DE102008012064B4

DE102008012064B4 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Herstellung eines mittels eines Hybridverfahrens hergestellten Hybridformteils und nach dem Verfahren hergestelltes Hybridformteil

Info

Publication number: DE102008012064B4
Application number: DE102008012064.2A
Authority: DE
Inventors: Frank Herzog
Original assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Current assignee: Concept Laser GmbH
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2028-03-01
Also published as: DE102008012064A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines mittels eines Hybridverfahrens hergestellten Hybridformteils (1), das bereichsweise als spanabhebend oder gießtechnisch vorgefertigter Grundkörper (2) ausgebildet ist und bereichsweise aus einem durch ein selektives Laserschmelzverfahren hergestellten Abschnitt (3–6) besteht, der generativ auf eine Oberfläche (7–12) des Grundkörpers (2) aufgebaut ist, wozu lagenweise Pulvermaterial auf die Oberfläche des Grundkörpers (2) oder auf bereits verfestigtes Pulvermaterial aufgetragen wird und durch Einwirkung von Strahlungsenergie (18) bereichsweise aufgeschmolzen wird, um nach Verfestigung den Abschnitt oder einen Teil des Abschnitts (3–6) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass nach zumindest teilweisen Aufbau des generativ hergestellten Abschnittes (3–6) auf die Oberfläche der Grundkörper (2) gedreht wird und auf eine zweite Fläche ein weiterer generativ hergestellter Abschnitt (3–6) aufgebaut wird, wobei der Grundkörper (2) im Bereich der mit Pulvermaterial zu beschichtenden Oberfläche während des Bauvorganges von einer Konturmaske (24) umgeben wird, auf der beim Beschichtungsvorgang das Pulvermaterial aufliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines mittels eines Hybridverfahrens hergestellten Hybridformteils, das bereichsweise als spanabhebend oder gießtechnisch vorgefertigter Grundkörper ausgebildet ist und bereichsweise aus einem durch ein Laserschmelzverfahren hergestellten Abschnitt besteht, der generativ auf eine Oberfläche des Grundkörpers aufgebaut ist, wozu lagenweise Pulvermaterial auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgetragen wird und durch Einwirkung von Strahlungsenergie bereichsweise aufgeschmolzen wird, um nach Verfestigung den Abschnitt zu bilden.
Aus dem Stand der Technik sind Hybridformteile bekannt, bei denen ein Unterbau aus einem gießtechnisch oder spanabhebenden Verfahren hergestellt wird und der Überbau durch ein generatives Verfahren, wie beispielsweise ein Laserschmelzverfahren aufgebaut wird.
DE 694 27 305 T2 lehrt ein dreidimensionales Prototyp-Schnellbauverfahren, das durch gesteuertes Aufbringen/Abnehmen von Material einen Prototyp fertigt. Das Hauptuntersystem eines derartigen Verfahrens umfasst einen Rechner- und Steuerungsuntersystem, ein wahlweises Maskenformuntersystem, ein Teilekammer- und Werkstückflächenuntersystem, ein Umgebungssteuerungssystem, ein Untersystem, das durch Verfahren Materialien hinzufügt, ein Untersystem, das Verfahren umfasst, ein Lagenbearbeitungs- und Herstellungsuntersystem und ein Teilenachverarbeitungsuntersystem. Hierbei wird im Anschluss an die Maskenbildung in Echtzeit oder im Chargenbetrieb und sogenannte „Maskenhandhabung” das Teilematerial durch additives Verarbeiten aufgebracht wird, wobei solche Schritte auch mit komplementären Materialien durchgeführt werden können und das aufgebrachte und verklebte Teilematerial den subtraktiven Verarbeitungsvorgängen ausgesetzt wird. Im Anschluss an ein erneutes Aufbringen von komplementären Materialien in leere Bereiche und anschließenden Oberflächenbehandeln werden diese Schritte für aufeinanderfolgende Lagen wiederholt, wie dies durch die Ausführungen von Oberflächenbehandlungs-Maskenbildungs- und Maskenhandhabungsprozessblöcke ausgeführt ist.
DE 103 42 882 A1 lehrt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formkörpers, wobei das aufgebrachte Pulver durch Laserstrahlen aufgeschmolzen und anschließend verfestigt wird.
DE 10 2006 026 967 A1 lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Zerspanwerkzeuges mit einem Werkzeughalter, an welchem lösbar ein Schneidwerkzeug gelagert ist, wobei ein Werkzeuggrundkörper gefertigt wird, welcher mittels eines selektiven Laserschmelzverfahrens zu der fertigen Form des Werkzeughalters gebracht wird.
US 2002/0020164 A1 lehrt einen röhrenartigen Körper mit generativ aufgebrachten Abschnitten und einer Methode zu seiner Herstellung. Hierbei wird auf eine gekrümmte Oberfläche eines Grundkörpers mittels eines fused deposition modelling Verfahrens (FDM) ein generativer Aufbau von Abschnitten an der Mantelfläche eines röhrenartigen Körpers vollzogen.
