DE102016210990A1 - Thermoforming mold and method for modeling and manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Die erfindungsgemäße Tiefziehform (2) zum Tiefziehen einer Folie umfasst eine Tiefziehoberfläche, deren Geometrie beim Tiefziehen auf die Folie übertragen wird, sowie mindestens einen Vakuumkanal, der die Tiefziehoberfläche mit einer von der Tiefziehoberfläche verschiedenen Kontaktseite der Tiefziehform verbindet. Dabei weist die Tiefziehoberfläche einen Vorzugsteilbereich (21, 22, 23, 24, 27) auf, dessen Geometrieübertragung auf die Folie im Vergleich zu anderen Bereichen spezifischen Anforderungen an Präzision unterliegt. Ferner ist dabei eine geometrische Ausgestaltung und/oder Anordnung und/oder physische Beschaffenheit des mindestens einen Vakuumkanals derart an die Geometrie des Vorzugsteilbereichs (21, 22, 23, 24, 27) angepasst, dass die Folie beim Tiefziehen dicht am Vorzugsteilbereich (21, 22, 23, 24, 27) anliegt. Die erfindungsgemäße Tiefziehform (2) ist durch ein generatives Schichtbauverfahren hergestellt.The thermoforming mold (2) according to the invention for thermoforming a film comprises a thermoforming surface whose geometry is transferred to the film during thermoforming, and at least one vacuum channel which connects the thermoforming surface to a contact side of the thermoforming mold which is different from the thermoforming surface. In this case, the deep-drawing surface has a preferred partial region (21, 22, 23, 24, 27) whose geometry transmission to the film is subject to specific precision requirements compared to other regions. Furthermore, a geometric configuration and / or arrangement and / or physical nature of the at least one vacuum channel is adapted to the geometry of the preferred subregion (21, 22, 23, 24, 27) in such a way that the film is pressed close to the preferred subregion (21, 22 , 23, 24, 27). The deep-drawing mold (2) according to the invention is produced by a generative layer-building method.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tiefziehform zum Tiefziehen einer Folie sowie auf Verfahren zum Modellieren und Herstellen einer solchen Tiefziehform. Die Tiefziehform umfasst dabei eine Tiefziehoberfläche, deren Geometrie beim Tiefziehen auf die Folie übertragen wird, sowie mindestens einen Vakuumkanal, der die Tiefziehoberfläche mit einer von der Tiefziehoberfläche verschiedenen Kontaktseite der Tiefziehform verbindet. Die Erfindung richtet sich auch auf eine Modellierungseinheit zum Modellieren der Tiefziehform, eine Vorrichtung, die zum Herstellen der Tiefziehform ausgebildet und/oder gesteuert ist, sowie auf eine entsprechende Steuereinheit.The present invention relates to a thermoforming mold for thermoforming a film and to methods of modeling and manufacturing such thermoforming mold. The thermoforming mold comprises a thermoforming surface, the geometry of which is transferred to the film during thermoforming, and at least one vacuum channel which connects the thermoforming surface to a contact side of the thermoforming mold which is different from the thermoforming surface. The invention is also directed to a modeling unit for modeling the thermoforming mold, a device which is designed and / or controlled for producing the thermoforming mold, and to a corresponding control unit.
Beim Tiefziehen kann es zu einem unerwünschten Einschluss von Luftblasen zwischen der zu formenden Folie und der Tiefziehoberfläche der Tiefziehform kommen, was zu einer unvollständigen Übertragung der Geometrie der Tiefziehoberfläche auf die Folie führt. Dieses Problem kann insbesondere beim vakuumunterstützten Tiefziehen auftreten, wo das Zusammenbringen der Folie mit der Tiefziehoberfläche durch das Anlegen eines Gasunterdrucks auf einer von der Tiefziehoberfläche verschiedenen Kontaktseite der Tiefziehform unterstützt wird.During deep drawing, undesirable trapping of air bubbles between the film to be formed and the thermoforming surface of the thermoforming mold can occur, resulting in incomplete transfer of the geometry of the thermoforming surface to the film. This problem can especially occur in vacuum-assisted deep drawing, where the bringing together of the film with the thermoforming surface is assisted by the application of a gas negative pressure on a contact side of the thermoforming mold which is different from the thermoforming surface.
Zur Vermeidung dieses Problems werden beispielsweise in der Dentaltechnik beim Herstellen von Kunststoffschienen Gebissmodelle aus luftdurchlässigem Gips verwendet, damit Luft zwischen der Kunststoffschiene und dem Gebissmodell beim Tiefziehen besser entweichen kann.To avoid this problem, denture models made of air-permeable plaster are used, for example, in dental technology in the manufacture of plastic splints, so that air can better escape between the plastic splint and the denture model during deep-drawing.
Ein anderes Beispiel ist aus
Herkömmliche Tiefziehverfahren stoßen jedoch dann an ihre Grenzen, wenn die Tiefziehoberfläche verhältnismäßig stark ausgeprägte Unebenheiten oder Unregelmäßigkeiten aufweist und es zugleich erforderlich ist, dass gerade diese Unebenheiten oder Unregelmäßigkeiten mit hoher Genauigkeit auf die zu formende Folie übertragen werden.However, conventional thermoforming methods reach their limits when the thermoforming surface has relatively pronounced unevenness or irregularities and at the same time it is required that precisely these unevenness or irregularities are transferred with high accuracy to the film to be formed.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Tiefziehform der eingangs genannten Art sowie verbesserte Verfahren zu deren Modellierung und Herstellung bereitzustellen, die es bevorzugt ermöglichen, durch Tiefziehen einer Folie beliebig stark ausgeprägte Unebenheiten oder Unregelmäßigkeiten der Tiefziehoberfläche nahezu beliebig präzise auf die Folie zu übertragen. Unter anderem richtet sich diese Aufgabe der Erfindung auf den eingangs genannten Anwendungsfall des vakuumunterstützten Tiefziehens.The object of the present invention is therefore to provide an improved thermoforming mold of the type mentioned above and improved methods for their modeling and production, which preferably allow by deep drawing a film arbitrarily pronounced bumps or irregularities of the thermoforming surface almost arbitrarily precise to the film transfer. Among other things, this object of the invention is directed to the application mentioned at the beginning of the vacuum-assisted deep drawing.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Tiefziehform nach Anspruch 1, ein Modellierungsverfahren nach Anspruch 10, ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, ein Computerprogramm nach Anspruch 12, eine Modellierungseinheit nach Anspruch 13, eine Steuereinheit nach Anspruch 14 und eine Herstellvorrichtung nach Anspruch 15. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Dabei können das Modellierungsverfahren, das Herstellungsverfahren, das Computerprogramm, wie auch die Modellierungseinheit, die Steuereinheit oder die Herstellvorrichtung durch die untenstehenden bzw. in den Ansprüchen ausgeführten Merkmale der Tiefziehform weitergebildet sein und umgekehrt. Merkmale verschiedener Aspekte, vorteilhafter Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung können ferner untereinander kombiniert werden.The object of the invention is achieved by a thermoforming mold according to
Die erfindungsgemäße Tiefziehform zum Tiefziehen einer Folie umfasst eine Tiefziehoberfläche, deren Geometrie beim Tiefziehen auf die Folie übertragen wird, sowie mindestens einen Vakuumkanal, der die Tiefziehoberfläche mit einer von der Tiefziehoberfläche verschiedenen Kontaktseite der Tiefziehform verbindet. Dabei weist die Tiefziehoberfläche erfindungsgemäß einen Vorzugsteilbereich auf, dessen Geometrieübertragung auf die Folie im Vergleich zu anderen Bereichen der Tiefziehoberfläche spezifischen Anforderungen an Präzision unterliegt. Ferner ist dabei erfindungsgemäß eine geometrische Ausgestaltung und/oder Anordnung und/oder physische Beschaffenheit des mindestens einen Vakuumkanals derart an die Geometrie des Vorzugsteilbereichs angepasst, dass die Folie beim Tiefziehen dicht am Vorzugsteilbereich anliegt. Zudem ist die Tiefziehform erfindungsgemäß durch ein generatives Schichtbauverfahren hergestellt.The thermoforming mold according to the invention for thermoforming a film comprises a thermoforming surface, the geometry of which is transferred to the film during thermoforming, and at least one vacuum channel which connects the thermoforming surface to a contact side of the thermoforming mold which is different from the thermoforming surface. According to the invention, the deep-drawing surface has a preferred partial region whose geometry transmission to the film is subject to specific precision requirements compared to other regions of the deep-drawing surface. Furthermore, in accordance with the invention, a geometric configuration and / or arrangement and / or physical condition of the at least one vacuum channel is adapted to the geometry of the preferred subregion in such a way that the film rests close to the preferred subregion during deep drawing. In addition, the thermoforming mold according to the invention is produced by a generative layer construction process.
