DE102018130762A1

DE102018130762A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels 3D-Druck-Verfahrens

Info

Publication number: DE102018130762A1
Application number: DE102018130762.4A
Authority: DE
Inventors: Sylvain Fischer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) mittels 3D-Druck-Verfahrens.
Es ist vorgesehen, dass in dem vorgestellten Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) mittels 3D-Druck-Verfahrens, insbesondere eines FDM-3D-Druck-Verfahrens, folgende Schritte durchgeführt werden: Bereitstellen eines ersten Datensatzes mit zumindest einer Information über das zu druckende Bauteil (10), Konvertierung des ersten Datensatzes in einen zweiten Datensatz mit zumindest einem Verfahrensparameter und schichtweises Drucken des Bauteils (10) mittels des zweiten Datensatzes mit dem zumindest einem Verfahrensparameter. Dabei ist der zumindest eine Verfahrensparameter benutzerdefiniert zumindest bereichsweise in zumindest einer Schicht und/oder zumindest abschnittsweise in zumindest einer Druckbahn von zumindest einer Schicht während des Druckens variabel steuerbar, sodass mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils (10) variiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels 3D-Druck-Verfahrens. Insbesondere ist dabei ein FDM-3D-Druck-Verfahren (FDM = Fused Deposition Modeling) von Interesse. Bei vielen bekannten 3D-Druck-Verfahren ist vorgesehen, dass einzelne Schichten eines Materialauftrags seriell gedruckt werden, um somit einen generativen Aufbau einer gewünschten Struktur beziehungsweise einer gewünschten Geometrie des Bauteils zu erreichen. Dieses Vorgehen wird auch als schichtweises Drucken bezeichnet, wobei ein solcher Druckvorgang in einer für solche Zwecke ausgelegten Druckvorrichtung vorbereitet und durchgeführt wird. Beim FDM-3D-Druck-Verfahren werden beim schichtweisen Drucken beispielsweise ein Kunststofffilament geschmolzen und über eine Düsenvorrichtung in einzelnen Bahnen schichtweise gedruckt beziehungsweise abgelegt. Dabei werden für die Bahnen vorab jeweilige Druckparameter festgelegt, um schichtweise konstante Bahnen beispielsweise in einem benutzerdefinierten Muster abzulegen. In diesem Sinne sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Beispiele bekannt und können als etablierte Technik bereits als hinreichend beschrieben angesehen werden. Allgemein wird in den verschiedenen 3D-Druck-Verfahren zunächst eine Konstruktionszeichnung von einem zu erstellenden Gegenstand beziehungsweise eines Bauteils beispielsweise in Form von digitalen Datensätzen in eine Druckanweisung beispielsweise in Form eines weiteren digitalen Datensatzes transferiert. Mittels der Druckanweisung können dann einzelne Druckparameter fest eingestellt werden, sodass gemäß der Konstruktionszeichnung der Gegenstand beziehungsweise das Bauteil gedruckt werden kann. Hierfür werden häufig gesonderte Programme verwendet, welche eine automatisierte Transferierung erleichtern oder sogar gänzlich vornehmen können. Als Beispiel für solch eine Druckvorbereitungssoftware kann das Produkt Simplify3D angesehen werden. Für eine Druckvorrichtung oder allgemein für die Maschine werden dabei entsprechende Anweisungen für einzelne Parameter in Form eines sogenannten G-Codes erstellt. In diesem Zusammenhang sind bereits Verbesserungen in Hinsicht auf eine allgemeine Vorgehensweise aus dem Stand der Technik zu entnehmen.
