DE102016200303A1 - Method for modeling a contact structure and computer-readable medium - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung einer Kontaktstruktur (6) in der rechnerunterstützten Konstruktion eines additiv herzustellenden Werkstücks (100), wobei das Verfahren das Erfassen eines Konstruktionsbereichs (4) für das additiv herzustellende Werkstück (100) auf einem Modellsubstrat (1‘) umfasst sowie das Erfassen von Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück (100‘) und das Erstellen mindestens einer Geometrie für die Kontaktstruktur (6) in dem Konstruktionsbereich (4) und in Abhängigkeit der Konstruktionsparameter, wobei die mindestens eine Geometrie derart berechnet wird, dass ein auf einem dem Modellsubstrat (1‘) entsprechenden Substrat (1) additiv hergestelltes Werkstück (100) durch Zerteilen von dem Substrat (1) getrennt werden kann. Es wird weiterhin ein computerlesbares Medium angegeben, umfassend ausführbare Programmanweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungseinrichtung die beschriebenen Schritte durchführen zu lassen.The invention relates to a method for modeling a contact structure (6) in the computer-aided design of an additively produced workpiece (100), the method comprising detecting a construction area (4) for the workpiece (100) to be produced additively on a model substrate (1 ') and acquiring design parameters for the additive-to-be-fabricated workpiece (100 ') and creating at least one geometry for the contact structure (6) in the design region (4) and depending on the design parameters, wherein the at least one geometry is calculated such that one a workpiece (100) produced additively by the substrate (1 ') of the model substrate (1) can be separated by dividing it from the substrate (1). A computer-readable medium is also specified, comprising executable program instructions which are suitable for having a data processing device carry out the described steps.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung einer Kontaktstruktur in der rechnerunterstützten Konstruktion eines additiv herzustellenden Werkstücks und ein entsprechendes computerlesbares Medium, beispielsweise ein Speichermedium. The present invention relates to a method for modeling a contact structure in the computer-aided design of an additively manufactured workpiece and a corresponding computer-readable medium, for example a storage medium.
Ein computerlesbares Medium und ein entsprechendes Verfahren sind beispielsweise bekannt aus
Die additive oder generative Fertigung von Werkstücken oder Bauteilen erfolgt meistens direkt anhand von rechnerinternen Datenmodellen. Dabei wird das Werkstück vorzugsweise durch einen Urformprozess, beispielsweise mittels pulverbettbasierten Verfahren hergestellt und/oder aufgebaut, wobei vorteilhafterweise im Wesentlichen auf zerspanende Arbeitsschritte verzichtet werden kann. Bekannte Verfahren sind insbesondere das selektive Laserschmelzen (SLM: englisch für „Selective Laser Melting“), das selektive Lasersintern (SLS: englisch für „Selective Laser Sintering“) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM: englisch für „Electron Beam Melting“). The additive or generative production of workpieces or components usually takes place directly on the basis of computer-internal data models. In this case, the workpiece is preferably produced and / or constructed by a primary molding process, for example by means of powder bed-based processes, it being possible to dispense essentially essentially with machining operations. Known methods are in particular the selective laser melting (SLM: English for "Selective Laser Melting"), the selective laser sintering (SLS: English for "Selective Laser Sintering") and the electron beam melting (EBM: English for "Electron Beam Melting").
Zur Darstellung eines Bauteiles beispielsweise mittels SLM wird ein Pulverbett mittels eines Laserstrahles gemäß einer vorgegebenen Belichtungsgeometrie belichtet, wobei die Daten aus einer 3D-Datei erzeugt werden können. In einem ersten Schritt wird das Werkstück oder Bauteil in einzelne Schichten unterteilt. In einem zweiten Schritt werden für jede Schicht die Bahnen oder Vektoren erzeugt, die der Laserstrahl abfährt. Ist eine Pulverschicht belichtet, so wird die Bauteilplattform abgesenkt und eine neue Schicht Pulver mittels eines Schiebers, beispielsweise eines Rechens aufgebracht und dann erneut mit dem Laser, welcher das Pulver aufschmilzt und verfestigen lässt, belichtet. Häufig wird in der additiven Fertigung das Werkstück mithilfe von gängigen rechnerunterstützten Konstruktionen oder CAD (englisch für „Computer Aided Design“) entworfen und insbesondere bei 3D Konstruktionen einschlägige Materialparameter häufig mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) simuliert. To display a component, for example by means of SLM, a powder bed is exposed by means of a laser beam in accordance with a predetermined exposure geometry, wherein the data can be generated from a 3D file. In a first step, the workpiece or component is divided into individual layers. In a second step, the tracks or vectors are generated for each layer, which moves off the laser beam. If a powder layer is exposed, the component platform is lowered and a new layer of powder is applied by means of a slider, for example a rake, and then exposed again with the laser, which melts and solidifies the powder. Often, in additive manufacturing, the workpiece is designed using common computer-aided designs or CAD (English for "Computer Aided Design"), and in particular in 3D constructions relevant material parameters are often simulated by means of finite element analysis (FEA).
