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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Hybrid-Presssystem zur Kleinserienproduktion von Teilen.
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HINTERGRUND
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Pressen ist ein Fertigungsverfahren, das Ausbildungsabläufe wie z. B. Lochstanzen, Ausstanzen, Treiben, Biegen, Bördeln und Prägen umfasst. Der Vorgang des Pressens verwendet in der Regel eine Maschinenpresse zum Formen oder Schneiden eines Werkstückes durch Verformen desselben mit einem Presswerkzeug. Der Pressvorgang könnte ein einstufiger Ablauf sein, wobei jeder Hubzyklus der Presse die gewünschte Form an dem Werkstück produziert, oder könnte über eine Reihe von Stufen stattfinden. Wenngleich der Pressvorgang üblicherweise an einem Metallblech ausgeführt wird, kann er auch verwendet werden, um Komponenten aus anderen Materialien wie z. B. Polystyrol zu bilden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Hybrid-Presssystem zum Bilden eines Werkstückes umfasst eine Gesenkpresse. Das Presssystem umfasst auch ein erstes Presswerkzeug mit einer ersten Presswerkzeugbasis, die aus einem Presswerkzeugbasismaterial, hierin auch als erstes Material bezeichnet, gebildet und ausgestaltet ist, um in der Gesenkpresse befestigt zu werden, und ein zweites Presswerkzeug mit einer zweiten Presswerkzeugbasis, die aus dem Formbasismaterial gebildet und ausgestaltet ist, um in der Gesenkpresse dem ersten Presswerkzeug entgegengesetzt befestigt zu werden. Das Presssystem umfasst auch eine erste Einlage, die aus einem Einlagenmaterial gebildet ist. Die erste Einlage weist eine Presswerkzeugseite und eine Werkstückseite auf. Die Presswerkzeugseite der ersten Einlage ist fixiert, indem sie in das erste Presswerkzeug eingegossen und eingebaut ist, während die Werkstückseite der ersten Einlage konturiert ist, um eine Seite des Werkstückes zu bilden.
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Das Presssystem umfasst auch eine zweite Einlage, die aus dem Einlagenmaterial, hierin auch als zweites Material bezeichnet, gebildet ist. Die zweite Einlage weist eine Presswerkzeugseite und eine Werkstückseite auf. Die Presswerkzeugseite der zweiten Einlage ist fixiert, indem sie in das zweite Presswerkzeug eingegossen und eingebaut ist, während die Werkstückseite der zweiten Einlage konturiert ist, um eine andere Seite des Werkstückes zu bilden. Das Presswerkzeugbasismaterial zeichnet sich durch eine erste Härte aus und das Einlagenmaterial zeichnet sich durch eine zweite Härte aus, die größer ist als die erste Härte. Das erste und das zweite Presswerkzeug sind in der Gesenkpresse befestigt, sodass, wenn die Gesenkpresse betrieben wird, das Werkstück zwischen der Werkstückseite der ersten Einlage und der Werkstückseite der zweiten Einlage gebildet wird.
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Die erste Einlage kann ein erstes und ein zweites Segment umfassen und die zweite Einlage kann in ähnlicher Weise ein erstes und ein zweites Segment umfassen. In solch einem Fall liegt das erste Segment der ersten Einlage an dem zweiten Segment der ersten Einlage an und das erste Segment der zweiten Einlage liegt an dem zweiten Segment der zweiten Einlage an.
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Jedes von dem ersten und dem zweiten Segment der ersten und der zweiten Einlage kann eine Fußbasis umfassen, welche ausgestaltet ist, um das spezifische Segment in der jeweiligen ersten oder zweiten Presswerkzeugbasis abzustützen und einen Unterbau dafür bereitzustellen.
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Das erste Segment der ersten Einlage kann über eine erste Verblockung mit dem zweiten Segment der ersten Einlage verbunden sein und das erste Segment der zweiten Einlage kann über eine zweite Verblockung mit dem zweiten Segment der zweiten Einlage verbunden sein.
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Jede von der ersten Verblockung und der zweiten Verblockung kann eine Schwalbenschanzverbindung umfassen. Außerdem kann jede von der ersten Verblockung und der zweiten Verblockung eine Epoxid-Klebverbindung umfassen, die ausgestaltet ist, um einen kontinuierlichen Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Segment der jeweiligen ersten und zweiten Einlage zu erzeugen.
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Das Presswerkzeugbasismaterial kann eine Kirksite-Legierung sein und das Einlagenmaterial kann ein Werkzeugstahl sein.
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Zumindest eines von dem ersten und dem zweiten Segment zumindest einer von der ersten und der zweiten Einlage kann mithilfe eines dreidimensionalen (3D)-Druckverfahrens gebildet werden.