So ist aus der Druckschrift US 2015/0328839 A1 ein Verfahren zum 3D-Drucken als bekannt zu entnehmen, wobei ein computergestütztes Entwurfsmodell (CAD-Modell) vor der Lieferung an einen 3D-Drucker nicht notwendigerweise vorverarbeitet werden muss. Dabei wird das CAD-Modell für ein zu druckendes Design von einem 3D-Drucker zunächst empfangen. Es werden Anweisungen zum Drucken der ersten Schicht generiert. Während die Anweisungen zum Starten des Druckens des CAD-Modells verwendet werden, wird ein dynamisches Echtzeit-Slicing für einen verbleibenden Teil des CAD-Modells ausgeführt. Während des Druckens einer jeweiligen Schicht werden vorverarbeitete Daten, Modellanalyseinformationen oder Echtzeit-Rückmeldungen empfangen. Eine nächste Schicht wird identifiziert und die Schnittparameter werden angepasst, einschließlich der Einstellung eines Schnittparameters für die nächste Schicht. Anweisungen zum Drucken der nächsten Schicht werden generiert. Die nächste Schicht wird basierend auf den generierten Anweisungen gedruckt. Das dynamische Echtzeit-Slicing wird wiederholt, um eine nächste Schicht und zugehörige Druckanweisungen zu erzeugen. Somit ist nicht als bekannt zu entnehmen, dass zumindest ein Verfahrensparameter benutzerdefiniert zumindest bereichsweise in zumindest einer Schicht und/oder zumindest abschnittsweise in zumindest einer Druckbahn von zumindest einer Schicht während des Druckens variabel steuerbar ist, sodass mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils variiert wird.
Aus der Druckschrift WO 2016/176444 A1 sind zudem ein Verfahren, Zusammensetzungen, Vorrichtungen und Systeme für den 3D-Druck von biomedizinischen Implantaten als bekannt zu entnehmen. Insbesondere werden dabei ein Verfahren und Systeme zum 3D-Drucken von biomedizinischen Geräten (zum Beispiels endovaskuläre Stents) unter Verwendung von photohärtbaren Biomaterial-Tinten bereitgestellt. Es ist nicht als bekannt zu entnehmen, dass zumindest ein Verfahrensparameter benutzerdefiniert zumindest bereichsweise in zumindest einer Schicht und/oder zumindest abschnittsweise in zumindest einer Druckbahn von zumindest einer Schicht während des Druckens variabel steuerbar ist, sodass mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils variiert wird.
Bisher sind keine flexiblen Konzepte basierend auf die für den eigentlichen Druck vorgesehenen Verfahrensparameter bekannt, welche es erlauben, mit Hilfe nur einer Konvertierung eines Datensatzes in eine Druckanweisung eine flexiblere und kostengünstige Herstellungsweise zu begünstigen. Vielmehr müssen für einzelne Varianten eines zu druckenden Gegenstandes ausgehend von den Konstruktionszeichnungen die zugehörigen Konvertierungen in entsprechende Druckanweisungen vorgenommen werden. Dies benötigt jeweils viel Zeit und bedingt einen hohen Kenntnisstand der jeweiligen Modellierungssoftware, wobei solch eine Software häufig eine hohe Rechnerleistung benötigt, sodass die großen Datenmengen überhaupt bearbeitbar sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels 3D-Druck-Verfahrens, insbesondere eines FDM-3D-Druck-Verfahrens, bereitzustellen, welches eine flexible und somit kostengünstige Herstellung ermöglicht.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels 3D-Druck-Verfahrens, insbesondere eines FDM-3D-Druck-Verfahrens, bereitgestellt wird. Ein solches Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Bereitstellen eines ersten Datensatzes mit zumindest einer Information über das zu druckende Bauteil, Konvertierung des ersten Datensatzes in einen zweiten Datensatz mit zumindest einem Verfahrensparameter, Schichtweises Drucken des Bauteils mittels des zweiten Datensatzes mit dem zumindest einem Verfahrensparameter, wobei der zumindest eine Verfahrensparameter benutzerdefiniert zumindest bereichsweise in zumindest einer Schicht und/oder zumindest abschnittsweise in zumindest einer Druckbahn von zumindest einer Schicht während des Druckens variabel steuerbar ist, sodass mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils variiert wird. Auf diese Weise kann eine flexible Herstellung realisiert werden, da mittels eines konvertierten