Weiterhin kann durch CAM-Technologie (englisch für „Computer Aided Manufacturing“) komplett auf die Verwendung von technischen Zeichnungen verzichtet werden. Furthermore, through CAM technology (English for "Computer Aided Manufacturing") completely dispensed with the use of technical drawings.
Weiterhin müssen beim SLM-Verfahren häufig Stützstrukturen herangezogen werden, um beispielsweise Überhänge im Werkstück bezogen auf ein Herstellungssubstrat oder auf eine Bauteilplattform während der Fertigung abzustützen und/oder die Wärme des zum Aufschmelzen des Pulvers benutzten Laserstrahls abzuführen. Bei besonders kleinen additiv zu fertigenden Teilen kann dagegen auf Stützstrukturen verzichtet werden, da die Wärmeabfuhr kein so großes Problem darstellt. Furthermore, support structures often have to be used in the SLM process in order, for example, to support overhangs in the workpiece relative to a production substrate or to a component platform during production and / or to dissipate the heat of the laser beam used to melt the powder. On the other hand, it is possible to dispense with support structures for particularly small parts to be manufactured in an additive manner, since heat removal is not such a big problem.
Da die Werkstücke durch den Schmelzprozess (vergleiche SLM- und EBM-Verfahren) vorzugsweise stoffschlüssig mit einem Bauteilsubstrat verbunden werden, müssen die Werkstücke nach dem additiven Aufbau durch aufwendige mechanische oder zerspanende Bearbeitungsschritte wieder vom Substrat getrennt werden. Als Alternative dazu kann auch auf Bruchstrukturen („easy-to-break“-Strukturen) zurückgegriffen werden, wobei das Werkstück durch Brechen oder Krafteinwirkung nach dem Aufbau wieder vom Substrat getrennt werden kann. Since the workpieces are connected by the melting process (compare SLM and EBM process) preferably cohesively with a component substrate, the workpieces must be separated by the additive structure by complex mechanical or machining operations again from the substrate. As an alternative to this, it is also possible to resort to fracture structures ("easy-to-break" structures), in which case the workpiece can be separated from the substrate again by breaking or applying force after assembly.
Die additive Herstellung von Werkstücken, beispielsweise Kunststoffen, keramischen Werkstücken oder auch metallischen Werkstücken wie beispielsweise Turbinenkomponenten, insbesondere Teilen im Heißgaspfad von Gasturbinen, bietet eine Vielzahl von Vorteilen hinsichtlich der Fertigung als auch der Reparatur dieser Werkstücke. Von besonderer Bedeutung ist im Zusammenhang mit dem eigentlichen additiven Aufbau ebenfalls die Verarbeitung oder das Handling der Konstruktionsdaten, die Simulation und die Modellierung der entsprechenden Bauteilgeometrie. Als besonders aufwendig erweist sich in der CAD-Konstruktion beispielsweise die Modellierung der oben genannten komplizierten Bruchstrukturen. The additive production of workpieces, such as plastics, ceramic workpieces or metallic workpieces such as turbine components, in particular parts in the hot gas path of gas turbines, offers a variety of advantages in terms of manufacturing and repair of these workpieces. Of particular importance in connection with the actual additive structure is also the processing or the handling of the design data, the simulation and the modeling of the corresponding component geometry. For example, the modeling of the above-mentioned complicated fracture structures proves to be particularly complicated in CAD design.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen die genannten Probleme gelöst und eine entsprechende Konstruktion und/oder additive Herstellung der Werkstücke verbessert werden können. It is therefore an object of the present invention to provide means by which the stated problems can be solved and a corresponding construction and / or additive production of the workpieces can be improved.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung einer Kontaktstruktur bzw. ein Modellierungsverfahren in der rechnerunterstützten Konstruktion. One aspect of the present invention relates to a method for modeling a contact structure or a modeling method in the computer-aided design.