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Zumindest eines von dem ersten und dem zweiten Segment zumindest einer von der ersten und der zweiten Einlage kann mithilfe zumindest eines von einem Gießverfahren und einem maschinellen Bearbeitungsverfahren gebildet werden.
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Das Hybrid-Presssystem kann außerdem ein Binderelement mit einer Binderbasis umfassen, die aus dem Presswerkzeugbasismaterial gebildet ist. In solch einem Fall kann das Binderelement in der Gesenkpresse befestigt und ausgestaltet sein, um bezüglich des ersten Presswerkzeuges zum Auswerfen des Werkstückes daraus verschoben zu werden. Außerdem kann das Binderelement eine Bindereinlage umfassen, die aus dem Einlagenmaterial gebildet ist, sodass die Bindereinlage eine Presswerkzeugseite und eine Werkstückseite aufweist. Die Presswerkzeugseite der Bindereinlage kann dann in die Binderbasis eingegossen und eingebaut werden.
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Es ist auch ein Verfahren zum Fertigen eines Hybrid-Presssystems zum Bilden eines Werkstückes offenbart. Das Verfahren umfasst, dass die erste Einlage in einer ersten Gießform positioniert wird. Das Verfahren umfasst auch, dass die erste Presswerkzeugbasis aus dem Presswerkzeugbasismaterial in der ersten Gießform gegossen wird, um dadurch die Presswerkzeugseite der ersten Einlage an der ersten Presswerkzeugbasis zu fixieren und das erste Presswerkzeug zu bilden. Das Verfahren umfasst auch, dass die zweite Einlage in einer zweiten Gießform positioniert wird. Das Verfahren umfasst überdies, dass die zweite Presswerkzeugbasis aus dem Presswerkzeugbasismaterial in der zweiten Gießform gegossen wird, um dadurch die Presswerkzeugseite der zweiten Einlage an der zweiten Presswerkzeugbasis zu fixieren und das zweite Presswerkzeug zu bilden. Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass das erste Presswerkzeug und das zweite Presswerkzeug einander entgegengesetzt in einer Gesenkpresse befestigt werden.
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Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform/en und der besten Arten, die beschriebene Offenbarung auszuführen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beiliegenden Ansprüchen ohne weiteres verständlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Gesenkpresse, die ein Hybrid-Presssystem verwendet, welches ein oberes Presswerkzeug, ein unteres Presswerkzeug und einen Binder, die jeweils Einlagen aufweisen, und ein Werkstück umfasst, das zwischen den Einlagen positioniert ist.
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2 ist eine schematische, seitliche Querschnitts-Nahansicht des oberen Presswerkzeuges und des unteren Presswerkzeuges mit einem Binder, von denen jedes Einlagen aufweist, entlang des in 1 gezeigten Schnittes 2-2.
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3 ist eine schematische Nah-Draufsicht der in den 1–2 gezeigten Einlagen
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4 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines 3D-Druckers, der bei der Fertigung einzelner Segmente der in 3 gezeigten Einlagen verwendet wird.
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5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Fertigen des in den 1-3 gezeigten Hybrid-Presssystems.
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6 ist eine schematische perspektivische Darstellung von Werkzeugen, die während der Fertigung und der Montage des in den 1-3 gezeigten Presssystems gemäß dem in 4 gezeigten Verfahren verwendet werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Fachleute auf dem technischen Gebiet werden erkennen, dass Ausdrücke wie „oberhalb”, „unterhalb”, „nach oben”, „nach unten”, „obere/s/r” „untere/s/r” etc. beschreibend für die Fig. verwendet werden und keine Beschränkungen hinsichtlich des Schutzumfanges der Offenbarung darstellen, wie durch die angefügten Ansprüche definiert ist.
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Bezug nehmend auf die Fig., in denen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Ansichten durchweg gleiche Teile bezeichnen, ist ein Hybrid-Presssystem allgemein bei 20 in 1 gezeigt. Das Hybrid-Presssystem 20 kann zum Bilden einer Komponente 10 (in 2 gezeigt) wie z. B., aber nicht beschränkt auf, ein Karosserieblech, einen Befestigungsbügel, einen Hitzeschutz oder einen anderen Gegenstand, der durch einen Pressvorgang aus einem Werkstück oder einem Metallblechrohling 32, wie in 1 gezeigt, gefertigt werden kann, ausgestaltet sein. Wie primär vorstellbar, kann das Hybrid-Presssystem 20 für eine „Kleinserien” produktion von Komponenten 10 aus jedem beliebigen verformbaren Grundmetall wie z. B. Stahl, Aluminium, Magnesium oder Titan, ohne eine Definition der gewünschten Kontur für die gefertigten Komponenten zu verlieren, verwendet werden, kann aber in ähnlicher Weise verwendet werden, um Komponenten aus anderen Materialien wie z. B. Polystyrol zu bilden. Solche „Kleinserien”-Produktionslose können zeitweise Tausende gegenständliche Komponenten erzeugen.
