen Materials in Materialstücke, die jeweils eine Einheitsform entsprechend einer Form gemäß den computergestützten Konstruktionsdaten des Produkts haben, wobei Heißdrähte mit hoher Temperatur eingesetzt werden. Beim Schneiden der Materialstücke durch die Heißdrahtschneider 16 werden Breite, seitliche Neigungen und Länge des Stücks während des Schneidens gesteuert.
  • Ein Materialstückhalter 18 ist oberhalb des geförderten streifenförmigen Materials angeordnet und dient zum festen Halten eines Materialstücks, wenn es aus dem streifenförmigen Material mittels der Heißdrahtschneider 16 geschnitten wird. Das bedeutet, daß, während das streifenförmige Material durch die Heißdrahtschneider 16 in das jeweilige Stück geschnitten wird, die Saugvorrichtung 19 des Schneidteilhalters 18 vertikal abwärts bewegt wird und das geschnittene Stück hält, wodurch das geschnittene Stück fixiert und eine seitliche Vibration dieses Stücks verhindert wird. Wenn das Stück vollständig geschnitten ist, wird der Schneidteilhalter 19 weiter vertikal abwärtsbewegt und legt die Formteileinheit auf einen dreidimensional beweglichen Tisch 21, der unter dem geförderten streifenförmigen Material angeordnet ist. Zu dieser Zeit ist die Formteileinheit auf dem dreidimensional beweglichen Tisch 21 entsprechend Koordinaten positioniert, die durch die computergestützten Konstruktionsdaten des Produkts festgelegt sind.
  • Der dreidimensional bewegliche Tisch 21 wird in einer X-Y-Ebene bewegt, wenn das Materialstück in der gleichen Ebene wie derjenige des Tischs 21 bearbeitet wird, oder wird in Richtung einer Z-Achse verschoben, wenn die Formteileinheit in einer von derjenigen des Tischs 21 verschiedenen Ebene bearbeitet wird, um die Formteileinheit jeweils in einer Position entsprechen den computergestützten Konstruktionsdaten zu plazieren.
  • Eine Drückvorrichtung 22 ist neben dem dreidimensional beweglichen Tisch 21 angeordnet. Die Drückvorrichtung 22 drückt ein auf dem dreidimensional beweglichen Tisch 21 mittels des Halters 19 plaziertes und von der Beschichtungsvorrichtung 23 auf seiner Unterseite mit dem Bindemittel beschichtetes Materialstück auf die Oberseite eines unter dem jeweils oberen Stück liegendes darunterliegendes Stück, um es mit diesem zu verbinden.
  • Eine Laufrolle 20 ist vor der vorderen Zuführvorrichtung 15 angeordnet, um ein dünnes Papierstück zuzuführen, um zu verhindern, daß das auf dem Restmaterialrahmen befindliche Bindemittel auf der vorderen Zuführvorrichtung 15 verschmiert wird, während das Restmaterial durch die vordere Zuführvorrichtung 15 gelangt.
  • Ein Restmaterialschneider 25 befindet sich hinter der vorderen Zuführvorrichtung 15, um das Restmaterial, also den Materialstreifenrahmen mit Ausnahme der aus dem ursprünglichen Materialstreifen durch die Heißdrahtschneider 16 herausgeschnittenen Stücke zu schneiden. Dabei wird das Restmaterial längs einer Führung 26 zwischen der vorderen Zuführvorrichtung 15 und dem Restmaterialschneider 25 zugeführt.
  • Ein Restmaterialspeicherkasten 28 ist hinter dem Restmaterialschneider 25 angeordnet, um die geschnittenen Restmaterialstück aufzunehmen, nachdem sie durch eine Rinne 27 weiterbefördert worden sind.
  • Im folgenden wird ein Fertigungsverfahren für variable Laminierung unter Verwendung der vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebene Fertigungseinrichtung für variable Laminierung beschrieben.