Durch die genannten Vakuumkanäle kann die Luft (oder im Allgemeinen ein Fluid, was ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann) beim Zusammenführen der Folie mit der Tiefziehoberfläche der Tiefziehform zu der Kontaktseite der Tiefziehform hin entweichen. Dadurch wird ein dichtes, d. h. im Wesentlichen blasenfreies (frei von Gas- oder Flüssigkeitsblasen), Anliegen der Folie an der Tiefziehoberfläche ermöglicht. Besonders wirksam kann dieser Effekt beispielsweise nah an einer Vakuumkanalmündung in der Tiefziehoberfläche sein. Die erfindungsgemäße individuelle Anpassung der Vakuumkanäle an den Vorzugsteilbereich im Einzelfall ermöglicht es, beim Tiefziehen zuverlässig ein dichtes Anliegen der Folie am – vorzugsweise gesamten – Vorzugsteilbereich zu erreichen.By virtue of said vacuum channels, the air (or generally a fluid, which may be a gas or a liquid) may merge the film with the thermoforming surface of the thermoforming mold escape to the contact side of the thermoforming mold. This allows a dense, ie substantially bubble-free (free of gas or liquid bubbles), concerns the film on the thermoforming surface. This effect can be particularly effective, for example, close to a vacuum channel opening in the deep-drawing surface. The individual adaptation of the vacuum channels according to the invention to the preferred partial region in the individual case makes it possible, during thermoforming, to reliably achieve a tight abutment of the film on the preferred partial region, preferably the entire.
Die erfindungsgemäße Perforierung der Tiefziehform (das Vorsehen des mindestens einen Vakuumkanals) ist also im Allgemeinen nicht regelmäßig oder gleichmäßig wie im Stand der Technik, sondern kann in Abhängigkeit von der spezifischen Geometrie des Vorzugsteilbereichs stark von einer regelmäßigen Ausgestaltung und/oder einer gleichmäßigen Verteilung innerhalb der Tiefziehform abweichen. Die Geometrie des Vorzugsteilbereichs und die erfüllbaren Anforderungen an die Präzision ihrer Übertragung auf die zu formende Folie dürfen daher mit der erfindungsgemäßen Tiefziehform im Prinzip beliebig sein; insbesondere sind dabei der Unregelmäßigkeit oder der Feinheit von Unebenheiten in der Tiefziehoberfläche grundsätzlich keine Grenzen gesetzt. Dies eröffnet eine große Bandbreite möglicher Anwendungen auf neuen Gebieten oder mit neuer, mit herkömmlichen Tiefziehtechniken unerreichbarer Präzision. Beispiele hierzu werden weiter unten angegeben.The perforation of the thermoforming mold according to the invention (the provision of the at least one vacuum channel) is thus generally not regular or uniform as in the prior art, but depending on the specific geometry of the preferred sub-range strongly from a regular configuration and / or a uniform distribution within the Deviate thermoforming mold. The geometry of the preferred subregion and the achievable demands on the precision of their transfer to the film to be formed may therefore be in principle arbitrary with the thermoforming mold according to the invention; In particular, the irregularity or the fineness of unevenness in the thermoforming surface are in principle no limits. This opens up a wide range of possible applications in new fields or with new precision unachievable with traditional deep drawing techniques. Examples of this are given below.
Der Begriff ”Vakuumkanal” bedeutet dabei im Kontext der Erfindung ganz allgemein einen dreidimensionalen Teilbereich der Tiefziehform, der im Vergleich zu einem ihn umgebenden Bereich der Tiefziehform eine erhöhte Durchlässigkeit für Gase oder Flüssigkeiten hat. (Im Folgenden wird der Kürze halber nur von einer Gasdurchlässigkeit die Rede sein.) Der Begriff ”Vakuum” umfasst dabei allgemein einen Unterdruck. Ein Vakuumkanal kann beispielsweise eine Durchgangsöffnung in einem im Wesentlichen gasundurchlässigen Bereich der Tiefziehform darstellen.The term "vacuum channel" in the context of the invention generally means a three-dimensional portion of the thermoforming mold, which has an increased permeability to gases or liquids compared to a surrounding region of the thermoforming mold. (In the following, for the sake of brevity, only gas permeability will be mentioned.) The term "vacuum" generally includes a negative pressure. A vacuum channel may, for example, constitute a passage opening in a substantially gas-impermeable region of the thermoforming mold.
Ein Vakuumkanal kann aber auch einen porösen oder gitterartigen Teilbereich der Tiefziehform umfassen, der im Vergleich zu einem ihn umgebenden gasdurchlässigen oder gasundurchlässigen Bereich der Tiefziehform eine erhöhte Gasdurchlässigkeit besitzt. Insbesondere umfasst der Begriff ”mindestens ein Vakuumkanal” auch Fälle einer ortsabhängigen Differenzierung der Gasdurchlässigkeit innerhalb einer Tiefziehform, die teilweise oder vollständig porös oder gitterartig ausgebildet ist und mindestens einen Teilbereich (”Vakuumkanal”) mit einer erhöhten Gasdurchlässigkeit aufweist, der die Tiefziehoberfläche mit der Kontaktseite der Tiefziehform verbindet.However, a vacuum channel may also comprise a porous or latticed portion of the thermoforming mold, which has an increased gas permeability compared to a surrounding gas-permeable or gas-impermeable region of the thermoforming mold. In particular, the term "at least one vacuum channel" also includes cases of location-dependent differentiation of the gas permeability within a thermoforming mold which is partially or completely porous or lattice-like and has at least a portion ("vacuum channel") with an increased gas permeability, the thermoforming surface with the contact side the thermoforming mold connects.
