DE102017122088A1 - Additive manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein additives Fertigungsverfahren zum Fertigen eines Bauteils, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:a) Bereitstellen eines Rohmaterials (16);b) Führen des Rohmaterials (16) zu einer Düse (22);c) Aufschmelzen des Rohmaterials (16) vor der Düse (22) oder in der Düse (22);d) Ausbringen des geschmolzenen Rohmaterials (16) aus der Düse (22) auf einen Träger (26), wobei;e) das Rohmaterial (16) mehrschichtig auf den Träger (26) aufgebracht wird zum Aufbauen des Bauteils; dadurch gekennzeichnet, dassf) eine untere Schicht (32) aus Rohmaterial (16) auf den Träger (26) aufgebracht wird; undg) das Rohmaterial (16) der unteren Schicht (32) derart erhitzt wird, dass dieses zumindest teilweise geschmolzen wird; undh) eine obere Schicht (32) aus Rohmaterial (16) auf die untere Schicht (32) aufgebracht wird, wobei Verfahrensschritt h) erfolgt vor, während oder nach Verfahrensschritt g).The present invention relates to an additive manufacturing method for manufacturing a component, the method comprising the following method steps: a) providing a raw material (16), b) feeding the raw material (16) to a nozzle (22), c) melting the raw material ( 16) in front of the nozzle (22) or in the nozzle (22), d) discharging the molten raw material (16) from the nozzle (22) onto a support (26), wherein e) the raw material (16) is multilayered onto the support (16) Carrier (26) is applied to build the component; characterized in thatf) a lower layer (32) of raw material (16) is applied to the carrier (26); andg) heating the raw material (16) of the lower layer (32) such that it is at least partially melted; andh) an upper layer (32) of raw material (16) is applied to the lower layer (32), wherein process step h) occurs before, during or after process step g).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein additives Fertigungsverfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Schmelzschichtverfahren oder ein Strangablegeverfahren, durch welches auf einfache Weise Bauteile mit einer besonders hohen Dichte erzeugbar sind. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anordnung für ein additives Fertigungsverfahren.The present invention relates to an additive manufacturing process. In particular, the present invention relates to a melt-layer method or a strand-laying method, by means of which components having a particularly high density can be produced in a simple manner. The present invention further relates to an arrangement for an additive manufacturing method.
Schmelzsichtverfahren sind als additive Fertigungsverfahren weit bekannt. Derartige Verfahren sind auch unter der Bezeichnung Fused Filament Fabrication (FFF) bekannt. Ein weiteres ähnliches Verfahren ist das Strangablegeverfahren. Derartige Verfahren werden beispielsweise beim Herstellen beziehungsweise Drucken von Prototypen eingesetzt, sind jedoch grundsätzlich auch für die Serienproduktion geeignet. Bislang ist jedoch die Herstellung von Bauteilen, die eine hohe Dichte aufweisen, mit derartigen Verfahren problematisch.Melt-screening processes are widely known as additive manufacturing processes. Such methods are also known as fused filament fabrication (FFF). Another similar method is the strand deposition method. Such methods are used for example in the manufacture or printing of prototypes, but are in principle also suitable for series production. So far, however, the production of components having a high density is problematic with such methods.
Grundsätzlich werden bei Schmelzschichtverfahren beziehungsweise Strangablegeverfahren einzelne Stränge eines in einer Düse aufgeschmolzenen Rohmaterials auf eine Plattform oder auf bzw. neben bereits abgelegtes Material platziert. Aus den einzelnen abgelegten Strängen des Materials wird eine Schicht gebildet. Aus mehreren Schichten setzt sich das Bauteil zusammen. Die Herstellung von dichten Bauteilen in diesem Verfahren erfolgt bisher durch einen nachgelagerten Prozessschritt, wobei Bauteile einem Azetondampf ausgesetzt werden. Dadurch soll eine verbesserte Anbindung der einzelnen Stränge übereinander erfolgen. Die bessere Anbindung beruht hier auf einem chemischen Prozess und ist auf bestimmte Materialien beschränkt.Basically, in melt-layer processes or strand-laying processes, individual strands of a raw material melted in a nozzle are placed on a platform or on or next to already deposited material. From the individual deposited strands of the material, a layer is formed. The component is composed of several layers. The production of dense components in this process is done so far by a downstream process step, wherein components are exposed to an acetone vapor. Thereby, an improved connection of the individual strands should be made one above the other. The better connection is based on a chemical process and is limited to certain materials.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können daher noch weiteres Verbesserungspotential aufweisen, insbesondere hinsichtlich dem Ausbilden von dichten beziehungsweise hochdichten Bauteilen.Such known from the prior art solutions may therefore have further potential for improvement, in particular with regard to the formation of dense or high-density components.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere ein Schmelzschichtverfahren oder ein Strangablegeverfahren, dahingehend verbessert wird, dass die erzeugten Bauteile auf einfache Weise eine verbesserte Dichte aufweisen.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages known from the prior art. In particular, it is the object of the present invention to provide a solution by which an additive manufacturing process, in particular a melt-layer process or a strand-laying process, is improved in such a way that the components produced have an improved density in a simple manner.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein additives Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Anordnung für ein additives Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.The object is achieved according to the invention by an additive manufacturing method with the features of claim 1 and by an arrangement for an additive manufacturing method having the features of claim 9. Preferred embodiments of the invention are described in the subclaims, in the description or the figures, wherein further in the subclaims or in the description or the figures described or shown features individually or in any combination may form an object of the invention, if the context does not clearly indicate otherwise.