Datensatzes auf einfachste Weise im Herstellungsprozess selbst beispielsweise nur in Teilbereichen des zu erstellenden Bauteils benutzerdefinierte Variationen beziehungsweise variierende Eigenschaften in dem Bauteil oder nur in bestimmten Bereichen des zu druckenden Bauteils erreicht werden können. Insofern müssen keine jeweiligen Geometrien von einem Bauteil mit variierenden Eigenschaften für jeden Einzelfall neu modelliert werden und solche extra anzufertigenden Datensätze müssen somit auch nicht bei jedem gewünschten Vorgang aufs Neue in einen für die Druckvorrichtung bestimmten zweiten Datensatz konvertiert werden, damit eine letztendlich gewünschte Variation hervorgebracht wird. Dies spart die direkt damit verbundenen Kosten ein, sodass das vorgestellte Verfahren in diesem Punkte als kostengünstig anzusehen ist. Eigenschaften des Bauteils können beispielsweise bezogen auf eine Steifigkeit, ein Gewicht und/oder eine Härte flexibel erreicht werden. Dies kann vorteilhaft für Bauteile sein, welche etwa für eine Leichtbaukonstruktion und/oder eine bionische Anwendung gedacht sind. Der oder die Verfahrensparameter können etwa variabel nach Zonen vom Konstrukteur festgelegt beziehungsweise definiert werden. Insofern muss eine Füllstruktur des Bauteils nicht komplett modelliert und beschrieben werden, sodass an dieser Stelle keine komplexe Software, welche einen hohen Modellierungsaufwand realisieren kann, benötigt wird. Auch wird somit eine mit dieser komplexen Software verbundene Rechenkapazität nicht benötigt, sodass hier weitere Zusatzkosten vermieden werden können. Dabei kann die Verfahrensparametervariation fließend während eines Druckvorgangs vollzogen werden, wobei es denkbar ist, dass eine benutzerdefinierte Anweisung derart beim Druck umgesetzt wird, sodass während eines Druckvorgangs einer oder mehrere Verfahrensparameter während eines Bewegungsablaufes selbst derart geändert wird/werden, sodass zumindest bereichsweise, beispielsweise in einem Teilstück von einer zu druckenden Bahn, eine gewünschte Eigenschaft in das Bauteil eingebracht wird. Die Information über die Dichte der Strukturen ist somit getrennt von den Bauteilkonstruktionen und ist durch einfache Geometriedateien beschrieben. Beide - Bauteilgeometrien und Dichtezonen - benötigen somit viel weniger Daten. Beispielsweise benötigen sie weniger als die Strukturen im Bauteil benötigen würden, wenn sie einzeln modelliert werden müssten.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
So ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Datensatz mit der zumindest einen Information zumindest teilweise basierend auf einem 3D-CAD-Datensatz ist oder ein 3D-CAD-Datensatz ist. Eine zumindest teilweise Standardisierung basierend auf solch einen zumindest teilweise vorliegenden Datensatz in Form von 3D-CAD-Informationen kann somit für weitere Kosteneinsparungen angestrebt werden. Ausgehend von einem solchen Modell, welches visualisiert vorliegen kann, kann sich der Anwender dann während des Druckvorgangs orientieren, um jeweilige Variationen durch Steuerung der Verfahrensparameter zu realisieren.
Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zumindest eine Verfahrensparameter ausgewählt ist aus: Temperatur, Druckgeschwindigkeit, Düsendurchmesser, Bahnbreite, Extrusionsparameter. Als Extrusionsparameter können jegliche Parameter in dem technischen Gebiet der bekannten Extrudier-Technologien angesehen werden. Beispielsweise können mit einer Variation eines der zuvor genannten Verfahrensparameter jeweilige dichte und weniger dichte Zonen erreicht werden. Die genannten Verfahrensparameter können sehr flexibel und kostengünstig während des Prozesses gesteuert werden, da eine jeweilige Teilvorrichtung für die einzelnen Parameter häufig bereits vorhanden ist, sodass das vorgestellte Verfahren schnell und einfach implementierbar und anwendbar ist, sodass eine kostengünstige und flexible Herstellung von zahlreichen Varianten von einem zu druckenden Bauteil realisiert werden kann.