Mit der rechnergestützten Konstruktion kann vorliegend ein CAD- und/oder CAM-Verfahren bezeichnet sein. Die genannte Konstruktion bezieht sich vorliegend auf ein additiv herzustellendes Werkstück. Die Kontaktstruktur ist oder wird vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie als feste Verbindung zwischen dem Substrat und dem herzustellenden Werkstück während der Herstellung fungiert. The computer-aided design can be referred to herein as a CAD and / or CAM method. The construction referred to in the present case relates to an additively produced workpiece. The contact structure is or is preferably formed so that it acts as a strong connection between the substrate and the workpiece to be produced during manufacture.
In einer Ausgestaltung ist das Verfahren vorzugsweise mit einer Datenverarbeitungseinrichtung durchführbar. In one embodiment, the method is preferably feasible with a data processing device.
Das Verfahren umfasst das Erfassen eines Konstruktionsbereichs für das additiv herzustellende Werkstück oder dessen Konstruktion auf einem Substrat oder Modellsubstrat. The method includes detecting a design area for the workpiece to be manufactured additively or its construction on a substrate or model substrate.
Bei dem Modellsubstrat handelt es sich vorzugsweise um ein rechnergestützt konstruiertes und/oder modelliertes Substrat, welches beispielsweise mittels FEA ein reales Substrat oder dessen Eigenschaften möglichst genau simulieren soll. The model substrate is preferably a computer-aided constructed and / or modeled substrate which is intended to simulate a real substrate or its properties as accurately as possible, for example by means of FEA.
Der Konstruktionsbereich beschreibt vorzugsweise einen Bereich einer Grundfläche des herzustellenden Werkstücks und oder eines entsprechenden Modells. Vorzugsweise bezeichnet der Konstruktionsbereich den Bereich des additiv herzustellenden Werkstücks, welcher für den additiven Aufbau direkt mit dem Substrat verbunden ist oder verbunden wird. The construction area preferably describes a region of a base area of the workpiece to be produced and / or a corresponding model. Preferably, the construction area refers to the area of the workpiece to be manufactured additively, which is directly connected or connected to the substrate for the additive construction.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Erfassen von Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück. The method further includes detecting design parameters for the workpiece to be additively manufactured.
In einer Ausgestaltung umfassen die Konstruktionsparameter Materialinformationen über die Materialien als auch die Materialeigenschaften des additiv herzustellenden Werkstücks und/oder des Substrats. In one embodiment, the design parameters comprise material information about the materials as well as the material properties of the workpiece to be produced additively and / or of the substrate.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Erstellen und/oder Berechnen mindestens einer Geometrie für die Kontaktstruktur in dem Konstruktionsbereich und in Abhängigkeit der Konstruktionsparameter. Dabei kann die virtuelle Geometrie ein 3D-Modell und/oder eine andere Anzeige umfassen, welche beispielsweise einem Benutzer oder einer Person, welche das beschriebene Verfahren durchführt, angezeigt werden kann. The method further includes creating and / or computing at least one geometry for the contact structure in the design area and depending on the design parameters. In this case, the virtual geometry may include a 3D model and / or another display, which may be displayed, for example, to a user or a person performing the described method.
Die genannte mindestens eine Geometrie wird derart berechnet, dass ein auf einem dem Modellsubstrat entsprechenden realen Substrat additiv hergestelltes Werkstück durch Zerteilen, beispielsweise mechanisches und/oder manuelles Zerteilen, von dem Substrat getrennt werden kann. Dazu kann die Kontaktstruktur beispielsweise eine oder mehrere Sollbruchstellen umfassen. The said at least one geometry is calculated in such a way that a workpiece produced additively on a real substrate corresponding to the model substrate can be separated from the substrate by cutting, for example mechanical and / or manual cutting. For this purpose, the contact structure may include, for example, one or more predetermined breaking points.
Das Werkstück wird vorzugsweise auf dem Modellsubstrat und insbesondere unmittelbar auf der Kontaktstruktur konstruiert. The workpiece is preferably constructed on the model substrate, and especially directly on the contact structure.