Es wird vorgeschlagen ein additives Fertigungsverfahren zum Fertigen eines Bauteils, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- a) Bereitstellen eines Rohmaterials;
- b) Führen des Rohmaterials zu einer Düse;
- c) Aufschmelzen des Rohmaterials vor der Düse oder in der Düse;
- d) Ausbringen des geschmolzenen Rohmaterials aus der Düse auf einen Träger, wobei;
- e) das Rohmaterial mehrschichtig auf den Träger aufgebracht wird zum Aufbauen des Bauteils; wobei
- f) eine untere Schicht aus Rohmaterial auf den Träger aufgebracht wird; und
- g) das Rohmaterial der unteren Schicht derart erhitzt wird, dass dieses zumindest teilweise geschmolzen wird; und
- h) eine obere Schicht aus Rohmaterial auf die untere Schicht aufgebracht wird, wobei Verfahrensschritt h) erfolgt vor, während oder nach Verfahrensschritt g).
- a) providing a raw material;
- b) feeding the raw material to a nozzle;
- c) melting the raw material in front of the nozzle or in the nozzle;
- d) discharging the molten raw material from the nozzle onto a carrier, wherein;
- e) the raw material is applied to the carrier in a multi-layered manner for constructing the component; in which
- f) a lower layer of raw material is applied to the carrier; and
- g) the raw material of the lower layer is heated so that it is at least partially melted; and
- h) an upper layer of raw material is applied to the lower layer, wherein process step h) takes place before, during or after process step g).
Insbesondere durch ein derartiges Verfahren lässt sich auf einfache Weise ein Bauteil mit einer Verbesserten Dichte erreichen.In particular, by such a method can be easily achieved a component with an improved density.
Das vorbeschriebene Verfahren ist somit ein additives Verfahren zum Fertigen eines Bauteils. Die zu erzeugenden Bauteile sind nicht grundsätzlich beschränkt und können grundsätzlich jegliche Bauteile umfassen. Beispielhaft seien Bauteile genannt, die zur Führung und Leitung von flüssigen Medien gedacht sind, wie etwa Thermomanagementmodule, da diese hohe Anforderungen an die Dichtheit haben. Ferner kann das additive Fertigungsverfahren insbesondere ein Schmelzschichtverfahren oder ein Strangablegeverfahren sein.The method described above is thus an additive method for manufacturing a component. The components to be produced are not fundamentally limited and may in principle comprise any components. Examples include components that are intended for the management and management of liquid media, such as thermal management modules, as they have high demands on the tightness. Furthermore, the additive manufacturing method may be, in particular, a melt-layer method or a strand-laying method.
Unter einem additiven beziehungsweise generativen Fertigungsverfahren kann dabei insbesondere verstanden werden ein Prozess, bei dem auf der Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern beziehungsweise Aufbauen von Material schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Ein additives Fertigungsverfahren unterscheidet sich deutlich von konventionellen, abtragenden Fertigungsmethoden. Anstatt, wie bei abtragenden Verfahren bekannt, zum Beispiel ein Werkstück aus einem festen Block heraus zu fräsen, werden die Bauteile bei additiven Fertigungsverfahren insbesondere Schicht für Schicht aus Werkstoffen beziehungsweise Rohmaterialien aufgebaut, die als Ausgangsmaterial bei dem hier beschriebenen Verfahren vorliegen.In this context, an additive or additive manufacturing process can be understood as meaning, in particular, a process in which a component is built up in layers on the basis of digital 3D design data by depositing or constructing material. An additive manufacturing process is different clearly from conventional, erosive manufacturing methods. Instead of, for example, milling a workpiece out of a solid block, as is known in the case of removing methods, the components are built up in additive manufacturing processes, in particular layer by layer, from materials or raw materials which are present as starting material in the method described here.
Unter Verwendung eines additiven Verfahrens bietet sich insbesondere der Vorteil, dass das Bauteil in einem einfachen Herstellungsschritt ohne Fügestellen erzeugt werden kann. Dadurch können einfache Verfahrensabläufe implementiert werden, was den Herstellungsaufwand reduzieren kann. Darüber hinaus kann durch ein additives Verfahren ohne Vergrößerung des Herstellungsaufwands im Wesentlichen jede geeignete Struktur, wie insbesondere Größe und Geometrie, ermöglicht werden, was eine Adaptierbarkeit der gewünschten Ausmaße und Geometrie weiter verbessern kann. Dabei ist es ferner gleichermaßen möglich, das Bauteil aus einem einheitlichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien zu formen.Using an additive method offers the particular advantage that the component can be produced in a simple manufacturing step without joints. As a result, simple procedures can be implemented, which can reduce the manufacturing costs. Moreover, an additive process without increasing the manufacturing cost substantially allows any suitable structure, such as in particular size and geometry, which can further improve adaptability of the desired dimensions and geometry. It is also equally possible to form the component from a single material or from different materials.
