-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-gedruckten Werkzeugs sowie ein solches 3D-gedrucktes Werkzeug und die Verwendung eines solchen 3D-gedruckten Werkzeugs.
-
Bei der Herstellung von Bauteilen wie etwa Kunststoffbauteilen, welche beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt werden, besteht hinsichtlich der Werkzeugtemperatur ein Zielkonflikt zwischen der erzielbaren Oberflächenqualität (Glanz, Bindenähte), dünner Wandstärken und der notwendigen Taktzeit. Für eine gute Oberflächenqualität, zur Vermeidung von Bindenähten und für dünnwandige Bauteile müsste die Werkzeugtemperatur möglichst hoch, beispielsweise gerade unterhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffes, sein. Dies würde aber zu langen benötigten Abkühlzeiten bis zur Entnahme des Werkstücks aus dem Werkzeug führen. Eine niedrige Werkzeugtemperatur sorgt zwar für hohe Abkühlraten und damit kurzen Abkühlzeiten, verschlechtert neben der Abformqualität der Oberfläche allerdings dadurch auch die Fließfähigkeit des Kunststoffs im Werkzeug, wodurch dünnwandige Bauteile nicht mehr herzustellen sind und die Einspritz-, Nach- und Werkzeugschließdrücke beim Spritzgießen deutlich erhöht werden müssen. Bei einem idealen Spritzgussprozess wäre also die Werkzeugoberfläche beim Einspritzen des schmelzflüssigen Kunststoffs möglichst heiß, beispielsweise im Bereich der Schmelztemperatur des Kunststoffs, und würde nach erfolgter Formfüllung sofort schlagartig erkalten, um eine schnelle Abkühlung zu gewährleisten.
-
Der Problemstellung der unterschiedlichen Werkzeug-Idealtemperaturen für die Einspritz- und Abkühlphasen beim Spritzgießen wird mit der so genannten Variotherm-Technik begegnet. Die Vorteile einer solchen variothermen Prozessführung liegen beispielsweise in dem Ermöglichen von Hochglanzoberflächen. Auch können somit Bindenähte verhindert werden. Zudem ist es möglich, dünnwandige Bauteile hervorzubringen. Es können dabei niedrige Schließdrücke verwendet werden. Bei der Variotherm-Technik wird über verschiedene Temperiertechnologien die Temperatur der Werkzeugoberfläche während eines Spritzgusszyklus variiert. Insgesamt lassen sich drei eingesetzte Temperiertechnologien unterscheiden: Zum einen ist gemäß dem Stand der Technik die medienbasierte Temperierung bekannt. Bei der medienbasierten Temperierung wird ein Temperiermedium, zum Beispiel Wasser oder Öl, durch ein Kanalsystem möglichst nah an der Werkzeugoberfläche geführt. Für eine variotherme Prozessführung werden entweder zwei Medien mit unterschiedlichen Temperaturen nacheinander durch die gleichen Kanäle geführt oder es existieren zwei getrennte Temperierkreise, die abwechselnd mit dem heißen beziehungsweise kalten Medium durchströmt werden. Als nachteilig an der medienbasierten Temperierung könnte angesehen werden, dass die Temperierkanäle bei gängigen, zerspanenden Werkzeugfertigungsmethoden nur bedingt oberflächennah eingebracht werden können. Auch besteht für die Temperierkanäle ein Zielkonflikt hinsichtlich der Dimensionierung zwischen einer großen Oberfläche zum Wärmetausch durch viele, sehr fein verästelte Kanäle und der Herstellbarkeit und der Durchströmbarkeit durch wenige, gradlinig gebohrte Kanäle mit großem Durchmesser. Selbst bei einer ganzen oder teilweisen Herstellung des Werkzeugs im 3D-Druck stellen Temperierkanäle eine mechanische Schwachstelle gegenüber der Druckbeaufschlagung durch die Kunststoffschmelze dar. Sie können daher nur bedingt oberflächennah geführt werden. Zudem erfordert die Durchströmung des gleichen Kanalsystems abwechselnd mit einem heißen und kalten Medium eine aufwändige Ventiltechnik. Andererseits muss das in dem jeweils anderen Kanalsystem verbleibende Medium bei der Verwendung zweier Kanalsysteme bei jedem Zyklus mitgekühlt/-geheizt werden. Allgemein weist zudem die medienbasierte Temperierung energetisch einen schlechten Wirkungsgrad auf und ist daher sehr kostenintensiv.
