DE102018129836A1 - Fertigungsverfahren für eine komponente mit mindestens einem eingebetteten merkmal - Google Patents

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Abstract

Ein Fertigungsverfahren für eine Komponente mit mindestens einem eingebetteten Merkmal beinhaltet die Schritte des Definierens einer Grenzlinienvorlage für die Komponente, des Freihaltens eines Funktionsbereichs innerhalb der Grenzlinienvorlage für das mindestens eine eingebettete Merkmal, des Konsolidierens und strukturellen Optimierens der Komponente, um eine effizientere Materialverteilung zu ermöglichen, und des Fertigens der Komponente unter Verwendung additiver Fertigungstechniken. Zudem wird eine Kraftfahrzeugkomponente, einschließlich einer Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs, offenbart.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Schrift betrifft im Allgemeinen das Gebiet der additiven Fertigung und insbesondere ein Fertigungsverfahren für eine Komponente mit mindestens einem eingebetteten Merkmal sowie eine derartige Komponente für ein Kraftfahrzeug.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Viele gefertigte Komponenten integrieren ein oder mehrere eingebettete Merkmale und sind nicht für Gewicht und Produktionseffizienz optimiert. Beispielsweise kann eine Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs mehrere eingebettete Merkmale integrieren, wie etwa Systemverlegungsmerkmale (d. h. (a) elektrische Leitungen, (b) ein Kanalsystem für ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem, (c) ein elektronisches Modul, (d) eine Antenne). Derartige eingebettete Merkmale erfordern zusätzliche Komponenten und Montage. Infolgedessen sind Mittelkonsolen, die eingebettete Merkmale integrieren, oft sperrig und überdimensioniert. Derartige Mittelkonsolen können überschüssige Masse enthalten.
  • Diese Schrift betrifft ein neues und verbessertes Fertigungsverfahren für eine derartige Komponente. Dieses Verfahren verwendet und nutzt die einzigartige Fähigkeit der additiven Fertigung, um eine effizientere und leichtgewichtigere Ausgestaltung mit geringerer Bauteilanzahl und einfacherer Montage zu ermöglichen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß den hier beschriebenen Zwecken und Vorteilen wird ein Fertigungsverfahren für eine Komponente mit mindestens einem eingebetteten Merkmal bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) Definieren einer Grenzlinienvorlage für die Komponente, (b) Freihalten eines Aufnahmeraums oder eines Funktionsbereichs für das mindestens eine eingebettete Merkmal innerhalb der Grenzlinienvorlage, (c) Konsolidieren und strukturelles Optimieren der Komponente, um eine effizientere Materialverteilung während der Fertigung der Komponente zu ermöglichen, und (d) Fertigen der Komponente unter Verwendung additiver Fertigungstechniken.
  • Der Schritt des Konsolidierens und strukturellen Optimierens kann den Schritt des Durchführens einer statistischen Analyse zwischen allen möglichen strukturellen Variationen der Komponente durch eine Rechenvorrichtung beinhalten, wobei all die unterschiedlichen Räume, die nicht Teil des Entwurfs sind, für den effizientesten Weg für das eingebettete System in Betracht gezogen werden. Außerdem kann der Schritt des Konsolidierens und strukturellen Optimierens den Schritt des Ausführens einer Modifizierung des Entwurfs zum Erzielen einer finalen Lösung im Anschluss an die statistische Analyse beinhalten.
  • Das Verfahren kann zudem den Schritt des Verlegens der elektrischen Leitungen durch die Komponente beinhalten. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt des Einbettens der elektrischen Leitungen in das Material der Komponente beinhalten.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren den Schritt des Verlegens eines Kanalsystems durch die Komponente beinhalten. Außerdem kann das Verfahren den Schritt des Einbettens dieses Kanalsystems in das Material der Komponente beinhalten. In noch anderen Ausführungsformen kann das Verfahrens den Schritt des Fertigens dieses Kanalsystems innerhalb der Komponente unter Verwendung additiver Fertigungstechniken beinhalten.
  • In einer oder mehreren der vielen möglichen Ausführungsformen kann das Verfahren ein Freihalten des Funktionsbereichs für ein elektronisches Modul beinhalten. Darüber hinaus kann das Verfahren ein Einbetten dieses elektronischen Moduls in das Material der Komponente beinhalten.
