DE102016226022A1 - Process for producing a structural component, structural component and lever system - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (1) beschrieben, das die Durchführung eines generativen Herstellungsverfahrens umfasst. Dabei erfolgt ein Aufbauen eines Basisbereichs (10) des Strukturbauteils (1) in einer Aufbaurichtung (B). Anschließend wird eine gitterartigen Stützstruktur (30) mit sich innerhalb der Stützstruktur (30) wiederholende Elementareinheiten (35) mit jeweils gleicher äußerer Gestalt ausgebildet. Abschließend erfolgt ein Ausbilden eines sich in der Aufbaurichtung (B) an die Stützstruktur (30) anschließenden Aufbaubereichs (20) des Strukturbauteils (1). Ferner wird ein Strukturbauteil (1) und ein Hebelsystem (100) mit dem Strukturbauteil (1) beschrieben.A method for producing a structural component (1) is described, which comprises carrying out a generative production method. In this case, a base region (10) of the structural component (1) is constructed in a construction direction (B). Subsequently, a lattice-like support structure (30) with elementary units (35) which are repeated within the support structure (30) and each having the same external shape is formed. Finally, a build-up region (20) of the structural component (1) adjoining the support structure (30) in the construction direction (B) is formed. Furthermore, a structural component (1) and a lever system (100) with the structural component (1) are described.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, ein Strukturbauteil sowie ein Hebelsystem.The present invention relates to a method for producing a structural component, a structural component and a lever system.

Strukturbauteile verschiedenster Art, wie beispielsweise Hebel, Träger, Behälter, Rumpfteile für Fahrzeuge oder dergleichen, werden zunehmend durch generative Herstellungs- bzw. Fertigungsverfahren hergestellt. Generative Herstellungsverfahren bieten außergewöhnliche Designfreiheit und erlauben es unter anderem Objekte mit überschaubarem Aufwand herzustellen, welche mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur unter erheblichem Aufwand herstellbar wären. Bei generativen bzw. additiven Fertigungsverfahren, auch allgemein als „3D-Druckverfahren“ bezeichnet, werden ausgehend von einem digitalisierten geometrischen Modell eines Objekts ein oder mehrere Modelliermaterialien sequentiell in Lagen übereinandergeschichtet und ausgehärtet.Structural components of various kinds, such as levers, carriers, containers, fuselage parts for vehicles or the like, are increasingly produced by generative manufacturing or manufacturing processes. Generative manufacturing processes offer exceptional design freedom and allow, among other things, to produce objects with a manageable effort, which would not be possible to produce with conventional methods or only with considerable effort. In generative or additive manufacturing processes, also commonly referred to as "3D printing process", starting from a digitized geometric model of an object, one or more modeling materials are sequentially stacked and cured in layers.

Verfahrensbedingt sind bei einer Vielzahl der additiven oder generativen Fertigungsverfahren Stützstrukturen notwendig. Solche Stützstrukturen werden insbesondere zur Ausbildung von sich quer zur Aufbaurichtung erstreckenden Überhängen benötigt, da übliche Modelliermaterialien wie Pulver oder Flüssigkeit nicht die notwendige Stützfunktion erfüllt.Due to the process support structures are necessary in a variety of additive or generative manufacturing processes. Such support structures are needed in particular for the formation of overhangs extending transversely to the construction direction, since conventional modeling materials such as powder or liquid do not fulfill the necessary support function.

Üblicherweise werden die Stützstrukturen nach der Herstellung des Bauteils nicht mehr benötigt. Die EP 2 666 613 A1 beschreibt daher eine Stützstruktur, die sich nach der Herstellung des Bauteils auf einfache Weise wieder entfernen lässt. Eine Entfernung der Stützstruktur nach der Herstellung des Bauteils ist jedoch nur möglich, wenn die Stützstruktur räumlich zugänglich ist.Usually, the support structures are no longer needed after the production of the component. The EP 2 666 613 A1 therefore describes a support structure which can be easily removed after the manufacture of the component. However, a removal of the support structure after the production of the component is only possible if the support structure is spatially accessible.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Bauteil auf effiziente Weise und mit geringem Bauteilgewicht herstellbar ist.It is therefore an object of the present invention to provide a method by which a component can be produced in an efficient manner and with low component weight.

Diese Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved in each case by the subject matters of the independent claims.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den auf die unabhängigen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.Advantageous embodiments and further developments will become apparent from the dependent claims to the independent claims in conjunction with the description.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils vorgesehen, wobei das Verfahren die Durchführung eines generativen Herstellungsverfahrens umfasst. In einem ersten Vefahrensschritt erfolgt ein Aufbauen eines sich flächig erstreckenden Basisbereichs des Strukturbauteils in einer Aufbaurichtung. Anschließend wird eine gitterartige Stützstruktur durch Aufbau eine Vielzahl von Stützelementen in der Aufbaurichtung auf dem Basisbereich ausgebildet. Der Aufbau der Stützelemente erfolgt derart, dass die Stützelemente innerhalb der Stützstruktur sich wiederholende Elementareinheiten mit jeweils gleicher äußerer Gestalt ausbilden. Weiterhin wird ein sich in der Aufbaurichtung an die Stützstruktur anschließender Aufbaubereich des Bauteils ausgebildet, wobei der Aufbaubereich sich flächig erstreckt.According to a first aspect of the invention, a method for producing a structural component is provided, wherein the method comprises carrying out a generative production method. In a first method step, a base area of the structural component extending in a planar manner takes place in a mounting direction. Subsequently, a grid-like support structure is formed by constructing a plurality of support members in the mounting direction on the base portion. The structure of the support elements is such that the support elements form within the support structure repetitive elementary units, each having the same outer shape. Furthermore, a construction area of the component which adjoins the support structure in the construction direction is formed, wherein the building area extends over a flat area.

Erfindungsgemäß wird somit ein generatives oder additives Herstellungsverfahren durchgeführt, bei dem zunächst ein flächiger, z.B. streifen-, platten- oder schalenförmiger Basisbereich bzw. eine Basisschicht in einer Aufbaurichtung aus einem Modelliermaterial aufgebaut wird. Der Basisbereich wird demnach in der Aufbaurichtung mit einer gewissen Dicke erzeugt. Auf der Basisschicht bzw. dem Basisbereich wird eine gitterartige Stützstruktur in der Aufbaurichtung aus dem Modelliermaterial ausgebildet. Es wird also ein sich in der Aufbaurichtung erstreckendes Stützgerüst ausgebildet. Insbesondere werden mittels des generativen Herstellungsverfahrens eine Vielzahl einzelner Stützelemente aufgebaut, die untereinander verbunden sind und die innerhalb der Stützstruktur sich wiederholende Elementareinheiten mit jeweils gleicher äußerer Gestalt ausbilden. Innerhalb der Stützstruktur wiederholen sich dabei bestimmte von mehreren Stützelemente begrenzte Raumstrukturen. Die Stützelemente können insbesondere stabförmig oder bogenförmig oder allgemein mit einer länglichen Erstreckung ausgebildet sein. Insbesondere bilden die Stützelemente Kanten einer jeweiligen Elementareinheit. Somit bilden die Elementareinheiten offene Zellen aus. Durch diese Struktur wird eine Stützstruktur mit geringem Gewicht und hoher mechanischer Steifigkeit erzeugt. Abschließend wird aufbauend auf der Stützstruktur ein flächiger Aufbaubereich aus dem Modelliermaterial ausgebildet. Der Aufbaubereich und der Basisbereich überlappen einander somit. Durch die Herstellung mittels eines generativen Herstellungsverfahrens sind der Basisbereich, die Stützstruktur und der Aufbaubereich einstückig ausgebildet.According to the invention, a generative or additive manufacturing process is thus carried out, in which first a planar, e.g. strip, plate or cup-shaped base region or a base layer is constructed in a construction direction of a modeling material. The base region is accordingly produced in the construction direction with a certain thickness. On the base layer or the base region, a grid-like support structure in the construction direction is formed from the modeling material. It is thus formed a extending in the body direction scaffold. In particular, a multiplicity of individual support elements are constructed by means of the generative production method, which are connected to one another and form the repetitive elementary units, each having the same external shape, within the support structure. Within the supporting structure, certain spatial structures which are limited by a plurality of supporting elements are repeated. The support elements may be formed in particular rod-shaped or arcuate or generally with an elongated extension. In particular, the support elements form edges of a respective elementary unit. Thus, the elementary units form open cells. This structure creates a support structure with low weight and high mechanical rigidity. Finally, based on the support structure, a planar building area is formed from the modeling material. The construction area and the base area thus overlap one another. By virtue of the production by means of a generative production method, the base region, the support structure and the construction region are formed in one piece.