Anwendung finden derartige Verfahren etwa beim sogenannten Rapid Prototyping oder auch in der Serienproduktion.Such methods are used, for example, in so-called rapid prototyping or in series production.
Beispielsweise kann das Rohmaterial als Filament beziehungsweise als Faser vorliegen. In diesem Fall kann von einem Schmelzschichtverfahren gesprochen werden. For example, the raw material may be present as a filament or as a fiber. In this case, can be spoken of a melt-layer process.
Somit wird unter einem Schmelzschichtverfahren grundsätzlich ein derartiges Verfahren verstanden, bei dem einzelne Stränge eines vor oder in einer Düse aufgeschmolzenen Materials auf eine Plattform oder auf bzw. neben bereits abgelegtes Material platziert wird. Aus den einzelnen abgelegten Strängen des Materials wird eine Schicht gebildet. Aus mehreren Schichten setzt sich das Bauteil zusammen.Thus, a melt-layer process is basically understood to mean a process in which individual strands of a material melted before or in a nozzle are placed on a platform or on or next to already deposited material. From the individual deposited strands of the material, a layer is formed. The component is composed of several layers.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass Rohmaterial als Granulat vorliegt. In diesem Fall kann von einem Strangablegeverfahren gesprochen werden. Auch hier wird ein Strang aus aufgeschmolzenem Rohmaterial abgelegt. Bei dem Strangablegeverfahren wird das Rohmaterial insbesondere vor der Düse in einem Extruder oder anderweitig aufgeschmolzen.Another possibility is that raw material is present as granules. In this case, we can speak of a strand deposition method. Again, a strand of molten raw material is deposited. In the strand laying process, the raw material is melted, in particular, in front of the die in an extruder or otherwise.
Entsprechend umfasst das hier beschriebene Schmelzschichtverfahren die folgenden Verfahrensschritte.Accordingly, the melt-layer process described here comprises the following process steps.
Zunächst erfolgt gemäß Verfahrensschritt a) das Bereitstellen eines Rohmaterials, das etwa als Filament oder Granulat ausgebildet sein kann beziehungsweise die Form eines Filaments oder Granulates aufweisen kann. Unter einem Rohmaterial ist dabei insbesondere der Werkstoff zu verstehen, aus dem das Bauteil ausgeformt werden soll. Beispielhaft seien hier insbesondere Kunststoffe, vorwiegend thermoplastische Kunststoffe, genannt, wie beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) oder auch Polylactide (PLA), ohne jedoch auf diese Ausführung beschränkt zu sein. Ferner ist unter einem Filament in an sich bekannter Weise zu verstehen ein Rohmaterial, das in Faserform oder Drahtform vorliegt, und dabei beispielsweise auf einer Rolle beziehungsweise Walze aufgerollt sein kann. Ein Granulat zeichnet sich durch das Vorliegen des Materials in kleinen Einheiten, wie etwa Pellets, aus.First, according to process step a), the provision of a raw material which may be formed as a filament or granules or may have the form of a filament or granules. Under a raw material is to be understood in particular the material from which the component is to be formed. By way of example, in particular plastics, predominantly thermoplastics, such as acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) or polylactides (PLA), but without being limited to this embodiment. Furthermore, a filament is to be understood in a manner known per se as a raw material which is present in the form of fibers or in the form of wires, and may be rolled up on a roll or roller, for example. Granules are characterized by the presence of the material in small units, such as pellets.
Weiterhin umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt b) das Führen des Rohmaterials zu einer Düse. In diesem Verfahrensschritt wird somit das in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Rohmaterial zu einer Düse geführt beziehungsweise transportiert, so dass durch die Düse ein Austragen des Rohmaterials, aus welchem beispielsweise das Filament oder Granulat aufgebaut ist, realisiert werden kann. Die exakte Durchführung dieses Schritts ist nicht grundsätzlich beschränkt. Beispielsweise kann das Rohmaterial zu der Düse geführt und etwa von einer Rolle abgerollt werden.Furthermore, the method according to method step b) comprises feeding the raw material to a nozzle. In this method step, the raw material provided in method step a) is thus guided or transported to a nozzle, so that a discharge of the raw material, from which, for example, the filament or granulate is constructed, can be realized by the nozzle. The exact implementation of this step is not fundamentally limited. For example, the raw material may be fed to the nozzle and rolled off about a roll.