  • Wenn computergestützte Konstruktionsdaten (*.DTL, *.IGES, *.dxf, usw.) in eine Steuereinheit eingegeben werden, steuert diese Steuereinheit die gesamte Fertigungseinrichtung für variable Laminierung. Das bedeutet, die Steuereinheit steuert die Zuführgeschwindigkeit des streifenförmigen Materials, das auf der Materialzuführrolle 12 aufgewickelt ist, unter Einsatz der hinteren und vorderen Zuführvorrichtung 14 bzw. 15 (die hintere und vordere Zuführvorrichtung 14 bzw. 15 stellt eine Materialzuführeinheit dar). Das zugeführte streifenförmige Material wird durch die Heißdrahtschneider 16 jeweils in eine Formteileinheit geschnitten, und das jeweils herausgeschnittene Stück wird mittels des Schneidteilhalters 18 zu dem dreidimensional beweglichen Tisch 21 zugeführt (die Heißdrahtschneider 16 und der Schneidteilhalter 18 bilden eine Trimmeinheit). Die Steuereinheit steuert die Schneidgeschwindigkeit Vs, die Schneidtemperatur T, und die Schneidforminformation für das streifenförmige Material. Dabei bezeichnet die Schneidforminformation die Punktkoordinaten (X, Y, Z) an einer zentralen Position in Dickenrichtung, die Schneidwinkel (θ1, θ2), und Nachführinformation (die Punktkoordinaten X, Y, Z, die Schneidwinkel θ1, θ2 und die Nachführinformation bilden die Forminformation). Dabei bestimmt die Nachführinformation, welcher der beiden Heißdrähte 17 führt und welcher nachgeführt wird.
  • Die zu dem dreidimensional beweglichen Tisch 21 zugeführten Formteileinheiten werden gestapelt und miteinander verbunden (der dreidimensional bewegliche Tisch 21 bildet eine Stapel/Bindeeinheit). Andererseits wird das Restmaterial durch den Restmaterialschneider 25 geschnitten, und die geschnittenen Restmaterialstücke werden im Restmaterialspeicherkasten 28 gelagert (der Restmaterialschneider 25 und der Restmaterialspeicherkasten 28 bilden eine Restmaterialschneide/Speichereinheit).
  • Die oben beschriebenen Prozesse werden wiederholt, bis das Produkt mit einer gewünschten Form vollständig hergestellt ist.
  • Nachstehend wird die Funktion der Fertigungseinrichtung für variable Laminierung und das Fertigungsverfahren mit variabler Laminierung mehr im einzelnen beschrieben.
  • Zuerst wird streifenförmiges Material, wie beispielsweise geschäumtes Kunstharz, thermoplastisches Kunstharz oder wärmeaushärtendes Kunstharz, von der durch den Zuführrollenträger 11 abgestützten Materialzuführrolle 12 zur Einstellrolle 13 zugeführt, um zu verhindern, daß streifenförmiges Material beschädigt wird (beispielsweise durch Knittern oder Biegen). In diesem Zustand wird das streifenförmige Material kontinuierlich oder intermittierend mittels der hinteren und vorderen Zuführvorrichtung 14 bzw. 15 zugeführt. Dabei wird die Fördergeschwindigkeit und die Zuführlänge des streifenförmigen Materials durch die in 1 gezeigte Steuereinheit gesteuert.
  • In dem Zeitpunkt, in welchem das streifenförmige Material durch die hintere Zuführvorrichtung 14 hindurchpassiert, wird die Unterseite des streifenförmigen Materials, wie in den 9a und 9b abgebildet ist, mittels der Beschichtungswalze 24 der Beschichtungsvorrichtung 23, die unter dem gefördertem streifenförmigen Material positioniert ist, gleichförmig mit einem Bindemittel beschichtet.
  • Das so gleichförmig mit dem Bindemittel beschichtete streifenförmige Material wird mittels der Heißdrahtschneider 16 in Formteileinheiten geschnitten. Dabei werden Schneidgeschwindigkeit Vs, Schneidtemperatur T und Schneidforminformation jedes Heißdrahtschneiders 16 durch die Steuereinheit gesteuert.
  • Es sind zwei Heißdrahtschneider 16 zum Schneiden des streifenförmigen Materials vorgesehen. Wie in 4d gezeigt, sind zwei Drahtpatronen beiderseits des geförderten streifenförmigen Materials angeordnet, und zwei Heißdrähte 17 ragen aus den Drahtpatronen vor. Jeder Heißdrahtschneider 16 ist so aufgebaut, daß er eine Verschiebung und Drehung mit vier Freiheitsgraden ermöglicht. Jeder Heißdrahtschneider 16 kann in Richtung der X- und der Y-Achse verschoben werden und in Richtung θx und θy gedreht werden. Dementsprechend sind die Heißdrahtschneider 16 so aufgebaut, daß sie das freie Schneiden des streifenförmigen Materials in jeweils eine Formteileinheit einer gewünschten Form durch die Heißdrähte 17 ermöglichen.