  • In noch anderen möglichen Ausführungsformen kann das Verfahren den Schritt des Freihaltens des Funktionsbereichs für eine Antenne beinhalten. Außerdem kann das Verfahren ein Einbetten dieser Antenne in das Material der Komponente beinhalten.
  • In mindestens einer der vielen möglichen Ausführungsformen kann das Verfahren ein Fertigen eines Kanalsystems innerhalb der Komponente unter Verwendung additiver Fertigungstechniken beinhalten.
  • In einer oder mehreren der vielen möglichen Ausführungsformen kann die Komponente eine Kraftfahrzeugkomponente sein. Demnach kann die Komponente eine Konsole umfassen. In anderen Ausführungsformen kann die Komponente ein Armaturenbrett umfassen. In noch anderen Ausführungsformen kann die Komponente den Rahmen und die Verkleidung eines Sitzes umfassen. In noch anderen möglichen Ausführungsformen kann die Komponente eine Türverkleidungsplatte umfassen. In noch anderen möglichen Ausführungsformen kann die Komponente eine Säulenverkleidung umfassen. In noch anderen möglichen Ausführungsformen kann die Komponente eine Überkopfkonsole umfassen. In noch anderen möglichen Ausführungsformen kann die Komponente eine Schutzplatte umfassen. In anderen möglichen Ausführungsformen kann die Komponente eine Ablage umfassen. Außerdem kann die Komponente eine Kombination beliebiger dieser Strukturen umfassen.
  • Gemäß einem zusätzlichen Aspekt wird eine Kraftfahrzeugkomponente bereitgestellt. Diese Kraftfahrzeugkomponente umfasst einen durch additive Fertigung hergestellten Körper und ein in den Körper eingebettetes Systemverlegungsmerkmal. In einer oder mehreren der vielen möglichen Ausführungsformen kann das Verlegungsmerkmal des Systems einen Luftkanal umfassen. In einer oder mehreren der vielen möglichen Ausführungsformen kann das Systemverlegungsmerkmal elektrische Leitungen umfassen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Systemverlegungsmerkmal ebenfalls durch additive Fertigung hergestellt werden.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt wird eine Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Diese Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Körper und ein Systemverlegungsmerkmal, die beide durch additive Fertigung hergestellt werden. Das Systemverlegungsmerkmal kann ein Kanalsystem für ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem des Kraftfahrzeugs umfassen.
  • In der folgenden Beschreibung werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen des Fertigungsverfahrens für eine Komponente mit mindestens einem eingebetteten Merkmal und der derartig gefertigten Komponente gezeigt und beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass das Verfahren und die Komponente zu anderen, unterschiedlichen Ausführungsformen in der Lage sind und ihre mehreren Details zur Modifikation in verschiedenen, naheliegenden Aspekten in der Lage sind, ohne jeweils von dem Verfahren und der Komponente, wie sie in den folgenden Patentansprüchen dargelegt und beschrieben sind, abzuweichen. Dementsprechend sollten die Zeichnungen und Beschreibungen ihrem Wesen nach als veranschaulichend und nicht als einschränkend betrachtet werden.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungsfiguren, die hierin aufgenommenen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulichen mehrere Aspekte des Verfahrens und der Komponente und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, bestimmte Grundsätze davon zu erläutern.
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Komponente in Form einer Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs, die zwei unterschiedliche eingebettete Merkmale integriert.
    • Die 2-7 sind eine Reihe von Ansichten, die das Fertigungsverfahren für eine Komponente mit mindestens einem eingebetteten Merkmal schematisch veranschaulichen. Insbesondere gilt:
    • 2 veranschaulicht den Schritt des Definierens oder Erstellens eines Grundrisses für die Komponente.
    • 3 veranschaulicht schematisch die Schritte des Definierens oder Erstellens einer Grenzlinienvorlage für die Komponente und des Freihaltens von Funktionsbereichen für notwendige Merkmale oder andere Anforderungen innerhalb der Grenzlinienvorlage.
    • 4 veranschaulicht schematisch die fixierten Bereiche für die verschiedenen eingebetteten Merkmale und die Fläche der Komponente, die konsolidiert und strukturell optimiert werden soll, um eine effizientere Materialverteilung während der Fertigung der Komponente zu ermöglichen.