US 5 855 149 A lehrt lehrt ein Verfahren zur Herstellung einer Schneiddüse, wobei auf der gekrümmten Mantelfläche der Schneiddüse mittels eines FDM-Verfahrens generativ aufgebaute Abschnitte angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gestaltungsmöglichkeiten eines aus einem generativen Laserschmelzverfahren hergestellten Hybridformteils zu erhöhen. Ferner ist es Aufgabe die Vorteile, welche mit dem generativen Aufbauverfahren verbunden sind, an unterschiedliche, auch an unterschiedlichen Flächen liegenden Bereichen des Hybridformteils zu gewährleisten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung zur Herstellung des Hybridformteils derart zu gestalten, dass die Fertigung einfach, schnell und kostengünstig erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1, die Vorrichtung gemäß Anspruch 21, sowie das daraus resultierende Erzeugnis gemäß Anspruch 26 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–19, 20–23 bzw. 24–34.
Als Kern der Erfindung betreffend das Verfahren wird es angesehen, dass nach ganz oder teilweisen Aufbau des generativ hergestellten Abschnittes auf die Oberfläche des Grundkörpers, dieser gedreht wird und auf einer zweiten Oberfläche des Grundkörpers ein weiterer generativ hergestellter Abschnitt ganz oder teilweise aufgebaut wird, wobei der Grundkörper im Bereich der mit Pulvermaterial zu beschichtenden Oberfläche während des Bauvorgangs von einer Konturmaske umgeben wird, auf der beim Beschichtungsvorgang das Pulvermaterial aufliegt. Damit wird es ermöglicht, ein Formteil, nicht nur wie im Stand der Technik bekannt, lediglich auf einer Seite mit einem generativen Abschnitt zu versehen, sondern auch noch an mindestens einer weiteren Oberfläche/Seite einen generativen Abschnitt anzuordnen. Insbesondere für die Fertigung von filigrane Oberflächen aufweisenden Bauteilen, kann eine hohe Qualität bei gleichzeitig kostengünstiger Herstellung erreicht werden. Da beispielsweise der überwiegende Teil des Formteils aus einem geometrisch einfachen und aus einem kostengünstigeren Herstellungsverfahren (spanabhebend, gegossen) hergestellten Grundkörper besteht und auf diesen abschnittsweise die „heiklen” und/oder komplexen inneren Strukturen versehenen, generativ auf den Grundkörper aufgebauten Abschnitten aufgebaut sind.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der weitere generativ hergestellte Abschnitt bereichsweise auf den vor der Verdrehung des Hybridformteils aufgebauten Abschnitt aufgebaut wird. Dies erhöht nochmals die Anwendungsmöglichkeiten, da beispielsweise Übergänge filigraner Strukturen von einem zu einem weiteren Abschnittsbereich hergestellt werden können. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die seitlich abschließenden Bereiche des ersten aufgebauten Abschnittes im wesentlichen in einer (ebenen) Flucht mit der angrenzenden Oberfläche des Grundkörpers liegt, auf die im weiteren Verlauf zumindest bereichsweise ein weiterer Abschnitt aufgebaut wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Grundkörper nach Aufbau des ersten Abschnittes zum Aufbau des zweiten Abschnittes um 60°, 90°, 120°, 180°, 240° oder 300° gedreht. Beispielsweise kann bei der Fertigung eines langen, rohrartigen Elementes an die jeweiligen Stirnseiten jeweils eine komplexe sowohl Innen- als auch Außenstruktur in Form eines an die Stirnseiten aufgebauten generativ hergestellten Abschnittes durch eine 180°-Drehung realisiert werden. Auch hier wird es wiederum ermöglicht, dadurch dass lediglich die komplexen Endbereiche des rohrförmigen Körpers generativ aufgebaut werden, für den überwiegend rohrförmigen Körper ein fertigungstechnisch günstigeres Herstellungsverfahren (z. B. Gießverfahren) zu wählen.
Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der Grundkörper nach dem Aufbau des ersten generativen Abschnittes um eine nicht vertikale Achse, vorzugsweise eine horizontale Achse, gedreht wird. Prinzipiell bedarf es für einen quaderförmigen Grundkörper lediglich um eine Verdrehung um jeweils eine der beiden zueinander rechtwinklig liegenden horizontalen Achsen, um alle sechs Oberflächen des quaderförmigen Körpers mit einem generativen Abschnitt versehen zu können.
Zur Vereinfachung der Handhabung des Gesamtverfahrens und um die Fertigungsgenauigkeit positiv zu beeinflussen, ist es vorteilhaft, wenn der Grundkörper während des Herstellungsverfahrens in einer Drehhalterung angeordnet ist, die durch eine Höhenverstellung in der Baukammer während des Bauvorganges absenkbar ist. Eine derartige Drehhalterung ermöglicht eine definierte Verdrehung des Grundkörpers innerhalb der Fertigungsvorrichtung und kann sowohl auf manuelle als auch auf automatische Weise vollzogen werden. Durch die Absenkbarkeit der Drehhalterung während des Bauvorganges wird die für beispielsweise mit Metallpulver arbeitenden Laserschmelzverfahren notwendige gezielte Absenkbarkeit der verfestigten Baumaterialebene erreicht.
