DE102009005080A1

DE102009005080A1 - Verfahren zur Herstellung einer Schablone

Info

Publication number: DE102009005080A1
Application number: DE102009005080A
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. Habermeier; Thomas Dipl.-Ing. Löffler (FH); Rolf Stöffler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schablone (1), wobei die Schablone (1) anhand eines 3-D-Datensatzes in einem werkzeuglosen Fertigungsverfahren erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schablone.
Aus der US 2006 0231975 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formwerkzeuges durch Sintern eines metallischen Pulvers oder eines Gemischs metallischen Pulvers bekannt. Hierzu wird eine dreidimensionale Vorlage verwendet, die in einem Gussrahmen angeordnet wird, in welchen metallisches Pulver oder das Gemisch metallischen Pulvers eingegossen wird. Dem Sintern folgt ein Entfernen der dreidimensionalen Vorlage. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Auswählen eines keramischen Pulvers oder eines Gemischs keramischen Pulvers und des metallischen Pulvers oder des Gemischs metallischen Pulvers entsprechend einer Funktion in Abhängigkeit von Herstellungsparametern,
b) Anordnen einer homogenen Schicht geringer Dicke des ausgewählten keramischen Pulvers oder des Gemischs keramischen Pulvers in einer Festphase auf einer Plattform zum Sintern mit Hilfe eines Lasers,
c) Sintern der homogenen Schicht ohne Bindemittel und/oder Flüssigkeit auf vorgegebenen Laserscanner-Pfaden,
d) Wiederholen der Schritte b) und c) bis eine gewünschte Form des metallischen Formwerkzeuges erzeugt ist.