Entsprechend umfasst Verfahrensschritt c) das Aufschmelzen des Rohmaterials vor der Düse oder in der Düse. Beispielsweise kann dies insbesondere für ein Filament durch eine beheizte Düse erfolgen, was einen besonders einfachen Verfahrensablauf realisieren kann und ferner sicher ein Aufschmelzen des Rohmaterials erlauben kann. Beispielsweise kann die Düse eine Extruderdüse sein, wobei das Rohmaterial, insbesondere in Form von Granulat, aufgeschmolzen werden kann. Dadurch kann das Rohmaterial in zumindest teilweise, insbesondere vollständig, geschmolzenem Zustand gemäß Verfahrensschritt d) aus der Düse ausgetragen werden und auf einen Träger aufgetragen werden. Somit ist es wie vorstehend angedeutet insbesondere vorgesehen, ein als Filament vorliegendes Rohmaterial vor dem Eintragen in die Düse zumindest teilweise, beispielsweise vollständig aufzuschmelzen beziehungsweise ein als Granulat vorliegendes Rohmaterial vor der Düse zumindest teilweise, beispielsweise vollständig aufzuschmelzen.Correspondingly, method step c) comprises the melting of the raw material in front of the nozzle or in the nozzle. For example, this can be done in particular for a filament through a heated nozzle, which can realize a particularly simple procedure and also safely allow a melting of the raw material. For example, the nozzle may be an extruder die, wherein the raw material, in particular in the form of granules, can be melted. Thereby, the raw material in at least partially, in particular completely, molten state according to process step d) are discharged from the nozzle and applied to a carrier. Thus, as indicated above, it is provided in particular to at least partially, for example completely melt, a raw material present as a filament before it is introduced into the nozzle or to at least partially melt, for example completely, a raw material present in the form of granules in front of the nozzle.
Weiterhin ist es gemäß Verfahrensschritt e) vorgesehen, dass das Rohmaterial, mehrschichtig auf den Träger aufgebracht wird zum Aufbauen des Bauteils. Dies ist zentraler Bestandteil des additiven Verfahrens. Denn durch einen Mehrschichtaufbau kann insbesondere durch unterschiedlichen Flächenauftrag in unterschiedlichen Schichten es ermöglicht werden, dass das gewünschte Bauteil exakt nachgebildet beziehungsweise ausgebildet wird. Die Schichtfolge beziehungsweise der unterschiedliche Flächenauftrag kann dabei auf dreidimensionalen Produktdaten basieren, wie dies für additive Fertigungsverfahren grundsätzlich bekannt ist.Furthermore, it is provided according to method step e) that the raw material is applied to the carrier in a multi-layered manner for constructing the component. This is a central component of the additive process. Because of a multi-layer structure, it can be made possible in particular by different surface application in different layers that the desired component is reproduced or formed exactly. The layer sequence or the different surface application can be based on three-dimensional product data, as is basically known for additive manufacturing processes.
Bei dem hier beschriebenen additiven Fertigungsverfahren ist es ferner vorgesehen, dass gemäß Verfahrensschritt f) eine untere Schicht des Rohmaterials auf den Träger aufgebracht wird und gemäß Verfahrensschritt g) das Rohmaterial der unteren Schicht derart erhitzt wird, dass dieses zumindest teilweise geschmolzen wird. Somit wird das als untere Schicht aufgebrachte Material zunächst abgekühlt beziehungsweise kann zumindest teilweise erstarren und wird anschließend erneut zumindest teilweise aufgeschmolzen. Gemäß Verfahrensschritt h) wird eine obere Schicht auf die untere Schicht aufgebracht vor, während oder nach Verfahrensschritt g). Insbesondere diese Ausgestaltung kann gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikante Vorteile bieten.In the additive manufacturing method described here, it is further provided that, according to method step f), a lower layer of the raw material is applied to the carrier and according to method step g) the raw material of the lower layer is heated so that it is at least partially melted. Thus, the material applied as a lower layer is first cooled or may at least partially solidify and is subsequently melted again at least partially. According to method step h), an upper layer is applied to the lower layer before, during or after method step g). In particular, this embodiment can offer significant advantages over the solutions of the prior art.
Es wird eine untere Schicht aufgebracht, woraufhin eine obere Schicht aufgebracht wird. Die Begriffe untere Schicht und obere Schicht sollen dabei insbesondere relativ zu einander verstanden werden, jedoch keinerlei Einschränkung bezüglich einer absoluten Positionierung in einer Mehrzahl an Lagen beziehungsweise Schichten bedeuten.A lower layer is applied, whereupon an upper layer is applied. The terms lower layer and upper layer should be understood to mean, in particular relative to each other, but not to limit any absolute positioning in a plurality of layers or layers.
Die untere Schicht beziehungsweise das Material derselben wird derart behandelt beziehungsweise geheizt, dass dieses zumindest teilweise geschmolzen wird, was vor, während oder nach dem Aufbringen der oberen Schicht realisiert werden kann. Dies kann insbesondere aber nicht ausschließlich durch ein zusätzliches Heizmittel realisiert werden, also durch ein zu dem ersten Aufschmelzen des Rohmaterials vor dem Aufbringen auf den Träger verwendeten Heizmittel zusätzliches Heizmittel.The lower layer or the material thereof is treated or heated so that it is at least partially melted, which can be realized before, during or after the application of the upper layer. This can be realized in particular but not exclusively by an additional heating means, that is, by a heating means used for the first melting of the raw material before application to the carrier additional heating means.