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zumindest eine variabel steuerbare Verfahrensparameter stufenlos von einem Basiswert auf zumindest einen Variationswert regelbar ist, sodass die mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils variiert wird. Als Basiswert kann dabei ein Wert angesehen werden, welcher in einer homogenen Standardvariante eines zu druckenden Bauteils über alle Bereiche gleich eingestellt ist, sodass ein gleichförmiger Druckvorgang ein in sich, bezogen beispielsweise auf die Materialverteilung, gleichmäßigen Aufbau des Bauteils ermöglichen. Als Variationswert kann ein Wert angesehen werden, welcher in jeglicher Weise von dem Basiswert abweicht. Bezogen auf die Druckgeschwindigkeit oder eine Düsenvortriebsgeschwindigkeit kann dies einen schnelleren oder einen langsameren Wert bezogen auf den Basiswert bedeuten. Ein Düsendurchmesser könnte beispielsweise während des Druckvorgangs in einer fließenden Bewegung kleiner oder größer gestaltet werden, sodass beispielsweise während eines Extrusionsvorgangs eines geschmolzenen Kunststofffilaments, welches durch eine flexibel einstellbare Düsenvorrichtung ausgegeben wird, und somit im laufenden Prozess eine benutzerdefinierte Variation zumindest bereichsweise in dem zu druckenden Bauteil kostengünstig erreicht werden kann. Der Begriff stufenlos kann so verstanden werden, dass eine Variation während des Druckvorgangs von einem Basiswert auf einen Variationswert derart fließend vorgenommen wird, sodass keine zwangsläufig abrupten Zonenveränderungen in dem Bauteil eingebracht werden. Im Zuge dieses Verfahrens kann diese Implementierung beispielsweise mit einem geeigneten Softwareprogramm oder mittels einer dafür vorgesehenen Regeltechnik oder Steuertechnik abgebildet werden, sodass ein kostengünstiges Verfahren bereitgestellt werden kann.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest zwei Verfahrensparameter benutzerdefiniert zumindest bereichsweise in zumindest einer Schicht und/oder zumindest abschnittsweise in zumindest einer Druckbahn von zumindest einer Schicht während des Druckens variabel steuerbar sind, sodass mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils variiert wird. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.
Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest zwei Parameter stufenlos von einem Basiswert auf einen Variationswert regelbar sind, sodass die mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils variiert wird. Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit übertragbar auch für diese Variante des vorgestellten Verfahrens.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine benutzerdefinierte Einstellung eines Verfahrensparameters eine voreingestellte Einstellung des anderen Verfahrensparameters bedingt. Eine Kombination von zwei einzustellenden Verfahrensparametern erhöht somit auf einfache und damit kostengünstige Weise eine zusätzliche Variantenvielfalt, sodass eine flexible Gestaltung basierend auf einer Grundvariante eines zu druckenden Bauteils unmittelbar erreicht werden kann.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass einer der zumindest zwei Parameter eine Druckgeschwindigkeit ist und der andere Parameter ein Düsendurchmesser ist. Beispielsweise kann eine bestimmte Druckgeschwindigkeit einen mit dieser Geschwindigkeit gekoppelten Zustand des Düsendurchmessers bedingen, sodass somit eine Gefahr von einer sogenannten „Über-Extrusion“ begegnet werden kann. Es kann somit also vermieden werden, dass bei einer bestimmten Geschwindigkeit, beispielsweise einer besonders langsamen Geschwindigkeit bezogen auf eine Basiseinstellung, zu viel Schmelze aus der Düse bereitgestellt wird. Es ist somit nicht nur eine flexible und kostengünstige Verfahrensweise möglich, sondern es können somit auf einfachste Weise Fehldrucke vermieden werden, sodass Kosten aufgrund von Qualitätsmängeln vermieden werden können.
Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Bahnbreite von 0,4 mm bis 0,5 mm und/oder von 0,4 mm bis 0,3 mmm stufenlos variierbar ist. Auf diese Weise kann beispielsweise schnell und unmittelbar an Stellen im Bauteil, welche erfahrungsgemäß keine besonders feste Strukturdichte an Material benötigen, eine effiziente Herstellung gewährleistet werden.
Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine stufenlose Regelung von einem Basiswert auf zumindest einen Variationswert über eine Bahnlänge von mindestens 7,5 mm, vorzugsweise von mindestens 10 mm, vorzugsweise von mindestens 20 mm, vorzugsweise von mindestens 30 mm vollzogen wird, sodass in einem Übergangsbereich ein Gradient in der Bahn gedruckt wird. Ein somit auf einfache und kostengünstig vorgesehener Gradient ist auf diese Weise in einer jeweiligen zu druckenden Bahn realisierbar, sodass eine benutzerdefinierte Variation in einem zu druckenden Bauteil ermöglicht wird. Ein Gradient in der vorgesehenen Form erhöht beispielsweise im Zusammenhang mit den weiteren zu druckenden Schichten die Variantenvielfalt und kann beliebig mit anderen Variationen im Bauteil kombiniert werden, sodass beispielsweise ein besonders stabiles und trotzdem leichtes Bauteils hervorgebracht werden kann.
Neben dem Einsatz in der Automobilindustrie kann das vorgestellte Verfahren überall dort eingesetzt werden, wo beispielsweise eine Dichtevariation im Material eines zu druckenden Bauteils benötigt wird. Dies kann zum Beispiel für bionische Ansätze benötigt werden. Auch könnte in der Automobilindustrie etwa in einer 3D-Struktur einer Sitzfläche statt eines Polsters und eines Bezuges das vorgestellte Verfahren eingesetzt werden. Als weitere Industrien können die Möbelindustrie und die Schifffahrt genannt werden. Insbesondere kann das vorgestellte Verfahren im Zusammenhang mit jeglichen FDM-Verfahren eingesetzt werden.
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 Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Perspektivdarstellung eines Bauteils;
2 eine schematische Draufsicht auf einen gedruckten Schichtverbund von einem Bauteil vor und nach einem Druckvorgang;
3 eine andere schematische Draufsicht auf einen gedruckten Schichtverbund von einem Bauteil vor und nach einem Druckvorgang;
4 ein Fließdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Bauteils 10. In dieser stark vereinfachten Darstellung des Bauteils 10 werden zwei übereinanderliegende Druckschichtstrukturen 12, 14 dargestellt, welche jeweils aus einzelnen nicht näher dargestellten Druckschichten oder Druckbahnen aufgebaut sein können. Eine Hilfslinie 16 zeigt dabei eine Trennungsebene zwischen diesen beiden Druckschichtstrukturen 12, 14 auf. Bezogen auf die Bildebene ist im vorderen Bildbereich ein Eckbereich 24 des Bauteils 10 eingekreist, wobei dieser Hilfsbereich 18 lediglich einen Bereich des Bauteils 10 verdeutlichen soll, welcher beispielsweise einer Variation von zumindest einem Druckparameter unterzogen werden soll. Mit anderen Worten ist dieser Hilfsbereich 18 lediglich zu Illustrationszwecken gezeigt und ist nicht Bestandteil von der Konstruktion. Beispielsweise kann so ein Hilfsbereich 18 einem Konstrukteur eine Stelle im Bauteil 10 verdeutlichen, welche dann während des Druckvorgangs gesondert behandelt werden soll, indem die jeweiligen Parameter oder nur ein Verfahrensparameter variiert wird/ werden.