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Das Hybrid-Presssystem 20 umfasst eine Gesenkpresse 22. Wie bekannt, ist eine Gesenkpresse allgemein ein Maschinenwerkzeug, das verwendet wird, um ein Material, üblicherweise Metall, durch Verwenden spezifisch ausgestalteter Presswerkzeuge zu formen und/oder zu schneiden. Demzufolge umfasst die Gesenkpresse 22, wie gezeigt, ein erstes oder unteres Umformwerkzeug 24 und ein zweites oder oberes Umformwerkzeug 26. Das obere Presswerkzeug 26 ist zum Befestigen in der Gesenkpresse 22 dem unteren Presswerkzeug 24 entgegengesetzt ausgestaltet. Außerdem umfasst eine typische Gesenkpresse eine Aufspannplatte, die als Element 28 abgebildet ist, und einen Stempel, der als Element 30 abgebildet ist. Die Aufspannplatte 28 ist in der Regel als ein großer, feststehender Metallblock ausgestaltet, auf den das untere Presswerkzeug 24 gespannt ist. Große Gesenkpressen wie jene, die in der Automobilindustrie verwendet werden, können ein Ziehkissen (nicht gezeigt) aufweisen, das in der Aufspannplatte 28 integriert ist, um Haltekräfte an ein Werkstück oder einen Metallblechrohling 32 anzuwenden. Solch ein Ziehkissen kann notwendig sein, wenn eine einfach wirkende Presse, in der ein einziger Stempel verwendet wird, um sowohl das Werkstück gegen das untere Presswerkzeug zu halten als auch das Werkstück zu bilden, zum Tiefziehen verwendet wird. Ähnlich wie die Aufspannplatte 28 ist der Stempel 30 in der Regel als ein massiver Metallblock ausgestaltet, der an das obere Presswerkzeug 26 gespannt ist und den Hubzyklus, d. h. eine Auf- und Ab-Bewegung, in der Gesenkpresse 22 bereitstellt. Die Auf- und Ab-Aktivität des oberen Presswerkzeuges 26 bewirkt, dass die Gesenkpresse 22 Teile mit einer gewünschten Kontur oder Form aus dem dadurch zugeführten Werkstück 32 produziert. Die Gesenkpresse 22 kann Teil einer Anfangs- oder einer Zwischenstufe in einem mehrstufigen Pressablauf sein, der ausgestaltet ist, um eine gewünschte Endform aus dem Werkstück 32 zu bilden.
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Besonders bemerkenswerterweise können das obere und das untere Presswerkzeug 24, 26, die hierin beschrieben sind, auch als Zieh-, Beschneide-, Abkant-, Loch- oder Strangpresswerkzeuge ausgestaltet sein, wobei die Anwendung solcher spezifisch eingesetzten Presswerkzeuge Fachleuten verständlich ist. Aus diesem Grund schließt, wenngleich in der vorliegenden Offenbarung das obere und das untere Presswerkzeug 24, 26 primär als die Funktion von Umformwerkzeugen erfüllend ausgestaltet und eingerichtet beschrieben sind, nichts aus, dass der Aufbau des oberen und des unteren Presswerkzeuges 24, 26, wie nachstehend im Detail beschrieben, auf die oben erwähnten Zieh-, Beschneide-, Abkant-, Loch- oder Strangpresswerkzeuge angewendet wird.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst das untere Presswerkzeug 24 eine erste oder untere Presswerkzeugbasis 25. Die untere Presswerkzeugbasis 25 wird mithilfe eines Gießverfahrens aus einem ersten Presswerkzeugbasis- oder ersten Material M1 wie z. B. einer Kirksite-Legierung gebildet. Das erste Material M1 zeichnet sich durch eine erste Härte H1 aus und ist ausgestaltet, um in der Gesenkpresse 22 befestigt zu werden. Die Härte H1 kann in dem Bereich von BN 98–100 auf der Brinell-Skala (HB) liegen. Außerdem kann die Schlagfestigkeit des ersten Materials M1 in dem Bereich von 40–50 Joule pro Kubikmeter (J·m–3) liegen. Im Allgemeinen weist ein Kirksite-Material Zink als ein Grundmetall auf und umfasst Legierungselemente aus Aluminium, Magnesium und Kupfer. Aus Kirksite gegossene Presswerkzeuge sorgen für niedrige Werkzeugkosten, da die Legierung genau gegossen werden kann und ein Minimum an Endbearbeitung erfordert. Außerdem wurde Kirksite als Universalgusslegierung für nicht beanspruchte, d. h. in der Regel nicht strukturelle Komponenten, verwendet. Das obere Presswerkzeug 26 umfasst eine zweite oder obere Presswerkzeugbasis 27. Die obere Presswerkzeugbasis 27 ist auch aus dem gleichen Presswerkzeugmaterial M1 gebildet wie die untere Presswerkzeugbasis 25. Kirksite ist eine Legierung mit mittlerer Festigkeit, die in der Lage ist, als ein Umformwerkzeugmaterial für kleinere Produktionslose einer Komponente 10 zu dienen. Allerdings ist Kirksite relativ weich im Vergleich mit z. B. Stahl und neigt daher dazu, vergleichsweise schnell zu verschleißen. Infolgedessen können Presswerkzeuge, die Kirksite-Formflächen aufweisen, eine Großserienproduktion nicht unterhalten. Im Allgemeinen kann Kirksite Teileproduktionslosen im Bereich von Hunderten im Vergleich mit Serienproduktionswerkzeugen standhalten, die oft erforderlich sind, um Tausende von Teilen zu produzieren. Demzufolge wird Kirksite in der Regel zur Fertigung von Prototypteilen verwendet.