Das genannte Zerteilen bezeichnet vorzugsweise ein manuelles Brechen oder anderweitiges Zerteilen ohne zerspanende oder spanende Bearbeitung. Said dicing preferably designates manual breaking or otherwise dicing without machining or machining.
Mithilfe des beschriebenen Verfahrens wird vorteilhafterweise erreicht, eine Kontaktstruktur anzugeben die automatisch modelliert wurde, ohne dass eine „manuelle“ Modellierung, beispielsweise einzelner Kontaktstrukturelemente erforderlich ist. Zweckmäßigerweise ermöglicht die beschriebene Kontaktstruktur auf einfache Weise das Lösen oder Trennen des Werkstücks von dem Substrat. By means of the described method, it is advantageously achieved to specify a contact structure which has been modeled automatically, without requiring "manual" modeling, for example individual contact structure elements. Conveniently, the described contact structure enables in a simple manner the release or separation of the workpiece from the substrate.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares, vorzugsweise nicht-flüchtiges Medium oder Speichermedium umfassend ausführbare Programmanweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungseinrichtung die folgenden Schritte durchführen zu lassen:
- – Erfassen eines Konstruktionsbereichs für das additiv herzustellende Werkstück auf dem Substrat bzw. Modellsubstrat,
- – Erfassen von Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück und
- – Erstellen mindestens einer Geometrie für die Kontaktstruktur in dem Konstruktionsbereich und in Abhängigkeit der Konstruktionsparameter, wobei die mindestens eine Geometrie derart berechnet wird, dass ein auf einem dem Modellsubstrat entsprechenden Substrat additiv hergestelltes Werkstück durch Zerteilen von dem Substrat getrennt werden kann.
- Detecting a construction area for the workpiece to be produced additively on the substrate or model substrate,
- - Recording design parameters for the additive to be produced workpiece and
- Creating at least one geometry for the contact structure in the construction area and depending on the design parameters, wherein the at least one geometry is calculated such that a workpiece produced additively on a substrate corresponding to the model substrate can be separated from the substrate by dicing.
In einer Ausgestaltung wird die mindestens eine Geometrie für die Kontaktstruktur derart berechnet, dass die Geometrie eine Vielzahl von Geometrieelementen für eine Vielzahl von Kontaktstrukturelementen der Kontaktstruktur aufweist. Durch diese Ausgestaltung kann besonders vorteilhaft eine zweckmäßige Kontaktstruktur ausgebildet werden. In one embodiment, the at least one geometry for the contact structure is calculated such that the geometry has a multiplicity of geometric elements for a plurality of contact structure elements of the contact structure. By means of this embodiment, a suitable contact structure can be formed particularly advantageously.
In einer Ausgestaltung ist jedes Kontaktstrukturelement über eine Kontaktfläche mit dem Substrat und/oder des Modellsubstrats verbunden. In one embodiment, each contact structure element is connected to the substrate and / or the model substrate via a contact surface.
Gemäß der gewählten Nomenklatur entspricht die Geometrie in dem Modell also der Kontaktstruktur in der realen oder physischen Welt und die Geometrieelemente entsprechend den Kontaktstrukturelementen. According to the selected nomenclature, the geometry in the model thus corresponds to the contact structure in the real or physical world and the geometry elements corresponding to the contact structure elements.
In einer Ausgestaltung sind die Kontaktflächen rechteckig quadratisch, polygonal, kreisförmig und/oder oval geformt. In one embodiment, the contact surfaces are rectangular square, polygonal, circular and / or oval shaped.
In einer Ausgestaltung ist die Summe der Flächeninhalte der Kontaktflächen um ein Vielfaches, beispielsweise das Fünffache, Zehnfache oder Zwanzigfache, kleiner als ein Flächeninhalt des Konstruktionsbereichs. Durch diese Ausgestaltung ermöglicht die Kontaktstruktur besonders zweckmäßig das nachträgliche Ablösen oder Trennen des Werkstücks vom Substrat. In one embodiment, the sum of the surface areas of the contact surfaces by a multiple, for example, five times, ten times or twenty times smaller than an area of the construction area. With this configuration, the contact structure allows particularly useful the subsequent detachment or separation of the workpiece from the substrate.