-
Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik ein Konzept bekannt, wobei eine induktive Erwärmung der Oberfläche eingesetzt wird. Bei der variothermen Temperierung durch induktive Erwärmung wird das Formwerkzeug insgesamt durch die Verwendung eines Temperiermediums auf einer relativ niedrigen Grundtemperatur gehalten. Zu Beginn des Spritzgusszyklus wird dann ein Induktionskopf in das noch geöffnete Werkzeug gefahren und setzt die Werkzeugoberfläche einem hochfrequenten magnetischen Wechselfeld aus. Dies induziert Wirbelströme in der Werkzeugoberfläche, wodurch sich diese erwärmt. Nach der Erwärmung wird das Werkzeug geschlossen und der schmelzflüssige Kunststoff eingespritzt. Durch die geringere Temperatur des Werkzeuggrundkörpers kühlt die Werkzeugoberfläche relativ schnell mit der eingespritzten Kunststoffschmelze ab. Als nachteilig an der induktiven Erwärmung könnte angesehen werden, dass sie einige Zeit am geöffneten Werkzeug erfordert und sich daher negativ auf die Taktzeit auswirkt. Dabei muss die Werkzeugoberfläche „überhitzt“ werden, da die Abkühlung schon beim Schließen des Werkzeugs und somit vor dem Einströmen der Kunststoffschmelze beginnt. Eine großflächige, gleichmäßige Erwärmung ist nicht möglich. Bei sehr komplexen Werkzeuggeometrien lassen sich bestimmte Bereiche des Werkzeugs nicht induktiv erwärmen.
-
Auch ist aus dem Stand der Technik das Konzept der widerstandselektrischen Erwärmung bekannt. Die widerstandselektrische Erwärmung stellt prinzipiell die energieeffizienteste Möglichkeit der Temperierung dar, da sie einen Wirkungsgrad von 1 aufweist. Analog zur induktiven Erwärmung wird der Werkzeuggrundkörper durch ein Temperiermedium auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten. Vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze wird die Werkzeugoberfläche widerstandselektrisch erwärmt. Hierfür bekannte Lösungen sehen die Verwendung eines Schichtsystems auf einem zuvor fertiggestellten Werkzeugkörper vor. Das Schichtsystem weist eine elektrisch leitfähige Schicht für die Widerstandserwärmung und eine Isolierschicht zum metallischen Werkzeuggrundkörper auf. Als nachteilig an der widerstandselektrischen Erwärmung könnte angesehen werden, dass bedingt durch den Beschichtungsprozess sich bei komplexen Werkzeuggeometrien nicht alle Bereiche des Werkzeugs erreichen lassen. Die Beschichtung erfordert eine aufwändige Kontaktierung der Schichten zur Einleitung des elektrischen Stroms. Dabei wirken sich selbst nur geringe Schwankungen in der Schichtdicke der leitfähigen Schicht auf den spezifischen Widerstand und somit die lokale Erwärmung aus.