Das gegebenenfalls zusätzlich zum grundsätzlich vorhandenen Heizmittel einzubringende Heizmittel beziehungsweise diese zusätzliche Energiequelle sollte somit derart ausgeführt sein, dass sie in einem definierten Bereich das bereits abgelegte Material erwärmt. Die Erwärmung sollte derart erfolgen, dass das bereits abgelegte und gegebenenfalls erstarrte Material wieder leicht aufschmilzt. Hierdurch wird es ermöglicht, dass eine bessere Verbindung zwischen bereits abgelegten erstarrtem und neu abgelegten Material, also zwischen unterer und oberer Schicht, erfolgen kann. Die dadurch verbesserte Anbindung zwischen einzelnen Spuren und Schichten führt zu signifikant dichteren Bauteilen. Dies ist dabei deutlich effizienter möglich, als dies im Stand der Technik der Fall ist.The heating means or additional energy source to be introduced in addition to the heating means which are generally present should thus be designed such that it heats the already deposited material in a defined area. The heating should be such that the already deposited and optionally solidified material melts again easily. This makes it possible that a better connection between already stored solidified and newly deposited material, ie between the lower and upper layer, can take place. The resulting improved connection between individual tracks and layers leads to significantly denser components. This is much more efficient than is the case in the prior art.
Die vergleichsweise weniger ausgeprägte Dichte der gemäß dem Stand der Technik erzeugten Bauteile resultiert aus der Tatsache, dass stets neu aufgeschmolzenes Material auf oder neben bereits erstarrtem Material abgelegt wird. Die bereits erstarrte Spur wird nur oberflächlich durch das neu abgelegte Material angeschmolzen. Die einzelnen Spuren beziehungsweise Schichten sind damit nur oberflächlich miteinander verbunden und bilden kein dichtes Bauteil aus. Diese Anbindungsproblematik einzelner Schichten kann mit dem hier beschriebenen Verfahren jedoch verbessert werden. The comparatively less pronounced density of the components produced according to the prior art results from the fact that always newly molten material is deposited on or next to already solidified material. The already solidified track is melted only superficially by the newly deposited material. The individual tracks or layers are thus only superficially connected to each other and form no dense component. However, this connection problem of individual layers can be improved with the method described here.
Bislang wird eine Verbesserung der Dichte durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt, nämlich eine Nachbehandlung mit Aceton ermöglicht. Dieser zusätzliche Schritt ist jedoch auf bestimmte ausreichend beständige Materialien begrenzt. Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens ist, dass dieses prinzipiell bei allen thermisch schmelzbaren Materialien denkbar ist und nicht auf wenige Materialien beschränkt ist, welche einer Acetonbehandlung wiederstehen. Ferner lässt sich so ein Prozessschritt einsparen, was ebenfalls von signifikantem Vorteil ist.So far, an improvement in the density by an additional process step, namely a post-treatment with acetone allows. However, this additional step is limited to certain sufficiently durable materials. Advantage of the method described here is that this is in principle conceivable in all thermally fusible materials and is not limited to a few materials which resist an acetone treatment. Furthermore, a process step can be saved, which is also of significant advantage.
Ein weiterer Vorteil der verbesserten Anbindung ist die Reduktion der Anisotropie, wodurch die Materialeigenschaften für manche Anwendungen von Vorteil sein können.Another advantage of the improved attachment is the reduction in anisotropy, which may benefit the material properties for some applications.
Der Einsatz ist für Bauteile denkbar, die Anforderungen an die Dichtheit von Bauteilen haben, wie etwa Thermomanagementmodule. Die hierdurch verbesserte Isotropie ist generell für alle mit diesem Verfahren hergestellten Bauteile, wie etwa Prototypen, vorteilhaft.The use is conceivable for components that have requirements for the tightness of components, such as thermal management modules. The resulting improved isotropy is generally advantageous for all components produced by this method, such as prototypes.