Insbesondere ist das anhand des Verfahrens hergestellte metallische Formwerkzeug u. a. zur Herstellung von Formbauteilen durch Nieder- und/oder Hochdruck-Spritzgussverfahren geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung einer Schablone anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schablone sieht vor, dass die Schablone in Gewinn bringender Weise anhand eines 3D-Datensatzes in einem werkzeuglosen Fertigungsverfahren erzeugt wird.
Dabei ist unter dem Begriff ”werkzeuglos” zu verstehen, dass zur Formgebung der Schablone kein zusätzlicher Einsatz eines Werkzeuges, wie beispielsweise eine Gussform, benötigt wird.
Hierzu werden insbesondere generative Fertigungsverfahren angewandt. Dabei bezeichnen die Begriffe ”generative Fertigungsverfahren” die als Rapid Prototyping bekannten Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Fertigung von Modellen, Mustern, Prototypen, Werkzeugen und/oder Endprodukten. Diese Art der Fertigung erfolgt direkt auf Basis von rechnerinternen Datenmodellen, insbesondere des 3D-Datensatzes, aus formlosen (Flüssigkeiten, Pulver u. ä.) und/oder formneutralen (band-, drahtförmig) Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Obwohl es sich um urformende Fertigungsverfahren handelt, sind für ein konkretes Erzeugnis, wie z. B. die Schablone, keine speziellen Werkzeuge erforderlich, die die jeweilige Geometrie des Werkstückes gespeichert haben, wie oben beschrieben.
Dabei kann die Schablone beispielsweise aus Metall und/oder einem Kunststoff gebildet sein.
Insbesondere wird die anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Schablone als eine so genannte Fügeschablone zum Zusammenbau, beispielsweise eines Fahrzeugaufbaus, verwendet. Dabei werden Fügepunktlagen und/oder Klebenahtlagen vereinfacht abgebildet.
Insbesondere wird unter Fügen ein dauerhaftes Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen verstanden.
Durch die derart erzeugte bzw. hergestellte Schablone werden in vorteilhafter Weise Kosten einer Produktion, insbesondere durch Verringerung eines Zeitaufwandes zur Herstellung der Schablone, reduziert.
Darüber hinaus wird eine Prozesssicherheit beispielsweise im Prototypenaufbau sichergestellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch in perspektivischer Ansicht eine beispielhafte Schablone, die in einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt wurde.
Einander entsprechende Teile sind in der Figur mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine nach dem erfindungemäßen Verfahren hergestellte Schablone 1, beispielsweise eines Bauteil in Form eines Kardantunnels eines Fahrzeuges, dargestellt.
Insbesondere handelt es sich bei der Schablone 1 um eine Fügeschablone, beispielsweise zum Zusammenbau eines Fahrzeugaufbaus. Anhand der Fügeschablone werden in vorteilhafter Weise Fügepunktlagen und/oder Klebepunktlagen vereinfacht dargestellt, um wenigstens zwei Bauteile miteinander zu fügen, beispielsweise mittels eines Schweißverfahrens.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schablone 1 aus Metall gebildet. Alternativ dazu kann die Schablone 1 beispielsweise auch aus Kunststoff und/oder Keramik gebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Schablone 1 anhand eines vorliegenden 3D-Datensatzes des Bauteiles in einem werkzeuglosen Fertigungsverfahren erzeugt wird.
Dabei bedeutet ”werkzeuglos”, dass zu Formgebung der Schablone 1 vorzugsweise kein Einsatz eines Werkzeuges, beispielsweise einer Gussform, die eine Geometrie des zu fertigenden Werkstückes bzw. der Schablone 1 gespeichert hat, erforderlich ist.
Insbesondere werden zur Herstellung der Schablone 1 generative Fertigungsverfahren eingesetzt. Generatives Fertigungsverfahren ist eine Beizeichnung, die auch unter der englischen Bezeichnung Rapid Prototyping bekannt ist. Diese Fertigungsverfahren dienen einer schnellen und kostengünstigen Fertigung von Modellen, Mustern, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten. Generative Fertigungsverfahren erfolgen direkt auf Basis rechnergestützter Datenmodelle, insbesondere Konstruktionsdaten in Form des 3D-Datensatzes, wobei aus formlosen und/oder formneutralen Ausgangsstoffen mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse eine Form, beispielsweise einer Schablone 1, erzeugt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schablone 1 mittels selektivem Lasersintern erzeugt. Selektives Lasersintern ist ein Verfahren, um räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff herzustellen.
Insbesondere ist das selektive Lasersintern ein generatives Schichtbauverfahren, d. h. dass die Schablone 1 Schicht für Schicht aufgebaut wird.
Um die Schablone 1 selektiv lasersintern zu können, muss der 3D-Datensatz des Bauteiles bzw. der zu erzeugenden Schablone 1 vorliegen und als Schichtdaten verarbeitet sein. Insbesondere wird der 3D-Datensatz von einem rechnergestützten Konstruktionsprogramm, wie z. B. CAD (Computer Aided Design), zur Verfügung gestellt.
Beispielsweise liegt der 3D-Datensatz in dem so bezeichneten STL-Format vor, wobei STL so viel wie Surface Tesselation Language bedeutet. Damit ist beispielsweise gemeint, dass eine Oberfläche der zu erzeugenden Schablone 1 anhand von Dreiecken beschrieben wird. Aus den vorliegenden 3D-Daten werden Schichten erzeugt.
Ferner handelt es sich bei dem STL-Format um eine Standard-Schnittstelle von CAD-Systemen.
Zur Erzeugung der Schablone 1 wird als Ausgangsstoff ein Pulver, beispielsweise ein metallisches Pulver, als eine Schicht, z. B. auf eine Plattform mit Hilfe eines Rakels und/oder einer Walze vollflächig, beispielsweise mit einer Schichtdicke von 0,001 mm bis 0,2 mm aufgebracht. Diese Schicht wird durch Ansteuern eines Laserstrahls entsprechend einer in Schichten vorliegenden Kontur des Bauteiles schrittweise in die Pulverschicht gesintert und/oder geschmolzen. Die Plattform wird anschließend geringfügig abgesenkt und eine weitere Schicht des Pulvers wird aufgebracht. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht in vertikaler Richtung. Dadurch ist es besonders vorteilhaft möglich, auch hinterschnittene Konturen der Schablone 1 zu erzeugen.
Die Energie, die von einem Laser zugeführt wird, wird von dem Pulver absorbiert und führt zu einem lokal begrenzten Sintern und/oder Verschmelzen von Partikeln des Pulvers unter Reduktion einer Gesamtoberfläche des Pulvers.
Als Laser zum selektiven Lasersintern werden beispielsweise Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser, CO₂-Laser und/oder Faserlaser eingesetzt.
Darüber hinaus kann die Schablone 1 in besonders vorteilhafter Weise mit anderen geeigneten Verfahren, wie beispielsweise Stereolithografie und/oder dem so genannten 3D-Printing, hergestellt werden.

1: Schablone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 20060231975 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schablone (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (1) anhand eines 3D-Datensatzes in einem werkzeuglosen Fertigungsverfahren erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der 3D-Datensatz über eine Standardschnittstelle eines rechnergestützten Konstruktionsprogramms bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (1) mittels selektivem Lasersintern erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (1) schichtweise aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (1) zum Fügen von Bauteilen, insbesondere Fahrzeugteilen, verwendet wird.
Vorrichtung zur Herstellung einer Schablone (1), gekennzeichnet durch eine Plattform, auf welcher die Schablone (1) anhand eines über eine Standardschnittstelle eines rechnergestützten Konstruktionsprogramms bereitgestellten 3D-Datensatzes in einem werkzeuglosen Fertigungsverfahren erzeugbar ist.