-
Aus der
EP 2 720 844 B1 ist eine beheizbare Vorrichtung sowie eine Verwendung der Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhitzung eines Mediums als bekannt zu entnehmen. Dabei ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, welche eine elektrisch und/oder thermisch leitfähige Zubereitung aufweist. Auch ist die Zubereitung auf wenigstens einer Oberfläche der Vorrichtung selbst in Form einer Beschichtung vorgesehen. Auch kann die Zubereitung in der Vorrichtung angeordnet oder ausgebildet sein. Aus der Beschreibung ist zudem zu entnehmen, dass während des Herstellungs- und Verarbeitungsprozesses der Zubereitung bei einem oder mehreren Prozessschritten diese Zubereitung im flüssigen Zustand sein kann, beispielsweise während eines Mischvorgangs mit anderen Komponenten oder während der Applizierung. Ziel ist es dabei, dass die leitfähige Zubereitung innig mit der beheizbaren Vorrichtung verbunden wird. In verschiedenen, getrennt voneinander zu betrachtenden Ausführungsformen wird dann betont, wie so eine Beschichtung mittels eines hohen Stroms aktiviert werden kann, um die Vorrichtung zu erhitzen. Durch die einmal festgelegte Verortung der Zubereitung ist die Verwendung auf den damit verbundenen Effekt festgelegt. Ein Austausch der Zubereitung ist nicht vorgesehen. Auch ist nicht vorgesehen, dass die Zubereitung in einer späteren Verwendung der Vorrichtung selbst noch flüssig ist. Eine Isolierung hin zu der Vorrichtung ist ebenso nicht vorgesehen, so dass im Falle der Beaufschlagung der Zubereitung mit hohen Strömen die Vorrichtung ebenfalls mit hohen Strömen beaufschlagt werden könnte. Insofern ist dieser Stand der Technik zwar eine besondere Ausführungsform im Sinne der widerstandselektrischen Erwärmung, überkommt aber die zuvor genannten Nachteile nur bedingt.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-gedruckten Werkzeugs sowie ein solches 3D-gedrucktes Werkzeug und die Verwendung eines solchen 3D-gedruckten Werkzeugs bereitzustellen, welche die zuvor genannten Nachteile überkommt, kostengünstig herzustellen ist und hohe Heiz- und Kühlraten mit relativ geringem Energieaufwand auch bei komplexen Geometrien ermöglicht.
-
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-gedruckten Werkzeugs für die Verwendung in Kunststoffverarbeitungsprozessen, welches die folgenden Schritte umfasst, bereitgestellt wird: Herstellen eines Grundkörpers mittels eines 3D-Druckverfahrens, welcher zumindest ein Kanalsystem für eine medienbasierte Temperierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper zumindest ein von dem Kanalsystem getrennter Hohlraum vorgesehen wird, welcher mit einem flüssigen, elektrisch leitfähigen Material gefüllt wird. Auf diese Weise kann ein Werkzeug geschaffen werden, mit welchem aufgrund des Zusammenspiels der kurzzeitigen widerstandselektrischen Erwärmung, beispielsweise der Werkzeugoberfläche, mittels des flüssigen, elektrisch leitfähigen Materials, welches als eine Art „flüssiger Heizdraht“ fungiert, und der raschen Abkühlung durch die Werkzeuggrundtemperatur, welche mittels des zumindest einen Kanalsystems für eine medienbasierte Temperierung bereitgestellt wird, eine hochdynamische variotherme Prozessführung, beispielsweise beim Spritzgießen oder anderen Thermoplastverarbeitungsprozessen, umgesetzt werden kann. Dies geschieht beim Einsatz eines mittels des vorgestellten Verfahrens hergestellten Werkzeugs, indem ein elektrischer Strom in die leitfähige Flüssigkeit eingeleitet wird, so dass das Werkzeug, beispielsweise ein Formwerkzeug, zum Beispiel oberflächennah widerstandselektrisch und somit schnell und mit einem hohen energetischen Wirkungsgrad erwärmt wird. Wie bereits gesagt, wirkt die leitfähige Flüssigkeit demnach als „flüssiger Heizdraht“, wobei das Werkzeug zusätzlich das Kanalsystem für die konventionelle, medienbasierte