Die Stützstruktur verbleibt nach der Herstellung des Bauteils zwischen dem Basisbereich und dem Aufbaubereich. Aufgrund der offenzelligen, gitterartigen Gestaltung der Stützstruktur weist das hergestellte Strukturbauteil einerseits lediglich ein geringes Zusatzgewicht durch die Stützstruktur auf. Andererseits weist eine gitterartige Struktur eine hohe mechanische Festigkeit auf und verbessert damit die mechanische Belastbarkeit des Bauteils insgesamt. Weiterhin können der Basisbereich und der Aufbaubereich durch den Beitrag der Stützstruktur zur mechanischen Festigkeit mit geringerer Wandstärke ausgeführt werden, wodurch das Bauteilgewicht verringert wird.The support structure remains after the manufacture of the component between the base region and the construction area. Due to the open-cell, grid-like design of the support structure, the structural component produced on the one hand only a small additional weight through the support structure. On the other hand, a grid-like structure has a high mechanical strength and thus improves the mechanical strength of the component as a whole. Furthermore, by the contribution of the support structure to the mechanical strength, the base area and the building area can be made smaller Wall thickness are performed, whereby the component weight is reduced.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann insbesondere vorgesehen sein, dass zur Ausbildung der gitterartigen Stützstruktur erste Stützelemente mit einer Längserstreckung in Aufbaurichtung und zweite Stützelemente mit einer von der Aufbaurichtung abweichenden Längserstreckung aufgebaut werden. Es werden also längliche, z.B. stab- oder bogenförmige erste Stützelemente, die sich in etwa in der Aufbaurichtung erstrecken, und längliche, z.B. stab- oder bogenförmige zweite Stützelemente, die sich quer oder schräg zur Aufbaurichtung erstrecken, aufgebaut. Dies bietet den Vorteil, dass die Stützstruktur mit im Wesentlichen richtungsunabhängiger hoher mechanischer Belastbarkeit ausgebildet wird.According to an advantageous embodiment of the method can be provided in particular that are constructed to form the lattice-like support structure first support elements with a longitudinal extent in the body direction and second support elements with a deviating from the body direction longitudinal extent. Thus, elongated, e.g. rod-shaped or arc-shaped first support elements which extend approximately in the construction direction, and elongated, e.g. rod-shaped or arcuate second support elements which extend transversely or obliquely to the direction of construction constructed. This offers the advantage that the support structure is formed with a substantially direction-independent high mechanical load capacity.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Abweichung von der Aufbaurichtung der zweiten Stützelemente in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm liegt. Eine Abbildung eines jeweiligen zweiten Stützelements, die sich bei einer Parallelprojektion des jeweiligen Stützelements in Aufbaurichtung auf eine senkrecht zu der Aufbaurichtung stehende Fläche ergibt, weist demnach eine Länge in dem genannten Bereich auf. In diesem Bereich wird bei großer Designfreiheit eine mechanisch stabile Stützstruktur erzeugt.In particular, it can be provided that a deviation from the construction direction of the second support elements is in a range between 0.1 mm and 5 mm. An illustration of a respective second support element, which results in a parallel projection of the respective support element in the direction of construction on a surface perpendicular to the construction direction, thus has a length in said region. In this area, a mechanically stable support structure is created with great freedom of design.

Bevorzugt liegt die Abweichung von der Aufbaurichtung der zweiten Stützelemente in einem Bereich zwischen 1 mm und 4 mm. In diesem Bereich wird die Stützstruktur besonders schnell und effizient mit hoher mechanischer Festigkeit erzeugt. Insbesondere werden die zweiten Stützelemente in diesem Bereich der Abweichung von der Aufbaurichtung zuverlässig mit hoher Qualität erzeugt. Insbesondere wird zuverlässig ein Abbrechen oder eine ungewollte Verformung einzelner Stützelemente während der Herstellung infolge unzureichender Stützung durch das Modelliermaterial verhindert.Preferably, the deviation from the construction direction of the second support elements is in a range between 1 mm and 4 mm. In this area, the support structure is produced particularly quickly and efficiently with high mechanical strength. In particular, the second support elements are reliably generated in this area of the deviation from the construction direction with high quality. In particular, a break or unwanted deformation of individual support elements during manufacture due to insufficient support by the modeling material is reliably prevented.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Stützelemente derart aufgebaut werden, dass die Elementareinheiten als konvexe Polyeder ausgebildet werden. Ein Polyeder heißt konvex, wenn für je zwei Punkte des Polyeders die Verbindungsstrecke zwischen diesen Punkten vollständig im Inneren des Polyeders liegt. Damit wird also Stützstruktur als regelmäßiges Gitter aufgebaut, was den Herstellungsaufwand verringert und wodurch ein einfacher konstruktiver Aufbau des Strukturbauteils erzielt wird.According to a further embodiment of the method it can be provided that the support elements are constructed such that the elementary units are formed as convex polyhedra. A polyhedron is called convex if, for every two points of the polyhedron, the connecting distance between these points lies completely inside the polyhedron. So that support structure is thus constructed as a regular grid, which reduces the production cost and whereby a simple structural design of the structural component is achieved.

Die Elementareinheiten können demnach die äußere Gestalt eines Polyeders aufweisen, beispielsweise als Polyeder in Form eines Quaders, eines Hexaeders, eines Oktaeders, eines Oktaederstumpfs, eines Tetraeders, eines Doppeltetraeders, eines polygonalen Prismas, eines Dodekaeders, eines Ikosaeders, eines Ikosidodekaeders oder dergleichen.The elementary units may accordingly have the outer shape of a polyhedron, for example as polyhedra in the form of a cuboid, a hexahedron, an octahedron, an octahedron, a tetrahedron, a double tetrahedron, a polygonal prism, a dodecahedron, an icosahedron, an icosidodecahedron or the like.

Das generative Herstellungsverfahren kann insbesondere ein selektives Lasersinterverfahren, kurz SLS-Verfahren oder SLM-Verfahren, eine Elektronenstrahl-Schmelzverfahren, kurz EBM-Verfahren, oder ein Fused Deposition Modeling Verfahren, kurz FDM-Verfahren umfassen.The generative production method may, in particular, include a selective laser sintering method, SLS method or SLM method, an electron beam melting method, EBM method for short, or a fused deposition modeling method, in short FDM method.

Beim SLS-Verfahren und beim SLM-Verfahren wird ein Bauteil schichtweise aus dem Modelliermaterial, beispielsweise ein Kunststoff (SLS-Verfahren) oder ein Metall (SLM-Verfahren), aufgebaut, indem das Modelliermaterial in Pulverform auf eine Unterlage aufgebracht wird und gezielt durch lokale Laserbestrahlung verflüssigt wird, wodurch sich nach Abkühlung ein festes, zusammenhängendes Bauteil ergibt. Beim EBM-Verfahren wird anstelle eines Laserstrahls ein Elektronenstrahl als Energiequelle zur Bestrahlung des pulverförmigen Modelliermaterials verwendet.In the SLS process and in the SLM process, a component is built up layer by layer from the modeling material, for example a plastic (SLS process) or a metal (SLM process), by applying the modeling material in powder form to a substrate and targeted by local Laser irradiation is liquefied, resulting in a solid, coherent component after cooling. In the EBM method, instead of a laser beam, an electron beam is used as an energy source for irradiating the powdery modeling material.

Im FDM-Verfahren wird zunächst, ähnlich wie bei einem normalen Drucker, ein Raster von Punkten entsprechend des herzustellenden Bauteilquerschnitts auf eine Fläche aufgetragen. Die Punkte werden durch die Verflüssigung eines drahtförmigen Modelliermaterials durch Erwärmung, Aufbringung durch Extrudieren mittels einer Düse sowie einer anschließenden Aushärtung durch Abkühlung erzeugt. Der Aufbau eines Körpers erfolgt, indem wiederholt, bevorzugt zeilenweise, eine Arbeitsebene mit der Düse abgefahren und dann die Arbeitsebene sequenziell nach oben verschoben wird, sodass der Körper schichtweise entsteht.In the FDM method, first, similar to a normal printer, a grid of dots is applied to a surface according to the component cross-section to be produced. The dots are produced by the liquefaction of a wireline modeling material by heating, application by extrusion through a die, and subsequent cure by cooling. The structure of a body is carried out by repeatedly, preferably line by line, traversed a working plane with the nozzle and then the working plane is shifted sequentially upwards, so that the body is formed in layers.