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Das Hybrid-Presssystem 20 umfasst auch eine erste Einlage 34 und eine zweite Einlage 36. Sowohl die erste Einlage 34 als auch die zweite Einlage 36 sind aus einem Einlagen- oder zweiten Material M2 gebildet, das sich durch eine zweite Härte H2 auszeichnet, die größer ist als die erste Härte H1. Das zweite Material M2 für die erste und die zweite Einlage 34, 36 können ein Werkzeugstahl wie z. B. FCD25, Gusseisen, Gussstahl oder ein beliebiges anderes Metall mit einer ähnlich geeigneten Härte sein. Werkzeugstähle sind allgemein Kohlenstoff- und Legierungsstähle sein, die aufgrund der charakteristischen Härte, Abriebfestigkeit, Fähigkeit, eine Schneidklinge zu halten, und/oder deren Deformationsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen der gegenständlichen Materialien besonders gut geeignet sind, zu Werkzeugen verarbeitet zu werden. Ein Werkzeugstahl wird oft in einem wärmebehandelten Zustand verwendet. Der Kohlenstoffgehalt von Werkzeugstählen liegt typischerweise in dem Bereich von 0,7–1,5%. Auf der Brinell-Skala (HB) kann die Härte H2 in dem Bereich von BN 143–248 für Gusseisen, HRB 85-HRC 26 für Gussstahl und HRC 54–HRC 65 für Werkzeugstahl liegen. Außerdem kann eine repräsentative Schlagfestigkeit des ersten Materials M2 in dem Bereich von 204–585 MPa für eine minimale Zugfestigkeit von Gusseisen oder 10,8–20,3 Joule auf der Charpy-Schlagzähigkeitsskala für verschiedene Stähle liegen. Demzufolge wird die zweite Materialhärte H2 für die erste und die zweite Einlage 34, 36 für die obigen Materialeigenschaften ausgewählt, während die erste Materialhärte H1 für die obere und die untere Presswerkzeugbasis 25, 27 im Hinblick auf eine leichte Verformbarkeit und reduzierte Kosten ausgewählt wird. Wenn die Einlagen 34, 36 mit der jeweiligen unteren und oberen Presswerkzeugbasis 25, 27 kombiniert werden, ist das resultierende Presswerkzeugsystem in der Lage, Produktionslose von Komponenten 10 in Kleinserien mit reduzierten Werkzeugkosten und mit austauschbaren Verschleißteilen – den Einlagen 34, 36 – zu unterhalten.
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Die erste Einlage 34 ist durch eine Presswerkzeugseite 34A und eine entgegengesetzte Werkstückseite 34B definiert. Die Presswerkzeugseite 34A ist in der unteren Presswerkzeugbasis 25 der ersten Einlage 34 fixiert und die Werkstückseite 34B der ersten Einlage ist konturiert, um eine Seite des Werkstückes 32 zu bilden, sodass die fertige Komponente 10 eine gewünschte Form auf der Seite des unteren Presswerkzeuges 24 aufweist. Die erste Einlage 34 wird vor dem Bilden der unteren Presswerkzeugbasis 25 gebildet und wird dann, während des Gießens der unteren Presswerkzeugbasis, in die untere Presswerkzeugbasis eingebaut oder integriert. Demzufolge wird anschließend an das Gießen der unteren Presswerkzeugbasis 25 die Werkstückseite 34A ohne die Verwendung jeglicher separater Befestigungselemente wie z. B. Schrauben oder Klammer in der unteren Presswerkzeugbasis der ersten Einlage 34 fixiert, und die Werkstückseite 34B liegt frei, um eine gewünschte Kontur der fertigen Komponente 10 auf der Seite des unteren Presswerkzeuges 24 zu bilden.