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen gedruckten Schichtverbund 20 von einem Bauteil 10 vor und nach einem Druckvorgang. Dabei stellt die Darstellung links (bezogen auf die Bildebene) den Verbund 20 des Bauteils 10 vor dem Druckvorgang und die Darstellung rechts entsprechend den Verbund 20 des Bauteils 10 nach dem Druckvorgang dar. Das gezeigte Bauteil 10 weist dabei, wie in 1 bereits dargestellt, einen Hilfsbereich 18 auf, welcher ebenfalls lediglich zu Illustrationszwecken gezeigt wird und nicht eigentlicher Bestandteil der Konstruktion ist. Der Begriff Hilfsbereich 18 kann so verstanden werden, dass in einer Darstellungsweise einer Konstruktionszeichnung gemäß eines ersten Datensatzes, welcher jegliche Konstruktionsmerkmale eines zu druckenden Gegenstandes aufweist, eine zusätzliche beispielsweise farbige Darstellungsweise des Hilfsbereichs 18 eingezeichnet beziehungsweise vorgesehen wird, sodass ein Bediener des eigentlichen Druckvorgangs diesen eingezeichneten Hilfsbereich 18 als Orientierung für eine Variation der jeweiligen oder auch nur eines Druckverfahrensparameters verwenden kann. Auch könnte das verwendete Softwareprogramm möglicherweise auf eventuelle Schwachstellen in dem Bauteil verweisen, sodass der Hilfsbereich 18 dann als eine Art Warnbereich verstanden werden kann, sodass dieser Bereich während eines anschließenden Druckvorgangs mittels einer Variation der Druckverfahrensparameter oder auch nur eines Druckverfahrensparameters in Echtzeit oder mittels eines dafür vorgesehenen Druck-Algorithmusses variiert wird. Der gedruckte Schichtverbund 20 besteht dabei aus einzelnen Druckbahnen 22, wobei zwei Druckbahnen 22 außerhalb eine zusammenhängende Druckbahn 22 umrahmen. Das gezeigte Bauteil 10 weist dabei eine im Wesentlichen rechteckige Form auf, wobei die Eckbereiche 24 jeweils abgerundet vorgesehen sind. Die in der Mitte gezeigte Druckbahn 22 verläuft dabei in einem diagonal angelegten Bahnverlauf, wobei mehrere Bahnteilabschnitte parallel zueinander angeordnet sind, sodass sich ein insgesamt diagonal gestreiftes Muster ergibt. In der rechten Darstellung wird ein variierter Bereich 26 des Bauteils 10 dargestellt, welcher in dem eingezeichneten Hilfsbereich 18 liegt. Dieser variierte Bereich 26 wird mittels eines anders dargestelltem Grundtons der dortigen Bahnteilabschnitte dargestellt. In dem variierten Bereich 26 sind Verfahrensparameter während des Druckvorgangs derart abgeändert worden, sodass dort beispielsweise eine andere Materialdichte in den dortigen jeweiligen Druckbahnen 22 beziehungsweisen den dortigen Bahnteilabschnitten erzielt wurde. Beispielsweise könnte eine Änderung eines oder mehrerer Extrusionsparameter (zum Beispiel eine Einstellung zwischen 0,5 und 1,5 bezogen auf einen Basiswert von 1) dazu führen, dass dieser Bereich einen niedrigeren Materialanteil aufweist, sodass dieser Bereich leichter und weicher ist als andere Bereiche in dem Bauteil 10, oder dass dieser Bereich einen höheren Materialanteil aufweist, sodass dieser Bereich fester und härter ist als andere Bereiche in dem Bauteil 10. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn während einer Extrusion ohne Unterbrechung benutzerdefiniert eine Variation von Verfahrensparametern vorgenommen wird. Beispielsweise könnte eine verwendete Düse während des Druckvorgangs umpositioniert beziehungsweise verstellt werden. Mit anderen Worten kann beispielsweise eine Bahnbreite und/oder eine Extrusion im gleichen Prozess variabel nach einer oder mehreren definierten Zonen eingestellt oder variiert werden. Dabei kann neben einer Startbahn jegliche zu druckende Bahn frei variiert werden ohne das eine zugrundeliegende Konstruktionszeichnung jedes Mal neu berechnet und generiert werden muss, welche dann anschließend noch weiter für eine zu verwendende Druckeinrichtung in einen weiteren Datensatz konvertiert werden müsste.