Für den Fall eines quaderförmigen Grundkörpers würden, wie oben beschrieben, im wesentlichen zwei zueinander rechtwinklig angeordnete horizontale Achsen ausreichen, im Falle eines 6-, 8- oder vieleckigen Grundkörpers, der gegebenenfalls unregelmäßig ist, oder eines Polyeders, wie beispielsweise eines Ebenflächners, ist es vorteilhaft, wenn die Drehhalterung eine Drehung des Grundkörpers um mehrere Freiheitsgrade ohne Entnahme des Grundkörpers erlaubt. Insbesondere bei einer computerangesteuerten Verdrehbarkeit des Grundkörpers innerhalb der Drehhalterung wird eine für den Benutzer der Schmelz-/Sintervorrichtung einfache und zuverlässige Bedienung ermöglicht. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Drehhalterung während des Bauvorganges in unterschiedlichen Drehlagen fixierbar ist und/oder die Drehhalterung während des Bauvorganges schrittweise um wenigstens eine Drehachse verstellt wird. Die Fixierbarkeit des Grundkörpers in unterschiedlichen Drehlagen gewährleistet die definierte Aufbaubarkeit der generativen Abschnitte, ohne dass durch die Bewegung weiterer Vorrichtungselemente, wie beispielsweise dem Beschichterrakel, die definierte Lage des Grundkörpers verändert wird. Die sukzessive, schrittweise Verstellung der Drehhalterung bzw. des darin aufgenommenen Grundkörpers während des Bauvorganges um wenigstens eine Drehachse kann beispielsweise dazu verwendet werden, um die auf der Oberfläche des Grundkörpers aufgebrachten Pulverlagen mit einem im wesentlichen keilförmigen Querschnitt zu versehen. Aus einem derartig ablaufenden Verfahren resultiert ein Formkörper, dessen aufgebauter Abschnitt im Querschnitt nach seiner Herstellung nicht eine rechteckige Fläche ausfüllt, sondern eine dreieckige oder eine trapezförmige. Darüber hinaus sei noch darauf hingewiesen, dass die Drehhalterung während des Bauvorganges nicht nur in eine Drehrichtung verschwenkt werden kann, sondern dass innerhalb des Bauvorganges die Drehrichtung auch gewechselt werden kann.
Bei der Herstellung der keilförmig aufgebrachten Pulverschichten ist darauf zu achten, dass deren maximale Dicke derart bemessen ist, dass die Pulverschichten noch vollständig aufgeschmolzen werden, so dass eine zuverlässige Verbindung mit dem Grundkörper und/oder den vorher verfestigten Pulverschichten sichergestellt wird. Insbesondere wenn die stufenweise Verdrehung des Grundkörpers in der Drehhalterung beim stufenweisen Absenken des Grundkörpers gegenüber einer Ausgangslage erfolgt, bleibt der übrige Bauprozess unverändert und gewährleistet damit, dass die grundsätzliche Drehung des Grundkörpers keine negativen Auswirkungen auf das restliche Verfahren aufwirft.
Im Rahmen der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Grundkörper im Bereich der mit Pulvermaterial zu beschichtenden Oberfläche während des Bauvorganges von einer Konturmaske umgeben wird, auf der beim Beschichtungsvorgang das Pulvermaterial aufliegt. Durch das von der Konturmaske aufgefangene Pulvermaterial wird die für den Bauprozess benötigte Menge an Pulvermaterial reduziert, da nicht wie in herkömmlichen Verfahren zuerst die Seitenbereiche des Grundkörpers bis zur ersten Bauebene aufgefüllt werden müssen, um eine ebene Pulverschicht für die erste Pulverbauebene zu erreichen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die den Grundkörper oder das Hybridformteil bereichsweise umgebende Konturmaske in den an dem Hybridformteil angrenzenden Bereichen nach Art einer elastischen Dichtung ausgebildet ist, so dass die Drehbewegung zuverlässig ausgeführt werden kann, ohne die Funktion der Konturmaske zu beeinträchtigen.
Um die Wirkung des das Hybridformteil umgebenden Baumaterials beim Verdrehen des Hybridformteils zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn das Pulvermaterial durch Einwirkung von Schwingungsenergie verflüssigt wird. Damit sinkt der Widerstand, der während des Drehvorganges auf die rotierenden Teile einwirkt.
Im Falle der Verwendung eines rohrartigen Grundkörpers hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Innenbereich des Grundkörpers, der an die zu beschichtende Fläche angrenzt, mit einem Innenmaskenelement verschlossen ist, welches das Pulvermaterial während des Beschichtungsvorganges trägt.
