DE102016122131A1

DE102016122131A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bauteils sowie Vorrichtung

Info

Publication number: DE102016122131A1
Application number: DE102016122131.7A
Authority: DE
Inventors: Dennis Bursch; Thomas Bettermann
Original assignee: Weeke Bohrsysteme GmbH
Current assignee: Weeke Bohrsysteme GmbH
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-05-17
Also published as: WO2018091581A1; US20190322039A1; CN110023055A; EP3541605A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, mit den Schritten: Erstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements (10) des Bauteils durch ein additives Verfahren, und Einbringen eines, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten, Füllmaterials (20) in den Abschnitt des Hüllelements (10).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils/eines Werkstücks, wobei das Bauteil zumindest teilweise unter Einsatz eines additiven Verfahrens gefertigt wird. Insbesondere kann ein solches Verfahren im Bereich der Herstellung von Bauteilen für die Möbel- und Bauelementeindustrie zum Einsatz kommen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung sowie ein Produkt.
Stand der Technik
Im Bereich der additiven Verfahren ist bspw. das Dokument DE 2014 206 697 A1 bekannt, das eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erstellen von Volumenkörpern betrifft. Die in diesen Dokument gezeigte Vorrichtung umfasst ein Bearbeitungswerkzeug zur bevorzugt abtragenden Bearbeitung von Werkstücken, eine Zuführeinrichtung zur Zuführung eines additiven Werkstoffs, bspw. teilweise Holzmaterial, wie Holzschaum sowie eine Auftragseinheit zum Ausbilden von Volumenkörpern aus den mittels der Zuführeinrichtung zugeführten Werkstoffs.
Ferner ist es bekannt, im Rahmen eines additiven Verfahrens Werkstücke mit dem Schmelzschichtverfahren (FDM-Verfahren) herzustellen, bei dem ein Bauteil schichtweise aus einem thermoplastischen Kunststoff aufgebaut wird. Hierbei wird ein Kunststoffgranulat oder ein Kunststofffilament aufgeschmolzen, durch eine Düse gedrückt und schichtweise abgelegt.
Bei der Herstellung von Bauteilen im Schmelzschichtverfahren werden zur Erhöhung der Bauteilstabilität und zur Abstützung von Überhängen sogenannte Füll- oder Stützstrukturen erzeugt. Diese Strukturen werden innerhalb oder außerhalb einer Bauteil-Außenkontur erstellt. Füllstrukturen verbleiben im Bauteil, wohingegen Stützstrukturen meist von diesem getrennt werden.
Durch das gewählte Muster dieser Füllstruktur und dessen Skalierung kann die Dichte des gedruckten Bauteils variiert werden sowie eine höhere Festigkeit des Bauteils. Das Muster beeinflusst selbstverständlich auch die Festigkeit des Bauteils. Im Falle einer Stützstruktur wird durch die Wahl des Musters - je nach Anwendungsfall - eine relativ schnelle Herstellung oder eine höhere Festigkeit der Stützstruktur gewährleistet.
Je nach Ausführungsform des eingesetzten 3D-Druckers werden die Füll- oder Stützstrukturen mit derselben Druckeinrichtung wie die Außenkontur oder mit einer separaten Druckeinrichtung erzeugt. Bei einem System mit zwei Druckköpfen können Füllstrukturen auch aus einem anderen thermoplastischen Kunststoff als die Außenkontur hergestellt werden.
Allerdings hat das beschrieben Vorgehen mehrere Nachteile. Insbesondere ist beim Erstellen einer Füllstruktur ein relativ hoher Zeitaufwand zur Fertigung von Bauteilen erforderlich, da jede Bahn der Füllstruktur separat gedruckt werden muss. Dies gilt insbesondere, wenn höhere Festigkeitsanforderungen an das Bauteil mit der genannten Füllstruktur gestellt werden. Üblicherweise erfordert dies einen höheren Materialeinsatz und somit eine längere Fertigungszeit. Ähnliches gilt für das Erstellen von Stützstrukturen gemäß der zuvor beschriebenen Fertigungsweise.