Temperierung zur Einstellung der relativ kühlen Werkzeuggrundtemperatur verfügt. In seiner einfachsten Ausprägung könnte so ein Kanalsystem lediglich eine kanalförmige Vorrichtung umfassen. Denkbar wären aber auch mehrere solcher Vorrichtungen beziehungsweise Kanäle. Mittels des vorgestellten Verfahrens lässt sich somit eine sehr komplexe Formwerkzeuggeometrie abbilden, welche beispielsweise eine oberflächennahe Erwärmung ermöglicht. Auch ist in einer einfachen Ausbildung des Verfahrens somit eine Umsetzung ohne ein Multi-Material-3D-Druckverfahren möglich, da bei der Formherstellung zunächst nur zumindest ein Hohlraum an der Stelle des späteren Heizleiters (in diesem Fall also das flüssige Material beziehungsweise eine Flüssigkeit) hergestellt werden muss. Dies ist mit gängigen 3D-Druckverfahren problemlos möglich. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen ist es durch den erfindungsgemäßen Ansatz möglich, „flüssige Heizdrähte“ für eine effiziente widerstandselektrische Erwärmung auch bei komplexeren Werkzeuggeometrien fein verästelt und beispielsweise oberflächennah zu realisieren. Dabei zirkuliert die leitende Füllung beziehungsweise das flüssige, elektrisch leitende Material nicht, wodurch dünnere und beispielsweise oberflächennahe Hohlräume in Form von Kanälen im Vergleich zu aktuellen Konzepten möglich sind. Diese Hohlräume werden also ebenfalls gedruckt, beispielsweise in Form von oberflächennahen Kanälen, und anschließend mit leitfähigem Material befüllt. Es ist somit möglich, ein Werkzeug zu schaffen, welches beispielsweise eine konturnahe widerstandselektrische Erwärmung ermöglicht. Es werden letztendlich Vorteile von anderen Verfahren kombiniert und deren Nachteile dabei vermieden. Mittels der widerstandselektrischen Erwärmung werden extrem hohe Aufheizraten ermöglicht, wobei der energetische Wirkungsgrad bei widerstandselektrischer Erwärmung nahezu gleich 1 ist. Mit dem vorgestellten Verfahren ist es beispielsweise möglich, oberflächennahe, fein verästelte, leitfähig befüllte Heizkanäle (in Form des zumindest einen Hohlraums) durch 3D-Druck herzustellen. Es sind somit komplexe Geometrien realisierbar. Auf diese Weise kann ein Werkzeug hergestellt werden, welches in einer späteren Verwendung keine mechanische Schwächung gegenüber dem Fluiddruck der Kunststoffschmelze durch dichten Verschluss der Befüllung aufweist. Der zumindest eine Hohlraum kann dabei seinerseits ein eigenes Kanalsystem darstellen, welches beispielsweise dann aus fein verteilten Hohlräumen abgebildet werden kann, welche im Nachhinein mit einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel einer leitfähigen Flüssigkeit, befüllt wird. Das Verfahren kann somit dazu eingesetzt werden, ein Werkzeug hervorzubringen, mit welchem es möglich ist, das Aufheizen vor und während des Werkzeugschließens erfolgen zu lassen. Eingesetzt werden kann das Verfahren zum Herstellen prinzipiell aller Werkzeuge, bei dem ein Prozess mit variothermen Betrieb von Vorteil ist. Des Weiteren lässt sich das Prinzip einer eingedruckten widerstandselektrischen Heizung überall anwenden, wo Wärme in komplexen Geometrien und engen Bauräumen erzeugt werden muss, zum Beispiel bei Standheizungen, Klimaanlagen, zur Vorwärmung von Motorkomponenten, Katalysatoren etc. Dabei lässt sich ein solches Verfahren zur Herstellung von variothermen Werkzeugkonzepten prinzipiell für alle Kunststoffbauteile, auch außerhalb der Automobilbranche, einsetzen. Auch bei anderen Werkstoffen, die im Schmelzverfahren hergestellt werden, kann der Prozess so stattfinden. Es können beispielsweise die Materialeigenschaften von Aluminium im Druckguss gezielt beeinflusst werden, indem man in unterschiedlichen Bereichen des Bauteils das Gefüge des Materials über unterschiedliche Temperaturen, Abkühlraten, Wärmeeintrag oder ähnliches ändert.