  • Um das streifenförmige Material jeweils in eine Formteileinheit einer gewünschten Form zu schneiden, sollten die Heißdrahtschneider 16 durch die in 5 gezeigte Steuerung betätigt werden. Die Software-Einheit der in 5 gezeigten Steuerung berechnet die Positionskoordinaten (X, Y) eines zentralen Querschnitts und seitliche Neigungen (θx, θy) unter Verwendung der Forminformation (STL-Datei) der Oberseite und Unterseite einer Formteileinheit und berechnet den Grad der Komplexität einer Form unter Verwendung der berechneten Positionskoordinaten (X, Y) des zentralen Querschnitts und der berechneten Seitenneigungen (θx, θy). Des weiteren werden die Bewegungsbahnen des führenden und des nachgeführten Elements und der Heißdrahtschneider 16 aus dem berechneten Komplexitätsgrad einer Form bestimmt, und die Relativgeschwindigkeit VCut – VF des streifenförmigen Materials wird berechnet, nachdem die Bewegungsgeschwindigkeit VCut der Heißdrahtschneider 16 und die Fördergeschwindigkeit VF des streifenförmigen Materials berechnet worden sind. Die Temperatur Th der Heißdrähte erhält man aus einer empirisch ermittelten Temperatur-Relativgeschwindigkeit. Diese Ergebnisse werden zur Software-Einheit der in 5 gezeigten Steuerung für die Heißdrahtschneider 16 eingegeben, um die Heißdrahtschneider 16 zu betätigen.
  • Beim Schneiden der Formteileinheit werden Ober- und Unterseite der Formteileinheit in Richtung der X-Achse mit Seitenneigungen (81, 02) gemäß 12 geschnitten, so daß die Positionierung der Formteileinheiten leicht durchgeführt werden kann und die Bindekraft der Formteileinheit verbessert wird.
  • Während die Formteileinheit durch die Heißdrahtschneider 16 gemäß des oben beschriebenen Vorgangs geschnitten werden, wird die Saugvorrichtung 19 des Schneidteilhalters 18 vertikal bewegt, um die zuvor geschnittene Oberseite der Formteileinheit, die in Richtung der X-Achse zu mehr als die Hälfte geschnitten ist, anzusaugen und zu halten. Nachdem die Formteileinheit komplett ausgeschnitten ist, wird die Formteileinheit mit einer auf dem dreidimensional beweglichen Tisch 21 eingestellten Position plaziert. Der Schneidteilhalter 18 sollte mittels der in 7 gezeigten Steuerung gesteuert betätigt werden, um seine vertikale Bewegung und das Halten der Formteileinheit zu veranlassen.
  • Die Steuerung für den Schneidteilhalter 18 empfängt, wie in 7 angedeutet, die computergestützten Konstruktionsdaten der Oberseite der Formteileinheit, berechnet die Kontur der Oberseite und wählt die in der Kontur sitzende Saugvorrichtung 19. Danach berechnet die Steuerung die Reihenfolge des Haltens der Formteileinheit durch die Saugvorrichtung 19. Die vertikale Bewegungsdistanz der Saugvorrichtung 19 wird in Anziehung der Dicke des Materials und der dreidimensionalen Anordnung des Geräts berechnet. Diese berechneten Ergebnisse werden der Hardware-Einheit der Steuerung eingegeben, um den Schneidteilhalter 18 und die Saugvorrichtung 19 zu betätigen.
  • Die geschnittenen Formteileinheiten werden also auf den dreidimensionalen Tisch 21 gestapelt, und der dreidimensionale Tisch 21 wird mittels der in 8 gezeigten Steuerung gesteuert. Die Steuerung für den dreidimensional beweglichen Tisch 21 empfängt die computergestützten Daten der Unterseite der Formteileinheit durch die Software-Einheit und berechnet die Mittenkoordinaten der Unterseite der Formteileinheit (XC, YC). Die Steuerung transformiert die Mittenkoordinaten (XC, YC) in Koordinaten auf dem dreidimensional beweglichen Tisch 21, um die Mittenkoordinaten der Unterseite der Formteileinheit (XCT, YCT) auf dem dreidimensional beweglichen Tisch 21. Die Bewegungsdistanz des dreidimensional beweglichen Tischs 21 wird aus den computergestützten Daten im Hinblick auf die Stapelrichtung (Xdir bzw. Ydir), der Dicke des zugeführten Materials t und der dreidimensionalen Anordnung des Geräts berechnet. Der Grund, warum die Mittenkoordinaten der Unterseite der Formteileinheit (XC, YC) auf dem dreidimensional beweglichen Tisch 21 durch Transformation der Koordinaten berechnet werden, liegt darin, einen Stapelfehler zu verhindern, der auf Grund einer Diskrepanz von Stapelkoordinaten auftreten könnte. Diese Ergebnisse werden, in die in 8 dargestellte Steuerung für den dreidimensional beweglichen Tisch 21 eingegeben, um diesen Tisch 21 zu betätigen.