Darüber hinaus führt das bekannte Vorgehen zu einem deutlich erhöhten Energiebedarf, und bei großvolumigen Bauteilen führen die Füllstrukturen zu einem erheblichen Anteil am Gesamtgewicht der Bauteile. Ferner kann durch den Einsatz von Füllstrukturen nur in sehr eingeschränktem Maße Einfluss auf die Bauteildichte genommen werden. Auf Grund der nur partiellen Verbindung zwischen Füllstruktur und Außenhülle wird nur eine begrenzte Festigkeit der Modelle erreicht, sodass die Festigkeit der Bauteile stark von dem ausgewählten Füllmuster abhängt.
Gegenstand der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die im Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise behoben oder reduziert werden, und/oder ein Verfahren bereitzustellen, das eine flexible Fertigung mit einem hohen Durchsatz vereint. Auch werden eine Vorrichtung sowie ein Produkt gefordert, um die genannten Ziele zu erreichen.
Der Gegenstand des Anspruchs 1 stellt ein entsprechendes Verfahren bereit. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Produkt.
Ein Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es, zunächst einen Abschnitt eines Hüllelements mit einem additiven Verfahren, bevorzugt mit einem Schmelzschichtverfahren, zu erstellen. Nachfolgend kann der Abschnitt des Hüllelements, insbesondere nachdem dieser weitestgehend oder vollständig ausgehärtet ist, mit einem Füllmaterial, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten Füllmaterial, gefüllt werden. Somit können beispielsweise relativ großvolumige Bauteile mit einer ggf. komplexen Außenkontur zügig erstellt werden. Die Erfindung ermöglicht somit die Variabilität eines additiven Verfahrens bei relativ zügiger Fertigung.
Das Verfahren nach Anspruch 1 umfasst die folgenden Schritte: Erstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements durch ein additives Verfahren und Einbringen eines, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten, Füllmaterials, insbesondere eines Schaummaterials, in den Abschnitt des Hüllelements. Dabei ist bevorzugt, dass die genannten Schritte in der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
Auf diese Weise kann ein Bauteil erstellt werden. Der Begriff „Bauteil“ bedeutet in diesem Zusammenhang jegliche Art eines zu erstellenden Körpers. Der Begriff „Bauteil“ ist insbesondere gleichzusetzten mit einem „Werkstück“, „Bauelement“ oder ähnlichem. Konkrete Beispiele für Bauteile, Werkstücke oder Bauelemente sind Möbelteile, Fußbodenpaneele, Wandpaneele, Küchenarbeitsplatten, usw..
Als Füllmaterial wird bevorzugt ein sogenanntes Schaumaterial verwendet. Ein „Schaummaterial“ im Sinne der Erfindung bedeutet ein Material, das entweder aufgeschäumt werden kann oder bereits im aufgeschäumten/teilaufgeschäumten Zustand vorliegt. Im Zuge des Aufschäumens werden Poren oder Lufteinschlüsse in das Füllmaterial eingebracht, so dass sich eine poröse oder schaumartige Struktur bildet.
Der Abschnitt des Hüllelements umfasst zumindest eine Öffnung, um das Füllmaterial einzubringen. Beispielsweise kann das Hüllelement einen Bodenabschnitt und einen oder mehrere Seitenwandabschnitte umfassen.
Das eingebrachte Füllmaterial füllt bevorzugt den Abschnitt des Hüllelements zumindest teilweise oder vollständig aus.
Auch ist möglich, derart viel Füllmaterial einzubringen, dass dieses teilweise aus der Öffnung des Hüllelements austritt.
Hierbei kann nachfolgend die Öffnung im Abschnitt des Hüllelements zum Einbringen des Füllmaterials geschlossen werden, und/oder es wird ein weiterer, bevorzugt mit Füllmaterial zu füllender, Abschnitts des Hüllelements erstellt.