-
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper aus einem metallischen Material aufgebaut wird, wobei in dem zumindest einen Hohlraum eine innenliegende Isolierschicht angeordnet wird, welche vor dem Befüllen mit dem flüssigen, elektrisch leitfähigen Material angeordnet wird. So kann zum Beispiel ein metallisches Formwerkzeug mittels des Verfahrens hergestellt werden, welches beispielsweise entsprechende oberflächennahe Hohlräume beziehungsweise Kanäle aufweist. Dies kann beispielsweise mit einem 3D-Druck, zum Beispiel durch SLM oder Metall-FDM, hergestellt werden. Dabei ist zur elektrischen Isolierung des später eingefüllten Heizleiters beziehungsweise der leitfähigen Flüssigkeit beziehungsweise des flüssigen, elektrisch leitfähigen Materials gegenüber dem Werkzeuggrundkörper eine Isolierschicht auf den Wänden der Hohlräume beziehungsweise den Kanalwänden dieser Hohlräume notwendig. Somit kann ein sicherer Betrieb des Werkzeugs erreicht werden und die Effizienz kann gesteigert werden. Metall weist im Vergleich beispielsweise zu Keramik in der Regel eine bessere Wärmeleitfähigkeit auf, was sich positiv auf die Temperierdynamik auswirkt.
-
Auch ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Isolierschicht durch einmaliges Befüllen und anschließendem Entleeren des zumindest einen Hohlraumes mit einem flüssigen Material hergestellt wird, wobei das flüssige Material ausgelegt ist, einen isolierenden Rückstand zu hinterlassen. Somit lässt sich ein schnelles Verfahren bereitstellen, welches deswegen auch kostengünstig ist. Beispielsweise kann dies durch das einmalige Befüllen und Entleeren der Hohlräume beziehungsweise Kanäle mit einer Flüssigkeit bewerkstelligt werden, wobei die Flüssigkeit ausgelegt ist, einen isolierenden Rückstand zu hinterlassen. Denkbar sind zum Beispiel dünnflüssige keramische Schlicker oder in Lösungsmittel gelöste Kunststoffe, die nach Verdampfen des Lösungsmittels eine Kunststoffschicht hinterlassen. Nach dem Aufbringen der Isolierschicht werden die Kanäle mit einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise in flüssiger Form, befüllt.
-
Ferner ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Isolierschicht gleichzeitig mit der Herstellung des metallischen Grundkörpers vollzogen wird, wobei ein Multimaterial-3D-Druck verwendet wird. Mit anderen Worten kann die Nutzung von Multimaterial-3D-Druck zum gleichzeitigen Herstellen des metallischen Grundkörpers und der Isolierschicht vorgesehen sein, aber nicht des Heizleiters. Dadurch ist das Material der Befüllung frei wählbar.
-
Zudem ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Grundkörper aus einem keramischen Material aufgebaut wird. Auf diese Weise kann die notwendige Isolierschicht entfallen. Beispielsweise kann der Aufbau eines vollständig keramischen Formwerkzeugs, beispielsweise durch ein SLS-Verfahren, vorgesehen sein.
-
Auch ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zumindest eine Hohlraum oberflächennah in dem Grundkörper angeordnet wird und entweder während des 3D-Drucks ausgeformt wird oder nachträglich mittels zerspanender Werkzeugfertigungsmethoden entsteht. Statt direkter Herstellung der Hohlräume in Form von beispielsweise oberflächennahen Kanälen im 3D-Druck kann eine nachträgliche Einbringung im massiven Werkzeuggrundkörper durch das Schaffen von Gräben, zum Beispiel durch Fräsen oder Ätzen, und Verschließen der Oberfläche vor oder nach der Befüllung mit leitfähigem Material, beispielsweise durch Löten, Schweißen oder Beschichten, stattfinden. Somit kann zumindest teilweise auch der Einsatz von konventionellen, zerspanenden Werkzeugfertigungsmethoden statt 3D-Druck vorgesehen werden. Je nach Werkzeuggröße und Pulverkosten für den 3D-Druck kann diese Vorgehensweise wirtschaftlicher sein, allerdings sind die geometrischen Möglichkeiten hierbei eingeschränkt.