Bei einem porösen oder gitterartigen Vakuumkanal in einer porösen oder gitterartigen Tiefziehform kann eine erhöhte Gasdurchlässigkeit in einer physischen Beschaffenheit des Vakuumkanals wie etwa einer Porengröße, Porendichte, Porenform, Gitterform, einem Gitterabstand oder dergleichen, begründet sein.In a porous or lattice-like vacuum channel in a porous or lattice-like deep drawing mold, increased gas permeability may be due to a physical nature of the vacuum channel, such as pore size, pore density, pore shape, lattice shape, grid spacing, or the like.
Die erforderliche Vielfalt möglicher Ausgestaltungen des mindestens einen Vakuumkanals ist realisiert durch die erfindungsgemäße Verwendung eines generativen Schichtbauverfahrens zur Herstellung der Tiefziehform. Generative Schichtbauverfahren sind ebenfalls unter dem Begriff ”Additive Manufacturing” oder ”generative Fertigung” bekannt. Typischerweise wird dabei ein Objekt Schicht für Schicht durch das Auftragen eines Aufbaumaterials und das selektive Verfestigen der aufgetragenen Schicht an dem jeweiligen Querschnitt des herzustellenden Objekts entsprechenden Stellen hergestellt. Die jeweiligen Querschnitte werden dabei anhand eines computerbasierten Modells, etwa eines CAD-Datensatzes, des herzustellenden Objekts bestimmt. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist das ”selektive Lasersintern oder Laserschmelzen”, bei dem das selektive Verfestigen des Aufbaumaterials durch das Scannen der jeweiligen Schicht mit einem Laserstrahl bewirkt wird.The required variety of possible embodiments of the at least one vacuum channel is realized by the inventive use of a generative layer construction method for producing the deep-drawing mold. Generative layer construction processes are also known by the term "additive manufacturing" or "additive manufacturing". Typically, an object is produced layer by layer by applying a build-up material and selectively solidifying the applied layer at locations corresponding to the respective cross section of the object to be produced. The respective cross sections are determined on the basis of a computer-based model, for example a CAD data set, of the object to be produced. An example of such a method is "selective laser sintering or laser melting," in which the selective solidification of the building material is effected by scanning the respective layer with a laser beam.
Eine Einstellung der Geometrie einer herzustellenden Tiefziehform, insbesondere eine erfindungsgemäße individuelle Anpassung des mindestens einen Vakuumkanals an den Vorzugsteilbereich der Tiefziehoberfläche, kann daher durch eine entsprechende Einstellung des computerbasierten Modells der Tiefziehform durchgeführt werden. Im Hinblick auf eine Änderung oder Wahl der Geometrie der herzustellenden Tiefziehform ist das generative Schichtbaufahren daher äußerst flexibel und zeiteffizient, weil es hierzu grundsätzlich keine apparativen Anpassungen erfordert.An adjustment of the geometry of a thermoforming mold to be produced, in particular an individual adaptation according to the invention of the at least one vacuum channel to the preferred subregion of the thermoforming surface, can therefore be carried out by a corresponding adjustment of the computer-based model of the thermoforming mold. In view of a change or choice of the geometry of the thermoforming mold to be produced, the generative layer construction is therefore extremely flexible and time-efficient, because in principle it does not require any apparatus adaptations.
Die erfindungsgemäße Tiefziehform entfaltet ihre erfindungsgemäße Wirkung nicht nur beim Tiefziehen unter Anlegen eines Unterdrucks an der Kontaktseite der Tiefziehform (vakuumunterstütztes Tiefziehen). Vielmehr kann die erfindungsgemäße Wirkung auch bei allen anderen Tiefziehverfahren zur Geltung kommen, sofern beim Tiefziehen ein Fluid an der Kontaktseite der Tiefziehform daraus entweichen kann. (Im Folgenden wird oft allein aus Anschaulichkeitsgründen vom Ansaugen der Folie an die Tiefziehoberfläche durch die Vakuumkanäle die Rede sein. Dies soll in keinem Fall als eine Beschränkung auf ein vakuumunterstütztes Tiefziehen verstanden werden.)The thermoforming mold according to the invention unfolds its effect according to the invention not only during thermoforming while applying a negative pressure to the contact side of the thermoforming mold (vacuum-assisted thermoforming). Rather, the effect according to the invention can also be used in all other deep-drawing processes, provided that during deep-drawing, a fluid can escape from it at the contact side of the thermoforming mold. (In the following, the suction of the film onto the thermoforming surface by the vacuum channels will often be the sole reason for reasons of clarity.) This should by no means be understood as a restriction to vacuum-assisted thermoforming.)
Die Folie im Kontext der Erfindung ist zum Tiefziehen geeignet. Sie kann beispielsweise eine dünne Folie oder eine dünne Platte darstellen oder umfassen. Sie kann ferner beispielsweise flach ausgestaltet sein, d. h. in ihrer Gesamtabmessung eine größere Länge und eine größere Breite als Dicke besitzen. Letzteres ist jedoch nicht zwingend erforderlich, insbesondere kann die Folie bereits vor dem Tiefziehen eine gebogene Kontur aufweisen. Vom Material her geeignet sind beispielsweise Metall- oder Kunststofffolien, die insbesondere dünn ausgestaltet sein können, oder dünne Kunststoffplatten. The film in the context of the invention is suitable for deep drawing. It may, for example, constitute or comprise a thin foil or a thin plate. It may also be configured, for example, flat, ie, in their overall dimensions have a greater length and a greater width than thickness. The latter is not absolutely necessary, in particular, the film may already have a curved contour before deep drawing. From the material are suitable, for example, metal or plastic films, which may be designed in particular thin, or thin plastic plates.
Vorzugsweise weicht bei der erfindungsgemäßen Tiefziehform die geometrische Ausgestaltung und/oder die geometrische Anordnung des mindestens einen Vakuumkanals von einer im Wesentlichen regelmäßigen Ausgestaltung und/oder einer im Wesentlichen gleichmäßigen Anordnung in der Tiefziehform ab. Aus dem Stand der Technik bekannte Vakuumkanäle haben zum einen eine regelmäßige Ausgestaltung, wie geradlinige Durchgangsöffnungen konstanten Querschnitts oder auf natürliche Weise entstandene Poren im Gips. Zum anderen haben sie eine gleichmäßige Verteilung innerhalb der Tiefziehform, insbesondere eine Anordnung gleicher geradliniger Vakuumkanäle in gleichen Abständen voneinander oder eine statistische Verteilung gleichartiger Poren im Gips.Preferably, in the case of the deep-drawing mold according to the invention, the geometric configuration and / or the geometric arrangement of the at least one vacuum channel deviate from a substantially regular configuration and / or a substantially uniform arrangement in the deep-drawing mold. On the one hand, vacuum channels known from the prior art have a regular design, such as rectilinear passage openings of constant cross-section or naturally formed pores in the gypsum. On the other hand, they have a uniform distribution within the thermoforming mold, in particular an arrangement of the same rectilinear vacuum channels at equal distances from one another or a statistical distribution of similar pores in the gypsum.
Durch eine Abweichung von einer solchen, generalisierend als gleichmäßig bezeichneten, Verteilung der Vakuumkanäle in der Tiefziehform, insbesondere bezüglich der Tiefziehoberfläche, kann die Saugwirkung der Vakuumkanäle auf die zu formende Folie gezielt ungleichmäßig entlang der Tiefziehoberfläche verteilt werden. So kann beispielsweise an Unebenheiten des Vorzugsteilbereichs (wie Vertiefungen, Vorsprüngen, Gräben, Kanten, Hinterschneidungen etc.) mit einem relativ geringen Flächenanteil in der gesamten Tiefziehoberfläche durch eine lokal erhöhte Vakuumkanaldichte oder -Größe eine stärkere Ansaugung der Folie bewirkt werden als in anderen, flacher oder glatter ausgebildeten Bereichen der Tiefziehoberfläche. Durch diese Maßnahme kann zum Beispiel erreicht werden, dass beim Tiefziehen die Folie einer beliebig komplexen Geometrie dieser Unebenheiten dicht folgt und sie daher präzise auf die Folie übertragen werden. Eine ähnliche Wirkung kann durch eine unregelmäßige Ausgestaltung des mindestens einen Vakuumkanals erreicht werden, etwa indem die Form und/oder der Ort seiner Mündung (Öffnung) in der Tiefziehoberfläche einer Unebenheit folgt und damit an ihre individuelle Geometrie angepasst ist. Eine unregelmäßige Ausgestaltung eines Vakuumkanals kann alternativ oder zusätzlich auch in einem entlang des Vakuumkanals (d. h. in einer zur Tiefziehoberfläche transversalen Richtung) variierenden Querschnitt bestehen. So kann beispielsweise eine Querschnittsfläche des Vakuumkanals zur Kontaktseite hin größer werden, um an der Öffnung des Vakuumkanals in der Tiefziehoberfläche eine gleiche Saugwirkung bei einer kleineren Öffnungsfläche zu erreichen.By a deviation from such, generalized as uniform, distribution of the vacuum channels in the thermoforming mold, in particular with respect to the thermoforming surface, the suction of the vacuum channels can be selectively distributed unevenly along the thermoforming surface on the film to be formed. Thus, for example, unevennesses of the preferred partial area (such as depressions, projections, trenches, edges, undercuts, etc.) with a relatively small surface area in the entire thermoforming surface due to a locally increased vacuum channel density or size can cause a stronger suction of the film than in others, flatter or more smoothly formed areas of the thermoforming surface. By this measure, it can be achieved, for example, that during thermoforming, the film closely follows an arbitrarily complex geometry of these unevennesses and, therefore, they are precisely transferred to the film. A similar effect can be achieved by an irregular configuration of the at least one vacuum channel, such as the shape and / or the location of its mouth (opening) in the thermoforming surface follows a bump and is thus adapted to their individual geometry. An irregular configuration of a vacuum channel may alternatively or additionally also consist of a cross-section that varies along the vacuum channel (i.e., in a direction transverse to the deep-drawing surface). For example, a cross-sectional area of the vacuum channel may become larger toward the contact side to achieve equal suction at a smaller opening area at the opening of the vacuum channel in the thermoforming surface.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tiefziehform umfasst der Vorzugsteilbereich eine Vertiefung und/oder eine Erhöhung, und die geometrische Ausgestaltung und/oder die geometrische Anordnung und/oder die physische Beschaffenheit des mindestens einen Vakuumkanals ist derart an die Geometrie der Vertiefung und/oder der Erhöhung angepasst, dass die Folie beim Tiefziehen dicht in die Vertiefung und/oder in eine durch die Erhöhung gebildete Ecke hineinmigriert. Diese Anpassung kann beispielsweise wie vorstehend beschrieben erzielt sein. Durch das dichte Hineinmigrieren der Folie in eine solche Vertiefung oder Ecke wird deren Geometrie besonders präzise auf die Folie übertragen.In an advantageous embodiment of the thermoforming mold according to the invention, the preferred subregion comprises a depression and / or an elevation, and the geometric configuration and / or the geometric arrangement and / or the physical nature of the at least one vacuum channel is such to the geometry of the depression and / or the elevation adjusted so that the film migrates deep into the deepening and / or into a corner formed by the increase. This adaptation can be achieved, for example, as described above. Due to the dense intrusion of the film into such a depression or corner, its geometry is transferred particularly precisely to the film.
Vorzugsweise umfasst bei der erfindungsgemäßen Tiefziehform der Vorzugsteilbereich eine Vertiefung und/oder eine Erhöhung von weniger als etwa 1 mm, bevorzugt als etwa 0,5 mm, besonders bevorzugt als etwa 0,2 mm, bezüglich eines an die Vertiefung und/oder Erhöhung angrenzenden Bereichs der Tiefziehoberfläche. Auch bei derart kleindimensionierten Unebenheiten der Tiefziehoberfläche kann mit der erfindungsgemäßen Tiefziehform beim Tiefziehen einer Folie jede benötigte Detailtreue zuverlässig gewährleistet werden. Solche Anforderungen können beispielsweise bei Produkten in der Dentaltechnik oder Elektronik- und Elektroindustrie vorkommen.Preferably, in the thermoforming mold according to the invention, the preferred subregion comprises a depression and / or an increase of less than about 1 mm, preferably about 0.5 mm, particularly preferably about 0.2 mm, with respect to an area adjacent to the depression and / or elevation the thermoforming surface. Even with such small-dimensioned unevenness of the thermoforming surface can be reliably ensured with the thermoforming mold according to the invention during thermoforming a film every detail required. Such requirements may occur, for example, in products in dental technology or electronics and electrical industry.
Weiterhin nimmt bei der erfindungsgemäßen Tiefziehform der Vorzugsteilbereich vorzugsweise weniger als etwa 70%, bevorzugt als etwa 50%, besonders bevorzugt als etwa 30%, einer Gesamtfläche der Tiefziehoberfläche ein. Bei spezifischen Ausgestaltungen dieser Ausführungsform kann die Fläche des Vorzugsteilbereichs sogar weniger als etwa 20% oder als etwa 10% der Gesamtfläche der Tiefziehoberfläche betragen. Diese Ausführungsform gewährleistet eine erforderliche Detailtreue insbesondere bei großflächigen zu formenden Folien oder Platten, bei denen Wert auf spezielle Areale gelegt wird, die innerhalb der großen Fläche wiederum sehr genau sein müssen. Zu solchen Produkten gehören beispielsweise großflächige Metall- oder Kunststoffverkleidungen von diversen Gerätegehäusen in der Automobil- und Zulieferindustrie, in der Elektroindustrie, bei Haushaltsgeräten oder medizinischen Geräten. Weitere Beispiele sind große Plastik- oder Metallprodukte wie Möbel und Zubehör (Standfuss etc.), Spielzeuge, Bad- und Innenraumausstattung (Regal, Tisch oder Waschbecken etc.) sowie Werbedisplays.Further, in the thermoforming mold of the present invention, the preferable size range is preferably less than about 70%, preferably about 50%, more preferably about 30%, of a total area of the thermoforming surface. In specific embodiments of this embodiment, the area of the preferred portion may even be less than about 20% or about 10% of the total area of the thermoforming surface. This embodiment ensures a required level of detail, especially in the case of large-area foils or plates to be formed, where emphasis is placed on special areas which in turn must be very accurate within the large area. Such products include, for example, large metal or plastic panels of various equipment housings in the automotive and supply industries, in the electrical industry, household appliances or medical equipment. Other examples are large plastic or metal products such as furniture and accessories (stand, etc.), toys, bathroom and interior equipment (shelf, table or sink, etc.) and advertising displays.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tiefziehform mündet der mindestens eine Vakuumkanal zumindest teilweise in den Vorzugsteilbereich. Dadurch ist beim Tiefziehen das Entweichen eines Gases oder einer Flüssigkeit zwischen der Folie und der Tiefziehform direkt im Bereich des Vorzugsteilbereichs möglich. Einem unerwünschten Blaseneinschluss in diesem Bereich kann damit besonders effektiv vorgebeugt werden. In an advantageous embodiment of the thermoforming mold according to the invention, the at least one vacuum channel opens at least partially into the preferred subregion. As a result, the escape of a gas or a liquid between the film and the thermoforming mold is possible directly in the region of the preferred sub-range during deep drawing. An undesirable bubble entrapment in this area can thus be particularly effectively prevented.
Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform folgt eine Gesamtöffnungsfläche des mindestens einen Vakuumkanals im Vorzugsteilbereich zumindest abschnittsweise einer Kontur des Vorzugsteilbereichs. Mit anderen Worten erstrecken sich dabei eine oder mehrere Öffnungen des mindestens einen Vakuumkanals im Vorzugsteilbereich zumindest abschnittsweise entlang einer Kontur des Vorzugsteilbereichs. Eine Kontur des Vorzugsteilbereichs kann beispielsweise einen äußeren oder inneren Rand des Vorzugsteilbereichs (oder eines Teils davon) in der Tiefziehoberfläche darstellen. Alternativ kann eine Kontur des Vorzugsteilbereichs aber auch eine abstrakte Linie sein, die nur grob entlang eines komplizierter ausgebildeten Rands des Vorzugsteilbereichs verläuft.In a preferred further development of this embodiment, an overall opening area of the at least one vacuum channel in the preferred partial area follows at least in sections a contour of the preferred partial area. In other words, one or more openings of the at least one vacuum channel in the preferred subregion extend at least in sections along a contour of the preferred subregion. For example, a contour of the preferable portion may constitute an outer or inner edge of the preferential portion (or a part thereof) in the deep-drawing surface. Alternatively, however, a contour of the preferred partial region may also be an abstract line which runs only roughly along a more complicated edge of the preferred partial region.
Durch die Erstreckung von Vakuumkanalöffnungen entlang eines Abschnitts einer Kontur des Vorzugsteilbereichs wird ein dichtes Anliegen der Folie an diesem Abschnitt beim Tiefziehen gesichert. Dadurch wird der entsprechende Randabschnitt des Vorzugsteilbereichs präzise auf die zu formende Folie abgebildet. In vielen Fällen führt ein dichtes Anliegen der Folie an bestimmten Randabschnitten des Vorzugsteilbereichs bereits ohne weitere Maßnahmen zu einem dichten Anliegen der Folie am gesamten Vorzugsteilbereich. Dies hängt im Einzelfall von der spezifischen Form und Oberflächenstruktur des Vorzugsteilbereichs ab.By the extension of vacuum channel openings along a portion of a contour of the preferred sub-area a tight contact of the film is secured to this section during deep drawing. As a result, the corresponding edge section of the preferred section is precisely imaged onto the film to be formed. In many cases, a tight contact of the film at certain edge portions of the preferred portion already without further measures to a dense concern of the film on the entire preference section. In individual cases, this depends on the specific shape and surface structure of the preferred subsection.
Falls bei dieser Weiterentwicklung ein einziger Vakuumkanal im Vorzugsteilbereich mündet, verläuft seine Öffnungsfläche im Vorzugsteilbereich zumindest teilweise entlang einer Kontur des Vorzugsteilbereichs. Falls hingegen mehrere Vakuumkanäle im Vorzugsteilbereich münden, so können beispielsweise einige von deren Öffnungen zumindest abschnittsweise entlang einer Kontur des Vorzugsteilbereichs verteilt sein, insbesondere gleichmäßig. Alternativ oder zusätzlich kann dabei mindestens eine der Öffnungen zumindest teilweise entlang einer Kontur des Vorzugsteilbereichs verlaufen. Betrachtet man rein beispielhaft einen kreisförmigen Vorzugsteilbereich, so könnte beispielsweise ein Vakuumkanal darin mit einer Öffnung münden, die die Form eines (Teil-)Kreisrings mit einem nur geringfügig kleineren Radius als der Radius des Vorzugsteilbereichs hat. Alternativ oder zusätzlich können in diesem Beispiel mehrere Vakuumkanalöffnungen innerhalb des Vorzugsteilbereichs entlang seines Kreisumfangs verteilt sein.If, in this further development, a single vacuum channel opens in the preferred partial region, its opening surface in the preferred partial region runs at least partially along a contour of the preferred partial region. If, in contrast, several vacuum channels open in the preferred partial region, then, for example, some of their openings can be distributed at least in sections along a contour of the preferred partial region, in particular evenly. Alternatively or additionally, at least one of the openings may extend at least partially along a contour of the preferred subregion. Considering purely by way of example a circular preferred subregion, for example, a vacuum channel could open therein with an opening which has the shape of a (partial) annulus with only a slightly smaller radius than the radius of the preferred subregion. Alternatively or additionally, in this example a plurality of vacuum channel openings can be distributed within the preferred subregion along its circumference.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tiefziehform umfasst der Vorzugsteilbereich eine Vertiefung und/oder eine Erhöhung und/oder eine Kante, die beispielsweise im Inneren des Vorzugsteilbereichs oder aber an seinem Rand angeordnet sein kann. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der mindestens eine Vakuumkanal eine Öffnung im Vorzugsteilbereich, die sich zumindest abschnittsweise entlang einer Kontur der Vertiefung und/oder entlang einer Kontur der Erhöhung und/oder entlang der Kante erstreckt. Alternativ oder zusätzlich umfasst der mindestens eine Vakuumkanal mehrere Öffnungen im Vorzugsteilbereich, die zumindest abschnittsweise entlang einer Kontur der Vertiefung und/oder entlang einer Kontur der Erhöhung und/oder entlang der Kante verteilt sind. Diese Verteilung der Vakuumkanalöffnungen ist dabei besonders bevorzugt gleichmäßig. Aus ähnlichen Gründen wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird bei der vorliegenden Ausführungsform durch die Erstreckung der Vakuumkanalöffnung(en) entlang der genannten Unebenheiten des Vorzugsteilbereichs gesichert, dass diese Unebenheiten präzise auf die zu formende Folie abgebildet werden.In an advantageous embodiment of the thermoforming mold according to the invention, the preferred subregion comprises a depression and / or an elevation and / or an edge, which may be arranged, for example, in the interior of the preferred subregion or else at its edge. According to this embodiment, the at least one vacuum channel comprises an opening in the preferential partial region, which extends at least in sections along a contour of the depression and / or along a contour of the elevation and / or along the edge. Alternatively or additionally, the at least one vacuum channel comprises a plurality of openings in the preferred subregion, which are distributed at least in sections along a contour of the depression and / or along a contour of the elevation and / or along the edge. This distribution of the vacuum channel openings is particularly preferably uniform. For reasons similar to the above-described embodiment, in the present embodiment, the extension of the vacuum channel opening (s) along said unevenness of the preferred portion ensures that such unevenness is accurately imaged on the film to be formed.