Durch den Einsatz eines Füllmaterials, insbesondere Schaummaterials, ist es vorliegend möglich, die Druckzeit beim additiven Verfahren, insbesondere Schmelzschichtverfahren, zum Herstellen von Bauteilen deutlich zu verkürzen. Ferner kann das Gewicht des Bauteils reduziert sowie der Energieverbrauch zu dessen Herstellung gesenkt werden.
Durch die vergleichsweise gute Einstellbarkeit der Eigenschaften des Füllmaterials ergibt sich eine deutlich verbesserte Auswahl der Bauteildichte. Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht die Herstellung von großvolumigen oder auch sehr kleinen Bauteilen mit hohen Festigkeitseigenschaften, da das Füllmaterial im Gegensatz zu bisher bekannten Füllstrukturen vollflächig mit der Außenfläche des Bauteils verbunden wird.
Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Druckzeit deutlich verkürzt werden. Ferner ist es möglich, Bauteilfüllungen durch Einstellung der Eigenschaften des Füllmaterials in relativ kurzer Zeit nach spezifischen Anforderungen zu realisieren.
Die Druckdauer ist durch den Einsatz des Füllmaterials nicht mehr von der Bauteildichte sowie dem Füllmuster abhängig. Ein bestimmtes Füllmuster wird nicht mehr benötigt, wenn das Füllmaterial innerhalb des Füllelements expandiert und somit den zu füllenden Raum vollständig ausfüllt. Die Bauteildichte steht somit in Relation zur Porosität des Füllmaterials sowie zu den Materialeigenschaften des Füllmaterials, wodurch die Applikationszeit nicht beeinflusst wird.
Ferner ist es möglich, die Energiekosten zu senken, da das Füllmaterial nicht aufgeschmolzen werden muss. Auch nimmt das Füllmaterial einen vergleichsweise kleinen Anteil am Gesamtgewicht des Bauteils ein.
Auf Grund der Kenntnis der chemischen Zusammensetzung des konkret eingesetzten Füllmaterials kann die Bauteildichte sehr präzise eingerichtet werden. Ferner hängt die Bauteildichte im Falle eines Schaummaterials auch vom Aufschäumungsgrad sowie von der Porosität des Schaums ab, welche ebenfalls beeinflussbar sind. Durch den Einsatz des Füllmaterials zur Füllung eines Hüllelements können darüber hinaus höhere Festigkeiten als mit konventionellen Füllstrukturen erreicht werden, da eine vollflächige Verbindung des Füllmaterials mit dem Hüllenelement erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich beim additiven Verfahren um ein Schmelzschichtverfahren. Mit diesem kann beispielsweise ein thermoplastisches Material zum Ausbilden des Hüllelements, welches eine Hülle für das nachfolgend einzubringende Füllmaterial bildet, schichtweise aufgebracht werden.
Bevorzugt ist das Füllmaterial ein Polyurethan-Füllmaterial ist, insbesondere ein 2-Komponenten-Polyurethan-Füllmaterial. Dieses kann beispielsweise nach oder während des Einbringens in das Hüllelement expandieren und somit das Hüllelement ausfüllen.
Ferner kann es sich beim Füllmaterial um einen Holzschaum, Aluschaum oder einen Kunststoffschaum handeln.
In einem weiteren Verfahrensschritt kann nach dem Einbringen des Füllmaterials ein freiliegender Bereich des Füllmaterials mit einem abtragenden Verfahren bearbeitet werden, um eine ebene Oberfläche zu erstellen. Auf diese weitere Oberfläche könnte gedruckt oder ein anderes Material aufgetragen werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird vor dem Einbringen, beim Einbringen oder nach dem Einbringen des Füllmaterials ein Aufschäumen des Füllmaterials erfolgt, insbesondere durch Zugabe eines Treibgases, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, oder durch Beimischen eines Aufschäummittels. Somit kann ein Ausfüllen des Hüllelements beschleunigt werden. Ferner ist es möglich, die Porengröße des Füllmaterials durch eine Änderung der Art und/oder Menge des Treibgases zu ändern.
Wird das Füllmaterial vor dem Einbringen aufgeschäumt, so gelangt dieses im aufgeschäumten Zustand in das Hüllelement. Erfolgt ein Aufschäumen während des Einbringens, so liegt das Füllmaterial in einem zumindest teilweise aufgeschäumten Zustand vor, wobei das Füllmaterial im Hüllelement ggf. weiter aufschäumt oder aufgeschäumt wird. Ein Aufschäumen nach dem Einbringen des Füllmaterials bedeutet, dass das Füllmaterial in einem flüssigen oder pastösen Zustand in das Hüllelement eingebracht und in diesem aufschäumt oder aufgeschäumt wird.
Insbesondere geht ein Treibgas bei Temperaturänderung von einem festen/flüssigen Zustand in einen gasförmigen Zustand über.
Beispielsweise kann das genannte Treibgas in kryogener Form bzw. als Kryogen, wie etwa in Form von flüssigem Stickstoff oder Trockeneis (gefrorenes Kohlendioxid), zugegeben werden.
Wird beispielsweise mehr Treibgas zugegeben werden unmittelbar größere Poren erhalten und umgekehrt. Die Handhabung ist entsprechend vergleichsweise einfach. Ferner lässt sich das Verhältnis zwischen Aktion und Reaktion in vorteilhafter Weise einstellen.
Wird ein Aufschäummittel verwendet, so kann dieses die aufschäumende Wirkung beispielsweise temperaturabhängig auslösen. Dies kann beispielsweise durch Heizelement an der Düse der Schaumaustragsvorrichtung erreicht werden.
Ferner ist es möglich, dass das Füllmaterial aus zwei Komponenten gemischt wird, wobei die beiden Komponenten eine aufschäumende Wirkung zur Aufschäumung des Auftragungsmaterials haben, und die aufschäumende Wirkung von dem Verhältnis der beiden Komponenten abhängt.
Die aufschäumende Wirkung entfaltet sich beispielsweise durch die Reaktion der beiden Komponenten miteinander. Hierbei ist es möglich, dass ein Reaktionsprodukt besagter Reaktion im Auftragungsmaterial einen Aufschäumvorgang induziert. Beispielsweise kann ein Gas wie Kohlendioxid freigesetzt werden, um die Aufschäumwirkung zur erreichen.
Die Verwendung eines 2-Komponenten-Schaums hat den Vorteil, das Aufschäumen gut steuerbar ist und somit die Porengröße eingestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Hüllelement mit einer Beschichtung oder einem Dekorelement (wie ein Echtholzfurnier, ein Kunststoffstreifen, usw.) versehen und/oder bedruckt werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils, umfassend: eine erste Vorrichtung, insbesondere eine Druckeinrichtung, zum Erstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements durch ein additives Verfahren, eine zweite Vorrichtung, insbesondere Schaumaustragsvorrichtung, wobei die zweite Vorrichtung eingerichtet ist, ein aufschäumbares oder zumindest teilweise aufgeschäumtes Füllmaterial auszubringen und in den Abschnitt des Hüllelements einzubringen.
Durch die Kombination aus erster Vorrichtung zum Erstellen eines Hüllelements und zweiter Vorrichtung zum Füllen des Hüllelements kann eine Fertigung eines Bauteils deutlich beschleunigt werden. Ferner können Bauteile bedarfsgerecht erstellt werden. Bezüglich weiterer Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Es ist bevorzugt, dass die erste Vorrichtung, insbesondere Druckeinrichtung, und die zweite Vorrichtung, Schaumaustragsvorrichtung, an einem Träger, insbesondere Ausleger oder Portal, angebracht sind, insbesondere an einem entlang des Trägers verfahrbaren Schlittens. Somit kann eine kompakte Bauweise realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Vorrichtung einen Extruder, der eingerichtet ist, ein Granulat oder ein drahtförmiges Material zu erwärmen und auszubringen. Somit kann das Hüllelement in einem Schmelzschichtverfahren erstellt werden.
Die Vorrichtung kann darüber hinaus ein Bearbeitungsaggregat zum spanenden Bearbeiten umfassen, insbesondere ein Fräsaggregat, ein Bohraggregat oder eine Schleifaggregat. Dabei ist es ferner bevorzugt, dass das Bearbeitungsaggregat mit der ersten Vorrichtung (Druckeinrichtung) und/oder der zweiten Vorrichtung (Schaumaustragsvorrichtung) an einem Träger, insbesondere Ausleger oder Portal, angebracht ist, weiter bevorzugt an einem entlang des Trägers verfahrbaren Schlittens.
Ferner ist bevorzugt, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der obigen Aspekte auszuführen. Umgekehrt ist das Verfahren gemäß weiterer Varianten dazu vorgesehen, unter Einsatz einer Vorrichtung gemäß einem der genannten Aspekte zu arbeiten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bauteil, insbesondere ein Möbelstück, wie zum Beispiel eine Küchenarbeitsplatte, eine Möbelfront, ein Einlegebrett, ein Bodenbelagselement, Theke, oder ähnliches, umfassend: Zumindest ein Hüllelement aus einem ersten Material, das zumindest einen Abschnitt einer Außenfläche des Produkts bildet, und ein Füllmaterial, das innerhalb des zumindest einen Hüllelements angeordnet ist und dieses ausfüllt, wobei das zumindest eine Hüllelement durch ein additives Verfahren, insbesondere ein Schmelzschichtverfahren, hergestellt ist.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, ein Hüllelement einzusetzen, das aus einem massiven Körper in einem abtragenden Verfahren gefertigt wurde. Hierbei kann das alternative Verfahren die folgenden Schritte aufweisen:
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, umfassend die Schritte: Bereitstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements des Bauteils durch ein abtragendes Verfahren, insbesondere durch Fräsbearbeitung, und Einbringen eines Füllmaterials in den Abschnitt des Hüllelements.
Auch dieses Verfahren kann mit einem der abhängigen Ansprüche und/oder einer der zuvor erläuterten Ausführungsformen kombiniert werden.
Gemäß der weiteren Zielrichtung wird ferner ein Bauteil bereitgestellt, das aufweist: Zumindest ein Hüllelement aus, das zumindest einen Abschnitt einer Außenfläche des Produkts bildet, und ein Füllmaterial, das innerhalb des zumindest einen Hüllelements angeordnet ist und dieses ausfüllt, wobei in eine Aussparung im Füllmaterial ein weiteres Material, insbesondere Kunststoffmaterial, eingebracht ist, insbesondere zur Ausbildung eines Lagers.
Figurenliste

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren beispielhafte Verfahrensabläufe erfindungsgemäßer Verfahren beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen bestimmter Verfahrensschritte können jeweils einzeln miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
Zunächst wird im Rahmen des Verfahrens in einem ersten Verfahrensschritt S1 ein Hüllelement 10 mittels eines Schmelzschichtverfahrens erstellt (gedruckt). Hierzu wird in einem Extruder ein entsprechendes Material, insbesondere thermoplastisches Material, aufgeschmolzen und durch eine Düse der Druckeinrichtung 1 gedrückt.
Nachdem das Hüllelement 10 mit einer in vertikaler Richtung nach oben offenen Seite im Verfahrensschritt S1 hergestellt wurde, wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt S2 mittels einer Schaumaustragsvorrichtung 2 (Schaumdüse) ein Schaummaterial 20 als Beispiel eines Füllmaterials in das Hüllelement 10 eingebracht. Hierbei wird das Hüllelement 10 im Wesentlichen vollständig ausgefüllt.
Bei dem genannten Schaummaterial 20 kann es sich bspw. um einen reaktiven Schaum, wie ein PU-Schaum, handeln, der gewissermaßen in das Hüllelement 10 eingespritzt wird und dort expandiert. Im Zuge des Aushärtens des Schaummaterials 20 verbindet sich dieses auch mit der Innenseite des Hüllelements 10.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt S3 wird das im Bereich der offenen Seite des Hüllelements 10 vorliegende, unebene oder überstehende Schaummaterial 20 entfernt. Hierzu wird ein Fräsaggregat 3 eingesetzt, mit dem das überstehende Schaummaterial 20 abgefräst und somit eine ebene Oberfläche des Schaummaterials 20 erreicht wird. Das Fräsaggregat 3 kann ein 3-Achs-Fräsaggregat, 4-Achs-Fräsaggregat oder ein 5-Achsfräsaggregat sein.
Nach Durchführen der Fräsbearbeitung liegt im Verfahrensschritt S4 ein Zwischenprodukt vor, bei dem die seitlichen Bereiche sowie die Unterseite des Zwischenprodukts durch das Hüllelement 10 und die Oberseite des Zwischenprodukts im Wesentlichen durch das geglättete bzw. abgefräste Schaummaterial 20 gebildet werden. Der Verfahrensschritt S4 kann die Reinigung des Zwischenprodukts umfassen.
In einem weiteren Verfahrensschritt S5 wird nunmehr ein Abschnitt des abgefrästen Schaummaterials mittels der Druckeinrichtung 1 im Schmelzschichtverfahren bedruckt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierbei abschnittsweise eine ebene Oberfläche als Teil des Hüllelements 10 erstellt.
Ferner wird in einem Verfahrensschritt S6 eine weitere Außenkontur gedruckt, und somit das Hüllelement 10 gewissermaßen erweitert. Die im Verfahrensschritt erstellte Außenkontur definiert einen Hohlraum. Nachdem der Außenbereich des erweiterten Hüllelements 10 erstellt wurde, wird der erstellte Hohlraum mit Schaum gefüllt (Verfahrensschritt S7). Der Öffnungsbereich des erweiterten Hüllelements 10 wird ebenfalls abgefräst und im Zuge dessen die überstehenden Teile des Schaummaterials entfernt (Verfahrensschritt S8).
Nachfolgend wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der noch freiliegende Abschnitt des Schaummaterials mit der Druckeinrichtung bedruckt und somit das Hüllelement geschlossen (Verfahrensschritte S9, S10). Dabei kann nach dem Verfahrensschritt 8 ein Reinigen vorgenommen werden.
Im Rahmen der hier beschriebenen Ausführungsform wurde ein Herstellungsverfahren zum Erstellen eines relativ einfachen Bauteils beschrieben. Es ist ersichtlich, dass mit dem beschriebenen Vorgehen auch komplexe Bauteile hergestellt werden können. Insbesondere ist es möglich, die Verfahrensschritte beliebig oft zu wiederholen, um das Bauteil zu erweitern. Dies gilt insbesondere für die Verfahrensschritte S6-S8.
Bei dem beschriebenen Verfahren kann die Bauteildichte durch das Aufschäumverhalten bzw. Porosität des eingesetzten Schaummaterials 20 gesteuert werden. Je nach eingesetztem Schaumsystem kann die Porosität mit einer hohen Genauigkeit eingestellt werden. Dies gilt insbesondere bei 2K-PU Schäumen, z.B. durch das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten.
Das vorliegende Verfahren kann bspw. beim Erstellen von Möbelteilen zum Einsatz kommen, bspw. von Küchenarbeitsplatten, Tischplatten, Möbelfronten, Einlegebrettern, Bodenbelägen, und ähnlichem. Insbesondere ist das Verfahren für großvolumige Bauteile geeignet.
Ferner ist es möglich, die derart hergestellten Bauteile mit einfach strukturierten Bauteilen zu ergänzen, bspw. mittels eines adhäsiven Verfahrens weitere Elemente zu verbinden. Rein beispielhaft könnte ein Bauteil, welches entsprechend dem vorgehend in 1 gezeigten Verfahren hergestellt wird, an einem plattenförmigen Werkstück erstellt werden, um ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen komplexer Bauteile bereitzustellen.
Obwohl im Rahmen des unter Bezugnahme auf 1 beschrieben Verfahrens das Schaummaterial in vertikaler Richtung von oben in das Hüllelement 10 eingebracht wird, ist es ferner möglich, das Schaummaterial auch seitlich in eine Öffnung im Hüllelement einzubringen.
Ferner ist es möglich, innerhalb des Hüllelements 10 eine Füllstruktur mit zu drucken, wenn bspw. erhöhte Festigkeitsanforderungen gestellt werden, oder wenn das Hüllelement 10 relativ dünnwandig ausgeführt wird.
Nachfolgend wird anhand 2 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt A1 ein Abschnitt eines Hüllelements 10 erstellt. Verfahrensschritt A1 könnte dabei Verfahrensschritt S1 gemäß 1 entsprechen.
Nachfolgend wird in einem (in 2 nicht dargestellten) Verfahrensschritt das Schaummaterial 20 in das Hüllelement 10 eingebracht und nachfolgend mittels eines Fräswerkzeugs eine ebene Oberfläche hergestellt. Das Hüllelement 10 mit dem Schaummaterial 20 liegt nun in der im Verfahrensschritt A2 gezeigten Form vor.
Nun wird im Bereich des Schaummaterials 20 ein ringförmiger Abschnitt 25 mittels eines abtragenden Verfahrens entnommen. Beispielsweise wird ein Bohrer oder Fräser hierfür eingesetzt, die sich hierfür besonders eignen. Mittig zum ringförmigen Abschnitt 25 verbleibt ein stiftförmiger Körper 26 aus dem Schaummaterial 20 (Verfahrensschritt A3).
Nachfolgend wird der ringförmige Abschnitt 25 mit einem Kunststoffmaterial 30 verfüllt (Verfahrensschritt A4). Das Kunststoffmaterial 30 kann bspw. in flüssiger oder pastöser Form in den ringförmigen Abschnitt 25 eingebracht werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt A5 wird nunmehr mittels eines Bohrers/Fräsers der stiftförmige Körper 26 aus Schaummaterial 20 entfernt. Somit bildet das Kunststoffmaterial 30 einen Körper aus, durch den in einem weiteren Verfahrensschritt A6 ein Stift 40 eingefügt werden kann.
Der Stift 40 ist hierbei lediglich exemplarisch zu betrachten. Alternativ könnte auch eine Welle in den Kunststoffkörper 30 eingeführt werden. Hierbei kann ein Kunststoffmaterial verwendet werden, dass Eigenschaften eines Gleitlagers aufweist.
Darüber hinaus ist in der hier beschriebenen Ausführungsform ein ringförmiger Abschnitt 25 dargestellt, in den das Kunststoffmaterial 30 verfüllt. Der ringförmige Abschnitt 25 könnte auch als eckiger Abschnitt, ovaler Abschnitt, usw. mit oder ohne mittige Öffnung ausgebildet werden.
Auch im Rahmen der zweiten Ausführungsform können die zuvor genannten Alternativen durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Ausgestaltung des Hüllelements 10 beliebig komplex sein, nachdem das Hüllelement 10 mittels eines additiven Verfahrens hergestellt wird.
Auch wenn im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform als Füllmaterial ein Schaummaterial beschrieben wird, welches vor dem Einbringen, beim Einbringen oder nach dem Einbringen in den Abschnitt des Hüllelements 10 aufgeschäumt wird, sind im Rahmen der Erfindung auch andere Füllmaterialien denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2014206697 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, umfassend die Schritte: Erstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements (10) des Bauteils durch ein additives Verfahren, und Einbringen eines, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten, Füllmaterials (20) in den Abschnitt des Hüllelements (10).