-
Des Weiteren ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in dem Werkzeug zumindest eine Öffnung und ein dazugehöriges Verschlusselement vorgesehen wird, welches den zumindest einen Hohlraum zu einer Außenseite des Werkzeugs verschließt, wobei das flüssige, elektrisch leitfähige Material über diese zumindest eine Öffnung austauschbar ist, und dass das Verschlusselement als elektrisches Kontaktelement ausgelegt wird, so dass das flüssige, elektrisch leitfähige Material über das Verschlusselement mit elektrischem Strom beaufschlagt werden kann. Nach der Befüllung werden die Hohlräume beziehungsweise Kanäle dicht verschlossen. Vorzugsweise bilden die hierfür eingesetzten Elemente beziehungsweise die Verschlusselemente, beispielsweise in Form von Entlüftungsschrauben oder Ventilen, gleichzeitig Einleitungspunkte für den elektrischen Strom. Somit kann eine andere Form der Einleitung des Stroms, welche in der einfachsten Form des vorgestellten Verfahrens implizit vorgesehen ist, entfallen und es lässt sich somit ein noch kostengünstigeres Verfahren realisieren. Auch ist denkbar, dass somit eine Zirkulation beziehungsweise ein Austausch der erwärmten elektrisch leitfähigen Flüssigkeit nach jedem Erwärmungszyklus vorgesehen werden kann, wodurch eine hohe Temperierdynamik an der Werkzeugoberfläche und somit ein Entfall tiefergelegener Temperierkanäle zur Einstellung der Werkzeuggrundtemperatur gegeben ist.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Befüllen des flüssigen, elektrisch leitfähigen Materials im Wesentlichen unter Vakuumbedingungen vollzogen wird, wobei das Material nach dem Befüllen in einem flüssigen Zustand verbleibt oder sich zumindest teilweise in dem wenigstens einen Hohlraum verfestigt. Somit wird sichergestellt, dass keine Luft in den Hohlräumen beziehungsweise in den kanalförmigen Hohlräumen beziehungsweise den Kanälen zurückbleibt. Somit wird eine hohe Effizienz sichergestellt. Das eingefüllte Material kann nach der Befüllung flüssig bleiben oder auch in den Kanälen erstarren.
-
Ferner ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zumindest eine Hohlraum einen kanalförmigen Durchmesser aufweist, wobei der Durchmesser einen Wert zwischen 0,7 und 1,5 mm aufweist, und dass das flüssige, elektrisch leitfähige Material ausgewählt ist von: mit Metall- oder Graphitpartikeln angereichertes Glycerin, Quecksilber, Gallium, leitfähige Polymere, niedrigschmelzende Metalle oder Metalllegierungen. Der Durchmesser kann dabei beispielsweise unabhängig von der eigentlichen Querschnittsform gewählt werden. Somit kann das Heizmedium in Form der leitfähigen Flüssigkeit in den Kanälen sehr dünn und somit auch sehr dicht in der Oberfläche vorgesehen sein. Mit anderen Worten besteht der Vorteil gegenüber einer Temperierung, bei welchem ein Heizmedium oberflächennahe Kanäle durchströmt, im Sinne einer medienbasierten Temperierung darin, dass die Kanäle oberflächennäher, deutlich dünner und dichter aneinander angelegt werden können, da sie nicht für die Durchströmung, sondern für eine einmalige Befüllung ausgelegt sein müssen. Als niedrigschmelzende Metalllegierung können zum Beispiel Zinn- oder Bleilegierungen in Betracht kommen, als reines Metall Gallium. Über variable Durchmesser der leitfähig befüllten Hohlräume ist auch eine lokal unterschiedliche Erwärmung bei einer einheitlichen Stromstärke realisierbar.