Vorzugsweise umfasst bei der erfindungsgemäßen Tiefziehform der mindestens eine Vakuumkanal mehrere im Vorzugsteilbereich verteilte Öffnungen. Dadurch wird die Ansaugwirkung auf die zu formende Folie beim Tiefziehen über den Vorzugsteilbereich verteilt, wodurch wiederum ein dichtes Anliegen der Folie am gesamten Vorzugsteilbereich zuverlässig erzielt werden kann. Mehrere kleinere Öffnungen im Vorzugsteilbereich können zudem gegenüber wenigen größeren Öffnungen einen Vorteil haben, dass mehr von der Oberflächenstruktur des Vorzugsteilbereichs behalten werden kann, was insbesondere bei feinen oder filigranen Unebenheiten des Vorzugsteilbereichs günstig sein kann. Auch die mechanische Integrität oder Stabilität der Tiefziehform kann bei einer Entscheidung zwischen mehreren getrennten oder wenigen zusammenhängenden Vakuumkanalöffnungen und/oder Vakuumkanälen ein abzuwägender Gesichtspunkt sein. Dabei können mehrere Öffnungen in der Tiefziehoberfläche zu einem gemeinsamen Vakuumkanal gehören und umgekehrt. Besonders bevorzugt kann eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Öffnungen im Vorzugsteilbereich sein, um eine gleichmäßige Ansaugung der Folie über den Vorzugsteilbereich zu erzielen.Preferably, in the case of the deep-drawing mold according to the invention, the at least one vacuum channel comprises a plurality of openings distributed in the preferred partial region. As a result, the suction effect is distributed to the film to be formed during deep drawing over the preferential part region, which in turn makes it possible to reliably achieve a tight contact of the film with the entire preferred partial region. In addition, a plurality of smaller openings in the preferred partial area can have an advantage over a few larger openings in that more of the surface structure of the preferred partial area can be retained, which can be favorable, in particular, in the case of fine or filigree unevenness of the preferred partial area. Also, the mechanical integrity or stability of the thermoforming mold may be a matter of consideration in a choice between a plurality of separate or few contiguous vacuum channel openings and / or vacuum channels. Several openings in the thermoforming surface may belong to a common vacuum channel and vice versa. Particularly preferred may be a substantially uniform distribution of the openings in the preferred sub-region, in order to achieve a uniform suction of the film over the preferential portion.
Bei einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Tiefziehform ein Dentalmodell, das zumindest einen Bereich eines menschlichen oder tierischen Kiefers wiedergibt. Die Tiefziehform kann beispielsweise ein einzelnes Dentalmodell darstellen oder aber mehrere Dentalmodelle umfassen. Ein jeweiliges Dentalmodell kann dabei von einem einzelnen Zahn oder einer einzelnen Zahnlücke bis hin zu einem ganzen Kiefer darstellen. Mittels eines solchen patientenindividuellen Dentalmodells kann die Geometrie des entsprechenden Kieferbereichs beim Tiefziehverfahren auf eine zu formende Folie übertragen werden. Insbesondere kann so eine patientenindividuelle Kunststoffschiene (beispielsweise Zahn- oder Kieferschiene) und/oder eine Wirkstofffolie zum Zahn-Bleaching hergestellt werden.In a specific embodiment of the invention, the thermoforming mold comprises a dental model representing at least a portion of a human or animal jaw. The thermoforming mold may for example represent a single dental model or several dental models include. A respective dental model can represent from a single tooth or a single tooth gap to a whole jaw. By means of such a patient-specific dental model, the geometry of the corresponding jaw region during the deep-drawing process can be transferred to a film to be formed. In particular, a patient-specific plastic splint (for example tooth or jaw splint) and / or an active substance film for tooth bleaching can thus be produced.
Insbesondere bei dentaltechnischen Anwendungen kann eine Detailtreue in einem ausgewählten Teilbereich des Dentalmodells (erfindungsgemäßer Vorzugsteilbereich der Tiefziehoberfläche) strengeren Anforderungen an Präzision unterliegen, als in anderen Bereichen des Dentalmodells. Beispielsweise kann es erforderliche sein, dass eine Zahn-Bleaching-Folie besonders dicht an den Zähnen des Patienten im Bereich von Zahnzwischenräumen und/oder Zahngrübchen und/oder nah am Zahnfleisch anliegt, wo Zahnverfärbungen oft am stärksten ausgeprägt sind. Ähnlich kann es beispielsweise bei einer Kunststoff-Zahnschiene erforderlich sein, dass sie der Gebissform in der Nähe der Zahnhälse präziser folgt als in anderen Zahnbereichen.Especially in dental technical applications, a detail in a selected part of the dental model (preferred sub-range of the deep-drawing surface according to the invention) can be subject to stricter precision requirements than in other areas of the dental model. For example, it may be necessary for a tooth bleaching foil to be particularly close to the patient's teeth in the area of interdental spaces and / or tooth pits and / or close to the gums, where tooth discoloration is often most pronounced. Similarly, a plastic dental splint may, for example, be required to follow the denture more closely near the necks of the teeth than in other dental regions.
Weitere Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele für die erfindungsgemäße Tiefziehform sind unter anderem
- • Automobil- und Zulieferindustrie (insb. Gehäuse und Verkleidungen von Geräten, Armaturen, Innenauskleidung diverser Räume in Fahrzeugen)
- • Elektroindustrie (insb. Gehäuse, Verkleidungen, Bauteile, Halterungen)
- • Elektronikindustrie (insb. Gehäuse, Verkleidungen, Halterungen)
- • Spielwarenindustrie
- • Arbeits-, Wohn- und Sanitärraumeinrichtung (insb. Verkleidung von Einbaugeräten wie Klimaaggregat, Beleuchtungsbauteile wie Lampenschirme, aus Metall oder Plastik gefertigte Möbel und Zubehör wie Standfüsse, aus Metall oder Plastik gefertigte Badeinrichtung wie Waschbecken etc.)
- • Supermarktketten (insb. Werbedisplays, Verpackung, Inneneinrichtung, Lagerungs- und Transporttrays)
- • Besteckindustrie (insb. Plastikbesteck, Verpackung und Lagerung von Besteck)
- • Münz- und Medaillenetuis (insb. bei Individualisierungsbedarf, Kleinserie etc.)
- • Unterhaltungsindustrie, Multimedia, Video, CD, DVD (insb. Gehäuse von Produkten und Geräten)
- • Kosmetikindustrie (insb. Halter, Ständer und Boxen für Kosmetikprodukte und -Gebrauchsgegenstände wie Bürsten, Pinsel etc.)
- • Blister, Klappblister
- • darüber hinaus Tiefziehteile (als Einweg- oder Mehrwegartikel) für:
- – Lagerung
- – Transport
- – Handling
- – Weiterverarbeitung
- – Werkstückträger und Transporttrays
- – Verkaufsverpackungen
- – Präsenter und Displays
- – Innenverpackungen
- – Einsätze.
- • Automotive and supplier industry (especially housings and panels of equipment, fittings, interior lining of various rooms in vehicles)
- • Electrical industry (especially housings, panels, components, brackets)
- • Electronics industry (especially housings, panels, brackets)
- • toy industry
- • working, living and sanitary facilities (especially cladding of built-in appliances such as air conditioning unit, lighting components such as lampshades, furniture made of metal or plastic and accessories such as feet, metal or plastic bathroom equipment such as sinks etc.)
- • Supermarket chains (especially advertising displays, packaging, interior design, storage and transport trays)
- • cutlery industry (esp. Plastic cutlery, packaging and storage of cutlery)
- • Coin and medal cases (especially for customization, small series, etc.)