    • 5 veranschaulicht ein erstes Iterationsergebnis für die strukturelle Optimierung der Komponente.
    • 6a veranschaulicht einen möglichen Weg für die eingebetteten elektrischen Leitungen unter Berücksichtigung der Optimierungsergebnisse aus 5.
    • 6b veranschaulicht einen zweiten möglichen Weg für die eingebetteten elektrischen Leitungen unter Berücksichtigung des Optimierungsergebnisses aus 5.
    • 6c veranschaulicht den kürzesten Weg für die eingebetteten elektrischen Leitungen ungeachtet des in 5 veranschaulichten Optimierungsergebnisses.
    • 7 veranschaulicht den Schritt des Fertigens der Komponente unter Verwendung additiver Fertigungstechniken.
  • Nun erfolgt eine detaillierte Bezugnahme auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen des Fertigungsverfahrens für eine Komponente mit mindestens einem eingebetteten Merkmal und der Komponente, für die Beispiele in den beigefügten Zeichnungsfiguren veranschaulicht sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nun wird auf 1 Bezug genommen, die eine Komponente 10 veranschaulicht, die unter Verwendung des neuen und verbesserten Fertigungsverfahrens für diese Komponente mit mindestens einem eingebetteten Merkmal, im Allgemeinen gekennzeichnet durch die Bezugszeichen 12 und 14, hergestellt wurde. Insbesondere umfasst in der veranschaulichten Ausführungsform die Komponente 10 eine Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs, das eingebettete Merkmal 12 umfasst ein Kanalsystem für ein Heizungs-, Lüftungs-, Klimatisierungssystem (heating, ventilation, air conditioning - HVAC) eines Kraftfahrzeugs und das eingebettete Merkmal 14 umfasst elektrische Leitungen.
  • Die Kraftfahrzeugkomponente 10 beinhaltet einen Körper 16, der durch additive Fertigung hergestellt wurde. Die eingebetteten Merkmale 12, 14 sind Systemverlegungsmerkmale, die in den Körper 16 eingebettet sind. Insbesondere umfasst der Körper 16 ein Gitterwerk aus Seitenwänden 17 und Rippen 18. Das eingebettete Merkmal/Kanalystem 12 verläuft durch zumindest einige der Rippen 18 und erstreckt sich von einem vorderen Ende 20 der Komponente 10 bis zu einem hinteren Ende 22 der Komponente. In einigen Ausführungsformen der Komponente 10 sind die Rippen 18 mit Öffnungen zum Aufnehmen eines später installierten Abschnitts des Kanalsystems 12 hergestellt. In anderen möglichen Ausführungsformen wird das eingebettete Merkmal/Kanalsystem 12 ebenfalls durch additive Fertigung gleichzeitig mit dem Herstellen des Körpers 16 hergestellt.
  • Das eingebettete Merkmal/Die eingebetteten elektrischen Leitungen 14 der veranschaulichten Komponente 10 ist/sind in einen Schlitz oder Kanal 24 aufgenommen, der in einer Seitenwand 17 der Komponente 10 ausgebildet ist und zum Zeitpunkt des Entwurfs der Komponente speziell für diesen Zweck bestimmt wurde.
  • Nun wird auf die 2-5, 6a-6c und 7 Bezug genommen, die das neue und verbesserte Fertigungsverfahren für eine Komponente 10, wie etwa die in 1 veranschaulichte Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs, schematisch veranschaulichen. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Definierens einer Grenzlinienvorlage 26 für die Komponente 10. Siehe 2, die den Grundriss F für die Komponente 10 von oben betrachtet veranschaulicht, und 3, welche die Grenzlinienvorlage 26 von oben veranschaulicht. Während es sich bei den 2 und 3 um eine zweidimensionale Darstellung der Komponente 10 und der Grenzlinienvorlage 26 handelt, versteht es sich, dass die Komponente und die Grenzlinienvorlage dreidimensional sind, wobei die Grenzlinienvorlage die äußeren Entwurfsgrenzlinien für die Komponente definiert.
  • Als Nächstes folgt der Schritt des Freihaltens von Aufnahmeräumen oder Funktionsbereichen 28a-28f innerhalb der Grenzlinienvorlage 26 für ein jeweiliges der eingebetteten Merkmale (nicht gezeigt). 4 veranschaulicht die fixierten Bereiche oder freigehaltenen Funktionsbereiche 28a-28f sowie die Fläche 30 der Komponente 10, die strukturell optimiert werden soll. Beispiele für die Funktionsbereiche 28a-28f können unter anderem Befestigungsstellen, Freiraumbereiche, Stauraum und kundenorientierte Merkmale beinhalten.
  • Als Nächstes beinhaltet das Verfahren den Schritt des Konsolidierens und strukturellen Optimierens der Komponente 10, um eine effizientere Materialverteilung während der Fertigung der Komponente zu ermöglichen. Das Konsolidieren und strukturelle Optimieren der Komponente beinhaltet ein Durchführen einer statistischen Analyse zwischen allen möglichen strukturellen Variationen der Komponente durch eine Rechenvorrichtung. Dies erzeugt ein erstes Iterationsergebnis oder einen Entwurf für die Komponente 10, einschließlich eines Gitters oder einer Rippenstruktur S, wie in 5 veranschaulicht, das/die sich über die zu optimierende Fläche 30 erstreckt, während es/sie die fixierten Bereiche oder Funktionsbereiche 28a-28f freilässt.
  • Das Konsolidieren und strukturelle Optimieren der Komponente 10 beinhaltet außerdem den Schritt des Ausführens einer Modifizierung des Entwurfs zum Erzielen einer finalen Lösung im Anschluss an die statistische Analyse. Demnach kann das Verfahren, wie in den 6a und 6b veranschaulicht, ein Verlegen von Leitungen durch die Komponente 10 zwischen den Leitungseinlässen/-auslässen 28b und 28e beinhalten. Wie in den 6a und 6b veranschaulicht, werden durch die gestrichelten Linien L1 und L2 zwei mögliche Leitungswege angezeigt. Im Gegensatz dazu veranschaulicht 6c den kürzesten Weg L3 für eine beliebige eingebettete Leitung, die unabhängig von der Struktur der ersten Iteration zwischen dem Einlass/den Auslässen 28b, 28e durch die Komponente 10 verläuft.
  • Nachdem die statistische Analyse zwischen allen möglichen Variationen durchgeführt wurde, kann das Verfahren ein Ausführen einer Modifizierung des Entwurfs zum Erzielen einer finalen Lösung im Anschluss an die statistische Analyse beinhalten. Demnach wird, wie in 7 veranschaulicht, das Gitter oder die Rippenstruktur S zwischen den Funktionsbereichen 28b und 28e modifiziert, um die eingebetteten Leitungen über die Komponente 10 hinweg zwischen dem Einlass/den Auslässen 28b, 28e in Übereinstimmung mit dem kürzesten Weg unterzubringen. Um dieses Ergebnis zu erzielen beinhaltet das Verfahren außerdem ein Einbetten der Leitungen 32 in die Rippen 34, die sich zwischen dem Einlass/den Auslässen 28b, 28e erstrecken.
  • Die 2-7 veranschaulichen eine Komponente 10, wobei es sich bei dem eingebetteten Merkmal um Leitungen 32 handelt. Es versteht sich hierbei, dass das eingebettete Merkmal eine Reihe anderer Formen annehmen kann, einschließlich Kanalsystemen, elektronische Modulen und/oder Antennen, aber nicht zwingend auf diese beschränkt. Handelt es sich bei dem eingebetteten Merkmal um ein Kanalsystem, kann das Verfahren die Schritte des Freihaltens eines Funktionsbereichs für das Kanalsystem, des Verlegens des Kanalsystems durch die Komponente 10 und schließlich des Einbettens des Kanalsystems in das Material der Komponente beinhalten.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren den Schritt des tatsächlichen Fertigens des Kanalsystems innerhalb der Komponente 10 unter Verwendung additiver Fertigungstechniken beinhalten. Demnach kann das Kanalsystem während des Fertigungsprozesses der optimierten Struktur für die Komponente erstellt werden.
  • Handelt es sich bei dem eingebetteten Merkmal um ein elektronisches Modul, kann das Verfahren die Schritte des Freihaltens des Funktionsbereichs für das elektronische Modul und des Einbettens des elektronischen Moduls in das Material der Komponente beinhalten.
  • Handelt es sich bei dem eingebetteten Merkmal um eine Antenne, kann das Verfahren die Schritte des Freihaltens des Funktionsbereichs für eine Antenne und des Einbettens der Antenne in das Material der Komponente beinhalten. Sollte die Antenne eine Kabelverbindung beinhalten, würde das Verfahren zudem die Schritte des Verlegens des Kabels durch die Komponente 10 und des Einbettens des Kabels in das Material der Komponente beinhalten.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann die Komponente 10 eine Kraftfahrzeugkomponente sein. Die Kraftfahrzeugkomponente kann aus einer Gruppe von Komponenten bestehend aus einer Konsole, einem Armaturenbrett, einem Rahmen und einer Verkleidung eines Sitzes, einer Türverkleidungsplatte, einer Säulenverkleidung, einer Überkopfkonsole, einer Schutzplatte, einer Ablage und Kombinationen davon ausgewählt sein. Außerdem ist anzumerken, dass diese Liste von Komponenten zum Zweck der Veranschaulichung dargelegt ist und nicht als dem Umfang nach einschränkend auszulegen ist.
  • Das Vorstehende wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Es erhebt keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit und soll die Ausführungsformen nicht auf die genaue offenbarte Form einschränken. Naheliegende Modifikationen und Variationen sind angesichts der vorstehenden Lehren möglich. Alle derartigen Modifikationen und Variationen befinden sich innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche, wenn diese entsprechend der Breite ausgelegt werden, zu der sie nach Recht, Gesetz und Billigkeit berechtigt sind.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftfahrzeugkomponente bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Körper, der durch additive Fertigung hergestellt wird; und ein Systemverlegungsmerkmal, das in den Körper eingebettet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Systemverlegungsmerkmal aus einer Gruppe bestehend aus einem Luftkanal, elektrischen Leitungen und Kombinationen davon ausgewählt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, die einen Körper und ein Systemverlegungsmerkmal aufweist, die durch additive Fertigung hergestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Komponente aus einer Gruppe von Komponenten bestehend aus einer Konsole, einem Armaturenbrett, einem Rahmen und einer Verkleidung eines Sitzes, einer Türverkleidungsplatte, einer Säulenverkleidung, einer Überkopfkonsole, einer Schutzplatte, einer Ablage und Kombinationen davon ausgewählt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Systemverlegungsmerkmal ebenfalls durch additive Fertigung hergestellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Systemverlegungsmerkmal ein Kanalsystem für ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs.

Claims (12)

  1. Fertigungsverfahren für eine Komponente mit mindestens einem eingebetteten Merkmal, umfassend: Definieren einer Grenzlinienvorlage für die Komponente; Freihalten eines Funktionsbereichs für das mindestens eine eingebettete Merkmale innerhalb der Grenzlinienvorlage; Konsolidieren und strukturelles Optimieren der Komponente, um eine effizientere Materialverteilung während der Fertigung der Komponente zu ermöglichen; und Fertigen der Komponente unter Verwendung additiver Fertigungstechniken.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Konsolidieren und strukturelle Optimieren ein Durchführen einer statistischen Analyse zwischen mehreren möglichen strukturellen Variationen der Komponente durch eine Rechenvorrichtung beinhaltet.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Konsolidieren und strukturelle Optimieren außerdem ein Ausführen einer Modifizierung des Entwurfs zum Erzielen einer finalen Lösung im Anschluss an die statistische Analyse beinhaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, beinhaltend ein Verlegen elektrischer Leitungen durch die Komponente.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, beinhaltend ein Einbetten der elektrischen Leitungen in das Material der Komponente.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, beinhaltend ein Verlegen eines Kanalsystems durch die Komponente.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, beinhaltend ein Einbetten des Kanalsystems in das Material der Komponente.
  8. Verfahren nach Anspruch 3, beinhaltend ein Freihalten des Funktionsbereichs für ein elektronisches Modul.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, beinhaltend ein Einbetten des elektronischen Moduls in das Material der Komponente.
  10. Verfahren nach Anspruch 3, beinhaltend ein Freihalten des Funktionsbereichs für eine Antenne.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, beinhaltend ein Einbetten der Antenne in das Material der Komponente.
  12. Verfahren nach Anspruch 6, beinhaltend ein Fertigen des Kanalsystems innerhalb der Komponente unter Verwendung additiver Fertigungstechniken.
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