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
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 in2 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.
-
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 in2 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
Die
Wie aus der symbolischen Darstellung der
Zur Ausbildung der gitterartigen Stützstruktur
Die Abweichung d31 kann insbesondere durch die Länge einer Abbildung eines jeweiligen zweiten Stützelements
Die Stützelemente
In
Für die Durchführung des generativen Herstellungsverfahrens zur Herstellung des Strukturbauteils
Eine Energiequelle in Form eines Lasers
Die
Die Stützstruktur
In
In
Die
Die
In
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
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