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In ähnlicher Weise ist die zweite Einlage 36 durch eine Presswerkzeugseite 36A und eine entgegengesetzte Werkstückseite 36B definiert. Die Presswerkzeugseite 36A ist in der oberen Presswerkzeugbasis 27 fixiert und die Werkstückseite 36B der zweiten Einlage ist konturiert, um eine andere, d. h. eine entgegengesetzte Seite des Werkstückes 32 zu bilden, sodass die fertige Komponente 10 eine gewünschte Form auf der Seite des oberen Presswerkzeuges 26 aufweist. Die zweite Einlage 36 wird vor dem Bilden der oberen Presswerkzeugbasis 27 gebildet und wird dann, während des Gießens derselben, in die obere Presswerkzeugbasis eingebaut oder integriert. Daher wird anschließend an das Gießen der oberen Presswerkzeugbasis 27 die Presswerkzeugseite 36A ohne die Verwendung jeglicher separater Befestigungselemente wie z. B. Schrauben oder Klammern in der oberen Presswerkzeugbasis der zweiten Einlage 36 fixiert, und die Werkstückseite 36B liegt frei, um eine gewünschte Kontur der fertigen Komponente 10 auf der Seite des oberen Presswerkzeuges 26 zu bilden. Anschließend an den Einguss-Einbau der Einlagen 34, 36 in die jeweilige obere und untere Presswerkzeugbasis 25, 27 werden das obere und das untere Presswerkzeug 24, 26 in der Gesenkpresse 22 befestigt. Demzufolge wird während des Betriebes der Gesenkpresse 22 das Werkstück 32 zwischen der Werkstückseite 34B der ersten Einlage 34 und der Werkstückseite 36B der zweiten Einlage 36 gebildet, um die gewünschte Form der Komponente 10 zu erzeugen.
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2 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des oberen und des unteren Presswerkzeuges 24, 26 mit der ersten und der zweiten Einlage 34, 36. Die in 2 gezeigte seitliche Querschnittsansicht des oberen und des unteren Presswerkzeuges 24, 26 verläuft entlang des Schnittes 2-2, der in 1 gezeigt ist, wobei Komponenten der Gesenkpresse 22 der Klarheit wegen entfernt sind. Wie gezeigt, kann die erste Einlage 34 eine Vielzahl von Verblockungssegmenten umfassen, wie durch ein exemplarisches erstes Segment 34-1 und zweites Segment 34-2 illustriert. Das erste Segment 34-1 der ersten Einlage 34 liegt an dem zweiten Segment 34-2 der ersten Einlage an. Das erste Segment 34-1 ist über eine erste Verblockung 38 mit dem zweiten Segment 34-2 verbunden. Wie in 3 gezeigt, kann die erste Verblockung 38 eine Schwalbenschwanzverbindung 38A umfassen. Die erste Verblockung 38 kann auch eine Epoxid-Klebverbindung 38B umfassen, die ausgestaltet ist, um einen glatten und kontinuierlichen Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Segment 34-1, 34-2 zu erzeugen und die erste Verblockung auch abzudichten. In ähnlicher Weise kann die zweite Einlage 36 eine jeweilige Vielzahl von Verblockungssegmenten, z. B. ein erstes Segment 36-1 und zweites Segment 36-2 umfassen, wie in 2 gezeigt. Das erste Segment 36-1 der zweiten Einlage 36 liegt an dem zweiten Segment 36-2 der zweiten Einlage 36 an und ist über eine zweite Verblockung 40 damit verbunden. Ähnlich wie die erste Verblockung 38 kann die zweite Verblockung 40 eine Schwalbenschwanzverbindung 40A umfassen, wie in 3 gezeigt. Wie in den 3 und 4 gezeigt, umfasst jede Schwalbenschwanzverbindung 38A und 40A einen Steckabschnitt 39 und einen Aufnahmeabschnitt 41.
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Wie in 3 gezeigt, kann die zweite Verblockung 40 außerdem eine Epoxid-Klebverbindung 40B umfassen, die der Klebverbindung 38B ähnlich ist, um einen glatten und kontinuierlichen Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Segment 36-1, 36-2 zu erzeugen und die zweite Verblockung auch abzudichten. Wenngleich in den jeweiligen Verblockungen 38 und 40 eine Schwalbenschwanzverbindung gezeigt ist, können auch andere Arten von Verbindungen wie z. B. eine Nut- und Federverbindung (nicht gezeigt, aber Fachleuten bekannt) verwendet werden, die eine zuverlässige Verblockungsverbindung mit einem Widerstand gegen ein Auseinanderziehen erleichtern. Wie in 2 gezeigt, kann außerdem jedes der ersten und zweiten Segmente 34-1, 34-2, 36-1 und 36-2 der jeweiligen ersten und zweiten Einlage 34, 36 eine Fußbasis 42 umfassen. Die Fußbasis 42 ist ausgestaltet, um jedes Segment 34-1, 34-2, 36-1 und 36-2 in der jeweiligen unteren und oberen Presswerkzeugbasis 25, 27 abzustützen und einen Unterbau dafür bereitzustellen.
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Jedes von dem ersten und dem zweiten Segment 34-1, 34-2 der ersten Einlage 34 wie auch jedes von dem ersten und dem zweiten Segment 36-1, 36-2 der zweiten Einlage 36 kann mithilfe eines dreidimensionalen (3D)-Druckverfahrens gebildet werden. Im Allgemeinen ist das 3D-Drucken eine Art von Fertigungsprozess, die verwendet wird, um einen dreidimensionalen Festkörpergegenstand von einem digitalen Modell zu erzeugen. Das 3D-Drucken wird mithilfe eines additiven Prozesse erreicht, in dem aufeinanderfolgende Materialschichten in unterschiedlichen Formen abgelegt werden. Das 3D-Drucken unterscheidet sich als solches von traditionellen maschinellen Bearbeitungstechniken, die meist auf dem Entfernen von Material durch Verfahren wie z. B. Schneiden oder Bohren, also wegnehmenden Prozessen, beruhen. Im Allgemeinen verwendet ein digitales Modell digitale 3D-Daten wie z. B. Festkörpermodelle, 3D-Produkt- und Fertigungsinformationen und zugehörige Metadaten innerhalb einer computerunterstützten 3D-Konstruktions(CAD)-Software, um Spezifikationen für einzelne Komponenten und Produktanordnungen bereitzustellen.
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Die Art von Informationen, die in der Regel in einem digitalen Modell zum 3D-Drucken enthalten ist, besteht aus Form- und Lage-Toleranzen (GD&T, vom engl. geometric dimensions and tolerances), Materialien auf Komponentenebene, Materialaufstellungen auf Montageebene, technischer Ausgestaltung, Konstruktionsabsicht etc. Ein Beispiel eines 3D-Druckers 44, der bei der Fertigung des ersten und des zweiten Segments 34-1, 34-2 und des ersten und des zweiten Segments 36-1, 36-2 verwendet werden kann, ist in 4 gezeigt. Der 3D-Drucker 44 ist ein spezialisierter Industrieroboter, der in der Lage ist, den materialadditiven Prozess unter Computersteuerung auszuführen. In der Alternative kann jedes von dem ersten und dem zweiten Segment 34-1, 34-2 der ersten Einlage 34 wie auch jedes von dem ersten und dem zweiten Segment 36-1, 36-2 der zweiten Einlage 36 mithilfe traditionellerer Gieß- und/oder maschineller Bearbeitungsverfahren gebildet werden.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, kann das Hybrid-Presssystem 20 auch ein Binderelement 46 mit einer Binderbasis 47 umfassen, die aus dem Presswerkzeugbasismaterial, d. h. dem gleichen wie die untere Presswerkzeugbasis 25 und die obere Presswerkzeugbasis 27 gebildet ist. Das Binderelement 46 ist in der Gesenkpresse 22 befestigt und ausgestaltet, um bezüglich des unteren Presswerkzeuges 24 zum Auswerfen des Werkstückes 32 daraus anschließend an die Vervollständigung des Formvorganges verschoben zu werden. Das Binderelement 46 umfasst auch eine Bindereinlage 48, die aus dem Einlagenmaterial, d. h. dem gleichen wie die erste und die zweite Einlage 34, 36 gebildet ist. Ähnlich wie bei dem unteren Presswerkzeug 24 weist die Bindereinlage 48 eine Presswerkzeugseite 48A und eine Werkstückseite 48B auf, wobei die Presswerkzeugseite der Bindereinlage in die Binderbasis 47 eingegossen und eingebaut ist. Ähnlich wie die erste und die zweite Einlage 34, 36 kann die Bindereinlage 48 eine Vielzahl von Verblockungssegmenten, die über Verblockungen wie z. B. die erste und die zweite Verblockung 38, 40 miteinander verbunden sind, und alle ihre begleitenden Merkmale umfassen, wie oben stehend im Detail beschrieben und in 3 gezeigt. Die einzelnen Segmente der Bindereinlage 48 können mithilfe des dreidimensionalen (3D)-Druckverfahrens, wie oben bezüglich der Segmente 34-1, 34-2, 36-1 und 36-2 mit Bezug auf 4 beschrieben, gebildet werden.