Grundsätzlich kann das Modelliermaterial aus sämtlichen Materialien oder Materialkombinationen ausgewählt werden, für welche additive Verfahren bekannt sind. Als Modelliermaterial kann insbesondere ein Metallmaterial, ein Kunststoffmaterial, ein Verbundmaterial oder ein Keramikmaterial verwendet werden. Als Metallmaterial kommen insbesondere Stahllegierungen, Titan oder Titanlegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen oder ähnliche Metallmaterialen in Fragen. Als Kunststoffmaterial kann insbesondere ein Polyamid oder ein Elastomer, wie beispielsweise Thermoplastisches Polyurethan, verwendet werden. Unter Verbundmaterial sind in diesem Zusammenhang insbesondere Materialien zu verstehen, bei denen Fasermaterial in einem Matrixmaterial eingebettet ist. Dies können insbesondere faserverstärkte Kunststoffe, wie beispielsweise mit Kohlefasern verstärkte Kunststoffe, oder mit Kohlenstofffasern verstärktes Siliziumkarbid sein. Als Keramikmaterial kann insbesondere Siliziumkarbid, Al2O3 oder dergleichen verwendet werden.In principle, the modeling material may be selected from any materials or combinations of materials for which additive processes are known. In particular, a metal material, a plastic material, a composite material or a ceramic material may be used as the modeling material. In particular, steel alloys, titanium or titanium alloys, aluminum or aluminum alloys or similar metal materials come into question as the metal material. As the plastic material, in particular, a polyamide or an elastomer such as thermoplastic polyurethane can be used. In this context, composite material is to be understood as meaning, in particular, materials in which fiber material is embedded in a matrix material. These may be in particular fiber-reinforced plastics, such as, for example, carbon fiber-reinforced plastics, or carbon fibers reinforced silicon carbide. In particular, silicon carbide, Al 2 O 3 or the like may be used as the ceramic material.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Strukturbauteil vorgesehen. Das Strukturbauteil kann insbesondere durch ein Verfahren gemäß einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen hergestellt sein. Anhand des Verfahrens oder des Bauteils beschriebene Merkmale und Vorteile gelten somit in analoger Weise auch für den jeweils anderen Gegenstand. According to a further aspect, a structural component is provided. The structural component may in particular be produced by a method according to one of the embodiments described above. Features and advantages described with reference to the method or the component thus also apply analogously to the respective other object.

Das Strukturbauteil weist einen sich flächig erstreckenden Basisbereich und einen sich flächig erstreckenden Aufbaubereich auf, der in einer Dickenrichtung beabstandet zu dem Basisbereich angeordnet ist. Der Basis- und der Aufbaubereich überlappen einander somit bzw. weisen einander zugewandte Flächen auf. Weiterhin weist das Strukturbauteil eine sich zwischen dem Basisbereich und dem Aufbaubereich erstreckende gitterartige Stützstruktur auf, die eine Vielzahl von Stützelementen aufgebaut ist. Die Stützelemente bilden innerhalb der Stützstruktur sich wiederholende Elementareinheiten mit jeweils gleicher äußerer Gestalt aus. Der Basisbereich, der Aufbaubereich und die Stützstruktur sind einstückig ausgebildet.The structural member has a planar-extending base portion and a planar-extending body portion disposed in a thickness direction spaced from the base portion. The base and the building area thus overlap each other or have facing surfaces. Furthermore, the structural component has a grid-like support structure extending between the base area and the building area, which has a multiplicity of support elements. The support elements form within the support structure repetitive elementary units each having the same outer shape. The base region, the body region and the support structure are integrally formed.

Das Strukturbauteil weist demnach einen flächigen, z.B. streifen-, platten- oder schalenförmigen Basisbereich und einen ebenfalls flächigen, z.B. streifen-, platten- oder schalenförmigen Aufbaubereich auf, wobei der Basisbereich und der Aufbaubereich einander in einer Dickenrichtung gegenüberliegend angeordnet sind. In Bezug auf die Dickenrichtung zwischen dem Basisbereich und dem Aufbaubereich ist eine Stützstruktur vorgesehen, die einstückig mit dem Basis- und dem Aufbaubereich ausgebildet ist. Die Stützstruktur ist gitterartig ausgebildet. Es ist also ein sich in der Dickenrichtung erstreckendes Stützgerüst vorgesehen, das sich zwischen dem Basis- und dem Aufbaubereich erstreckt und diese mechanisch miteinander verbindet. Die Stützstruktur umfasst eine Vielzahl einzelner Stützelemente, die untereinander verbunden sind und die innerhalb der Stützstruktur sich wiederholende Elementareinheiten mit jeweils gleicher äußerer Gestalt ausbilden. Innerhalb der Stützstruktur wiederholen sich dabei bestimmte von mehreren Stützelemente begrenzte Raumstrukturen. Die Stützelemente können insbesondere stabförmig oder bogenförmig oder allgemein mit einer länglichen Erstreckung ausgebildet sein. Insbesondere bilden die Stützelemente Kanten einer jeweiligen Elementareinheit. Somit bilden die Elementareinheiten offene Zellen aus. Durch diese Struktur wird eine Stützstruktur wird mit geringem Gewicht bei hoher mechanischer Steifigkeit erzeugt. Insbesondere eignet sich die beschriebene Gestaltung des Bauteils in vorteilhafter Weise zur Herstellung mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, z.B. dem oben beschriebenen Verfahren.The structural component accordingly has a planar, e.g. strip-shaped, plate-shaped or cup-shaped base region and also a flat, e.g. strip, plate or bowl-shaped body region, wherein the base portion and the body portion are arranged opposite to each other in a thickness direction. With respect to the thickness direction between the base portion and the body portion, there is provided a support structure formed integrally with the base and body portions. The support structure is formed like a grid. Thus, there is provided a scaffold extending in the thickness direction, which extends between the base and the body region and mechanically connects them together. The support structure comprises a plurality of individual support elements which are interconnected and which form within the support structure repetitive elementary units each having the same outer shape. Within the supporting structure, certain spatial structures which are limited by a plurality of supporting elements are repeated. The support elements may be formed in particular rod-shaped or arcuate or generally with an elongated extension. In particular, the support elements form edges of a respective elementary unit. Thus, the elementary units form open cells. This structure creates a support structure with low weight and high mechanical rigidity. In particular, the described design of the component is advantageously suitable for manufacture by means of a generative manufacturing process, e.g. the method described above.

Gemäß einer Ausführungsform des Bauteils kann vorgesehen sein, dass die gitterartige Stützstruktur durch erste Stützelemente mit einer Längserstreckung in Dickenrichtung und zweite Stützelemente mit einer von der Aufbaurichtung abweichenden Längserstreckung aufgebaut ist. Es sind also jeweils längliche, z.B. stab- oder bogenförmige erste und zweite Stützelemente vorgesehen. Die ersten Stützelemente erstrecken sich in etwa in der Aufbaurichtung bzw. deren Längserstreckung folgt in etwa der Aufbaurichtung. Die zweiten Stützelemente erstrecken sich quer oder schräg zur Aufbaurichtung. Dadurch lassen sich auf einfache Weise Fachwerkstrukturen aufbauen. Dies bietet den Vorteil, dass die Stützstruktur mit im Wesentlichen richtungsunabhängiger hoher mechanischer Belastbarkeit ausgebildet wird.According to one embodiment of the component can be provided that the grid-like support structure is constructed by first support members having a longitudinal extent in the thickness direction and second support elements with a deviating from the body direction longitudinal extent. Thus, they are each oblong, e.g. rod or arcuate first and second support members provided. The first support elements extend approximately in the body direction or their longitudinal extent follows approximately the direction of construction. The second support elements extend transversely or obliquely to the direction of construction. As a result, truss structures can be constructed in a simple manner. This offers the advantage that the support structure is formed with a substantially direction-independent high mechanical load capacity.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Abweichung von der Aufbaurichtung der zweiten Stützelemente in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm liegt. Eine Abbildung eines jeweiligen zweiten Stützelements, die sich bei einer Parallelprojektion des jeweiligen Stützelements in Aufbaurichtung auf eine senkrecht zu der Aufbaurichtung stehende Fläche ergibt, weist demnach eine Länge in dem genannten Bereich auf.In particular, it can be provided that a deviation from the construction direction of the second support elements is in a range between 0.1 mm and 5 mm. An illustration of a respective second support element, which results in a parallel projection of the respective support element in the direction of construction on a surface perpendicular to the construction direction, thus has a length in said region.