Es kann bevorzugt sein, dass Verfahrensschritt h), wonach eine obere Schicht auf eine untere Schicht aufgebracht wird, vor Verfahrensschritt g), wonach das Rohmaterial der unteren Schicht derart erhitzt wird, dass dieses zumindest teilweise geschmolzen wird, erfolgt. In dieser Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das Einbringen zusätzlicher Energie zur besseren Verschmelzung der abgelegten Bahnen erst nach Abschluss einer gesamten Schicht erfolgt. in diesem Fall könnte nach jeder Schicht zum Beispiel ein Laser die gesamte Schicht belichten und die abgelegten Bahnen verschmelzen. Auch in dieser Ausgestaltung können dichte Bauteile erzeugt und eine ausgezeichnete Haftung der Schichten aufeinander realisiert werden.It may be preferred that process step h), after which an upper layer is applied to a lower layer, takes place before process step g), after which the raw material of the lower layer is heated such that it is at least partially melted. In this embodiment, it can be provided that the introduction of additional energy for better fusion of the deposited webs takes place only after completion of an entire layer. In this case, for example, after each layer, a laser could expose the entire layer and merge the deposited tracks. Also in this embodiment, dense components can be produced and excellent adhesion of the layers to each other can be realized.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, dass Verfahrensschritt h), wonach eine obere Schicht auf die untere Schicht aufgebracht wird, nach Verfahrensschritt g), wonach das Rohmaterial der unteren Schicht derart erhitzt wird, dass dieses zumindest teilweise geschmolzen wird, erfolgt. In dieser Ausgestaltung kann somit eine untere Schicht, die jedoch noch an der Oberfläche vorliegt, aufgeschmolzen werden, so dass die anschließend aufgebrachte Lage fest mit der unteren, zumindest teilweise aufgeschmolzenen Lage verbunden werden kann. Diese Ausgestaltung kann prozesstechnisch besonders einfach durchzuführen sein, da lediglich eine obere Schicht und insbesondere die frei liegende Oberfläche, aufgeschmolzen werden braucht. Die hierzu zu verwendenden Prozessparameter sind grundsätzlich einfach einstellbar. Darüber hinaus kann das Verfahren in dieser Ausgestaltung besonders energieschonend ausgestaltet werden.However, it is particularly preferred that process step h), after which an upper layer is applied to the lower layer, after process step g), after which the raw material of the lower layer is heated so that it is at least partially melted, takes place. In this embodiment, therefore, a lower layer, which is still present on the surface, are melted, so that the subsequent applied layer can be firmly connected to the lower, at least partially melted layer. This configuration can be particularly simple to carry out in terms of process technology, since only an upper layer and in particular the exposed surface needs to be melted. The process parameters to be used for this purpose are basically easy to set. In addition, the method can be configured particularly energy-saving in this embodiment.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass Verfahrensschritt g) erfolgt unter Verwendung eines aktiven Heizmittels. In dieser Ausgestaltung wird somit ein Heizmittel verwendet, welches aktiv Wärme austrägt und die Temperatur gezielt auf die zu erhitzende Position der unteren Schicht richtet. Beispielsweise kann das Heizmittel ein zusätzliches Heizmittel sein, das zusätzlich zu dem Heizmittel vorgesehen ist, das das etwa als Filament oder Granulat ausgestaltete Rohmaterial aufschmilzt. Somit ist das Heizmittel insbesondere nicht beispielsweise die heiße aufgebrachte obere Schicht, sondern vielmehr ein separat ansteuerbares Bauteil. Dadurch kann ein besonders effizienter und dabei gezielter und definierter Hitzeeintrag auf die zu erhitzende Position gerichtet werden. Daraus folgend kann es sichergestellt werden, dass die zu erhitzende Position ausreichend erhitzt wird, dass ein Anschmelzen stattfindet, aber gleichzeitig nicht der ganze Aufbau aufgeschmolzen wird. Somit kann in dieser Ausgestaltung durch ein Sicherstellen eines gewünschten Aufschmelzens das Erzeugen eines definierten Produkts ermöglicht werden.Furthermore, it may be preferred that process step g) takes place using an active heating means. In this embodiment, a heating means is thus used, which actively discharges heat and the temperature directed specifically to the heated position of the lower layer. For example, the heating means may be an additional heating means, which is provided in addition to the heating means, which melts the configured approximately as filament or granules raw material. Thus, the heating means is not, for example, the hot applied upper layer, but rather a separately controllable component. This allows a particularly efficient and targeted and defined heat input to be heated to the position to be heated. As a result, it can be ensured that the position to be heated is heated sufficiently that fusion takes place, but at the same time, the entire assembly is not melted. Thus, in this embodiment, by ensuring a desired reflow, the production of a defined product can be enabled.
Bezüglich des aktiven Heizmittels kann es besonders bevorzugt sein, dass als solches ein Laser verwendet wird. Insbesondere unter Verwendung eines Lasers kann das Erhitzen der unteren Schicht sowohl vor einem Aufbringen der oberen Schicht ermöglicht werden, als auch nach einem Aufbringen der oberen Schicht, wie dies vorstehend beschrieben ist. Denn durch einen Laser ist ein besonders definierter und dabei punktgenauer Eintrag von Wärme möglich, so dass auch das Aufschmelzen der unteren Schicht besonders definiert ablaufen kann. Dabei kann auch das Aufschmelzen der unteren Schicht dann problemlos möglich sein, wenn die obere Schicht bereits vorhanden ist, da der Energieeintrag durch einen Laser besonders definiert steuerbar ist. Grundsätzlich ist es insbesondere durch einen Laser möglich, saubere und schmale Schmelzbereiche zu erhalten durch eine lokal begrenzte Wärmeeinflusszone, so dass die Struktur des zu erzeugenden Bauteils durch das zusätzliche Aufschmelzen nicht negativ beeinflusst wird. Ferner ist das Verfahren in dieser Ausgestaltung besonders anpassbar.With respect to the active heating means, it may be particularly preferable to use a laser as such. In particular, using a laser, the heating of the lower layer can be made possible both before application of the upper layer, and after application of the upper layer, as described above. Because by a laser, a particularly defined and precise point entry of heat is possible, so that the melting of the lower layer can run in a particularly defined. In this case, the melting of the lower layer can be easily possible if the upper layer is already present, since the energy input is controlled by a laser particularly defined. In principle, it is possible, in particular by means of a laser, to obtain clean and narrow melting regions through a locally limited heat-affected zone, so that the structure of the component to be produced is not adversely affected by the additional melting. Furthermore, the method is particularly adaptable in this embodiment.
Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass ein Erhitzen der unteren Schicht beziehungsweise Verfahrensschritt g) unter Verwendung eines Scannerschweißens erfolgt. Beim Scannerschweißen erfolgt die Führung des Laserstrahls insbesondere über bewegliche Spiegel. Durch die Einstellung der Spiegel, insbesondere über entsprechende Winkeländerungen der Spiegel, kann der Laserstrahl hochexakt geführt werden. So kann ein Bearbeitungsfeld entstehen, in dem hochdynamisch und präzise ein Aufschmelzen ermöglicht werden kann. Die Größe des Wärmeeinflussbereichs kann dabei auf einfache Weise durch den Arbeitsabstand und Ablenkwinkel eingestellt werden. Dadurch ist das vorbeschriebene Verfahren insbesondere in dieser Ausgestaltung besonders anpassbar, so dass durch eine Vorrichtung verschiedenste Produkte geformt werden können, was insbesondere bei einem additiven Verfahren von Vorteil ist.Particularly preferably, it may be provided that heating of the lower layer or method step g) takes place using scanner welding. In scanner welding, the laser beam is guided, in particular, by means of movable mirrors. By adjusting the mirror, in particular via corresponding changes in the angle of the mirror, the laser beam can be performed highly accurate. Thus, an edit field can arise in which highly dynamic and precise melting can be made possible. The size of the heat-affected area can be adjusted in a simple manner by the working distance and deflection angle. As a result, the method described above is particularly adaptable, in particular in this embodiment, so that the most varied products can be formed by a device, which is advantageous in particular in the case of an additive method.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des additiven Verfahrens wird auf die Beschreibung der Anordnung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the additive method, reference is made to the description of the arrangement, the figures and the description of the figures.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Anordnung für ein additives Fertigungsverfahren, aufweisend eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Rohmaterials und aufweisend eine Düse, wobei ein von der Vorrichtung bereitgestelltes Rohmaterial zu der Düse bringbar ist, und wobei das Rohmaterial aus der Düse in zumindest teilweise geschmolzenem Zustand ausbringbar ist, wobei die Anordnung ferner einen Träger aufweist, auf den das Rohmaterial von der Düse auftragbar ist, wobei die Anordnung ferner ein Heizmittel aufweist, durch welches das auf den Träger aufgebrachte Material derart heizbar ist, dass dieses zumindest teilweise geschmolzen wird.The present invention further provides an assembly for an additive manufacturing method, comprising a device for providing a raw material and having a nozzle, wherein a raw material provided by the device can be brought to the nozzle, and wherein the raw material from the nozzle in at least partially melted state can be applied, wherein the arrangement further comprises a carrier, on which the raw material from the nozzle can be applied, wherein the arrangement further comprises a heating means by which the material applied to the carrier is heated so that it is at least partially melted.
Durch diese Ausgestaltung kann es in vorteilhafter Weise ermöglicht werden, dass ein bereits auf einen Träger aufgebrachtes und gegebenenfalls bereits erhärtetes Material erneut aufgeheizt und zumindest teilweise aufgeschmolzen wird. Dadurch kann ein Anhaften einer oberen Schicht an einer unteren Schicht verbessert und ferner ein Material mit besonders hoher Dichte erzeugt werden.With this configuration, it can be advantageously made possible that an already applied to a support and optionally already hardened material is reheated and at least partially melted. Thereby, adhesion of an upper layer to a lower layer can be improved, and further, a material having a particularly high density can be produced.
Insbesondere kann das Heizmittel, durch welches das auf den Träger aufgebrachte Material geheizt werden kann, ein zweites Heizmittel sein und zusätzlich zu dem Heizmittel vorliegen, dass das Rohmaterial vor dem Auftragen auf den Träger erhitzt, welches letztere etwa als beheizte Düse ausgestaltet sein kann. Insbesondere kann dieses zweite Heizmittel lokal wirken und/oder etwa als Laser ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das zweite Heizmittel im oder am Druckkopf vorgesehen sein.In particular, the heating means by which the material applied to the carrier can be heated may be a second heating means and in addition to the heating means, the raw material may be heated prior to application to the carrier, which may be configured as a heated nozzle, for example. In particular, this second heating means can act locally and / or be configured as a laser. For example, the second heating means may be provided in or on the print head.