-
Auch ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass ein 3D-gedrucktes Werkzeug bereitgestellt wird, welches mit dem vorgestellten Verfahren hergestellt wird. Die zuvor bereits genannten Vorteile gelten ebenso direkt für das hervorgebrachte 3D-gedruckte Werkzeug, beispielsweise als Formwerkzeug.
-
Zudem ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Verwendung eines mittels des vorgestellten Verfahrens hergestellten 3D-gedruckten Werkzeugs in einem Herstellungsprozess von Bauteilen mit einer variothermen Prozessführung stattfindet. Dabei wird ein flüssiges, elektrisch leitfähiges Material mittels einer angelegten elektrischen Spannung aktiviert, so dass das flüssige, elektrisch leitfähige Material als Heizelement verwendet wird. Mit anderen Worten besteht die Erfindung auch in der Verwendung des 3D-gedruckten Werkzeugs, beispielsweise als ein Formwerkzeug, welches durch 3D-Druck beziehungsweise additive Fertigungsverfahren hergestellt wird und bei welchem im oberflächennahen Bereich zumindest ein Hohlraum, welcher auch als ein besonderes Kanalsystem angesehen werden kann, aus fein verteilten Hohlräumen abgebildet wird, welcher im Nachhinein mit einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel einer leitfähigen Flüssigkeit, befüllt wird.
-
Die verschiedenen, in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
-
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung, welche eine schematische Schnittansicht eines 3D-gedruckten Werkzeugs zeigt, erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines 3D-gedruckten Werkzeugs 10, welches mit dem vorgestellten Verfahren hergestellt wurde. Ein Grundkörper 12 umfasst dabei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier Kühlwasserkanäle 14, welche als Beispiel für ein Kanalsystem für eine medienbasierte Temperierung gezeigt sind. Des Weiteren ist ein Hohlraum 16 zu erkennen, welcher ebenfalls in dem Grundkörper 12 angeordnet ist. In dem Hohlraum 16, welcher auch als eine besondere Art von Kanal angesehen werden kann, befindet sich eine leitfähige Füllung 18, welche hier beispielhaft für das flüssige, elektrisch leitfähige Material gezeigt ist. Die leitfähige Füllung 18 wird umlaufend, hier im Schnitt an ihren oberen und unteren Grenzen zu dem Grundkörper 12 hin dargestellt, von einer Isolierschicht 20 abgegrenzt. Seitlich vom Grundkörper 12 stellt der Hohlraum 16 bezogen auf die Bildebene rechts und links jeweils einen Teilbereich der Außengrenze des 3D-gedruckten Werkzeugs 10 dar. Es handelt sich in der gezeigten Figur nur um eine schematische Darstellung. Es versteht sich, dass das flüssige Material hier in irgendeiner Form begrenzt wird, beispielsweise mit nicht dargestellten Verschlusselementen, beispielsweise in Form von Entlüftungsschrauben oder Ventilen. An den Teilbereichen ist die leitfähige Füllung 18 rechts und links jeweils mit Stromleitungen 22 elektrisch verbunden, so dass die leitfähige Füllung 18 mit einer gezeigten Spannungsquelle 24 verbunden werden kann. Die leitfähige Füllung 18 kann also mit Strom beaufschlagt werden, um somit als eine Art flüssiger Heizdraht zu fungieren. Das gezeigte 3D-gedruckte Werkzeug 10 ist mit dem vorgestellten Verfahren hergestellt, wobei beispielsweise ein Multimaterial-3D-Druck verwendet wurde, um die Isolierschicht 20 bereits im Druck zu schaffen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- 3D-gedrucktes Werkzeug
- 12
- Grundkörper
- 14
- Kühlwasserkanal
- 16
- Hohlraum
- 18
- leitfähige Füllung
- 20
- Isolierschicht
- 22
- Stromleitung
- 24
- Spannungsquelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