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5 zeigt ein Verfahren 100 zum Fertigen des in den 1–4 gezeigten Hybrid-Presssystems 20 zum Bilden des Werkstückes 32 und mit Bezugnahme auf 6, die zusätzliche Werkzeuge zeigt, welche während der Fertigung und Montage des Presssystems verwendet werden. Demzufolge beginnt das Verfahren 100 im Feld 102 mit dem Bereitstellen der ersten und der zweiten Einlage 34, 36. Wie oben mit Bezug auf die 1–3 erörtert, kann das Bereitstellen der ersten Einlage 34 auch umfassen, dass das erste Segment 34-1 an dem zweiten Segment 34-2 anliegt. In ähnlicher Weise kann das Bereitstellen der zweiten Einlage 36 umfassen, dass das erste Segment 36-1 an dem zweiten Segment 36-2 anliegt. Außerdem kann das Bereitstellen der ersten Einlage 34 umfassen, dass das erste Segment 34-1 mit dem zweiten Segment 34-2 über die erste Verblockung 38 verbunden wird. Wie oben erörtert, kann die erste Verblockung 38 die Schwalbenschwanzverbindung 38A und eine Epoxid-Klebverbindung 38B umfassen. In ähnlicher Weise kann das Bereitstellen der zweiten Einlage 36 umfassen, dass das erste Segment 36-1 mit dem zweiten Segment 36-2 über die zweite Verblockung 40 verbunden wird. Die zweite Verblockung 40 kann die Schwalbenschwanzverbindung 40A und die Epoxid-Klebverbindung 40B umfassen, wie im Detail mit Bezugnahme auf die 1-3 beschrieben.
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Wie oben mit Bezug auf die 1–4 erörtert, kann das Bereitstellen der ersten und der zweiten Einlage 34, 36 auch umfassen, dass zumindest eines der ersten Segmente 34-1, 34-2 und der zweiten Segmente 36-1, 36-2 der jeweiligen ersten und zweiten Einlage in dem 3D-Drucker 44 mithilfe des 3D-Druckverfahrens gebildet wird. In der Alternative kann das Bereitstellen der ersten und der zweiten Einlage 34, 36 umfassen, dass zumindest eines der ersten Segmente 34-1, 34-2 und der zweiten Segmente 36-1, 36-2 der jeweiligen ersten und zweiten Einlage über einen Gießprozess, der speziell vorgesehene Gießwerkzeuge verwendet, und/oder einen maschinellen Bearbeitungsprozess gebildet wird.
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Anschließend an das Feld 102 schreitet das Verfahren zu dem Feld 104 weiter, wo das Verfahren umfasst, dass die untere Einlage 34 in einer ersten Gießform 50 positioniert wird. Nach dem Feld 104 schreitet das Verfahren zu dem Feld 106 weiter, wo das Verfahren umfasst, dass die untere Presswerkzeugbasis 25 aus dem ersten Material M1 in der ersten Gießform 50 gegossen wird, um dadurch die Presswerkzeugseite 34A der ersten Einlage 34 an der unteren Presswerkzeugbasis zu fixieren und dadurch die erste Einlage in die untere Presswerkzeugbasis einzubauen. Nach dem Feld 106 schreitet das Verfahren zu dem Feld 108 weiter, wo das Verfahren umfasst, dass die zweite Einlage 36 in einer zweiten Gießform 52 positioniert wird. Anschließend an das Feld 108 schreitet das Verfahren zu dem Feld 110 weiter. In dem Feld 110 umfasst das Verfahren, dass die obere Presswerkzeugbasis 27 aus dem ersten Material M1 in der zweiten Gießform 52 gegossen wird, um dadurch die Presswerkzeugseite 36A der zweiten Einlage 36 an der zweiten Presswerkzeugbasis zu fixieren und dadurch die zweite Einlage in die untere Presswerkzeugbasis einzubauen. Demzufolge erzeugen die obigen Verfahrensschritte das jeweilige obere und untere Presswerkzeug 24, 26 durch Einbauen der Einlagen 34, 36 in die jeweiligen Presswerkzeugbasen 25, 27 mithilfe eines Gießprozesses, wie in 6 illustriert. Wie oben mit Bezug auf die 1–3 erörtert, kann das Fixieren der Presswerkzeugseite 34A der ersten Einlage 34 in der unteren Presswerkzeugbasis 25 umfassen, dass das erste und das zweite Segment 34-1, 34-2 der ersten Einlage über die Fußbasis 42 in der unteren Presswerkzeugbasis abgestützt werden. In ähnlicher Weise kann das Fixieren der Presswerkzeugseite 36A der zweiten Einlage 36 in der oberen Presswerkzeugbasis 27 umfassen, dass das erste und das zweite Segment 36-1, 36-2 der zweiten Einlage über die Fußbasis 42 in der oberen Presswerkzeugbasis abgestützt werden.
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Außerdem kann das Verfahren in dem Feld 110 das Formen einzelner Gießmuster 54, 56 aus einem Opfermaterial wie z. B. Styropor umfassen. Die Gießmuster 54, 56 können mit den Einlagen 34, 36 montiert und dann in den jeweiligen Gießformen 50, 52 positioniert werden, um die jeweilige Presswerkzeugseite 34A der ersten Einlage 34 und die Presswerkzeugseite 36A der zweiten Einlage 36 aufzunehmen. Anschließend an das Positionieren der Gießmuster 54, 56 zusammen mit der ersten und der zweiten Einlage 34, 36 in der jeweiligen Gießform 50, 52 wird der Gießsand um die montierten Einlagen 34, 36 und Muster 54, 56 herum hineingegossen. Der Gießsand wird verdichtet, um eine harte Form um die montierten Einlagen 34, 36 und Muster 54, 56 herum zu bilden. Dann werden die Muster 54, 56 aus den Gießformen 50, 52 entfernt, um die Hohlräume für das erste Material M1 der unteren und der oberen Presswerkzeugbasis 25, 27 bereitzustellen, das in die jeweiligen Gießformen hineingegossen wird (wie in 6 gezeigt). Infolgedessen wird die erste Einlage 34 in der unteren Presswerkzeugbasis 25 eingebaut oder fixiert und die zweite Einlage 36 wird in der oberen Presswerkzeugbasis 27 eingebaut oder fixiert. Des Weiteren kann die Bindereinlage 48 in der Binderbasis 47 mithilfe des gleichen Prozesses und in der ersten Gießform 50 entlang der unteren Presswerkzeugbasis 25 oder in einer separaten Form, falls gewünscht, fixiert werden. Somit können dann das fertige untere Presswerkzeug 24, obere Presswerkzeug 26 und Binderelement 46 aus den jeweiligen Gießformen 50 und 52 entfernt werden. Ferner kann das Verfahren 100 das maschinelle Bearbeiten und/oder Polieren der Werkstückseiten 34B, 36B der jeweiligen ersten und zweiten Einlagen 34, 36 wie auch der Werkstückseite der Bindereinlage 48B umfassen, um die gewünschte Kontur und Oberflächengüte der gefertigten Komponente 10 zu erzielen.
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Anschließend an das Feld 110 schreitet das Verfahren zu dem Feld 112 weiter, wo das Verfahren umfasst, dass das gebildete untere Presswerkzeug 24 zusammen mit dem Binderelement 46 dem oberen Presswerkzeug 26 entgegengesetzt in der Gesenkpresse 22 befestigt wird. Nachdem das untere Presswerkzeug 24, das obere Presswerkzeug 26 und das Binderelement 46 in der Gesenkpresse 22 befestigt worden sind, kann das Hybrid-Presssystem 20 anfänglich ausprobiert werden, um zu überprüfen, ob das System bereit ist, zur Serienproduktion, d. h. zum Bilden des Werkstückes 32, verwendet zu werden. Die Gesenkpresse 22 kann auch Teil eines mehrstufigen Pressablaufes sein, der gestaltet ist, um eine gewünschte Endform aus dem Werkstück 32 zu bilden. Demzufolge können als Teil des Pressprozesses nach dem Bilden des Werkstückes 32 mithilfe des in den 1–3 gezeigten Hybrid-Presssystems 20 auch zusätzliche Arbeitsschritte wie z. B. ein Nachschlagen und Lochen stattfinden. Des Weiteren kann die gewünschte Endform der Komponente 10 durch Beschneiden des gebildeten Werkstückes 32 mithilfe eines separaten Beschneidepresswerkzeug- oder eines Laser-Arbeitsschrittes erzeugt werden, von denen keiner gezeigt, aber Fachleuten bekannt ist. Insgesamt kann das Verfahren 100 verwendet werden, um das Hybrid-Presssystem 20 bereitzustellen, das in der Lage ist, „Kleinserien”-Produktionslose von Komponenten 10 bei reduzierten Werkzeugkosten zu unterhalten.
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Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Fig. stützen und beschreiben die Erfindung, aber der Schutzumfang der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Arten und andere Ausführungsformen, um die beanspruchte Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Bauformen und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Erfindung praktisch anzuwenden. Des Weiteren sind die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen oder die Eigenschaften der in der vorliegenden Beschreibung erwähnten verschiedenen Ausführungsformen nicht als unbedingt voneinander unabhängige Ausführungsformen zu verstehen. Es ist vielmehr möglich, dass jede der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Eigenschaften mit einer oder einer Vielzahl von anderen erwünschten Eigenschaften von anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Verweis auf die Zeichnungen beschrieben sind. Demzufolge fallen solche anderen Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfanges der beigefügten Ansprüche.