Beispiele für einen Laser als zweites Heizmittel umfassen etwa einen CO2-Laser, einen Nd:YAG-Laser, einen Faserlaser oder einen Diodenlaser. Examples of a laser as a second heating means include, for example, a CO 2 laser, an Nd: YAG laser, a fiber laser or a diode laser.
Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass ein beweglicher Spiegel zum Umlenken eines von dem Laser emittierten Laserstrahls vorgesehen ist. In dieser Ausgestaltung kann die Anordnung für ein Scannerschweißen geeignet sein. Dadurch kann die Heizeinrichtung beziehungsweise der Laser feststehend angeordnet sein auch dann, wenn die Düse sich etwa zum Auftragen des Rohmaterials bewegt, was eine verbesserte Langzeitstabilät ermöglichen kann. Darüber hinaus kann so ein besonders exaktes Erhitzen der unteren Schicht erfolgen, wodurch auch feinste Bauteile hochdefiniert ausgestaltet werden können.Particularly preferably, it can be provided that a movable mirror is provided for deflecting a laser beam emitted by the laser beam. In this embodiment, the arrangement may be suitable for scanner welding. As a result, the heating device or the laser can be arranged stationary, even if the nozzle moves approximately for application of the raw material, which may allow improved long-term stability. In addition, such a very accurate heating of the lower layer can be done, whereby even the finest components can be designed highly defined.
Beispielsweise kann diese Anordnung und entsprechend auch das zuvor beschriebene Verfahren verwendet werden bei der Herstellung von Bauteilen für ein Thermomanagementmodul.For example, this arrangement and accordingly also the method described above can be used in the manufacture of components for a thermal management module.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der Anordnung wird auf die Beschreibung des Verfahrens, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the arrangement, reference is made to the description of the method, the figures and the description of the figures.
Im Folgenden wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert, wobei explizit darauf hingewiesen wird, dass der erfindungsgemäße Gegenstand nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es zeigt:
-
1 ; eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Durchführen eines Schmelzschichtverfahrens als additives Verfahren.
-
1 ; a schematic representation of an arrangement for performing a melt layer process as an additive method.
In der
Die Anordnung
Ferner kann es möglich sein, das Rohmaterial ausgehend von einem Granulat als Schmelze zu der Düse
Ausgetragen von der Düse
Es ist ferner gezeigt, dass die Anordnung
Gemäß
Somit wird durch die beschriebene Anordnung
- a) Bereitstellen des Rohmaterials
16 ; - b) Führen des Rohmaterials
16 zu der Düse22 ; - c) Aufschmelzen des Rohmaterials
16 vor der Düse22 oder inder Düse 22 ; - d) Ausbringen des geschmolzenen Rohmaterials
16 als Schmelze 24 aus der Düse22 auf einen Träger26 , wobei; - e)
das Rohmaterial 16 beziehungsweise dieSchmelze 24 mehrschichtig aufden Träger 26 aufgebracht wird zum Aufbauen des Bauteils; wobei - f) die untere Schicht
321 aus Rohmaterial 16 aufden Träger 26 aufgebracht wird; - g)
das Rohmaterial 16 der unteren Schicht321 derart erhitzt wird, dass dieses zumindest teilweise geschmolzen wird; und - h) die obere Schicht
322 aus Rohmaterial 16 auf die untere Schicht321 aufgebracht wird, vor, während oder nach Verfahrensschritt g).
- a) Providing the
raw material 16 ; - b) guiding the
raw material 16 to thenozzle 22 ; - c) melting of the
raw material 16 in front of thenozzle 22 or in thenozzle 22 ; - d) discharging the molten
raw material 16 as amelt 24 from thenozzle 22 on acarrier 26 , in which; - e) the
raw material 16 or themelt 24 multilayered on thecarrier 26 is applied to build the component; in which - f) the
lower layer 32 1 fromraw material 16 on thecarrier 26 is applied; - g) the
raw material 16 thelower layer 32 1 is heated so that it is at least partially melted; and - h) the
upper layer 32 2 fromraw material 16 on thelower layer 32 1 is applied before, during or after process step g).
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Anordnungarrangement
- 1212
- Vorrichtungcontraption
- 1414
- Filamentfilament
- 1616
- Rohmaterialraw material
- 1818
- Walzeroller
- 2020
- Rollerole
- 2222
- Düsejet
- 2424
- Schmelzemelt
- 2626
- Trägercarrier
- 2828
- Auflageedition
- 3030
- Fußfoot
- 3232
- Schichtlayer
- 321 32 1
- untere SchichtLower class
- 322 32 2
- obere Schichtupper layer
- 3434
- Gehäusecasing
- 3636
- Heizmittelheating
- 3838
- Laserlaser
- 4040
- Spiegelmirror
- 4242
- Laserstrahllaser beam
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017122088.7A DE102017122088A1 (en) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | Additive manufacturing process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017122088.7A DE102017122088A1 (en) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | Additive manufacturing process |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017122088A1 true DE102017122088A1 (en) | 2018-07-19 |
Family
ID=62716768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017122088.7A Ceased DE102017122088A1 (en) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | Additive manufacturing process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017122088A1 (en) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R230 | Request for early publication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |