DE102008027315A1

DE102008027315A1 - Verfahren zur Herstellung von Werkstücken

Info

Publication number: DE102008027315A1
Application number: DE102008027315A
Authority: DE
Inventors: Thomas Thewes; Christian Krämer
Original assignee: ITWH IND HEBE und FOERDERTECHN; Itwh Industrie- Hebe- und Fordertechnik GmbH
Current assignee: ITWH IND HEBE und FOERDERTECHN; Itwh Industrie- Hebe- und Fordertechnik GmbH
Priority date: 2008-06-07
Filing date: 2008-06-07
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung von Formteilen aus aufeinanderfolgenden Schichten, deren Randfläche (Randflächen) wenigstens einen Teil der Oberfläche des Formteils (1) bildet (bilden) sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Gemäß der Erfindung wird das Formteil als Verbundteil aus unterschiedlichen Materialien gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verfahren zur Bildung von Formteilen aus aufeinanderfolgenden Schichten, deren Randfläche (Randflächen) wenigstens einen Teil der Oberfläche des Formteils bildet (bilden) sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Generative, auch als Rapid Prototyping bezeichnete solche Fertigungsverfahren sind durch Benutzung bekannt. Bei dem sog. Fused Deposition Modeling (FDM) werden thermoplastische Kunststoffe oder Wachswerkstoffe, die als Draht auf eine Spule aufgewickelt sind, in einer Extrusionseinrichtung aufgeheizt und zum Schmelzen gebracht. Die Schmelze wird mit Hilfe eines bewegbaren Arbeitskopfes auf eine Unterlage bzw. auf bereits gebildete Schichten eines Werkstücks extrudiert und erstarrt unmittelbar nach dem Auftragen. Sukzessiv entsteht nach und nach die Schicht und durch die Bildung aufeinanderfolgender Schichten ein dreidimensionales Formteil.
Bei einem als selektives Lasersintern (SLS) bezeichneten Verfahren wird zur Bildung einer Schicht ein pulverförmiges Ausgangsmaterial gleichmäßig auf einer Unterlage bzw. einer bereits gebildeten Schicht verteilt und anschließend mit Hilfe eines geführten Laserstrahls punktweise erhitzt und gesintert oder ganz aufgeschmolzen. Mit dem Erstarren der Schmelze ergibt sich eine feste Schicht. Ein Formteil entsteht, indem Pulverlagen aufeinanderfolgend aufgebracht und verfestigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeiten zur Herstellung von Formteilen durch Rapid Prototyping, d. h. durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art, zu erweitern.
Das diese Aufgabe lösende Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil als Verbundteil aus unterschiedlichen Materialien gebildet wird. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Gemäß der Erfindung werden abschnittsweise aus verschiedenen Materialien bestehende Formteile aus Schichten aufgebaut.
Materialunterschiede können nicht nur von Schicht zu Schicht bestehen. Vorzugsweise sind die Schichten selbst aus unterschiedliche Materialien aufweisenden Flächenbereichen zusammengesetzt. So lassen sich komplex strukturierte Formteile herstellen, wie sie z. B. im Leichtbau benötigt werden oder/und aus der Bionik bekannt sind. Insbesondere sind Bauteile mit hoher Festigkeit bei geringem Gewicht herstellbar. Das Verfahren kommt vor allem für die Produktion kleiner Serien in Betracht.
Vorzugsweise mit Hilfe eines gesteuert bewegbaren Arbeitskopfes wird die Schichten bildendes Material mit Hilfe des bewegten Arbeitskopfes in einer ortsveränderlichen Punktumgebung auf eine Unterlage oder eine vorangehende Schicht aufgetragen oder/und in einer solchen Punktumgebung behandelt, insbesondere verfestigt.
Die Verfestigung erfolgt vorzugsweise durch Sintern oder Schmelzen/Erstarren mit Hilfe einer geeigneten Wärmequelle, insbesondere durch einen Laserstrahl.
Durchgehend aufgebrachtes pulverförmiges oder auch flüssiges Material kann durch den Laserstrahl punktweise erhitzt und der Laserstrahl weitergeführt werden, so dass nach und nach durch Sintern oder Schmelzen/Erstarren eine verfestigte Schicht oder wenigstens ein verfestigter Flächenbereich einer Schicht entsteht.
Eine Schicht kann z. B. dadurch aufgebaut werden, dass zuerst durch Auftragen einer Kunststoffschmelze Flächenbereiche aus Kunststoff gebildet werden, und dann ein Pulver, insbesondere Metallpulver, aufgetragen und mit Hilfe eines Rakels bündig zu den Kunststoffschichten glattgezogen wird und mit Hilfe eines Laserstrahls durch Sintern oder Schmelzen und Erstarren verfestigt wird.
Vorzugsweise werden die unterschiedliche Materialien aufweisenden Flächenbereiche aneinander angrenzend oder durch einen stegartigen schmalen Schichtbereich voneinander getrennt hergestellt. Für einen solchen schmalen Schichtbereich kommt z. B. Keramikmaterial in Betracht, das in Pulverform aus einer Düse extrudiert wird, wobei die Pulverpartikel durch einen Laserstrahl angeschmolzen sind, so dass sie sich unter Bildung der Stege miteinander verbinden.
Neben einer Schmelze kann in einer ortsveränderlichen Punktumgebung also z. B. auch ein solches Pulvermaterial aufgetragen werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung lassen sich parallel zur Unterlage oder einer vorangehenden Schicht Verstärkungsstränge spannen, z. B. Glasfasern, und in die zu bildende Schicht einbetten.
Die Verstärkungsstränge können in aufeinanderfolgenden Schichten in unterschiedlichen Richtungen verlegt werden.
Für die Herstellung der Schichten lässt sich ein Arbeitskopf oder eine Unterlage verwenden, die beim Auftragen verschwenkt werden kann. So kann z. B. die Erhitzung bestimmter Bereiche durch den Laserstrahl vermieden werden. Insbesondere Verstärkungsstränge bleiben unbeeinträchtigt.
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung mit anhebbarem Arbeitskopf oder/und absenkbarer Unterlage verwendet, wobei die Anhebung bzw. Absenkung jeweils um eine Schichtdicke erfolgt. Diese Dicke bzw. der Hub könnte von Schicht zu Schicht variierbar sein.
Als Materialien kommen insbesondere Thermoplaste wie z. B. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyethylen (PE), Polyamide (PA), Polystyrol (PS) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie Mischungen davon in Frage. Ferner ist es möglich, aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzte Ausgangsmateralien wie aluminium- oder carbongefülltes Polyamid zu verwenden.
Während es möglich ist, Kunststoff aufweisende Materialien pulverförmig aufzubringen und anschließend mittels selektivem Lasersintern zu einer Schicht zu verfestigen oder, wie bei einem als Stereolitographie und Multi Jet Modeling bekannten Verfahren, flüssige Ausgangsmaterialien aufzubringen, die anschließend durch Polymeri sation mittels UV-Strahlen verfestigt werden, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das erste Material, vorzugsweise mittels Extrusion geschmolzen aufgebracht. Zweckmäßigerweise werden für die Extrusion drahtförmige Ausgangsmaterialien, die in einer Extrusionseinrichtung aufgeschmolzen werden, verwendet.
Alternativ zu den genannten Kunststoffen, ist es ferner vorstellbar, als erstes Material einen metallischen Werkstoff, ausgehend von einem Draht oder von Pulver, aufzubringen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als zweites Material ein Pulver aufgebracht. Je nach gewünschten Eigenschaften des zu bildenden Formteils kommen als zweites Material metallische Werkstoffe wie Aluminium, Magnesium, Titan, Kupfer, Stähle sowie Legierungen in Frage. Es können ferner Mischungen aus Pulvern verschiedener Werkstoffe verwendet werden.
Das Pulver wird durch einen Abstreifer auf eine einheitliche Dicke gebracht und anschließend mittels Lasers erhitzt, vorzugsweise gesintert oder geschmolzen. Der Abstreifer ist zweckmäßig beheizbar, um mit ihm auch einen bereits gebildeten Schichtbereich aus Kunststoff angleichen zu können.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird bei der Bildung der Schichten in einem ersten Schritt das erste Material, das z. B. ein keramischer Werkstoff ist, in bestimmten Bereichen der zu bildenden Schicht derart aufgebracht, dass es einen Grenzbereich zwischen den weiteren, anschließend aufzubringenden und vorzugsweise aus Kunststoff bzw. Metall bestehenden Flächenbereichen bildet. Durch die Grenzschicht wird es möglich, einer zu starken Wärmeentwicklung an der Grenze zwischen z. B. Kunststoff und Metall entgegenzuwirken. Durch die Keramikschicht lässt sich also eine Schutzschicht gebildet.
Während es möglich wäre, mit einem Binder versetzte Keramikpulverpartikel in einem gewünschten Bereich derart aufzubringen, dass sie eine Schicht mit einer für eine Sinterung ausreichenden Dicke und Dichte bilden, und anschließend mit einem Laser zu sintern, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Grenzschichtbereich aus dem keramischen Material unter Verwendung eines weiteren Lasers gebildet, mit dem ein Keramikpulver in einer Partikel ausstoßenden Düse erhitzt wird. Aus der Düse wird das Pulver unter Bildung der Schicht auf die Unterlage bzw. eine schon gebil dete Schicht aufgebracht. Anschließend wird, wie oben beschrieben, Kunststoff mittels Extrusion und Metall als Pulver aufgegeben.
Zweckmäßig wird die Unterlage nach Aufbringen des Schichtbereichs aus dem ersten Material bzw. des den Grenzbereich bildenden Schichtbereichs und des Kunststoffmaterials um eine der vorgesehenen Dicke der Schicht entsprechende Strecke abgesenkt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden zur Bildung einer der Schichten vor dem Aufbringen der Materialien innerhalb des für die zu bildenden Schicht vorgesehenen Raums Fasern, vorzugsweise als lange Fasern, oder auch als Kurzfaser, Gewebe oder Matten, angeordnet. Es können beispielsweise Textil- und Naturfasern, Kunststofffasern wie Aramid- oder Polyethylenfasern, Glas-, Kohlenstoff-, Metall- oder Keramikfasern verwendet werden. Während die Fasern innerhalb einer einzigen Schicht in verschiedenen Richtungen angeordnet werden können, ist es in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, die Fasern innerhalb einer einzigen Schicht in der gleichen Richtung, aber schichtweise in unterschiedlichen Richtungen, anzuordnen.
Zweckmäßigerweise wird der Laser bei der Erhitzung des Pulvers derart geführt, dass die Eigenschaften der Fasern nicht durch die durch den Laser verursachte Hitzeinwirkung beeinflusst werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Steuerung der Positionierung der Unterlage, der Fasern, eines Extruders bzw. der Extrusionsdüse und/oder des Lasers und/oder die Steuerung des Extruders und/oder des Lasers unter Verwendung einer ein 3D-CAD-Modell verarbeitenden Software.
Ein solches Modell lässt sich mittels 3D-CAD-Programmen erstellen und ermöglicht es dem Konstrukteur, ein Werkstück bzgl. seiner Eigenschaften zu modellieren. Ist das 3D-CAD-Modell derart gestaltet, dass die Eigenschaften wie die Form des Werkstücks sowie die Anordnung der einzelnen Materialien aus ihm hervorgehen, kann es als Grundlage für die Herstellung des Werkstücks mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen.
Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine Unterlage und mindestens zwei Einrichtungen zum Aufbau und/oder zur Behandlung verschie dener Materialschichten aufweist, vorzugsweise den Extruder und den Laser, insbesondere einen CO₂-, Nd:YAG- oder einen Femto-Sekundenlaser.
Zweckmäßigerweise sind der Laser und eine Extrusionseinrichtung an einem einzigen Werkzeughalter befestigt, der vorzugsweise auch zur Aufnahme anderer Werkzeuge, insbesondere eines Bohrers und/oder eines Fräsers, vorgesehen ist. Um ein besonders schnelles Erstarren der extrudierten Schmelze zu erreichen, kann neben der Extrusionsdüse eine Kühldüse angeordnet sein.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Positionen des Lasers und/oder der Extrusionsdüse bzw. des Werkzeughalters und/oder die Unterlage dreidimensional verfahrbar und/oder neigungsverstellbar geführt.
Zweckmäßigerweise ist zur Positionsverstellung wenigstens eine seriell- und/oder, insbesondere zur Neigungsverstellung, eine parallel-kinematische Einrichtung vorgesehen. Die seriell-kinematische Einrichtung ermöglicht die Bewegung parallel und senkrecht zur Unterlage. Bei der parallel-kinematischen Einrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Hexapod, bei dem die Unterlage oder der Werkzeughalter an sechs Beinen veränderbarer Länge gelagert ist. Es versteht sich, dass für die vorangehend erwähnten Zwecke auch ein Roboter in Betracht kommt.
Ferner ist eine Einrichtung zum Anordnen der Fasern vorgesehen, die vorzugsweise derart verstellbar ist, dass die Fasern innerhalb der zu bildenden Schichten in verschiedenen Richtungen angeordnet werden können.
Zweckmäßigerweise weist die Einrichtung Rollen auf, auf denen die Fasern angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Computer, der vorgesehen ist, mittels der das 3D-CAD-Modell verarbeitenden Software die seriell- oder parallel-kinematische Einrichtung, die Einrichtung zum Anordnen der Fasern, den Extruder und/oder den Laser zu steuern.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Düse, der über eine Leitung Pulverpartikel zugeführt werden können, und zur Erhitzung der Pulverpartikel ist innerhalb der Düse ein weiterer Laser vorgesehen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Arbeitskopf,
2 eine ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren erläuternde Darstellung,
3 eine ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren erläuternde Darstellung,
4 ein Arbeitskopf mit daran mehrfach ausgebildeten Werkzeugen,
5 verschiedene Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen nach der Erfindung,
6 Details der Vorrichtungen von 5,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung nach der Erfindung in einer Seitenansicht, und
8 eine in der Vorrichtung von 7 verwendbare Spannvorrichtung für Verstärkungsstränge.
Ein in 1 gezeigter, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbarer Arbeits- bzw. Arbeitskopf umfasst einen Werkzeughalter 15, an dem eine beheizbare Extrusionseinrichtung 14 und ein CO₂-Laser 9 angebracht sind.
Aus der Extrusionsdüse der Extrusionseinrichtung 14 tritt ein geschmolzener Kunststoffmaterialstrang 4 aus, der in dem betreffenden Ausführungsbeispiel aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) besteht. Die Extrusionseinrichtung 14, in welcher der Kunststoff auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die um 1° oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs liegt, wird von einer nicht gezeigten Rolle gespeist, auf welche der Kunststoff in Drahtform aufgewickelt ist.
Der in 1 gesondert dargestellte Arbeitskopf wird bei dem im Folgenden anhand von 2 erläuterten Herstellungsverfahren über einer Unterlage 2 durch nicht gezeigte Bewegungseinrichtungen in gewünschte Positionen gebracht, um dort jeweils in einem eng begrenzten Raumbereich, d. h. einer Punktumgebung durch Extrusion Material aufzutragen oder aufgebrachtes Material durch den Laser 9 zu bearbeiten.
Zur Herstellung einer ersten, ein Formteil 1 (2k) bildenden Schicht 30 wird mit Hilfe der Extrusionseinrichtung 14 der Kunststoffmaterialstrang 4 aufgetragen. In jeder angesteuerten Position des Arbeitskopfes bzw. der Extrusionseinrichtung 14 erfolgt ein Ausstoß einer bestimmten Materialmenge. Aus dem schnell erstarrenden Material bauen sich sukzessive verfestigte Flächenbereiche 5 aus dem Kunststoffmaterial 4 auf.