- • entertainment industry, multimedia, video, CD, DVD (especially case of products and devices)
- • Cosmetics industry (in particular holders, stands and boxes for cosmetic products and consumer items such as brushes, brushes, etc.)
- • blisters, folding blister
- • In addition, deep drawn parts (as disposable or reusable articles) for:
- - Storage
- - Transportation
- - Handling
- - Further processing
- - Workpiece carriers and transport trays
- - Sales packaging
- - presenter and displays
- - Inner packaging
- - Calls.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Modellierungsverfahren zum Modellieren einer erfindungsgemäßen Tiefziehform, vorzugsweise auf Basis eines dreidimensionalen computerbasierten Modells (beispielsweise eines CAD-Modells) einer vorgegebenen Tiefziehform. Gemäß dem erfindungsgemäßen Modellierungsverfahren wird bei einer, insbesondere vorgegebenen, Tiefziehform eine Tiefziehoberfläche definiert, deren Geometrie beim Tiefziehen auf die Folie übertragen werden soll. Ferner wird erfindungsgemäß ein Vorzugsteilbereich der Tiefziehoberfläche ausgewählt, dessen Geometrieübertragung auf die Folie im Vergleich zu anderen Bereichen spezifischen Anforderungen an Präzision unterliegt. Das Modellierungsverfahren umfasst weiterhin das Modellieren mindestens eines Vakuumkanals, der die Tiefziehoberfläche mit einer von der Tiefziehoberfläche verschiedenen Kontaktseite der Tiefziehform verbindet. Beim erfindungsgemäßen Modellierungsschritt wird eine geometrische Ausgestaltung und/oder Anordnung und/oder physische Beschaffenheit des mindestens einen Vakuumkanals derart an die Geometrie des Vorzugsteilbereichs angepasst, dass die Folie beim Tiefziehen dicht am Vorzugsteilbereich anliegt.A further aspect of the invention is a modeling method for modeling a thermoforming mold according to the invention, preferably based on a three-dimensional computer-based model (for example a CAD model) of a predetermined thermoforming mold. According to the modeling method according to the invention, a thermoforming surface is defined in a, in particular predetermined, thermoforming mold whose geometry is to be transferred to the film during thermoforming. Furthermore, according to the invention, a preferred subregion of the deep-drawing surface is selected, whose geometry transfer to the film is subject to specific precision requirements compared to other regions. The modeling method further comprises modeling at least one vacuum channel that connects the thermoforming surface to a contact side of the thermoforming mold other than the thermoforming surface. In the modeling step according to the invention, a geometrical configuration and / or arrangement and / or physical condition of the at least one vacuum channel is adapted to the geometry of the preferred subregion in such a way that the film rests tight against the preferred subregion during deep drawing.
Beim erfindungsgemäßen Modellierungsverfahren wird also zum einen ein Vorzugsteilbereich der Tiefziehoberfläche für jede Tiefziehform individuell definiert, je nach den vorliegenden spezifischen Anforderungen an die Präzision seiner Übertragung auf die zu formende Folie im Einzelfall. Zum anderen wird auch die Perforierung der Tiefziehform mit Vakuumkanälen in Abhängigkeit von der spezifischen Geometrie dieses Vorzugsteilbereichs in jedem Anwendungsfall individuell modelliert. Insgesamt kann daher mit dem erfindungsgemäßen Modellierungsverfahren der Tiefziehform auch bei beliebig stark ausgeprägten Unebenheiten und/oder Unregelmäßigkeiten der Tiefziehoberfläche jede Präzisionsanforderung an deren Übertragung auf die zu formende Folie zuverlässig gewährleistet werden.Thus, in the modeling method according to the invention, on the one hand, a preferred partial area of the deep-drawing surface is defined individually for each thermoforming mold, depending on the specific requirements for the precision of its transfer to the film to be formed in the individual case. On the other hand, the perforation of the thermoforming mold with vacuum channels is individually modeled in each application, depending on the specific geometry of this preferred subregion. Overall, therefore, with the modeling method according to the invention of the deep-drawing mold, any precision requirement for its transfer to the film to be formed can be reliably guaranteed even with any uneven and / or irregularities of the deep-drawing surface.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Tiefziehform mittels eines generativen Schichtbauverfahrenss. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren umfasst einen Schritt der Entgegennahme eines mithilfe eines erfindungsgemäßen Modellierungsverfahrens abgeänderten computerbasierten Modells einer vorgegebenen Tiefziehform sowie einen Schritt des Herstellens der Tiefziehform durch das generative Schichtbauverfahren auf der Grundlage des abgeänderten computerbasierten Modells. Das Herstellen umfasst dabei die Schritte des Aufbringens einer Schicht eines Aufbaumaterials innerhalb eines Baufelds und des selektiven Verfestigens der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem jeweiligen Querschnitt der herzustellenden Tiefziehform entsprechen. Die Schritte des Aufbringens und des selektiven Verfestigens werden wiederholt, bis die Tiefziehform fertiggestellt ist.A further aspect of the invention is a method for producing a thermoforming mold by means of a generative layer construction method. The production method according to the invention comprises a step of receiving a modified computer-based model of a modeling method according to the invention predetermined deep-drawing mold and a step of producing the thermoforming mold by the generative layer construction method based on the modified computer-based model. The manufacturing process comprises the steps of applying a layer of building material within a construction field and selectively solidifying the applied layer at locations corresponding to a respective cross section of the deep drawing mold to be produced. The steps of application and selective solidification are repeated until the thermoforming mold is completed.
Weiterhin wird ein erfindungsgemäßes Computerprogramm bereitgestellt, das in eine programmierbare Modellierungseinheit zur Modellierung einer Tiefziehform und/oder in eine programmierbare Steuereinheit für eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts ladbar ist. Das erfindungsgemäße Computerprogramm umfasst einen Programmcode, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Modellierungsverfahrens und/oder eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Modellierungseinheit und/oder Steuereinheit ausgeführt wird.Furthermore, a computer program according to the invention is provided which can be loaded into a programmable modeling unit for modeling a thermoforming mold and / or into a programmable control unit for a device for the generative production of a three-dimensional object. The computer program according to the invention comprises a program code for carrying out all steps of a modeling method according to the invention and / or a production method according to the invention when the computer program is executed in the modeling unit and / or control unit.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Modellierungseinheit zum Modellieren einer erfindungsgemäßen Tiefziehform. Die erfindungsgemäße Modellierungseinheit ist zur Durchführung eines Modellierungsverfahrens nach der Erfindung ausgebildet. Beispielsweise kann hierzu ein erfindungsgemäßes Computerprogramm in die Modellierungseinheit geladen werden.Another aspect of the invention is a modeling unit for modeling a thermoforming mold according to the invention. The modeling unit according to the invention is designed to carry out a modeling method according to the invention. For example, for this purpose, a computer program according to the invention can be loaded into the modeling unit.