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das additive Verfahren ein Schmelzschichtverfahren umfasst, bevorzugt unter Einsatz eines thermoplastischen Materials ist.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (20) Holzschaum, Aluminiumschaum, Kunststoffschaum oder ein Polyurethan-Schaummaterial ist, insbesondere ein 2-Komponenten-Polyurethan-Schaummaterial.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine derartige Menge an Füllmaterial in den Abschnitt des Hüllelements (10) eingebracht wird, dass das Füllmaterial aus dem Abschnitt des Hüllelements austritt, und bevorzugt nach dem Einbringen des Füllmaterials ein freiliegender Bereich des Füllmaterials mit einem abtragenden, bevorzugt spanenden, Verfahren bearbeitet wird, insbesondere um eine ebene Oberfläche zu erstellen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: Erstellen zumindest einer Schicht am Füllmaterial (20) mittels eines additiven Verfahrens, insbesondere Schmelzschichtverfahren, zum zumindest abschnittsweisen Abdecken des Füllmaterials (20).
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: Erstellen zumindest eines weiteren Abschnitts des Hüllelements (10), insbesondere durch ein additives Verfahren, weiter bevorzugt ein Schmelzschichtverfahren, wobei bevorzugt ist, dass der zumindest eine weitere Abschnitt des Hüllelements nachfolgend mit einem Füllmaterial gefüllt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen, beim Einbringen oder nach dem Einbringen des Füllmaterials ein Aufschäumen des Füllmaterials erfolgt, insbesondere durch Zugabe eines Treibgases, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, oder durch Beimischen eines Aufschäummittels.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Erstellens zumindest eines Abschnitts des Hüllelements und des Einbringens eines Füllmaterials (20) in den Abschnitt des Hüllelements (10), insbesondere mehrfach, wiederholt werden.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (10) mit einer Beschichtung oder einem Dekorelement versehen und/oder bedruckt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zumindest einen Abschnitt oder dem zumindest einen weiteren Abschnitt des Hüllelements (10) eine Stützstruktur ausgebildet wird, um das zu erstellende Bauteil abzustützen, wobei das Bauteil mit den Schritten nach Anspruch 1 erstellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Füllmaterial (20), das in den Abschnitt des Hüllelements (10) eingebracht wurde, eine Aussparung (25) eingebracht wird, insbesondere durch eine abtragendes Verfahren, beispielsweise unter Einsatz eines Bohrers oder Fräsers.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Aussparung ein fließfähiges oder pastöses Material, insbesondere Kunststoffmaterial, eingebracht wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils, umfassend: eine erste Vorrichtung (1), insbesondere Druckvorrichtung, zum Erstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements (10) des Bauteils durch ein additives Verfahren, und eine zweite Vorrichtung (2) zum Einbringen eines, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten, Füllmaterials (20) in den Abschnitt des Hüllelements (10).
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (1) und die zweite Vorrichtung (2) an einem Träger, insbesondere Ausleger, Portal oder Gelenkarmroboter, angebracht sind, insbesondere an einem entlang des Trägers verfahrbaren Schlitten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (1) einen Extruder umfasst, der eingerichtet ist, ein drahtförmiges Material, insbesondere thermoplastischen Material, zu erwärmen und auszubringen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ein Bearbeitungsaggregat (3) zum abtragenden, insbesondere spanenden, Bearbeiten umfasst, insbesondere ein Fräsaggregat, ein Bohraggregat oder eine Schleifaggregat, wobei bevorzugt ist, dass das Bearbeitungsaggregat (3) mit der ersten Vorrichtung (1) und/oder der zweiten Vorrichtung (2) an einem Träger, insbesondere Ausleger, Portal oder Gelenkarmroboter, angebracht sind, weiter bevorzugt an einem entlang des Trägers verfahrbaren Schlitten.
Bauteil, insbesondere ein Möbelstück, wie zum Beispiel eine Küchenarbeitsplatte, eine Möbelfront, ein Einlegebrett, ein Bodenbelagselement, Theke, oder ähnliches, umfassend: Zumindest ein Hüllelement (10), das zumindest einen Abschnitt einer Außenfläche des Produkts bildet, und ein Füllmaterial, insbesondere ein Füllmaterial (20), das innerhalb des zumindest einen Hüllelements (10) angeordnet ist und dieses ausfüllt, wobei das zumindest eine Hüllelement (10) durch ein additives Verfahren, insbesondere ein Schmelzschichtverfahren, hergestellt ist.