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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels Auftragens einzelner Schichten. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein solches Bauteil.
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Die Relevanz von Herstellungsverfahren, bei denen ein Bauteil schichtweise aufgebaut wird nimmt stetig zu. Bei solchen Verfahren, auch 3D-Druck genannt, wird ein solches Bauteil durch sukzessives Stapeln einzelner Schichten und deren Verbindung und/oder Verschmelzung hergestellt. Bekannt ist es beispielsweise, durch den Einsatz von Lithographie im Rahmen eines Stereolithographieverfahrens, insbesondere SLA, oder durch den Einsatz eines Lasers im Rahmen eines selektiven Lasersinterverfahrens, insbesondere SLS, einzelne Schichten des Bauteils nacheinander aufzutragen und jeweils auszuhärten. Bei diesen Verfahren werden die Schichten linienförmig aufgetragen, so dass die jeweilige, linienförmige Schicht mit den jeweils benachbarten, linienförmigen Schichten verbunden werden muss. Dies erhöht den Aufwand zur Herstellung des Bauteils erheblich und führt zu einer langen Herstellungsdauer. Beim sogenannten Fused Deposition Modeling kommt ein Schmelzstrang zum Einsatz, der zum Verbinden der einzelnen linienförmigen Schichten aufgeschmolzen wird. Hierdurch lässt sich zwar die Herstellungsdauer verkürzen, die mechanische Stabilität sowie die Qualität der Oberfläche des Bauteils werden jedoch negativ beeinträchtigt.
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Beim sogenannten Multi-Jet-Fusion-Verfahren werden einzelne, flächige Schichten eines das Bauteil ausbildenden Pulvers aufgetragen, wobei nach dem Auftragen der jeweiligen Schicht ein Verbinden mit zumindest einer der benachbarten Schichten durchgeführt wird.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels Auftragens einzelner Schichten sowie eine Nachbehandlung des Bauteils sind in der
WO 2014/197086 A1 beschrieben. Dabei wird das Bauteil nach dem Auftragen der Schichten und deren Verbindung in der Nachbehandlung lokal mit Mikrowellen bearbeitet, um die mechanische Stabilität des Bauteils in der Stapelrichtung der Schichten zu verbessern.
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Nachteilig bei diesen Verfahren ist insbesondere, dass diese aufwändig und zeitintensiv sind.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels Auftragen einzelner Schichten eines das Bauteil ausbildenden Pulvers sowie für ein solches Bauteil verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Qualität des Bauteils und/oder eine verkürzte Herstellungsdauer auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zunächst sämtliche Schichten eines Bauteils aufeinander aufzutragen und somit eine Pulververschüttung zu auszubilden bzw. zu erzeugen, aus der anschließend das Bauteil hergestellt wird, wobei beim Auftragen der Schichten ein mittels elektromagnetischer Strahlung aktivierbares Material mit aufzutragen wird. Erst anschließend erfolgt eine Verbindung der Pulververschüttung zum Ausbilden des Bauteils, indem das Material durch das Bestrahlen eines Volumens des Bauteils mit geeigneten elektromagnetischen Wellen aktiviert wird. Hierdurch entfällt das Verbinden einzelner Schichten des Bauteils bzw. das gesonderte Verbinden des Pulvers der jeweiligen Schicht, bevor nachfolgende Schichten aufgetragen werden können. In der Folge wird die Herstellungsdauer des Bauteils erheblich reduziert und/oder die Qualität des Bauteils verbessert. Insbesondere kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine verbesserte Taktung zur Herstellung des Bauteils erreicht werden, so dass die Bauteile auch kostengünstiger und/oder in einer erhöhten Anzahl hergestellt werden können. Dem Erfindungsgedanken entsprechend, werden zunächst einzelne Schichten eines das Bauteil ausbildenden Pulvers aufgetragen, wobei beim Auftragen der Schichten ein mikrowellenaktives Material mit aufgetragen wird. Das heißt, dass sich das Material durch Bestrahlung mit Mikrowellen zum Verbinden von Pulverpartikel des Pulvers bzw. der Pulververschüttung aktivieren lässt. Durch das Auftragen der Schichten entsteht dabei eine Pulververschüttung, aus der anschließend das Bauteil hergestellt wird. Die jeweilige Schicht ist insbesondere flächig, wobei das Material zwischen benachbarten Schichten und/oder in der jeweiligen Schicht angeordnet sein kann. Das Material kann hierbei polar oder elektrisch leitfähig sein und lässt sich somit gut mit Mikrowellen aktivieren. Anschließend, wenn sämtliche Schichten des Bauteils bereits aufgetragen sind und somit die Pulververschüttung ausgebildet bzw. erzeugt ist, erfolgt ein Verbinden bzw. Verschweißen der Schichten, wobei diese Verbindung ausschließlich durch das Aktivieren des Materials durch Bestrahlung zumindest eines Volumenteils der Pulververschüttung, insbesondere des gesamten Volumens der Pulververschüttung mit Mikrowellen erfolgt. Die Pulverpartikel werden Pulververschüttung wird also zumindest im entsprechenden Volumenteil der Pulververschüttung durch Bestrahlen zumindest des Volumenteils gemeinsam und in allen Raumrichtungen miteinander verbunden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach nicht nach Auftragen jeder einzelnen Schicht die Verbindung dieser Schicht mit anderen Schichten durchgeführt. Es erfolgt vielmehr zunächst das Auftragen sämtlicher Schichten und anschließend ein gemeinsames Verbinden der durch das Auftragen der Schichten ausgebildeten bzw. erzeugten Pulververschüttung mittels Bestrahlung eines entsprechenden Volumens der Pulververschüttung mit Mikrowellen, um das Bauteil herzustellen.
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Die geeigneten Mikrowellen zeichnen sich hierbei insbesondere durch eine entsprechende Wellenlänge und/oder Intensität und deren Abstimmung auf das mikrowellenaktivierbare Material aus.
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Das mikrowellenaktive Material wirkt insbesondere als ein Verbindungsmittel um die Pulverpartikel innerhalb des entsprechenden Volumens der Pulververschüttung miteinander zu verbinden.
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Besonderes bevorzugt ist es, wenn das mikrowellenaktive Material eine Flüssigkeit ist oder zumindest eine Flüssigkeit aufweist. Somit lässt sich das Material vereinfacht und dicht auftragen. Das Material kann insbesondere Glycol aufweisen und Glycol sein.
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Das Pulver ist vorzugsweise absorbierend, um eine verstärkte Verbindung der Pulverpartikel und/oder eine erhöhte Stabilität des Bauteils zu erreichen. Insbesondere kommt es hierdurch zu einem vorteilhaften Zusammenwirken mit dem mikrowellenaktiven Material, was eine weitere Verkürzung der Herstellungsdauer und/oder eine erhöhte mechanische Stabilität des Bauteils zur Folge hat.
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Vorstellbar ist es, dass das Pulver Pulverpartikel aus thermoplastischen Polymeren aufweist, insbesondere aus solchen Pulverpartikeln besteht. Dabei können die Pulverpartikeln aus Polypropylen (PP), Polyehtylen (PE), Acryl Butadien Strol (ABS), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA) oder eine Mischung dieser dieser Polymere, insbesondere deren Elends und Copolymere, bestehen.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die jeweilige Schicht durch einen Strahldruck, insbesondere in der Art eines Tintenstrahldrucks, aufgetragen wird. Hierdurch kann die jeweilige Schicht präzise und mit einer verkürzten Dauer aufgetragen werden. Ebenso ist es vorstellbar, das mikrowellenaktive Material durch einen Strahldruck, insbesondere durch den gleichen Strahldruck, beispielsweise in der eines Tintenstrahldruckers, aufzutragen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden Pulverpartikel des Pulvers zumindest teilweise vor der Bestrahlung mit Mikrowellen mit einem Treibmittel versehen. Hierdurch wird insbesondere ein Schwund beim Bestrahlen des Bauteils mit Mikrowellen reduziert.
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Bevorzugt ist es auch, wenn das mikrowellenaktive Material einen regulierenden Effekt aufweist der eine Überhitzung verhindert bzw. die Ausbildung sogenannter HotSpots vermeidet. In der einfachsten Form eines solchen Selbstregulierenden Charakters weist das mikrowellenaktive Material eine Siedetemperatur um oder knapp oberhalb der Schmelztemperatur des Pulvers auf. Durch Verdampfen des mikrowellenaktiven Materials nach dem Anschmelzen und Verschweißen des Pulvers wird keine weitere Mikrowellstrahlung in diesem Bereich weitere absorbiert.
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Es versteht sich, dass neben dem Verfahren zum Herstellen des Bauteils auch ein solches Bauteil zum Umfang dieser Erfindung gehört. Das Bauteil kann hierbei in einer beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen.
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Vorstellbar ist es insbesondere, das Bauteil in einem Kraftfahrzeug einzusetzen. Dabei kann das Bauteil im Innenraum des Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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