Neben einem rohrartigen Grundkörper betrifft dieses Verfahren grundsätzlich sämtliche Grundkörper, die mit Ausnehmungen versehen sind.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vor Drehen des Grundkörpers zur Einleitung des Bauvorganges des weiteren Abschnittes der Grundkörper innerhalb einer Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung, in welcher der Bauvorgang abläuft, von einem Baubereich in einen Handlingsbereich verfahren. Im Handlingsbereich, der vorzugsweise mit einer Glovebox versehen ist, kann der Maschinenbediener manuell oder durch einen gesteuerten Roboterarm das nicht verfestigte Baumaterial entfernen (z. B. absaugen). Nach der Manipulation der Vorrichtung innerhalb des Handlingsbereiches wird der Grundkörper wieder in einen Baubereich verfahren, so dass auf eine weitere Oberfläche des Grundkörpers ein weiterer Abschnitt generativ aufgebaut werden kann. Neben der Befreiung des teilhergestellten Hybridformteils von Pulverrückständen, kann innerhalb des Handlingsbereiches das Hybridformteil bedarfsweise mit einer Konturmaske versehen werden.
Neben dem Herstellungsverfahren umfasst die Erfindung auch die Vorrichtung zur Herstellung eines Hybridformteils durch lagenweise Verschmelzung pulverförmigen Baumaterials auf die Oberfläche eines Grundkörpers, wobei diese eine höhenverlagerbare Werkstückplattform mit Objektaufnahmeelementen, einen Scanner, in den der Strahl eines Schmelz-/Sinterlasers eingekoppelt wird und ein den Bauraum umgebendes Gehäuse aufweist. Die Objektaufnahmeelemente lagern den Grundkörper direkt und/oder über die an den Grundkörper generativ aufgebauten Abschnitte drehbar.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Werkstückplattform eine Ausnehmung zur zumindest bereichsweisen Aufnahme des ausgelenkten/verdrehten Hybridformteils auf. Die Ausnehmung gewährleistet dem Hybridformteil genügend Freiraum, damit dieses ohne an die Werkstückplattform anzustoßen ausgelenkt werden kann.
Ferner umfasst die Erfindung ein aus dem Verfahren hergestelltes Hybridformteil, das an mindestens zwei Oberflächen des Grundkörpers jeweils einen generativ hergestellten Abschnitt aufweist. Dabei können mindestens zwei nicht aneinander grenzende Oberflächen des Grundkörpers jeweils einen generativ hergestellten Abschnitt aufweisen. Beispielsweise im Falle von zwei gegenüberliegenden Flächen des Grundkörpers, die jeweils einen generativ hergestellten Abschnitt umfassen. Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Grundkörper im wesentlichen vollflächig von generativ aufgebauten Abschnitten ummantelt ist. So kann ein Bauteil, das ein relativ großes Volumen aufweist und lediglich an den Seitenflächen mit komplexeren Strukturen versehen ist, auf schnelle und günstige Weise derart gefertigt werden, dass ein im wesentlichen die Grundform des Körpers entsprechender Grundkörper verwendet wird und auf diesen an den entsprechenden Oberflächen die jeweiligen Abschnitte generativ aufgebaut werden, wobei nach der Herstellung eines ersten Abschnittes der Grundkörper so gedreht wird, dass der nächste Abschnitt aufgebaut werden kann, usw.
Wenn für den Aufbau des Hybridformteils in der Fertigungsvorrichtung keine Drehhalterung vorgesehen ist, so ist es vorteilhaft, wenn der in einer ersten Position des Hybridformteils auf diesen generativ aufgebaute Abschnitt zumindest bereichsweise mit Stützstruktur- und/oder Halterungselementen versehen ist, die eine Fixierung des Hybridformteils in einer zweiten Position (gedrehte Position, für den Aufbau des zweiten Abschnittes) auf der Werkzeugplattform zuverlässig ermöglicht. Auch bei einer Fertigungsvorrichtung, die eine Drehhalterung umfasst, kann der Fertigungsprozess mit einem Hybridformteil, an dem Stützstruktur- oder Halterungselemente vorgesehen sind, vereinfacht ablaufen, da dann das Hybridformteil durch seine Stützstruktur- und/oder Halterungselemente einen Teil der Halterungsfunktion der Drehhalterung übernehmen kann. Wenn die Stützstruktur und/oder Halterungselemente nicht in die funktions- und/oder designbedingten Vorgaben an das Hybridformteil integriert werden können, so ist es vorteilhaft, wenn die Stützstrukturen- und/oder Halterungselemente mit Sollbruchbereichen versehen sind, die nach dem Herstellungsverfahren aus den generativ aufgebauten Abschnitten heraustrennbar sind. Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, die während des Herstellungsverfahrens verwendeten Stützstruktur- oder Halterungselemente vom Hybridformteil zu lösen. Ferner bergen die an mehreren Oberflächen/Seiten des Hybridformteils angeordneten generativ aufgebauten Abschnitte den Vorteil, dass diese Stützstruktur- und/oder Halterungselemente eine Sicherungsfunktion für den Transport des Hybridformteils ausüben und nach Erreichung des Bestimmungsortes beispielsweise durch Sollbruchbereiche auf einfache Weise von dem Hybridformteil gelöst werden können.