In einer Ausgestaltung wird die Geometrie für die Kontaktstruktur derart berechnet, dass die Kontaktstrukturelemente bzw. deren Seitenflächen jeweils einen Winkel von größer oder gleich 45° mit einer Oberfläche des Substrats und/oder des Modellsubstrats einschließen. Vorzugsweise bilden sämtliche der genannten Seitenflächen der Kontaktstrukturelemente den genannten Winkel mit der Substratoberfläche. In one embodiment, the geometry for the contact structure is calculated in such a way that the contact structure elements or their side surfaces each enclose an angle of greater than or equal to 45 ° with a surface of the substrate and / or the model substrate. Preferably, all of the said side surfaces of the contact structure elements form said angle with the substrate surface.
In einer Ausgestaltung wird eine Vielzahl von verschiedenen Geometrieen für verschiedene Kontaktstrukturen berechnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht beispielsweise einem Benutzer eine Auswahl über die modellierten Geometrieen zu treffen. In one embodiment, a multiplicity of different geometries are calculated for different contact structures. This embodiment, for example, allows a user to make a choice about the modeled geometries.
In einer Ausgestaltung werden die verschiedenen Geometrieen anschließend, das heißt nach der Berechnung, einem Benutzer ausgegeben und/oder angezeigt, wobei der Benutzer zwischen den verschiedenen Geometrieen, beispielsweise je nach Anforderung des Werkstücks oder Bauteils, wählen kann. In one embodiment, the various geometries are subsequently output to a user and / or displayed, that is, after the calculation, whereby the user can choose between the different geometries, for example, depending on the requirement of the workpiece or component.
In einer Ausgestaltung wird die mindestens eine Geometrie der Kontaktstruktur nach dem Berechnen einem Benutzer ausgegeben und/oder angezeigt, wobei Geometrieparameter, wie beispielsweise Abmessungen der Geometrieelemente und/oder der Kontaktstrukturelemente von dem Benutzer anschließend, d.h. nach der Berechnung, editiert und/oder geändert werden können. In one embodiment, the at least one geometry of the contact structure is output and / or displayed to a user after computation, wherein geometry parameters, such as dimensions of the features and / or the contact features, subsequently applied by the user, i. after the calculation, can be edited and / or changed.
In einer Ausgestaltung wird die mindestens eine Geometrie der Kontaktstruktur derart berechnet, dass eine Verbindung zwischen dem Substrat und dem darauf additiv herzustellenden Werkstück Spannungen zwischen dem Werkstück und dem Substrat, welche während der additiven Herstellung entstehen, standhält. In one embodiment, the at least one geometry of the contact structure is calculated in such a way that a connection between the substrate and the workpiece to be produced thereon can withstand stresses between the workpiece and the substrate which arise during the additive production.
In einer Ausgestaltung wird der Benutzer aufgrund der Berechnung der mindestens einen Geometrie über ein Signal gewarnt, wenn die Verbindung zwischen dem Substrat und dem darauf additiv herzustellenden Werkstück den während der additiven Herstellung entstehenden Spannungen aufgrund der Wahl des Konstruktionsbereichs, der Konstruktionsparameter und/oder aufgrund der gegebenenfalls vom Benutzer editierten oder geänderten Geometrieparameter, nicht standhält. In one embodiment, the user is warned of a signal due to the calculation of the at least one geometry if the connection between the substrate and the workpiece to be produced thereon is additive to the stresses created during additive manufacturing due to the design region selection, design parameters, and / or design considerations possibly edited or changed by the user geometry parameter, not withstand.
Demgemäß kann nach einer Änderung oder Eingabe des Benutzers hinsichtlich der Geometrieparameter zweckmäßigerweise eine erneute Modellierung der Kontaktstruktur erforderlich sein und vom beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Accordingly, after a change or input of the user with regard to the geometry parameters, a renewed modeling of the contact structure may be expediently necessary and carried out by the described method.
In einer Ausgestaltung werden bei der Berechnung der mindestens einen Geometrie Spannungen zwischen dem Werkstück und dem Substrat, welche während einer Herstellung des additiv herzustellenden Werkstücks entstehen mittels einer Finite-Elemente-Analyse (FEA) berechnet. Mittels der genannten FEA können insbesondere Eigenspannungen berechnet und/oder Grenzwerte für den Flächeninhalt der oben beschriebenen Kontaktflächen berechnet werden. In one embodiment, in the calculation of the at least one geometry, stresses between the workpiece and the substrate, which arise during production of the workpiece to be produced additively, are calculated by means of a finite element analysis (FEA). In particular, residual stresses can be calculated by means of said FEA and / or limit values can be calculated for the surface area of the contact surfaces described above.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren eines Werkstücks umfassend das beschriebene Verfahren zur Modellierung der Kontaktstruktur. Das additive Herstellungsverfahren umfasst weiterhin das rechnerunterstützte Konstruieren des additiv herzustellenden Werkstücks und das additive Herstellen des Werkstücks auf dem Substrat anhand der modellierten Kontaktstruktur. Another aspect of the present invention relates to an additive manufacturing method of a workpiece comprising the method described for modeling the contact structure. The additive manufacturing method further includes computer assisted designing of the additively manufactured workpiece and additive fabrication of the workpiece on the substrate from the modeled contact structure.