3 zeigt eine andere schematische Draufsicht auf einen gedruckten Schichtverbund 20 von einem Bauteil 10 vor und nach einem Druckvorgang. Dabei stellt die Darstellung links (bezogen auf die Bildebene) den Verbund 20 des Bauteils 10 vor dem Druckvorgang und die Darstellung rechts entsprechen den Verbund 20 des Bauteils 10 nach dem Druckvorgang dar. Das gezeigte Bauteil 10 weist dabei wie in 1 bereits dargestellt einen Hilfsbereich 18 auf, welcher ebenfalls lediglich zu Illustrationszwecken gezeigt wird und nicht eigentlicher Bestandteil der Konstruktion ist. Im Gegensatz zur 2 ist dieser Hilfsbereich 18 in zwei Hilfsbereichszonen 19, 21 unterteilt, wobei diese beiden Hilfsbereichszonen 19, 21 für eine jeweilig unterschiedliche Variation der anzuwenden Druckverfahrensparameter stehen. Der gedruckte Schichtverbund 20 besteht dabei aus einzelnen Druckbahnen 22, wobei zwei Druckbahnen 22 außerhalb eine zusammenhängende Druckbahn 22 umrahmen. Das gezeigte Bauteil 10 weist dabei eine im Wesentlichen rechteckige Form auf, wobei die Eckbereiche 24 jeweils abgerundet vorgesehen sind. Die in der Mitte gezeigte Druckbahn 22 verläuft dabei in einem diagonal angelegten Bahnverlauf, wobei mehrere Bahnteilabschnitte parallel zueinander angeordnet sind, sodass sich ein insgesamt diagonal gestreiftes Muster ergibt. In der rechten Darstellung wird ein variierter Bereich 26 des Bauteils 10 dargestellt, welcher in dem eingezeichneten Hilfsbereich 18 liegt. Dieser variierte Bereich 26 wird mittels eines anders dargestelltem Grundton der dortigen Bahnteilabschnitte dargestellt. In dem variierten Bereich 26 sind Verfahrensparameter während des Druckvorgangs derart abgeändert worden, sodass dort beispielsweise eine andere Materialdichte in den dortigen jeweiligen Druckbahnen 22 beziehungsweisen den dortigen Bahnteilabschnitten erzielt wurde. Beispielsweise könnte eine Änderung eines oder mehrerer Extrusionsparameter (zum Beispiel eine Einstellung zwischen 0,5 und 1,5 bezogen auf einen Basiswert von 1) dazu führen, dass dieser Bereich einen niedrigeren Materialanteil aufweist, sodass dieser Bereich leichter und weicher ist als andere Bereiche in dem Bauteil 10, oder dass dieser Bereich einen höheren Materialanteil aufweist, sodass dieser Bereich fester und härter ist als andere Bereiche in dem Bauteil 10. In dem äußeren Hilfszonenbereich 19 kann dabei eine graduelle beziehungsweise stufenlose Veränderung der Druckparameter vollzogen werden, sodass sich in einer jeweiligen Druckbahn 22 beziehungsweise in einem jeweiligen Druckbahnteilabschnitt ein Gradient 28 einstellt. Es ist somit ein fließender Übergang zwischen beispielsweise einem Basiswert und einem zu erreichenden Variationswert, jeweils bezogen auf einen beliebigen Verfahrensparameter beziehungsweise Druckverfahrensparameter, in der Hilfsbereichszone 19 möglich, sodass in der inneren Hilfsbereichszone 21 letztlich der Variationswert eines zu variierenden Parameters erreicht wird. Beispielsweise kann in der äußeren Hilfsbereichszone 19 eine Bahnbreite einer Druckbahn 22 von 0,4 mm für eine Länge von 7,5 mm vorgesehen sein. Anschließend kann in der inneren Hilfsbereichszone 21 für eine Länge von 7,5 mm eine Bahnbreite der Druckbahn 22 von 0,5 mm vorgesehen beziehungsweise abgelegt werden. Die Schichtdicke kann dabei zusätzlich variiert werden. Auch ist denkbar, dass entsprechend eine kleinere Bahnbreite von 0,3 mm der Druckbahn 22 erzielt wird. Auch kann ein vorgesehener Gradient statt über 7,5 mm sich über 10 mm oder 20 mm oder 30 mm erstrecken. Diese erläuterten konkreten Werte dienen lediglich dem Verständnis und es sind zudem jegliche andere plausible Wertkombinationen vorstellbare, welche einer gewünschten Variierung einer oder mehrere Eigenschaften des zu druckenden Bauteils dienen. Beispielsweise könnte auch ein Düsendurchmesser mit 0,4 mm variiert werden, wobei jeweils eine Schichtstärke von 0,2 mm mitvariiert wird. Dabei könnte beispielsweise dann ein Gradient von 15 mm vorgesehen werden. Neben einer händischen Steuerung der zu erzielenden Variation durch einen Bediener ist auch vorstellbar, dass eine Teil- oder Vollautomatisierung im Sinne des vorgestellten Verfahrens bereitgestellt wird.