Bevorzugt liegt die Abweichung von der Aufbaurichtung der zweiten Stützelemente in einem Bereich zwischen 1 mm und 4 mm. In diesem Bereich ist die Stützstruktur besonders schnell und effizient mit hoher mechanischer Festigkeit mittels eines generativen Herstellungsverfahrens erzeugbar, z.B. mit dem oben beschriebenen Verfahren.Preferably, the deviation from the construction direction of the second support elements is in a range between 1 mm and 4 mm. In this area, the support structure can be produced particularly quickly and efficiently with high mechanical strength by means of a generative manufacturing process, e.g. with the method described above.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Stützelemente derart angeordnet sein, dass die Elementareinheiten als konvexe Polyeder ausgebildet sind. Die Elementareinheiten weisen demnach die äußere Gestalt eines Polyeders auf, beispielsweise als Polyeder in Form eines Quaders, eines Hexaeders, eines Oktaeders, eines Oktaederstumpfs, eines Tetraeders, eines Doppeltetraeders, eines polygonalen Prismas, eines Dodekaeders, eines Ikosaeders, eines Ikosidodekaeders oder dergleichen.According to a further embodiment, the support elements may be arranged such that the elementary units are formed as convex polyhedra. The elementary units accordingly have the outer shape of a polyhedron, for example as polyhedra in the form of a cuboid, a hexahedron, an octahedron, an octahedron, a tetrahedron, a double tetrahedron, a polygonal prism, a dodecahedron, an icosahedron, an icosidodecahedron or the like.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Hebelsystem mit zumindest einem drehbar an eine Basiskomponente angelenktem Hebel, wobei der Hebel durch ein Strukturbauteil nach einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Das Hebelsystem kann insbesondere eine Bewegungsvorrichtung zur Bewegung einer an dem Hebel gelagerten Komponente bilden. Beispielsweise kann das Hebelsystem als Teil eines Fahrwerks eines Luftfahrzeugs, einer Stellvorrichtung zur Positionierung einer Flügelklappe oder dergleichen vorgesehen sein. Auch kann das Hebelsystem als Teil einer Kinematik eines Roboters vorgesehen sein.Another aspect of the invention relates to a lever system having at least one lever pivotally hinged to a base component, wherein the lever is formed by a structural component according to one of the embodiments described above. The lever system may in particular form a movement device for moving a component mounted on the lever. For example, the lever system may be provided as part of a landing gear of an aircraft, a positioning device for positioning a wing flap or the like. Also, the lever system may be provided as part of a kinematics of a robot.

Das den Hebel bildende Strukturbauteil weist insbesondere sich jeweils in einer Längsrichtung erstreckende Aufbau- und Basisbereiche auf. Das Strukturbauteil ist hierbei also insbesondere als längliches Bauteil ausgeführt. The structural component forming the lever has, in particular, superstructure and base areas extending in a longitudinal direction. The structural component is thus designed in particular as an elongate component.

In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur „entlang“ einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von kleiner gleich 45 Grad, bevorzugt kleiner 30 Grad und insbesondere bevorzugt parallel zueinander verlaufen.With respect to direction indications and axes, in particular to directions and axes which relate to the course of physical structures, herein is understood to mean a course of an axis, a direction or a structure "along" another axis, direction or structure, that these, in particular the tangents resulting in a respective position of the structures each extend at an angle of less than or equal to 45 degrees, preferably less than 30 degrees, and in particular preferably parallel to one another.

In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur „quer“ zu einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von größer oder gleich 45 Grad, bevorzugt größer oder gleich 60 Grad und insbesondere bevorzugt senkrecht zueinander verlaufen.With respect to directional indications and axes, and in particular to directional data and axes concerning the course of physical structures, herein a progression of an axis, a direction or a structure is understood to be "transverse" to another axis, direction or structure, that In particular, the tangents resulting in a respective position of the structures each extend at an angle of greater than or equal to 45 degrees, preferably greater than or equal to 60 degrees, and particularly preferably perpendicular to one another.

Hierin wird unter „einstückig“, „einteilig“, „integral“ oder „in einem Stück“ ausgebildeten Komponenten allgemein verstanden, dass diese Komponenten als ein einziges, eine Materialeinheit bildendes Teil vorliegen und insbesondere als ein solches hergestellt sind, wobei die eine von der anderen Komponente nicht ohne Aufhebung des Materialzusammenhalts von der anderen lösbar ist.As used herein, "integral," "one-piece," "integral," or "one-piece" components generally mean that these components are present and in particular manufactured as a single part forming a material unit, one of which other component can not be detached from the other without releasing material cohesion.

Generative bzw. additive Herstellungsverfahren - auch als 3D-Druckverfahren bezeichnet - im Sinne der vorliegenden Anmeldung umfassen alle Fertigungsverfahren, bei welchen auf der Basis von geometrischen Modellen Objekte vordefinierter Form aus formlosen Materialien wie Flüssigkeiten und Pulvern oder formneutralen Halbzeugen wie etwa band- oder drahtförmigem Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse in einem speziellen generativen Fertigungssystem hergestellt werden. 3D-Druckverfahren im Sinne der vorliegenden Anmeldung verwenden dabei additive Prozesse, bei denen das Ausgangsmaterial schichtweise in vorgegebenen Formen sequentiell aufgebaut wird.Generative or additive manufacturing methods - also referred to as 3D printing method - in the context of the present application include all manufacturing processes in which on the basis of geometric models objects predefined form of informal materials such as liquids and powders or shape-neutral semi-finished products such as ribbon or wire-shaped material be prepared by chemical and / or physical processes in a special generative manufacturing system. In the context of the present application, 3D printing processes use additive processes in which the starting material is built up sequentially in layers in predetermined forms.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung während der Durchführung eines ersten Verfahrensschritts;
  • 2 eine schematische Darstellung des Verfahrens während der Durchführung eines weiteren Verfahrensschritts;
  • 3 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach Abschluss des in 2 dargestellten Verfahrensschritts;
  • 4 eine schematische Darstellung des Verfahrens während der Durchführung eines weiteren Verfahrensschritts;
  • 5 eine schematische Ansicht einer 3D-Druckvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
  • 6 eine perspektivische Ansicht eines Strukturbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine perspektivische Ansicht eines Strukturbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 8 eine schematische Darstellung eines Hebelsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine schematische Darstellung eines Industrieroboters mit Hebelsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 10 eine schematische Darstellung eines Luftfahrzeugs mit Hebelsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In the following the invention will be explained with reference to the figures of the drawings. From the figures show:
  • 1 a schematic representation of a method according to an embodiment of the present invention during the implementation of a first method step;
  • 2 a schematic representation of the method during the implementation of a further method step;
  • 3 a schematic representation of the method after completion of in 2 illustrated method step;
  • 4 a schematic representation of the method during the implementation of a further method step;
  • 5 a schematic view of a 3D printing device for performing the method;
  • 6 a perspective view of a structural component according to an embodiment of the present invention;
  • 7 a perspective view of a structural component according to an embodiment of the present invention;
  • 8th a schematic representation of a lever system according to an embodiment of the present invention;
  • 9 a schematic representation of an industrial robot with lever system according to another embodiment of the present invention; and
  • 10 a schematic representation of an aircraft with lever system according to another embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, the same reference numerals designate the same or functionally identical components, unless indicated otherwise.

In 1 ist schematisch und rein beispielhaft eine Schnittansicht einer Arbeitskammer 3 einer 3-D-Druckvorrichtung 2 in Form einer offenen Kavität dargestellt. Die Arbeitskammer 3 weist eine Werkplattform 4 auf, die beispielhaft als durch den Boden der Kavität ausgebildet dargestellt ist. Die prinzipielle Gestaltung und die Funktionsweise der 3-D-Druckvorrichtung 2 wird im Folgenden noch genauer anhand der 5 erläutert.In 1 is a schematic and purely by way of example a sectional view of a working chamber 3 a 3-D printing device 2 shown in the form of an open cavity. The working chamber 3 has a work platform 4 which is exemplified as being formed through the bottom of the cavity. The basic design and operation of the 3-D printing device 2 will be described in more detail below with reference to 5 explained.

1 zeigt beispielhaft die Durchführung eines ersten Verfahrensschritts eines Verfahrens zur Herstellung eines Strukturbauteils 1. Das Verfahren umfasst insbesondere die Durchführung eines generativen Herstellungsverfahrens, beispielsweise eines selektiven Lasersinterverfahrens, eines Elektronenstrahl-Schmelzverfahrens oder ein Fused Deposition Modeling Verfahrens. In dem ersten Verfahrensschritt wird mittels generativer Fertigung ein sich flächig erstreckender Basisbereich 10 des Strukturbauteils 1 in einer Aufbaurichtung B aus einem Modelliermaterial M aufgebaut. In 1 ist der Basisbereich 10 beispielhaft als ebene Schicht dargestellt, die in der Aufbaurichtung B schichtweise durch Modelliermaterial M mit einer Dicke t10 erzeugt wurde. Der Basisbereich 10 weist insbesondere eine flächige Ausdehnung quer zur Aufbaurichtung B auf und erstreckt sich weiterhin in einer quer zur Aufbaurichtung verlaufenden Längsrichtung L10. In den 1 bis 4 sowie in 7 ist der Basisbereich 10 des Strukturbauteils 1 beispielhaft als plattenförmige, flächige Schicht dargestellt. Das in 5 beispielhaft gezeigt Strukturbauteil 1 weist hingegen einen gekrümmt, insbesondere bogenförmig ausgebildeten Basisbereich 10 auf. 1 shows by way of example the implementation of a first method step of a method for producing a structural component 1 , The method comprises, in particular, the implementation of a generative production method, for example a selective laser sintering method, an electron beam melting method or a fused deposition modeling method. In the first Method step is by means of generative manufacturing a flat extending base area 10 of the structural component 1 in a construction direction B from a modeling material M built up. In 1 is the base area 10 exemplified as a flat layer, in the direction of construction B layer by layer of modeling material M with a thickness t10 was generated. The base area 10 In particular, it has a surface extension transverse to the construction direction B on and continues to extend in a direction transverse to the mounting direction longitudinal direction L10. In the 1 to 4 as in 7 is the base area 10 of the structural component 1 exemplified as a plate-shaped, planar layer. This in 5 exemplified structural component 1 on the other hand has a curved, in particular arc-shaped base region 10 on.