Weiterhin kann das additive Herstellungsverfahren nach dem rechnerunterstützten Konstruieren das Erstellen eines numerischen Steuerprogramms (CAM) umfassen. Die additive Herstellung des Werkstücks kann weiterhin mit dem additiven Herstellungsverfahren, beispielsweise mittels SLM, auf Basis der CAM-Daten erfolgen. Furthermore, the additive manufacturing method may include compiling a numerical control program (CAM) after the computer aided design. The additive production of the workpiece can furthermore be carried out with the additive manufacturing method, for example by means of SLM, on the basis of the CAM data.
In einer Ausgestaltung wird das Werkstück nach dem additiven Herstellen durch Zerteilen von dem Substrat getrennt oder der additiven Herstellung von dem Substrat getrennt. In one embodiment, after the additive fabrication, the workpiece is separated from the substrate by dicing, or the additive fabrication is separated from the substrate.
In einer Ausgestaltung wird die Kontaktstruktur zunächst, d.h. vor der eigentlichen Herstellung oder dem additiven Aufbau des Werkstücks oder nach dem Konstruieren des herzustellenden Werkstücks, additiv hergestellt. In one embodiment, the contact structure is initially, i. before the actual production or the additive construction of the workpiece or after constructing the workpiece to be produced, made additive.
In einer Ausgestaltung erfolgt die Herstellung des Werkstücks vorzugsweise unmittelbar auf der Kontaktstruktur. In one embodiment, the production of the workpiece preferably takes place directly on the contact structure.
In einer Ausgestaltung ist das beschriebene Verfahren ein Software-Modul für ein Konstruktionsverfahren für die additive Herstellung eines Werkstücks oder Bauteils. In one embodiment, the method described is a software module for a construction method for the additive production of a workpiece or component.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Werkstück oder Bauteil, welches mit dem beschriebenen additiven Herstellungsverfahren hergestellt oder herstellbar ist. Another aspect of the present invention relates to a workpiece or component which is manufactured or producible with the described additive manufacturing method.
Ausgestaltungen und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren zur Modellierung und/oder das additive Herstellungsverfahren beziehen, können sich ebenso auf das computerlesbares Medium beziehen und umgekehrt. Embodiments and / or advantages which in the present case relate to the method for modeling and / or the additive manufacturing method can likewise relate to the computer-readable medium and vice versa.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein. In the exemplary embodiments and figures, identical or identically acting components may each be provided with the same reference numerals. The illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be considered as true to scale, but individual elements, such as layers, components and areas for better representability and / or for better understanding can be shown exaggerated thick or large.
Die genannte Kontaktstruktur dient zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Modellierung der Kontaktstruktur in der rechnerunterstützten Konstruktion eines additiv herzustellenden Werkstücks
Die Geometrie ist umgeben von einem Konstruktionsbereich
Beim SLM-Verfahren wird das Werkstück beispielsweise stoffschlüssig und/oder metallurgisch mit dem Substrat verbunden. In the case of the SLM method, for example, the workpiece is connected to the substrate in a material-locking and / or metallurgical manner.
Die Vielzahl von Geometrieelementen
Weiterhin ist in
Anhand der
Zweckmäßige Flächeninhalte oder Abmessungen der Kontaktflächen sind einem Fachmann entweder bekannt oder erschließen sich ihm ohne erfinderisches Zutun mithilfe eines Konstruktionsprogramms und/oder einer Finite-Elemente-Analyse des Standes der Technik. Appropriate surface areas or dimensions of the contact surfaces are either known to a person skilled in the art or are disclosed to him without inventive step by means of a design program and / or a finite element analysis of the prior art.