Darüber hinaus hat es sich als günstig erwiesen, wenn wenigstens zwei generativ aufgebaute Abschnitte jeweils mit im Querschnitt voll geschlossenen Kanälen und/oder mit dem Grundkörper bildende Kanäle aufweisen, die entweder eine direkte Verbindung der Kanäle des ersten Abschnittes und der Kanäle des zweiten Abschnittes oder eine indirekte Verbindung über Kanalführungen des Grundkörpers aufweist. Wenn wenigstens zwei generativ aufgebaute Abschnitte eine Berührzone aufweisen, so kann diese entweder beim Aufbau des zweiten Abschnittes und/oder in einem abschließenden Verfahrensschritt gesondert aufgeschmolzen werden, um die Verbindung in diesem Bereich vorteilhaft zu verstärken.
Im weiteren wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein generativ aufgebauter Abschnitt an seiner dem Grundkörper abgewandten Oberfläche, eine mit dem Aufnahmebereich eines Kunststoffspritzwerkzeugs korrespondierende Konturform aufweist. Insbesondere dann, wenn nicht nur die Formoberfläche, sondern auch die der Formoberfläche abgewandte Oberfläche des Grundkörpers mit einem generativ aufgebauten Abschnitt versehen ist, ist es vorteilhaft diesen mit entsprechenden Ausnehmungen und Hervorhebungen zu versehen, welche einen Einsatz einer Halterung des Hybridformteils im Falle eines Hybridformeinsatzes in ein Kunststoffspritzwerkzeug begünstigen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die der Spritzgießformoberfläche abgewandte Seite des Hybridformteils Aufnahmen für das Hybridformteil in einer Kunststoffspritzgießmaschine und/oder Zentrier- bzw. Ausrichtungshilfen für die Montagen des Hybridformteils in einer Kunststoffspritzgießmaschine aufweisen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Diese zeigen
1 eine schematische Vollschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Hybridformteils;
2a–d eine schematische Darstellung der schrittweise an den Oberflächen des Grundkörpers aufgebauten Abschnitte;
3 eine schematische Detaildarstellung gemäß 2c;
4a–b eine schematische Darstellung eines im Querschnitt sechseckigen Grundkörpers mit einem bzw. zwei generativ aufgebauten Abschnitten;
5 eine schematische Darstellung der Drehhalterung für das Hybridformteil;
6 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Drehhalterung für das Hybridformteil.
In Zeichnungsfigur 1 ist ein erfindungsgemäßes Hybridformteil 1 dargestellt, das aus einem zylindrischen Grundkörper 2 und wenigstens zwei aus einem generativen Herstellungsverfahren aufgebauten Abschnitten 3–6 besteht. Der Grundkörper 2 ist aus einem spanabhebenden oder einem gießtechnischen Verfahren vorgefertigt. Auf wenigstens zwei Oberflächen 7–12 des Grundkörpers 2 sind zumindest bereichsweise Abschnitte 3–6 aufgebaut. Nachdem ein erster Abschnitt 3 auf die Oberfläche 7 mit einem lagenweise Pulvermaterial verfestigenden Laserschmelzverfahren aufgebaut wurde, wird der Grundkörper 2 verschwenkt und an einer weiteren Oberfläche 8 mit einem weiteren generativ aufgebauten Abschnitt 4 versehen (vgl. 2b). In der dargestellten Ausführungsform gemäß 1 wird der Grundkörper nach dem Aufbau des ersten Abschnittes 3 um 180° gedreht, bevor auf der zweiten Oberfläche 8 der nächste Abschnitt 4 aufgebaut wird. Die Drehung erfolgt hierbei um eine nicht vertikale, horizontale Achse 13.
In den 2a–d ist beispielsweise eine umfängliche Ausbildung des Grundkörpers 2 mit Abschnitten 3–6 in verschiedenen Verfahrensschritten dargestellt. Dabei wird in einem ersten Schritt Aufbaumaterial zur Bildung des ersten Abschnittes 3 auf die Oberfläche 7 aufgebracht und verfestigt. Anschließend wird der Grundkörper 2 gemäß Pfeil 14 um 90° gedreht und der zweite Abschnitt 4 auf die Oberfläche 8 aufgebracht (vgl. 2b). Im nächsten Schritt wird der Grundkörper 2 wiederum um 90° um die Achse 13 gedreht und der Abschnitt 5 auf die Oberfläche 9 aufgebaut.