Die 2 und 3 zeigen einen weiteren Schritt des Verfahrens. Dabei erfolgt ein Ausbilden einer gitterartigen Stützstruktur 30. Hierbei werden zur Ausbildung der Stützstruktur 30 mittels des generativen Verfahrens eine Vielzahl von Stützelementen 31, 32 in der Aufbaurichtung B auf dem Basisbereich 10 aufgebaut. Dies erfolgt derart, dass die Stützelemente 31, 32 innerhalb der Stützstruktur 30 sich wiederholende Elementareinheiten 35 mit jeweils gleicher äußerer Gestalt ausbilden. In den 2 und 3 sind die Stützelemente 31, 32 symbolisch als gerade Stäbchen dargestellt. In 2 ist der Aufbau der Stützstruktur 30 noch nicht abschlossen. 3 zeigt die vollständig aufgebaute Stützstruktur 30 mit deren endgültiger Erstreckung in Aufbaurichtung B. Der Aufbau der einzelnen Stützelemente 31, 32 erfolgt somit schichtweise entlang der Aufbaurichtung B. Diese Prinzip ist aus einem Vergleich der 2 und 3 erkennbar.The 2 and 3 show a further step of the process. In this case, a grid-like support structure is formed 30 , Here are the formation of the support structure 30 by means of the generative method, a plurality of support elements 31 . 32 in the construction direction B on the base area 10 built up. This is done in such a way that the support elements 31 . 32 within the support structure 30 repeating elementary units 35 each with the same outer shape. In the 2 and 3 are the support elements 31 . 32 symbolically represented as straight chopsticks. In 2 is the structure of the support structure 30 not finished yet. 3 shows the completely constructed support structure 30 with their final extension in the direction of construction B , The structure of the individual support elements 31 . 32 takes place in layers along the construction direction B , This principle is from a comparison of 2 and 3 recognizable.

Wie aus der symbolischen Darstellung der 2 bis 4 sowie aus den 6 und 7 erkennbar ist, werden die Stützelemente 31, 32 jeweils als sich länglich erstreckende Komponenten ausgebildet. Beispielsweise können, wie in den 2 bis 5 sowie in 7 symbolisch dargestellt, stabförmige Stützelemente 31, 32 ausgebildet werden. 6 zeigt beispielhaft Stützelemente 31, 32 die als leicht gekrümmte, längliche Elemente ausgebildet sind.As from the symbolic representation of 2 to 4 as well as from the 6 and 7 can be seen, the support elements 31 . 32 each formed as elongated components. For example, as in the 2 to 5 as in 7 shown symbolically, rod-shaped support elements 31 . 32 be formed. 6 shows exemplary support elements 31 . 32 which are formed as slightly curved, elongated elements.

Zur Ausbildung der gitterartigen Stützstruktur 30 kann insbesondere vorgesehen sein, dass erste Stützelemente 31 und zweite Stützelemente 32 aufgebaut werden. Wie insbesondere in den 2, 6 und 7 gezeigt ist, werden die ersten Stützelemente 31 mit einer Längserstreckung in oder entlang der Aufbaurichtung B und die zweite Stützelementen 32 mit einer von der Aufbaurichtung B um eine Abweichung d32 abweichenden Längserstreckung aufgebaut. Die ersten und die zweiten Stützelemente 31, 32 verlaufen somit schräg zueinander. Damit wird eine verästelte Stützstruktur 30 erzeugt, wodurch die mechanische Stabilität der Stützstruktur 30 verbessert wird. Die Abweichung d32 von der Aufbaurichtung B der zweiten Stützelemente 32 kann insbesondere in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 mm und 4 mm liegen.To form the grid-like support structure 30 may be provided in particular that first support elements 31 and second support elements 32 being constructed. As in particular in the 2 . 6 and 7 is shown, the first support elements 31 with a longitudinal extent in or along the direction of construction B and the second support elements 32 with one of the body direction B a deviation d32 Deviating longitudinal extension constructed. The first and second support elements 31 . 32 thus run diagonally to each other. This creates a branched support structure 30 generates, thereby increasing the mechanical stability of the support structure 30 is improved. The deviation d32 from the construction direction B the second support elements 32 may in particular be in a range between 0.1 mm and 5 mm, preferably in a range between 1 mm and 4 mm.

Die Abweichung d31 kann insbesondere durch die Länge einer Abbildung eines jeweiligen zweiten Stützelements 32 definiert sein, die sich bei einer Parallelprojektion des jeweiligen Stützelements 32 in Aufbaurichtung B auf eine senkrecht zu der Aufbaurichtung B stehende Fläche ergibt.The deviation d31 can in particular be determined by the length of an image of a respective second support element 32 be defined, which in a parallel projection of the respective support element 32 in the direction of construction B on a perpendicular to the body direction B standing surface yields.

Die Stützelemente 31, 32 werden derart aufgebaut, dass diese innerhalb der Stützstruktur 30 sich wiederholende Elementareinheiten 35 mit jeweils gleicher äußerer Gestalt ausbilden. In 2 ist beispielhaft eine erste Reihe von sich entlang der Längsrichtung L10 des Basisbereichs 10 wiederholenden Elementareinheiten 35 gezeigt, die symbolisch als Fünfecke dargestellt sind und die in Bezug auf die Aufbaurichtung B unmittelbar auf dem Basisbereich 10 ausgebildet sind. Sich in Aufbaurichtung B an diese erste Reihe anschließend ist in 2 beispielhaft eine weitere Reihe von sich entlang einer Längsrichtung L10 des Basisbereichs 10 wiederholenden Elementareinheiten 35 gezeigt, die symbolisch als Rauten dargestellt sind. In 3 ist eine weitere sich in Aufbaurichtung B anschließende sich entlang einer Längsrichtung L10 des Basisbereichs 10 wiederholenden Elementareinheiten 35 gezeigt, die symbolisch als Rauten dargestellt sind. Generell kann vorgesehen sein, dass die Stützelemente 31, 32 derart aufgebaut werden, dass die Elementareinheiten 35 als konvexe Polyeder ausgebildet werden. Hierbei bilden die Stützelemente 31, 32 jeweils Kanten des jeweiligen Polyeders aus.The support elements 31 . 32 are constructed such that they are within the support structure 30 repeating elementary units 35 each with the same outer shape. In 2 is exemplified a first row of itself along the longitudinal direction L10 of the base portion 10 repeating elementary units 35 shown symbolically as pentagons and in relation to the construction direction B immediately on the base area 10 are formed. In the direction of construction B Following this first row is in 2 by way of example a further row along a longitudinal direction L10 of the base region 10 repeating elementary units 35 shown symbolically as diamonds. In 3 is another in the construction direction B adjoining along a longitudinal direction L10 of the base region 10 repeating elementary units 35 shown symbolically as diamonds. In general, it can be provided that the support elements 31 . 32 be constructed such that the elementary units 35 be formed as convex polyhedra. Here are the support elements 31 . 32 each edges of the respective polyhedron.

In 4 ist schematisch ein abschließender Schritt des Verfahrens dargestellt. Hierbei erfolgt ein Ausbilden eines sich in der Aufbaurichtung B an die Stützstruktur 30 anschließenden Aufbaubereichs 20 des Strukturbauteils 1. Wie in den 4, 6 und 7 gezeigt ist, weist der Aufbaubereich 20 ebenfalls eine flächige Ausdehnung quer zur Aufbaurichtung B auf und erstreckt sich entlang der Längsrichtung L10. Weiterhin überlappt der Aufbaubereich 20 in Bezug auf die Längsrichtung L10 mit dem Basisbauteil 10, wie insbesondere in den 4 und 7 gezeigt ist. In 4 ist der Aufbaubereich 20 beispielhaft als ebene Schicht dargestellt, die in der Aufbaurichtung B schichtweise durch Modelliermaterial M mit einer Dicke t20 erzeugt wurde. Der Aufbaubereich 20 weist insbesondere eine flächige Ausdehnung quer zur Aufbaurichtung B auf. In den 4 und 7 ist der Aufbaubereich 20 des Strukturbauteils 1 beispielhaft als plattenförmige, flächige Schicht dargestellt. Das in 5 beispielhaft gezeigt Strukturbauteil 1 weist hingegen einen gekrümmt ausgebildeten Aufbaubereich 20 auf.In 4 schematically a final step of the process is shown. In this case, a formation takes place in the body direction B to the support structure 30 subsequent construction area 20 of the structural component 1 , As in the 4 . 6 and 7 is shown, the construction area 20 also a surface extension transverse to the body direction B and extends along the longitudinal direction L10. Furthermore, the construction area overlaps 20 with respect to the longitudinal direction L10 with the base member 10 , especially in the 4 and 7 is shown. In 4 is the construction area 20 exemplified as a flat layer, in the direction of construction B layer by layer of modeling material M was produced with a thickness t20. The construction area 20 In particular, it has a surface extension transverse to the construction direction B on. In the 4 and 7 is the construction area 20 of the structural component 1 exemplified as a plate-shaped, planar layer. This in 5 shown by way of example structural component 1 on the other hand has a curved construction area 20 on.

Für die Durchführung des generativen Herstellungsverfahrens zur Herstellung des Strukturbauteils 1 wird das Modelliermaterial M an eine 3D-Druckvorrichtung 2 zugeführt, wie sie in 5 abgebildet ist. Hierzu kann das Modelliermaterial M beispielsweise in Pulverform vorliegen. Grundsätzlich sieht die vorliegende Erfindung vielfältige Möglichkeiten vor, das Modelliermaterial M zu verflüssigen, bei welchen Wärme gezielt lokal in abgelegtes Modelliermaterial M eingeleitet werden kann. Besonders die Verwendung von Lasern und/oder Teilchenstrahlen, z.B. Elektronenstrahlen, ist vorteilhaft, da hierbei Hitze sehr gezielt und kontrolliert erzeugbar ist. Das generativen Herstellungsverfahren kann somit beispielsweise aus der Gruppe selektiven Lasersinterns, selektiven Laserschmelzens, selektiven Elektronenstrahlsinterns und selektiven Elektronenstrahlschmelzens oder dergleichen ausgewählt werden. Grundsätzlich kann jedoch ein beliebiges additives Verfahren zur Anwendung kommen. Im Folgenden wird das Verfahren beispielhaft im Zusammenhang mit selektiven Laserschmelzen (SLM) erläutert, bei welchem das Modelliermaterial M in Pulverform auf eine Werkplattform 4 aufgebracht wird und gezielt durch lokale Laserbestrahlung mit einem Laserstrahl 5 verflüssigt wird, wodurch sich nach Abkühlung ein zusammenhängendes Strukturbauteil 1 ergibt.For carrying out the additive manufacturing process for the production of the structural component 1 becomes the modeling material M supplied to a 3D printing device 2, as in 5 is shown. For this purpose, the modeling material M for example, in powder form. Basically, the present invention provides a variety of options, the modeling material M to liquefy, in which heat targeted locally stored in modeling material M can be initiated. In particular, the use of lasers and / or particle beams, for example electron beams, is advantageous, since in this case heat can be generated in a very targeted and controlled manner. Thus, the generative manufacturing process may be selected, for example, from the group of selective laser sintering, selective laser melting, selective electron beam sintering, and selective electron beam melting, or the like. In principle, however, any additive method can be used. In the following, the method is explained by way of example in connection with selective laser melting (SLM), in which the modeling material M in powder form on a work platform 4 is applied and is specifically liquefied by local laser irradiation with a laser beam 5, whereby, after cooling, a coherent structural component 1 results.

Eine Energiequelle in Form eines Lasers 5A, beispielsweise ein Nd:YAG-Laser, sendet einen Laserstrahl 5 ortsselektiv auf einen bestimmten Teil einer Pulveroberfläche des pulverförmigen Modelliermaterials M, welches in einer Arbeitskammer 3 auf einer Werkplattform 4 aufliegt. Dazu kann eine optische Ablenkvorrichtung bzw. ein Scanner-Modul wie etwa ein beweglicher bzw. kippbarer Spiegel 5B vorgesehen sein, welcher den Laserstrahl 5 je nach seiner Kippstellung auf einen bestimmten Teil der Pulveroberfläche des Modelliermaterials M ablenkt. An der Auftreffstelle des Laserstrahls 5 wird das Modelliermaterial M erhitzt, so dass die Pulverpartikel lokal aufgeschmolzen werden und bei einem Abkühlen ein Agglomerat bilden. In Abhängigkeit von einem durch eine Rechenvorrichtung, z.B. in Form eines PCs 6, bereitgestellten digitalen Modell des Strukturbauteils 1, rastert der Laserstrahl 5 die Pulveroberfläche ab. Nach dem selektiven Schmelzen und lokalen Agglomerieren der Pulverpartikel in der Oberflächenschicht des Modelliermaterials M kann überschüssiges, nicht agglomeriertes Modelliermaterial M ausgesondert werden. Danach wird die Werkplattform 4 mittels eines Absenkkolbens 7 abgesenkt (siehe Pfeil in 5) und mit Hilfe einer Pulverzufuhr 8 oder einer anderen geeigneten Einrichtung neues Modelliermaterial M aus einem Reservoir in die Arbeitskammer 3 überführt. Das Modelliermaterial M kann zur Beschleunigung des Schmelzprozesses durch Infrarotlicht auf eine knapp unter der Schmelztemperatur des Modelliermaterials M liegende Arbeitstemperatur vorgewärmt werden. Auf diese Weise entsteht in einem iterativen generativen Aufbauprozess ein dreidimensionales gesinterters bzw. „gedrucktes“ Strukturbauteil 1 aus agglomeriertem Modelliermaterial M. Das umliegende pulverförmige Modelliermaterial M kann dabei bei der Abstützung des bis dahin aufgebauten Teils des Strukturbauteils 1 dienen. Durch die kontinuierliche Abwärtsbewegung der Werkplattform 4 entsteht das Strukturbauteil 1 in schichtweiser Modellerzeugung, beginnend mit dem Basisbereich 10, darauf folgend der Stützstruktur 30 und abschließend mit dem Aufbaubereich 20.An energy source in the form of a laser 5A For example, a Nd: YAG laser sends a laser beam 5 location-selective to a particular part of a powder surface of the powdered modeling material M which is in a working chamber 3 on a work platform 4 rests. For this purpose, an optical deflection device or a scanner module such as a movable or tiltable mirror 5B be provided, which the laser beam 5 depending on its tilted position on a specific part of the powder surface of the modeling material M distracting. At the point of impact of the laser beam 5 becomes the modeling material M heated, so that the powder particles are locally melted and form an agglomerate on cooling. Depending on a by a computing device, eg in the form of a personal computer 6 , provided digital model of the structural component 1 , the laser beam is scanning 5 the powder surface off. After selective melting and local agglomeration of the powder particles in the surface layer of the modeling material M can excess, not agglomerated modeling material M to be singled out. Then the work platform becomes 4 by means of a lowering piston 7 lowered (see arrow in 5 ) and with the help of a powder feed 8th or other suitable means new modeling material M transferred from a reservoir into the working chamber 3. The modeling material M can accelerate the melting process by infrared light to just below the melting temperature of the modeling material M preheated working temperature lying. In this way, a three-dimensional sintered or "printed" structural component is created in an iterative generative construction process 1 from agglomerated modeling material M , The surrounding powdered modeling material M can in the support of the previously built up part of the structural component 1 serve. Through the continuous downward movement of the work platform 4 the structural component arises 1 in layered model generation, starting with the base area 10 , following the support structure 30 and finally with the construction area 20 ,

Die 6 und 7 zeigen jeweils beispielhafte Gestaltungen des Strukturbauteils 1. Bei dem in 6 beispielhaft gezeigten Strukturbauteil 1 ist der Basisbereich 10 als eine sich bogenförmig erstreckende, schmale Platte ausgeführt, die sich entlang einer Längsrichtung L10 erstreckt. Der zu dem Basisbereich 10 in einer Dickenrichtung T beabstandet gelegene Aufbaubereich 20 überlappt mit dem Basisbereich 10. Die Dickenrichtung T entspricht der Aufbaurichtung B. Der Aufbaubereich 20 ist als schmale Platte mit einem gestuften, bogenförmigen Verlauf ausgebildet. Insbesondere weist der Aufbaubereich einen ersten Längsabschnitt 20A auf, der sich entlang eines Abschnitts des Basisbereichs 10 erstreckt, mit dem der erste Längsabschnitt 20A überlappt. In Bezug auf die Längsrichtung L10 schließt sich an den ersten Längsabschnitt 20A ein Stufenabschnitt 20B an, der quer zu dem ersten Längsabschnitt 20B und mit entlang der Längsrichtung L10 größer werdendem Abstand zu dem Basisbereich 10 verläuft. In Bezug auf eine Längsrichtung L10 schließt sich an den Stufenabschnitt 20B ein Bogenabschnitt 20C an, der bogenförmig mit entlang der Längsrichtung L10 kleiner werdendem Abstand zu dem Basisbereich 10 verläuft. An in Bezug auf die Längsrichtung L10 entgegengesetzt gelegenen Enden 1A, 1B des Strukturbauteils 1 kann jeweils ein Funktionsbereich 41, 42 vorgesehen sein, beispielsweise wie in 6 gezeigt in Form von zylindrischen Hülsen, die jeweils sich quer zu der Längsrichtung L10 erstreckende Ausnehmungen definieren. Die Ausnehmungen können beispielsweise als Lageraufnahmen oder dergleichen vorgesehen sein.The 6 and 7 each show exemplary designs of the structural component 1 , At the in 6 exemplified structural component 1 is the base area 10 as an arcuate extending narrow plate extending along a longitudinal direction L10. The one to the base area 10 in a thickness direction T spaced construction area 20 overlaps with the base area 10 , The thickness direction T corresponds to the body direction B , The construction area 20 is formed as a narrow plate with a stepped, arcuate course. In particular, the construction area has a first longitudinal section 20A on, extending along a section of the base area 10 extends, with which the first longitudinal section 20A overlaps. With respect to the longitudinal direction L10, the first longitudinal section closes 20A a step portion 20B which extends transversely to the first longitudinal portion 20B and with increasing distance to the base region 10 along the longitudinal direction L10. With respect to a longitudinal direction L10, the step portion 20B is adjoined by an arc portion 20C which is arcuate with the distance becoming smaller along the longitudinal direction L10 from the base portion 10 runs. At opposite ends with respect to the longitudinal direction L10 1A . 1B of the structural component 1 can each have a functional area 41 . 42 be provided, for example, as in 6 shown in the form of cylindrical sleeves, each defining transverse to the longitudinal direction L10 extending recesses. The recesses may be provided, for example, as a bearing receptacles or the like.

Die Stützstruktur 30 des in 6 gezeigten Strukturbauteils 1 ist durch jeweils leicht gekrümmt verlaufende, längliche Stützelemente 31, 32 ausgebildet. Diese bilden dabei insbesondere in einem in Bezug auf die Dickenrichtung T mittleren Bereich 30A sich entlang der Längsrichtung L10 innerhalb der Stützstruktur 30 wiederholende Elementareinheiten 35 mit jeweils gleicher äußerer Gestalt in Form aus. Der Basisbereich 10, der Aufbaubereich 20 und die Stützstruktur 30 sind einstückig ausgebildet, beispielsweise mittels des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens.The support structure 30 of in 6 shown structural component 1 is by slightly curved extending, elongated support elements 31 . 32 educated. These form in particular in one with respect to the thickness direction T middle range 30A along the longitudinal direction L10 within the support structure 30 repeating elementary units 35 each with the same external shape in shape. The base area 10 , the construction area 20 and the support structure 30 are integrally formed, for example by means of the manufacturing method described above.

In 7 ist eine beispielhafte Gestaltung des Strukturbauteils 1 gezeigt, bei welcher der Basisbereich 10 und der Aufbaubereich 20 einander vollständig überlappen und in der Dickenrichtung T beabstandet zueinander angeordnet sind. Der Aufbaubereich 20 und der Basisbereich 10 sind dabei jeweils als etwa rechteckförmige Platten ausgebildet. Zwischen dem Basisbereich 10 und dem Aufbaubereich 20 ist die Stützstruktur 30 angeordnet. Der Basisbereich 10, der Aufbaubereich 20 und die Stützstruktur 30 sind einstückig ausgebildet, beispielsweise mittels des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens. Zur Gestaltung der Stützstruktur 30 wird auf die obigen Ausführungen zu 6 und zu den 2 bis 4 verwiesen.In 7 is an exemplary design of the structural component 1 shown at which the base area 10 and the construction area 20 completely overlap each other and in the thickness direction T spaced apart from each other. The construction area 20 and the base area 10 are each designed as approximately rectangular plates. Between the base area 10 and the construction area 20 is the support structure 30 arranged. The base area 10 , the construction area 20 and the support structure 30 are integrally formed, for example by means of the manufacturing method described above. For the design of the support structure 30 becomes to the above remarks too 6 and to the 2 to 4 directed.

In 7 ist beispielhaft ein Strukturbauteil 1 gezeigt, welches einen optionalen Wandungsbereich 50 aufweist. Dieser erstreckt sich entlang der Dickenrichtung T zwischen dem Basisbereich 10 und dem Aufbaubereich 20. Insbesondere verbindet der Wandungsbereich 50 einen Randbereich 10A des Basisbereichs 10 mit einem Randbereich 20A des Aufbaubereichs 20. Ein solcher Wandungsbereich 50 kann auch in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel des Strukturbauteils 1 vorgesehen sein. Generell können mehrere Wandungsbereiche 50 vorgesehen sein, sodass durch die Wandungsbereiche 50, den Basisbereich 10 und den Aufbaubereich 20 ein geschlossener Hohlraum gebildet wird, in welchem die Stützstruktur 30 ausgebildet ist. Der Wandungsbereich 50 kann insbesondere einstückig mit dem Basisbereich 10 und dem Aufbaubereich 20 ausgebildet sein und beispielsweise mittels eines generativen Herstellungsverfahrens gleichzeitig mit der Stützstruktur 30 in der Aufbaurichtung B auf dem Basisbereich aufgebaut werden.In 7 is an example of a structural component 1 shown, which has an optional wall area 50 having. This extends along the thickness direction T between the base area 10 and the construction area 20 , In particular, the wall area connects 50 a border area 10A of the base area 10 with a border area 20A of the construction area 20 , Such a wall area 50 can also in the in 6 shown embodiment of the structural component 1 be provided. Generally, several wall areas 50 be provided so that through the wall areas 50 , the base area 10 and the construction area 20 a closed cavity is formed, in which the support structure 30 is trained. The wall area 50 may in particular be integral with the base area 10 and the construction area 20 be formed and, for example by means of a generative manufacturing process simultaneously with the support structure 30 in the construction direction B be built on the base area.

Die 6 und 7 zeigen somit allgemein ein Strukturbauteil 1 mit einem sich flächig erstreckenden Basisbereich 10, mit einem sich flächig erstreckenden Aufbaubereich 20, der in einer Dickenrichtung T beabstandet zu dem Basisbereich 10 angeordnet ist und mit einer sich zwischen dem Basisbereich 10 und dem Aufbaubereich 20 erstreckenden gitterartigen Stützstruktur 30, die eine Vielzahl von Stützelementen 31, 32 aufgebaut ist. Wie in den 6 und 7 beispielhaft gezeigt, bilden die Stützelemente 31, 32 innerhalb der Stützstruktur 30 sich wiederholende Elementareinheiten 35 mit jeweils gleicher äußerer Gestalt aus. Der Basisbereich 10, der Aufbaubereich 20 und die Stützstruktur 30 sind einstückig ausgebildet. Die Dickenrichtung T entspricht der Aufbaurichtung B, entlang derer der Basisbereich 10, die Stützstruktur 30, der Aufbaubereich 20 und gegebenenfalls der optionale Wandungsbereich 50 ausgebildet werden.The 6 and 7 thus generally show a structural component 1 with a flat base area 10 , with a planar-extending body region 20, in a thickness direction T spaced to the base area 10 is arranged and with a between the base area 10 and the construction area 20 extending grid-like support structure 30 in that a plurality of support elements 31, 32 is constructed. As in the 6 and 7 shown by way of example form the support elements 31 . 32 within the support structure 30 repeating elementary units 35 each with the same outer shape. The base area 10 , the construction area 20 and the support structure 30 are integrally formed. The thickness direction T corresponds to the body direction B along which the base region 10, the support structure 30 , the construction area 20 and optionally the optional wall area 50 be formed.

Die 8 zeigt schematisch ein Hebelsystem 100 mit zumindest einem drehbar an eine Basiskomponente 101 angelenkten Hebel 102. Der Hebel 102 ist dabei durch das Strukturbauteil 1, z.B. durch das in 6 gezeigte Strukturbauteil 1 ausgebildet. Die in 8 schematisch dargestellte Basiskomponente 101 kann beispielsweise ein weiteres Strukturbauteil 1 gemäß einer der oben beschriebenen Gestaltungsvarianten sein.The 8th schematically shows a lever system 100 with at least one rotatable to a base component 101 hinged lever 102 , The lever 102 is thereby by the structural component 1 , eg by the in 6 shown structural component 1 educated. In the 8th schematically illustrated base component 101 For example, another structural component 1 be according to one of the design variants described above.