  • Wenn die Formteileinheiten auf dem dreidimensional beweglichen Tisch gestapelt sind, werden die Formteileinheiten durch die in 10 dargestellte Druckvorrichtung 22 zusammengedrückt, um die einzelnen Teile aneinander zu binden.
  • Dementsprechend wird ein Produkt einer gewünschten Form fertiggestellt.
  • Das Restmaterial, aus dem die Formteileinheiten ausgeschnitten worden sind, wird mittels der vorderen Fördervorrichtung 15 weiterbefördert, durch den in 5 gezeigten Restmaterialschneider 25 in Stücke geschnitten und in dem Restmaterialspeicherkasten 28 gelagert. Dabei wird das Restmaterial durch den vertikal bewegen Restmaterialschneider 25 geschnitten, wenn der Restmaterialteil durch die Führung 26 gelangt, und die geschnittenen Restmaterialstücke werden durch die Rinne 27 geführt und im Restmaterialspeicherkasten 28 abgelegt.
  • Gemäß dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung wird das Produkt mit einer gewünschten Form durch Wiederholen der oben beschriebenen Prozeduren hergestellt.
  • Obwohl das streifenförmige Material gemäß der vorstehenden Beschreibung durch Heißdrähte geschnitten wird, kann das streifenförmige Material auch durch eine lineare Wärmequelle geschnitten werden, wie beispielsweise mittels Laser, Plasma, eines Wärmestrahls, Heißgas oder dergleichen.
  • Das Fertigungsverfahren für variable Laminierung und die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, haben folgende Unterschiede im Vergleich zu herkömmlicher Laminatobjekt-Herstellung und Schmelzauftrag-Modellierung.
  • Erstens können das Fertigungsverfahren für variable Laminierung und die Einrichtung nach der Erfindung bei Schaumkunststoff, thermoplastischem Kunststoff und wärmeaushärtendem Kunststoff sowie bei sämtlichen Materialen eingesetzt werden, die durch lineare Wärmeschneideinrichtungen geschnitten werden können.
  • Zweitens kann ein Produkt komplizierter Form in einem Zug hergestellt werden, weil Herstellungsbreite und Herstellungslänge während der Herstellung des Produkts gesteuert werden können.
  • Drittens kann die Maßgenauigkeit eines Produkts beträchtlich verbessert werden, weil die Neigungen der hergestellten Oberflächen während der Herstellung des Produkts gesteuert werden können.
  • Viertens wird die Herstellungszeit im Vergleich zu anderen Techniken abgekürzt, weil streifenförmiges Material verschiedener Dicken zugeführt werden kann.
  • Fünftens wird eine Schicht eines Produkts durch Kombinieren von Formteileinheiten gebildet, die in Bereiche unterteilt sein können, und die anderen Schichten können in der gleichen Weise gebildet werden, sodaß eine Nachbearbeitung von verbleibendem Material selten notwendig ist und die Verlustrate an Material im Vergleich mit herkömmlicher Laminatobjekt-Herstellung verringert ist. Vergleichstafel
    Figure 00140001
  • Wie oben beschrieben, wird bei dem Herstellverfahren mit variabler Laminierung unter Einrichtung nach der Erfindung ein dreidimensionales Produkt in solcher Weise hergestellt, daß ein streifenförmiges Material variabler Dicke und Breite zugeführt und mittels einer linearen Wärmeschneidvorrichtung mit vier Freiheitsgraden in Formteileinheiten variabler Breite, Neigung und Länge durchschnitten wird, und die geschnittenen Formteileinheiten werden zu dem Produkt kombiniert, wodurch die Herstellgeschwindigkeit des Produkts beträchtlich gesteigert wird.
  • Des weiteren ermöglicht das Herstellverfahren mit variabler Laminierung und die Einrichtung nach der Erfindung das Schneiden des streifenförmigen Materials in Formteileinheiten unter Verwendung der linearen Wärmeschneidvorrichtung, während Breite, Seitenneigung und Länge gesteuert werden, wodurch die Maßgenauigkeit des Produkts verbessert wird.