Die Kontaktstruktur
Diese Technik bietet zumindest für relativ kleine additiv herzustellende Werkstücke, wie beispielsweise Brennerdüsen von Gasturbinen einen Vorteil, so dass auf aufwendige zerspanende Bearbeitungsprozesse zum Lösen oder Trennen des Werkstücks
Die Kontaktstruktur
Abweichend von den Darstellungen der
Eine solche Ausgestaltung ist besonders zweckmäßig für die additive Fertigung des Werkstücks
Für diejenigen Bereiche des Werkstücks
Exemplarisch ist wieder ein Winkel α eingezeichnet, welcher wie oben beschrieben vorzugsweise ebenfalls größer oder gleich 45° für alle Kontaktstrukturelemente
Das Verfahren zur Modellierung der Kontaktstruktur
Weiterhin umfasst das Verfahren zur Modellierung, vorzugsweise in einem zweiten Verfahrensschritt V2, das Erfassen von Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück. Bei den Konsumtionsparametern handelt es sich vorzugsweise um Materialparameter für das Substrat und oder das additiv herzustellende Werkstück
Das Verfahren zur Modellierung der Kontaktstruktur
Gemäß dem beschriebenen Verfahren zur Modellierung der Kontaktstruktur
Die Geometrie oder die Vielzahl von Geometrieen für die Kontaktstruktur wird vorzugsweise im Rahmen des Verfahren zur Modellierung derart berechnet, dass eine Verbindung zwischen dem Substrat und dem darauf additiv herzustellenden Werkstück (vergleiche
Falls die genannte Verbindung aufgrund einer Eingabe oder Wahl des Konstruktionsbereichs, aufgrund der Wahl der Konstruktionsparameter und/oder aufgrund der gegebenenfalls vom Benutzer oder Anwender des Verfahrens editierten oder geänderten Geometrieparameter nicht standhält, kann von dem beschriebenen Verfahren vorteilhafterweise eine Warnung an den Benutzer ausgegeben werden (vgl. Verfahrensschritt V4). Dadurch wird zweckmäßigerweise zumindest die Berechnung des Verfahrens zur Modellierung oder aber das gesamte Verfahren erneut durchgeführt. If, due to an input or selection of the design area, due to the choice of the design parameters and / or due to the geometry parameters edited or changed by the user or user of the method, said connection fails, the described method may advantageously issue a warning to the user ( see method step V4). As a result, at least the calculation of the method for modeling or else the entire method is expediently carried out again.
Die genannten Spannungen werden vorzugsweise mithilfe einer Finite-Elemente-Analyse (FEA) berechnet und oder simuliert. Dies kann durch dem Fachmann bekannte Mittel des Standes der Technik geschehen. Insbesondere können Eigenspannungen des Bauteils beispielsweise mit einem unteren Grenzwert für den Flächeninhalte der Kontaktflächen
Die unter V4 beschriebenen Verfahrensschritte, sind, angedeutet durch die Strichelung in der Abbildung, vorzugsweise als vorteilhaft oder optional und nicht zwingend als wesentlich zu betrachten. The process steps described under V4 are, as indicated by the dashed line in the figure, preferably as advantageous or optional and not necessarily to be considered essential.
Das Verfahren zur Modellierung umfasst weiterhin das anhand der Verfahrensschritte V5, V6 und V7 beschriebene additiven Herstellungsverfahren:
Verfahrensschritt V5 bezeichnet das rechnerunterstützte Konstruieren des additiv herzustellenden Werkstücks, vorzugsweise nachdem, im Rahmen des Verfahren zur Modellierung, die zumindest eine Geometrie für die Kontaktstruktur
Method step V5 designates the computer-aided design of the workpiece to be produced additively, preferably after, in the context of the method for modeling, the at least one geometry for the contact structure
Weiterhin umfasst das additive Herstellungsverfahren vorzugsweise das Trennen des Werkstücks und oder des Bauteils von dem Substrat durch Zerteilen oder manuelles Brechen (Verfahrensschritt V7). Furthermore, the additive manufacturing method preferably comprises separating the workpiece and or the component from the substrate by dicing or manual breaking (method step V7).
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Speichermedium, wie eine Festplatte und/oder einen anderen Datenspeicher umfassend ausführbare Programmanweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungseinrichtung (hier nicht explizit gekennzeichnet) die beschriebenen Schritte, das heißt, das beschriebene Erfassen des Konstruktionsbereichs
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