9 zeigt eine beispielhafte Anwendung des Hebelsystems 100 an einem Industrieroboter 103. Diejeweils als Strukturbauteil 1 ausgeführten Hebel 101 bilden dabei Bewegungsarme des Industrieroboters 103. 9 shows an exemplary application of the lever system 100 on an industrial robot 103 , Diejeweils as a structural component 1 executed lever 101 form motion arms of the industrial robot 103 ,

In 10 ist ein Luftfahrzeug 104 gezeigt, dessen Fahrwerke 105 jeweils ein Hebelsystem 100 gemäß der schematischen Darstellung der 8 aufweisen. Dabei kann der als Strukturbauteil 1 ausgeführten Hebel 101 insbesondere eine Stütze für ein Rad des Luftfahrzeugs 104 bilden. Das Strukturbauteil 1 kann dabei beispielsweise wie in 6 dargestellt ausgeführt sein. Das Basisteil 101 kann beispielsweise durch eine im Rumpf des Luftfahrzeugs 104 befestigte Haltestruktur (nicht dargestellt) gebildet sein.In 10 is an aircraft 104 shown, its chassis 105 one lever system each 100 according to the schematic representation of 8th exhibit. It can be used as a structural component 1 executed lever 101 in particular a support for a wheel of the aircraft 104 form. The structural component 1 can, for example, as in 6 be shown represented. The base part 101 For example, by one in the fuselage of the aircraft 104 fastened support structure (not shown) may be formed.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.Although the present invention has been exemplified above by means of embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in many ways. In particular, combinations of the preceding embodiments are conceivable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Strukturbauteilstructural component
1A, 1B1A, 1B
Enden des StrukturbauteilsEnds of the structural component
22
3-D-Druckvorrichtung3-D printing apparatus
33
Arbeitskammerworking chamber
44
Werkplattformwork platform
55
Laserstrahllaser beam
5A5A
Laserlaser
5B5B
Spiegelmirror
66
PCPC
77
Absenkkolbenlowering slider
88th
Pulverzufuhrpowder feed
1010
Basisbereichbase region
10A10A
Randbereich des BasisbereichsEdge area of the base area
2020
Aufbaubereichconstruction area
20A20A
Randbereich des AufbaubereichsEdge area of the construction area
3030
Stützstruktursupport structure
30A 30A
mittlerer Bereichmiddle area
3131
erste Stützelementefirst support elements
3232
zweite Stützelementesecond support elements
3535
Elementareinheitenelementary units
41,4241.42
Funktionsbereichfunctional area
5050
Wandungsbereichwall region
100100
Hebelsystemlever system
101101
Basiskomponentebasic component
102102
Hebellever
103103
Industrieroboterindustrial robots
104104
Luftfahrzeugaircraft
105105
Fahrwerklanding gear
BB
Aufbaurichtungbuild direction
d32d32
Abweichungdeviation
TT
Dickenrichtungthickness direction
t10t10
Dicke der BasisschichtThickness of the base layer
MM
Modelliermaterialmodeling

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2666613 A1 [0004]EP 2666613 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (1), aufweisend die Durchführung eines generativen Herstellungsverfahrens mit folgenden Schritten: Aufbauen eines sich flächig erstreckenden Basisbereichs (10) des Strukturbauteils (1) in einer Aufbaurichtung (B); Ausbilden einer gitterartigen Stützstruktur (30) durch Aufbau eine Vielzahl von Stützelementen (31; 32) in der Aufbaurichtung (B) auf dem Basisbereich (10) derart, dass die Stützelemente (31; 32) innerhalb der Stützstruktur (30) sich wiederholende Elementareinheiten (35) mit jeweils gleicher äußerer Gestalt ausbilden; und Ausbilden eines sich in der Aufbaurichtung (B) an die Stützstruktur (30) anschließenden Aufbaubereichs (20) des Strukturbauteils (1), wobei der Aufbaubereich (20) sich flächig erstreckt.Method for producing a structural component (1), comprising carrying out a generative production method comprising the following steps: Constructing a planarly extending base region (10) of the structural component (1) in a construction direction (B); Forming a lattice-like support structure (30) by constructing a plurality of support elements (31; 32) in the construction direction (B) on the base region (10) such that the support elements (31; 32) within the support structure (30) are repeating elementary units (31). 35) each having the same outer shape; and Forming a build-up area (20) of the structural component (1) which adjoins the support structure (30) in the construction direction (B), wherein the build-up area (20) extends in a planar manner. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Ausbildung der gitterartigen Stützstruktur (30) erste Stützelemente (31) mit einer Längserstreckung in Aufbaurichtung (B) und zweite Stützelemente (32) mit einer von der Aufbaurichtung (B) abweichenden Längserstreckung aufgebaut werden.Method according to Claim 1 , wherein for forming the lattice-like support structure (30) first support elements (31) with a longitudinal extent in the construction direction (B) and second support elements (32) are constructed with a different from the mounting direction (B) longitudinal extent. Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Abweichung (d32) von der Aufbaurichtung (B) der zweiten Stützelemente (32) in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm liegt.Method according to Claim 2 wherein a deviation (d32) from the mounting direction (B) of the second support members (32) is in a range between 0.1 mm and 5 mm. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Stützelemente (31; 32) derart aufgebaut werden, dass die Elementareinheiten (35) als konvexe Polyeder ausgebildet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the support elements (31; 32) are constructed such that the elementary units (35) are formed as convex polyhedra. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das generative Herstellungsverfahren ein selektives Lasersinterverfahren, eine Elektronenstrahl-Schmelzverfahren oder ein Fused Deposition Modeling Verfahren umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the generative manufacturing method comprises a selective laser sintering method, an electron beam melting method or a fused deposition modeling method. Strukturbauteil (1) mit einem sich flächig erstreckenden Basisbereich (10); mit einem sich flächig erstreckenden Aufbaubereich (20), der in einer Dickenrichtung (T) beabstandet zu dem Basisbereich (10) angeordnet ist; und mit einer sich zwischen dem Basisbereich (10) und dem Aufbaubereich (20) erstreckenden gitterartigen Stützstruktur (30), die eine Vielzahl von Stützelementen (31;32) aufgebaut ist; wobei die Stützelemente (31; 32) innerhalb der Stützstruktur (30) sich wiederholende Elementareinheiten (35) mit jeweils gleicher äußerer Gestalt ausbilden; und wobei der Basisbereich (10), der Aufbaubereich (20) und die Stützstruktur (30) einstückig ausgebildet sind.Structural component (1) with a flat base portion (10); a planar-extending body portion (20) disposed in a thickness direction (T) spaced from the base portion (10); and a grid-like support structure (30) extending between the base portion (10) and the body portion (20) and constructed with a plurality of support members (31; 32); wherein the support members (31; 32) within the support structure (30) form repeating elementary units (35) each having the same outer shape; and wherein the base portion (10), the body portion (20) and the support structure (30) are integrally formed. Strukturbauteil (1) nach Anspruch 6, wobei die gitterartigen Stützstruktur (20) durch erste Stützelemente (31) mit einer Längserstreckung in Dickenrichtung (T) und zweite Stützelemente (32) mit einer von der Aufbaurichtung abweichenden Längserstreckung aufgebaut ist.Structural component (1) according to Claim 6 wherein the grid-like support structure (20) is constructed by first support elements (31) with a longitudinal extent in the thickness direction (T) and second support elements (32) with a longitudinal extent deviating from the construction direction. Strukturbauteil (1) nach Anspruch 7, wobei die Abweichung (d32) von der Aufbaurichtung (B) der zweiten Stützelemente (32) in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm liegt.Structural component (1) according to Claim 7 wherein the deviation (d32) from the mounting direction (B) of the second support members (32) is in a range between 0.1 mm and 5 mm. Strukturbauteil (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Stützelemente (31; 32) derart angeordnet sind, dass die Elementareinheiten (35) als konvexe Polyeder ausgebildet sind.Structural component (1) according to one of Claims 6 to 8th wherein the support members (31; 32) are arranged such that the elementary units (35) are formed as convex polyhedra. Hebelsystem (100) mit zumindest einem drehbar an eine Basiskomponente (101) angelenktem Hebel (102), wobei der Hebel (102) durch ein Strukturbauteil (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 ausgebildet ist.A lever system (100) having at least one lever (102) pivoted to a base component (101), wherein the lever (102) is moved by a structural component (1) according to one of the FIGS Claims 6 to 9 is trained.
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