  • Des weiteren kann nach dem Fertigungsverfahren mit variabler Laminierung und der Einrichtung nach der Erfindung ein Produkt durch Kombinieren einer Vielzahl geschnittener Stücke hergestellt werden, so daß der Materialverlust minimiert werden kann und Nachbearbeitung nur selten erforderlich ist.
  • Ferner können bei der variablen Laminierung Schaumkunststoff, thermoplastischer Kunststoff, wärmeaushärtender Kunststoff und sämtliche Materialen als Fertigungsmaterial eingesetzt werden, die durch eine lineare Wärmeschneidvorrichtung geschnitten werden können, so daß das Verfahren auf verschiedenen industriellen Gebieten einsetzbar ist, beispielsweise beim Bau von Architekturmodellen, bei der Herstellung von Versuchsprodukten, von Formgestaltungen, Kernen beim Kernausschmelz-Gießverfahren oder dergleichen.
  • Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung nun zwecks Erläuterung beschrieben worden sind, ist für den Fachmann klar, daß verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Substitutionen möglich sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den anliegenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände durch variablen Laminatstrukturaufbau, mit folgenden Schritten: Beschichten von streifenförmigem Material gewählter Dicke mit einem Klebstoff, während das streifenförmige Material zugeführt wird, Ausschneiden von Formstücken variabler Form und mit variablen Kantenflächenneigungen aus dem streifenförmigen Material während dessen Zuführung entsprechend vorgegebenen dreidimensionalen computergestützten Konstruktionsdaten des gewünschten dreidimensionalen Gegenstands, wobei das Schneiden mittels einer linearen Wärmequelle erfolgt, Stapeln der ausgeschnittenen Formstücke auf einem beweglichen Tisch, während dieser in die jeweils notwendigen Positionen bewegt wird, um den gewünschten dreidimensionalen Gegenstand Schicht für Schicht aufzubauen, und Zusammendrücken der gestapelten geschnittenen Formstücke auf dem beweglichen Tisch, um diese miteinander zu verbinden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nach dem Ausschneiden der Formstücke aus dem zugeführten streifenförmigen Material verbleibende Restmaterial gesammelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als lineare Wärmequelle ein Heißdraht, Plasma, ein Wärmestrahl oder ein Heißgasstrahl eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das streifenförmige Material aus Kunststoffschaum, thermoplastischem Kunststoff oder wärmeaushärtendem Kunststoff besteht.
  5. Einrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Gegenstände mit Laminatstrukturaufbau, mit: Zuführmitteln zum Zuführen eines streifenförmigen Materials gewählter Dicke, Beschichtungsmitteln zum Beschichten der Unterseite des streifenförmigen Materials mit einem Klebstoff, einem linearen Wärmeschneider zum Ausschneiden von Formstücken mit variabler Form und variablen Kantenflächenneigungen aus dem zugeführten streifenförmigen Material entsprechend dreidimensionaler computergestützter Konstruktionsdaten des dreidimensionalen Gegenstands, Mitteln zum Festhalten und vertikalen Bewegen der ausgeschnittenen Formteile, und Positioniermittel zum dreidimensionalen Bewegen der ausgeschnittenen Formteile zum Aufbau des dreidimensionalen Gegenstands.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, mit Mitteln zum Sammeln des nach dem Ausschneiden der Formstücke aus dem streifenförmigen Material verbleibenden Restmaterials.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6, mit einer Papierzuführrolle, die Papier zur Unterseite des Restmaterials zuführt, um zu verhindern, daß auf der Unterseite des Restmaterials aufgebrachter Klebstoff die Fördermittel verschmiert, durch welche das Restmaterial in die Sammelmittel gelangt.
  8. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der lineare Wärmeschneider eine Wärmequelle zum Ausschneiden der Formstücke aus dem streifenförmigen Material mit variabler Form und variablen Kantenneigungen und einen Rahmen mit vier Freihaltsgraden umfassen, der die beiden Enden des linearen Wärmeschneiders hält und Verschiebe- und Drehbewegungen ausführen kann.
  9. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Positioniermittel eine Druckvorrichtung aufweisen, welche die ausgeschnittenen und auf den Positioniermitteln gestapelten Formstücke zwecks gegenseitiger Verbindung zusammendrückt.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der lineare Wärmeschneider ein Heißdraht, Plasma, ein Laserstrahl oder Heißgasstrahl ist.
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