Abschließend wird der Abschnitt 6 auf die Oberfläche 12 aufgebaut, so dass das Hybridformteil vollumfänglich mit generativ aufgebautem Baumaterial versehen ist. Wie in diesem Beispiel dargestellt, kann es vorteilhaft sein, wenn der weitere generativ hergestellte Abschnitt 4–6 zumindest bereichsweise auf den vor der Verdrehung generativ aufgebauten Abschnitt 3–5 aufgebaut wird. So wird beispielsweise der Abschnitt 6 (vgl. 2d) sowohl auf die Oberfläche 10 des Grundkörpers 2 als auch auf Bereiche der Abschnitte 3 und 5 aufgebaut. Hierbei ist zu beachten, dass die Seitenbereiche 33 und 34 beispielsweise des Abschnittes 3 in einer Flucht mit den angrenzenden Oberflächen 8 und 10 (gemäß 2a–d) bzw. Oberflächen 8 und 12 (gemäß 4a und b) in einer Flucht verlaufen, so dass nach Verdrehen des Grundkörpers 2 auf diese Seitenbereiche 33, 34 in einem späteren Verfahrensschritt weitere Abschnitte 4–6 aufgebaut werden können.
Die weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen bezüglich die den Grundkörper 2 drehbar lagernde Drehhalterung sowie die dem Bereich der mit Pulvermaterial zu beschichtenden Oberfläche 7–12 des Grundkörpers 2 angeordnete Konturmaske auf der beim Beschichtungsvorgang das Pulvermaterial aufliegt, sind nicht dargestellt.
Im Falle des Aufbaus eines rohrartigen Grundkörpers 2 oder eines Grundkörpers 2, der mit einer Ausnehmung 15 versehen ist, wird der Innenbereich 15 des Grundkörpers 2, der an die zu beschichtende Fläche 7–12 angrenzt mit einem Innenmaskenelement (nicht dargestellt) verschlossen ist, welches das Pulvermaterial während des Beschichtungsvorganges trägt. Alternativ kann an Stelle des Innenmaskenelementes oder zusätzlich zu diesem der Innenbereich 15 des Grundkörpers zumindest teilweise mit Pulvermaterial aufgefüllt werden. Auch das Merkmal, dass die generativ aufgebauten Abschnitte 3–6 mit Konturen, z. B. Kanalabschnitt 16 versehen sind, welche sich in den jeweils weiteren Abschnitten 3–6 und/oder dem Grundkörper 2 fortführen, sind aus den Zeichnungsfiguren 1 und 3 erkennbar. Dadurch, dass an mehreren Oberflächen 7–12 eines Grundkörpers 2 Abschnitte 3–6 generativ aufgebaut werden können, kann dies auch dazu verwendet werden, um Stützstrukturen und/oder Halterungselemente (nicht dargestellt) an das Hybridformteil 1 anzubauen, die unterschiedlichste Aufgaben erfüllen können wie beispielsweise eine Transportsicherungsfunktion und/oder eine die Verdrehung des Hybridformteils innerhalb der Lasersinteranlage unterstützende Aufstandsflächen/Aufstellflächen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn wenigstens zwei generativ aufgebaute Abschnitte 3, 4 in ihren Berührzonen 17 gesondert aufgeschmolzen werden.
In Zeichnungsfigur 5 ist ein Bestandteil des Bauraums 20 dargestellt, der eine höhenverlagerbare Trägerplatte 21 aufweist, auf der eine Drehhalterung 22 vorzugsweise lösbar befestigt ist. An der Drehhalterung 22 ist der Grundkörper 2 des Hybridformteils 1 drehbar gelagert. Vorteilhafterweise weist die Drehhalterung 22 einen Motor 23 auf, der eine computergestützte Verdrehung des in der Drehhalterung 22 gelagerten Grundkörpers ermöglicht. Alternativ kann die Drehhalterung 22 auch direkt manuell bedient werden, hierfür kann vorzugsweise eine Verrastbarkeit der Drehhalterung 22 deren Bedienung erleichtern. Die Oberfläche 7 des Grundkörpers 2 fortsetzend verlaufend ist eine Konturmaske 24 an dem Grundkörper 2 angesetzt. Die Funktion der Konturmaske 24 ist die, dass nicht der gesamte unterhalb der Oberfläche 7 befindliche „leere” Raum 25 mit Pulvermaterial gefüllt werden muss, um eine Bauebene 26 zu erreichen. Die Konturmaske 24 kann vorteilhafterweise nach dem Aufbau des Abschnittes 3 auf der Oberfläche 7 und vor dem Verdrehen des Grundkörpers 2 durch die Drehhalterung 22 aus dem Bauraum 20 temporär entfernt werden und anschließend nach Verdrehung des Grundkörpers wieder an diesen oder an diesen angrenzende Abschnitte 3–6 angesetzt werden, um für den weiteren Aufbauprozess die Raum 25 überdeckende Pulvermaterial tragende Funktion auszuüben.
Zeichnungsfigur 6 stellt eine alternative Ausführungsform der in 5 gezeigten Drehhalterung 22 dar. In dieser Ausführungsform ist die Drehhalterung 22 in einer Ausnehmung 27 der Trägerplatte eingebaut.
Bezugszeichenliste

1: Hybridformteil
2: Grundkörper
3: Abschnitt
4: Abschnitt
5: Abschnitt
6: Abschnitt
7: Oberfläche
8: Oberfläche
9: Oberfläche
10: Oberfläche
11: Oberfläche
12: Oberfläche
13: Achse
14: Pfeil
15: Ausnehmung
16: Kanal
17: Berührzone v. 3 und 4
18: Laserstrahl
19: Laser
20: Bauraum
21: Trägerplatte
22: Drehhalterung
23: Motor
24: Konturmaske
25: Raum
26: Bauebene
27: Ausnehmung
33: Seitenbereich v. 3
34: Seitenbereich v. 3

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mittels eines Hybridverfahrens hergestellten Hybridformteils (1), das bereichsweise als spanabhebend oder gießtechnisch vorgefertigter Grundkörper (2) ausgebildet ist und bereichsweise aus einem durch ein selektives Laserschmelzverfahren hergestellten Abschnitt (3–6) besteht, der generativ auf eine Oberfläche (7–12) des Grundkörpers (2) aufgebaut ist, wozu lagenweise Pulvermaterial auf die Oberfläche des Grundkörpers (2) oder auf bereits verfestigtes Pulvermaterial aufgetragen wird und durch Einwirkung von Strahlungsenergie (18) bereichsweise aufgeschmolzen wird, um nach Verfestigung den Abschnitt oder einen Teil des Abschnitts (3–6) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass nach zumindest teilweisen Aufbau des generativ hergestellten Abschnittes (3–6) auf die Oberfläche der Grundkörper (2) gedreht wird und auf eine zweite Fläche ein weiterer generativ hergestellter Abschnitt (3–6) aufgebaut wird, wobei der Grundkörper (2) im Bereich der mit Pulvermaterial zu beschichtenden Oberfläche während des Bauvorganges von einer Konturmaske (24) umgeben wird, auf der beim Beschichtungsvorgang das Pulvermaterial aufliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere generativ hergestellte Abschnitt (3–6) zumindest bereichsweise auf den vor der Verdrehung generativ aufgebauten Abschnitt aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) nach Aufbau des ersten Abschnittes zum Aufbau des zweiten Abschnittes um 60°, 90°, 120°, 180°, 240° oder 300° gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) um eine nicht vertikale Achse (13) gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) um eine horizontale Achse (13) gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) während des Herstellungsvorganges in einer Drehhalterung (22) angeordnet ist, die durch eine Höhenverstellung im Bauraum (20) während des Bauvorganges abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehung des Grundkörpers (2) in der Drehhalterung (22) um mehrere Freiheitsgrade ohne Entnahme des Grundkörpers vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) durch die Drehhalterung (22) während des Bauvorganges in unterschiedlichen Drehlagen fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehhalterung (22) während des Bauvorganges schrittweise um wenigstens eine Achse (13) verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verstellung der Drehhalterung (22) auf die Oberfläche aufgebrachte Pulverlagen einen keilförmigen Querschnitt einnehmen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Dicke der keilförmig aufgebrachten Pulverschicht derart bemessen ist, daß die Pulverschicht noch vollständig aufgeschmolzen werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, dadurch gekennzeichnet, dass die stufenweise Verdrehung des Grundkörpers (2) in der Drehhalterung (22) beim stufenweisen Absenken des Grundkörpers (2) gegenüber einer Ausgangslage erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Vorsehen der den Grundkörper (2) oder das Hybridformteil (1) bereichsweise umgebenden Konturmaske (24) in den an dem Hybridformteil (1) angrenzenden Bereichen nach Art einer elastischen Dichtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Drehvorgang des Hybridformteils (1) das dieses umgebende Pulvermaterial durch Einwirkung von Schwingungsenergie verflüssigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Verwendung eines rohrartigen Grundkörpers (2) der Innenbereich des Grundkörpers (2), der an die zu beschichtende Fläche angrenzt, mit einem Innenmaskenelement verschlossen wird, welches das Pulvermaterial während des Beschichtungsvorganges trägt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Drehen des Grundkörpers (2) zur Einleitung des Bauvorganges des weiteren Abschnittes der Körper innerhalb einer selektiven Laserschmelzvorrichtung, in welcher der Bauvorgang abläuft, von einem Baubereich in einen Handhabungsbereich verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Handhabungsbereich das teilhergestellte Hybridformteil (1) von Pulverrückständen befreit und bedarfsweise mit einer Konturmaske versehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehhalterung (22) programmgesteuert in unterschiedliche Drehpositionen verfahren und arretiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Konturmaske (24) zur Durchführung des Bauvorganges an der Drehhalterung (22) befestigt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines Hybridformteils (1) durch lagenweise Verschmelzung pulverförmigen Baumaterials auf die Oberfläche (7–12) eines Grundkörpers (2), aufweisend eine höhenverlagerbare Werkstückplattform mit einer Drehhalterung (22), einen Scanner, in den der Strahl (18) eines Schmelz-/oder Sinterlasers (19) eingekoppelt wird und ein den Bauraum (20) umgebendes Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehhalterung (22) den Grundkörper (2) direkt und/oder über die an den Grundkörper (2) generativ aufgebauten Abschnitte (3–6) drehbar lagert, wobei an die Drehhalterung (22) eine Konturmaske angesetzt ist, die als Unterlage für eine Bauebene (26) dienend den unterhalb der Oberfläche (7) des Grundkörpers (2) liegenden Raum (25) überdeckt.