4 zeigt ein Fließdiagramm 100 eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Im ersten Verfahrensschritt 110 erfolgt ein Bereitstellen eines ersten Datensatzes mit zumindest einer Information über ein zu druckendes Bauteil 10. Es folgt in einem zweiten Verfahrensschritt 120 eine Konvertierung des ersten Datensatzes in einen zweiten Datensatz mit zumindest einem Verfahrensparameter. Anschließend kann in einem dritten Verfahrensschritt 130 ein schichtweises Drucken des Bauteils 10 mittels des zweiten Datensatzes mit dem zumindest einem Verfahrensparameter vollzogen werden. Es versteht sich, dass für die Anwendung des vorgestellten Verfahrens eine entsprechende nicht näher dargestellte und vorgestellte Druckvorrichtung vorgehalten werden muss, welche dabei jegliche Komponenten, Steuerungsvorrichtungen und Konstruktionsmerkmale aufweist, welche für die Umsetzung des Grundprinzips nötig sind. Insbesondere kann der zumindest eine Verfahrensparameter benutzerdefiniert zumindest bereichsweise in zumindest einer Schicht und/oder zumindest abschnittsweise in zumindest einer Druckbahn von zumindest einer Schicht während des Druckens variabel gesteuert werden, sodass mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils 10 variiert wird.
Bezugszeichenliste

10: Bauteil
12: Druckschichtstruktur
14: Druckschichtstruktur
16: Hilfslinie
18: Hilfsbereich
19: Hilfsbereichszone
20: Schichtverbund
21: Hilfsbereichszone
22: Druckbahn
24: Eckbereich
26: variierter Bereich
28: Gradient
100: Fließdiagramm
110: erster Verfahrensschritt
120: zweiter Verfahrensschritt
130: dritter Verfahrensschritt

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

US 2015/0328839 A1 [0002]
WO 2016/176444 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) mittels 3D-Druck-Verfahrens, insbesondere eines FDM-3D-Druck-Verfahrens, umfassend die folgenden Schritte: • Bereitstellen eines ersten Datensatzes mit zumindest einer Information über das zu druckende Bauteil (10); • Konvertierung des ersten Datensatzes in einen zweiten Datensatz mit zumindest einem Verfahrensparameter; • Schichtweises Drucken des Bauteils (10) mittels des zweiten Datensatzes mit dem zumindest einem Verfahrensparameter, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Verfahrensparameter benutzerdefiniert zumindest bereichsweise in zumindest einer Schicht und/oder zumindest abschnittsweise in zumindest einer Druckbahn (22) von zumindest einer Schicht während des Druckens variabel steuerbar ist, sodass mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils (10) variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Datensatz mit der zumindest einen Information zumindest teilweise basierend auf einem 3D-CAD-Datensatz ist oder ein 3D-CAD-Datensatz ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Verfahrensparameter ausgewählt ist aus: Temperatur, Druckgeschwindigkeit, Düsendurchmesser, Bahnbreite, Extrusionsparameter.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine variabel steuerbare Verfahrensparameter stufenlos von einem Basiswert auf zumindest einen Variationswert regelbar ist, sodass die mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils (10) variiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest zwei Verfahrensparameter benutzerdefiniert zumindest bereichsweise in zumindest einer Schicht und/oder zumindest abschnittsweise in zumindest einer Druckbahn (22) von zumindest einer Schicht während des Druckens variabel steuerbar sind, sodass mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils (10) variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zumindest zwei Parameter stufenlos von einem Basiswert auf einen Variationswert regelbar sind, sodass die mindestens eine Eigenschaft in mindestens einem Teilbereich des Bauteils (10) variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei eine benutzerdefinierte Einstellung eines Verfahrensparameters eine voreingestellte Einstellung des anderen Verfahrensparameters bedingt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei einer der zumindest zwei Parameter eine Druckgeschwindigkeit ist und der andere Parameter ein Düsendurchmesser ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bahnbreite von 0,4 mm bis 0,5 mm und/oder von 0,4 mm bis 0,3 mmm stufenlos variierbar ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine stufenlose Regelung von einem Basiswert auf zumindest einen Variationswert über eine Bahnlänge von mindestens 7,5 mm, vorzugsweise von mindestens 10 mm, vorzugsweise von mindestens 20 mm, vorzugsweise von mindestens 30 mm vollzogen wird, sodass in einem Übergangsbereich ein Gradient (28) in der Bahn (22) gedruckt wird.