Zur weiteren Bildung der ersten Schicht 3a wird dann gemäß 2b und c auf die gesamte Unterlage 2 bis an seitliche Randerhöhungen 30 heranreichend als zweites Material ein Metallpulver 8 aufgebracht und mit Hilfe eines Rakels 10 entsprechend der gewünschten Schichtdicke glattgezogen. Insbesondere durch Beheizung des Rakels kann dabei auch eine Glättung der Oberflächen der zuvor gebildeten Flächenbereiche 5 aus dem Kunststoffmaterial 4 erfolgen.
Im nächsten Bearbeitungsschritt (2d) tritt der CO₂-Laser 9 in Aktion. In einer gesteuerten Bewegung des Bearbeitungskopfes wird das Metallpulver 8 durch den CO₂-Laser 9 in Flächenbereichen 22 in einem die Flächenbereiche 22 fortlaufend abtastenden Beleuchtungspunkt geschmolzen. Durch Erstarren der Schmelze werden die metallischen Flächenbereiche 22 sukzessive verfestigt. Statt einem Schmelz- und Erstarrungsvorgang könnte durch den Laser 9 auch lediglich ein Versintern des Pulvers bewirkt werden.
Das überschüssige Metallpulver 8 kann an Ort und Stelle als Stütze für anschließend zu bildende Schichten verbleiben und so die Bildung von Hinterschneidungen und Hohlräumen erleichtern.
Gemäß Pfeil 21 lässt sich die Unterlage 2 jeweils um eine Schichtdicke absenken. Im vorliegenden Fall beträgt die Schichtdicke 0,1 mm. Abweichend hiervon könnte sie während der Herstellung eines Formteils variieren.
Die Herstellung einer nächsten Schicht 3b wird im Folgenden anhand der Teilfiguren 2e bis g erläutert. Nach Absenkung der Unterlage 2 um eine Schichtdicke werden im Abstand zur ersten Schicht parallel zur Unterlage 2 Glasfasern 13 aufgespant, die der Verstärkung der nächsten Schicht 3b dienen. Hieran schließt sich die Bildung von Flächenbereichen 5 der Schicht 3b aus dem Kunststoffmaterial 4 an. Wie 2f zu entnehmen ist, sind die Flächenbereiche 5 der Schichten 3a und 3b zueinander nicht deckungsgleich. Insbesondere ragen Flächenbereiche 5 der Schicht 3b über Flächenbereiche 5 der Schicht 3a hinaus, wobei das überstehende Kunststoffmaterial durch das verbliebene Metallpulver 8 abgestützt ist.
An die Bildung der Flächenbereiche 5 schließt sich die Bildung der metallischen Flächenbereiche 22 an (2g), wie dies weiter oben anhand der Schicht 3a bereits beschrieben ist.
Beim weiteren, in den Teilfiguren 2h bis k gezeigten Schichtaufbau des Formteils 1 wiederholen sich die bisher erläuterten Schritte. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden insgesamt sieben Schichten gebildet. Es versteht sich, dass die Zahl der Schichten wesentlich größer sein könnte. Die Richtung der Glasfasern 13 ist von Schicht zu Schicht unterschiedlich. Die oberste Schicht weist keine Glasfaserverstärkung auf.
Wie insbesondere aus den Teilfiguren 2j und k hervorgeht, können unterhalb des Formteils 1 Hohlräume 31 gebildet werden, indem das Metallpulver 8 dort nicht mit dem Laser 9 bearbeitet wird. Nach Fertigstellung des Formteils 1 lässt sich das Metallpulver 8 unter Freigabe der Hohlräume 31 entfernen.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, anhand welcher ein Ausführungsbeispiel für ein Herstellungsverfahren erläutert wird, bei welchem zur Bildung der Schichten zunächst stegartige Schichtbereiche 11 aus einem Keramikmaterial aufgebracht werden. Die Schichtbereiche 11 bilden eine Grenzschicht zwischen anschließend aufzubringenden Flächenbereichen 5a aus Kunststoff und Flächenbereichen aus Metall.
Zur Bildung der Schichtbereiche 11 wird ein weiterer Laser verwendet, welcher Partikel eines Keramikpulvers anschmilzt. Die angeschmolzenen Pulverpartikel werden mittels einer Düse ausgestoßen und schmelzen auf der Unterlage zusammen. Die Einrichtungen zur Bildung der Schichtbereiche 11 sind in den Figuren nicht gezeigt.
Die Vervollständigkeit der einzelnen Schichten erfolgt wie vorangehend anhand von 2 beschrieben.
Im Folgenden werden anhand der 4 bis 9 bei dem vorangehend beschriebenen Verfahren einsetzbare Vorrichtungen beschrieben.
Wie aus 4 hervorgeht, kann der Werkzeughalter 15 zur gleichzeitigen Herstellung bzw. Bearbeitung der Schichten an mehreren Stellen mehrere Extrusionseinrichtungen 14 sowie mehrere Laser 9 aufnehmen.
In 5 sind verschiedene Ausführungsformen für eine bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren verwendbare Unterlage 2 dargestellt. Bei einer in 5a gezeigten Vorrichtung ist die Unterlage 2, auf der das Formteil 1 zu bilden ist, höhenverstellbar. Wie in 7 dargestellt ist, kann die Unterlage 2 auf hydraulisch verstellbaren Ständern 29 angeordnet sein. Zur Bewegung des Werkzeughalters 15 ist eine seriellkinematische Steuerung vorgesehen, die parallel zur Ebene der Unterlage 2 bzw. senkrecht dazu eine gesteuerte Bewegung des Werkzeughalters 15 in den drei Raumrichtungen ermöglicht.
Die in 5b gezeigte Vorrichtung weicht von der Vorrichtung gemäß 5a dadurch ab, dass die Unterlage 2 durch ein Hexapod-System 17a bewegbar ist und somit auch gegenüber dem Werkzeughalter 15 bzw. den daran befestigten Werkzeugen verkippen lässt. Dieses in 7 in einer anderen Position detailliert dargestellte Hexapod-System, das auch als parallelkinematische Steuerung bezeichnet wird, weist sechs Streben 23 auf, die an ihren Enden jeweils mit der Unterlage 2 bzw. einem Boden 32 verbunden und unabhängig voneinander hydraulisch in ihrer Länge veränderbar sind. Bei dieser Vorrichtung kann das Formteil 1 sowohl durch Bewegung des Werkzeughalters 15 als auch durch Bewegung der Unterlage 2 zu den Werkzeugen 9, 14 ausgerichtet werden.
Wie in den 5c und d gezeigt ist, kann auch zur Befestigung des Werkzeughalters 15 ein oberhalb des Formteils 1 befestigtes Hexapod-System 17b vorgesehen sein. Die Unterlage 2 kann höhenverstellbar (5c) gelagert oder auch mit Hilfe des Hexapod-Systems 17a (5d) ausgerichtet werden. Ferner ließe sie sich durch ein höhenverstellbares Förderband bilden.
In 7 ist gezeigt, dass die hydraulischen Streben 23 des Hexapod-Systems 17b über Füße 25 an einem oberen Träger 24 befestigt sind. Auf der unteren Seite sind die pneumatischen Streben 23 über Füße 26 an einer Halterungsplatte 27 befestigt, die zur Aufnahme einer Kupplung 18 vorgesehen ist. An der Kupplung 18 ist der Werkzeughalter 15 mit dem Laser 9 und der Extrusionseinrichtung 14 angebracht. Die Kupplung 18 trägt weitere, in 7 nicht gezeigte Werkzeuge.
Wie insbesondere aus den 6a und b hervorgeht, kann mit dem Hexapod-System 17 der Werkzeughalter 15 und somit insbesondere der Laser 9 gegenüber den zu bildenden Schichten 3 derart verkippt werden, dass es möglich wird, bestimmte Bereiche in den Schichten 3 von der Erhitzung auszusparen. Insbesondere kann es vermieden werden, die Glasfasern 13 zu erhitzen.
Für die oben beschriebenen Einsatzzwecke lassen sich auch Roboter verwenden.
7 zeigt ferner eine Einrichtung zum Aufspannen der Fasern 13. Die Einrichtung weist eine Abwickelrolle 19a sowie eine auf der der Unterlage 2 gegenüberliegenden Seite angeordnete Aufwickelrolle 19b auf. Mit Hilfe dieser Einrichtung werden die Fasern 13 vor der Bildung einer neuen Schicht in dem für die neue Schicht vorgesehenen Raum aufgespannt.
Wie insbesondere in 8 dargestellt ist, können die Rollen 19a und 19b beispielsweise durch Lagerung auf einem Drehtisch im Verhältnis zur Unterlage rotatorisch bewegt werden. In 8 sind zwei verschiedene, durch einer Verschiebung des Drehtischs in Richtung des Pfeils 28 einstellbare Positionen dargestellt.

Claims

Verfahren zur Bildung von Formteilen aus aufeinanderfolgenden Schichten (3), deren Randfläche (Randflächen) wenigstens einen Teil der Oberfläche des Formteils (1) bildet (bilden), dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (1) als Verbundteil aus unterschiedlichen Materialien gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (3) bildendes Material in einer ortsveränderlichen Punktumgebung auf eine Unterlage oder eine vorangehende Schicht aufgetragen oder/und in einer solchen Punktumgebung behandelt, insbesondere verfestigt wird, vorzugsweise mit Hilfe eines gesteuert bewegbaren Arbeitskopfes (9, 14, 15).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durchgehend aufgebrachtes pulverförmiges oder flüssiges Material in der ortsveränderlichen Punktumgebung verfestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schichten (3) aus mehreren, unterschiedliche Materialien aufweisenden Flächenbereichen (5, 22) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Materialien aufweisende Flächenbereiche (5, 22) aneinander angrenzend oder durch einen stegartigen Schichtbereich (11) voneinander getrennt gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der ortsveränderlichen Punktumgebung eine Schmelze oder ein Pulvermaterial aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in der ortsveränderlichen Punktumgebung durch Sintern oder durch vollständiges Schmelzen und Erstarren verfestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einer Unterlage (2) oder einer vorangehenden Schicht (3) Verstärkungsstränge (13) gespannt und in die zu bildende Schicht (3) eingebettet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstränge (13) für verschiedene Schichten (3) in unterschiedlichen Richtungen verlegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf (9, 14, 15) oder/und eine Unterlage (2) für die Schichten (3) beim Auftragen oder Behandeln des die Schicht bildenden Materials verschwenkt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in ersten Flächenbereichen (5) in der ortsveränderlichen Punktumgebung eine erstarrende Kunststoffschmelze aufgetragen in zweiten Flächenbereichen (22) und ein durchgehend aufgetragenes Metallpulver (8) durch einen Laser (9) verfestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durchgehend aufgetragenes Pulver (8) durch einen Rakel (10) geglättet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Glättung gleichzeitig die Oberfläche einer aufgetragenen und erstarten Schmelze geglättet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Glättung der Kunststoffoberfläche ein beheizter Rakel (10) verwendet wird.
Vorrichtung zur Bildung von Formteilen (1) aus aufeinanderfolgenden Schichten (3), deren Randflächen wenigstens einen Teil der Oberfläche des Formteils (1) bilden, mit einer Unterlage (2) zur Aufnahme der Schichten (3) und einem über der Unterlage verfahrbaren Arbeitskopf zum Auftragen oder Bearbeiten die Schichten bildenden Materials, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf (9, 14, 15) Einrichtungen (9, 14) zum Auftragen oder/und Bearbeiten verschiedener, die Schichten bildender Materialien umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf und/oder die Unterlage verschwenkbar sind bzw. ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf (9, 14, 15) und/oder die Unterlage (2) jeweils um eine Schichtdicke anhebbar bzw. absenkbar sind bzw. ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebe- bzw. Absenkhöhe variierbar ist.