Vorrichtung zur Herstellung eines Hybridformteils nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehhalterung (22) den Grundkörper (2) und über die am Grundkörper (2) generativ aufgebauten Abschnitte (3–6) um wenigstens eine nicht vertikale Achse (13) drehbar lagert.
Vorrichtung zur Herstellung eines Hybridformteils nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückplattform eine Ausnehmung zur zumindest bereichsweisen Aufnahme des ausgelenkten und/oder verdrehten Hybridformteils (1) umfaßt.
Vorrichtung zur Herstellung eines Hybridformteils nach einem der Ansprüche 20–22, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückplattform aus einem Baubereich in einen Handhabungsbereich verlagerbar ist und innerhalb des Handhabungsbereichs eine automatisch oder manuell bedienbare Pulverabsaugvorrichtung angeordnet ist.
Hybridformteil hergestellt nach einem der Verfahren gemäß Anspruch 1–19, dadurch gekennzeichnet, dass es an mindestens zwei Oberflächen (7–12) des Grundkörpers (2) jeweils einen generativ hergestellten Abschnitt (3–6) aufweist.
Hybridformteil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass es an mindestens zwei nicht aneinander grenzenden Oberflächen (7–12) des Grundkörpers (2) jeweils einen generativ hergestellten Abschnitt (3–6) aufweist.
Hybridformteil nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei gegenüberliegenden Flächen (7–9) des Grundkörpers (2) jeweils generativ hergestellte Abschnitte (3, 5) angeordnet sind.
Hybridformteil nach einem der Ansprüche 24–26, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) vollflächig von generativ aufgebauten Abschnitten (3–6) ummantelt ist.
Hybridformteil nach einem der Ansprüche 24–25, dadurch gekennzeichnet, dass der in einer ersten Position des Hybridformteils (1) auf diesen generativ aufgebaute Abschnitt (3–6) zumindest bereichsweise mit Stützstruktur- und/oder Halterungselementen versehen ist, die eine Fixierung des Hybridformteils (1) in einer zweiten Position auf der Werkzeugplattform und/oder einer Drehhalterung unterstützen.
Hybridformteil nach Anspruch 28 dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur- und/oder Halterungselemente mit Sollbruchbereichen versehen sind, die nach dem Herstellungsverfahren aus den generativ aufgebauten Abschnitten (3–6) heraustrennbar sind.
Hybridformteil nach einem der Ansprüche 24–29, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei generativ aufgebaute Abschnitte (3–6) mit jeweils im Querschnitt voll umschlossenen Kanälen (16) und/oder mit dem Grundkörper (2) bildende Kanäle (16) aufweisen, die entweder eine direkte Verbindung der Kanäle (16) des ersten Abschnittes (3–6) und der Kanäle (16) des zweiten Abschnittes (3–6) oder eine indirekt Verbindung über Kanalführungen (16) des Grundkörpers (2) aufweisen.
Hybridformteil nach einem der Ansprüche 24–30, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei generativ aufgebaute Abschnitte (3–6) in ihren Berührzonen (17) gesondert aufgeschmolzen sind.
Hybridformteil nach einem der Ansprüche 24–31, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) eine Kreishohlzylinderform aufweist und die generativ aufgebauten Abschnitte (3–6) an seinen Stirnseiten und/oder radial angeordnet sind.
Hybridformteil nach einem der Ansprüche 24–32, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein generativ aufgebauter Abschnitt an seiner dem Grundkörper abgewandten Oberfläche (7–12) eine mit dem Aufnahmebereich eines Kunststoffspritzgießwerkzeug korrespondierende Konturform aufweist.
Hybridformteil nach einem der Ansprüche 24–33, dadurch gekennzeichnet, dass der generativ aufgebaute Abschnitt (3–6), der an der Spritzgießformoberfläche abgewandten Seite des Hybridformteils (1) angeordnet ist, Aufnahmen für das Hybridformteil (1) in einer Kunststoffspritzgießmaschine und/oder Zentrier- oder Ausrichtungshilfen für die Montage des Hybridformteils (1) in einer Kunststoffspritzgießmaschine aufweist.