Ferner wird eine erfindungsgemäße Steuereinheit für eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung vorzugsweise einen über ein Baufeld bewegbaren Beschichter zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds und eine Verfestigungseinrichtung zum selektiven Verfestigen der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem jeweiligen Querschnitt des herzustellenden Objekts entsprechen. Die erfindungsgemäße Steuereinheit ist ausgebildet, die Vorrichtung so zu steuern, dass sie ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren ausführt. Beispielsweise kann hierzu ein erfindungsgemäßes Computerprogramm in die Steuereinheit geladen werden.Furthermore, a control unit according to the invention for a device for generatively producing a three-dimensional object by layering and selectively solidifying a building material is provided. In this case, the device preferably comprises a coater movable over a building field for applying a layer of the building material within the construction field and a solidifying device for selectively solidifying the applied layer at locations which correspond to a respective cross section of the object to be produced. The control unit according to the invention is designed to control the device so that it carries out a production method according to the invention. For example, for this purpose, a computer program according to the invention can be loaded into the control unit.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials, vorzugsweise umfassend einen über ein Baufeld bewegbaren Beschichter zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds und eine Verfestigungseinrichtung zum selektiven Verfestigen der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem jeweiligen Querschnitt des Objekts entsprechen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ausgebildet und/oder gesteuert, ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren auszuführen. Zur entsprechenden Steuerung kann insbesondere eine erfindungsgemäße Steuereinheit dienen.Another aspect of the invention is an apparatus for generatively producing a three-dimensional object by layering and selectively consolidating a build material, preferably comprising a field movable coater for applying a layer of build material within the build field and solidification means for selectively strengthening the applied layer Positions that correspond to a respective cross-section of the object. The device according to the invention is designed and / or controlled to carry out a production method according to the invention. In particular, a control unit according to the invention can serve for the corresponding control.
Die vorstehend angegebenen und weitere Merkmale und Wirkungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die Darstellung der Herstellvorrichtung und der Tiefziehform in den Zeichnungen ist rein schematisch und ist daher nicht als maßstabsgetreu zu verstehen. Gleiche oder einander entsprechende Elemente verschiedener Beispiele sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.The above-mentioned and other features and effects of the invention are described below with reference to embodiments with reference to the drawings. The representation of the manufacturing apparatus and the thermoforming mold in the drawings is purely schematic and is therefore not to be understood as true to scale. Identical or mutually corresponding elements of different examples are identified by the same reference numerals.
Mit Bezug auf
In der Prozesskammer
Die Lasersintervorrichtung
Die Lasersintervorrichtung
Weiter enthält die Lasersintervorrichtung
Zur Modellierung einer erfindungsgemäßen Tiefziehform umfasst die Vorrichtung
Das erfindungsgemäße Modellierungsverfahren, das von der Modellierungseinheit
Im Betrieb befindet sich die Bauunterlage, die in diesem Beispiel eine Oberfläche der Plattform
In diesem Beispiel kann beispielsweise die gesamte Außenkontur der Zähne
Ein dichtes Anliegen der Folie am Graben
Auch hier kann beispielsweise eine gesamte Außenfläche des Backenzahns
Ein dichtes Anliegen einer zu formenden Folie an der Kaufläche
Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist sie nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auf beliebige Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials (vorzugsweise in Pulverform) angewendet werden, unabhängig von der Art und Weise, wie das Aufbaumaterial verfestigt wird. Das selektive Verfestigen des aufgebrachten Aufbaumaterials kann durch eine Energiezufuhr jeder geeigneten Art erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann es beispielsweise auch durch 3D-Drucken, etwa durch Aufbringen eines Klebers, durchgeführt werden.Although the present invention has been described with reference to a laser sintering or laser melting apparatus, it is not limited to laser sintering or laser melting. It can be applied to any methods of generatively producing a three-dimensional object by layering and selectively solidifying a building material (preferably in powder form), regardless of the manner in which the building material is solidified. The selective solidification of the applied build-up material may be accomplished by a power supply of any suitable type. Alternatively or additionally, for example, it can also be carried out by 3D printing, for example by applying an adhesive.
Beim selektiven Verfestigen durch Energiezufuhr kann Energie dem Aufbaumaterial im Allgemeinen beispielsweise durch elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung zugeführt werden. Dabei wirkt die Strahlung so auf das Aufbaumaterial im jeweiligen zu verfestigenden Bereich einer Schicht ein, dass es seinen Aggregatzustand ändert, einen Phasenübergang oder eine andere Strukturänderung durchläuft und nach einem anschließenden Abkühlvorgang in verfestigter Form vorliegt. Vorzugsweise ist das Aufbaumaterial ein Pulver, wobei die Strahlung insbesondere eine Laserstrahlung sein kann. In diesem Fall wirkt die Strahlung so auf einen zu verfestigenden Bereich der jeweiligen Schicht ein, dass Pulverkörner des Aufbaumaterials in diesem Bereich durch die durch die Strahlung eingebrachte Energie teilweise oder vollständig aufgeschmolzen werden und nach einer Abkühlung miteinander verbunden als Festkörper vorliegen.In selective solidification by energy supply, energy can be supplied to the building material in general, for example, by electromagnetic radiation or particle radiation. In this case, the radiation acts on the building material in the respective region of a layer to be solidified in such a way that it changes its state of aggregation, undergoes a phase transition or another structural change and is present in a solidified form after a subsequent cooling process. Preferably, the building material is a powder, wherein the radiation may be in particular a laser radiation. In this case, the radiation acts on a region of the respective layer to be solidified such that powder grains of the building material in this region are partially or completely melted by the energy introduced by the radiation be and connected together after cooling down as a solid.
Eine Belichtungseinrichtung zur selektiven Verfestigung durch Energiezufuhr kann beispielsweise einen oder mehrere Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser wie z. B. Laserdioden, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser), oder eine Zeile dieser Laser umfassen. Allgemein kann zur Belichtung jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als Wellen- oder Teilchenstrahlung selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers können beispielsweise eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle verwendet werden, die geeignet ist, das Aufbaumaterial zu verfestigen. Statt des Ablenkens eines Strahls kann auch das Belichten mit einem verfahrbaren Zeilenbelichter angewendet werden. Auch auf das selektive Maskensintern, bei dem eine ausgedehnte Lichtquelle und eine Maske verwendet werden, oder auf das High-Speed-Sintern (HSS), bei dem auf dem Aufbaumaterial selektiv ein Material aufgebracht wird, das die Strahlungsabsorption an den entsprechenden Stellen erhöht (Absorptionssintern) oder verringert (Inhibitionssintern), und dann unselektiv großflächig oder mit einem verfahrbaren Zeilenbelichter belichtet wird, kann die Erfindung angewendet werden.An exposure device for selective solidification by energy supply, for example, one or more gas or solid state lasers or any other type of laser such. As laser diodes, in particular VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) or VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser), or include a row of these lasers. In general, any device can be used for the exposure, with the energy can be selectively applied as a wave or particle radiation on a layer of the building material. Instead of a laser, for example, another light source, an electron beam or any other energy or radiation source can be used, which is suitable to solidify the building material. Instead of deflecting a beam, it is also possible to use exposure with a movable line imagesetter. Also, selective mask sintering using an extended light source and a mask, or high-speed sintering (HSS), which selectively applies to the build material a material that increases the radiation absorption at the respective sites (absorption sintering) ) or decreased (inhibition sintering), and then exposed unselectively over a large area or with a movable line imagesetter, the invention can be applied.
Bei der vorliegenden Erfindung können grundsätzlich alle Arten von Aufbaumaterial zum Einsatz kommen, die sich für die generative Fertigung eignen, insbesondere Kunststoffe, Metalle, Keramiken, jeweils vorzugsweise in Pulverform, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver.In the present invention, basically all types of building material can be used, which are suitable for the generative production, in particular plastics, metals, ceramics, preferably in powder form, sand, filled or mixed powders.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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