DE102019117367A1

DE102019117367A1 - Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts

Info

Publication number: DE102019117367A1
Application number: DE102019117367.1A
Authority: DE
Inventors: Felix Theurer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (1), insbesondere eines Fahrzeugbauteils, in einer additiven Fertigungsvorrichtung (2) durch sukzessive selektive Verfestigung eines, insbesondere pulverförmigen, Baumaterials zur Bildung des dreidimensionalen Objekts (1), umfassend folgende Verfahrensschritte:- Aufbauen einer Stützstruktur (3) während der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts (1) die das dreidimensionale Objekt (1) zumindest abschnittsweise zu einem Abstützort (4, 20) abstützt,- zumindest abschnittsweises Trennen der Stützstruktur (3) von dem dreidimensionale Objekt (1) und/oder von dem Abstützort (4, 20) nach der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts (1), wobei das zumindest abschnittsweise Trennen der Stützstruktur (3) auf Grund eines Schwingungsbruchs durch ein in Schwingung versetzten der Stützstruktur (3) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines Fahrzeugbauteils.
Entsprechende Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts sind aus dem Stand der Technik dem Grunde nach bekannt. Die europäische Patentanmeldung EP 1 358 855 A1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen metallischer oder nicht-metallischer Produkte durch Freiform-Lasersintern, bei dem die Produkte mittels eines datengesteuert geführten Laserstrahls aus pulverförmigem Werkstoff auf einer Substratplatte schichtweise senkrecht aufgebaut werden, wobei zwischen der Substratplatte und der Außenfläche des Produkts mindestens eine Stütze aufgebaut wird, die über eine Sollbruchstelle mit der Außenfläche des Produkts verbunden ist, wobei die Sollbruchstelle durch eine Verringerung der Festigkeit der Stütze entlang der Außenkontur des Produkts gebildet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches insbesondere im Hinblick auf eine einfache und schnelle sowie kostengünstige Maßnahme das Trennen der das dreidimensionale Objekt gegenüber einem Abstützort abstützenden Stützstruktur, insbesondere im Zuge eines automatisierten Prozesses, ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionale Objekt, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, in einer additiven Fertigungsvorrichtung durch sukzessive selektive Verfestigung eines, insbesondere pulverförmigen, Baumaterials zur Bildung des dreidimensionalen Objekts, umfassend folgende Verfahrensschritte: (a) Aufbauen einer Stützstruktur während der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts die das dreidimensionale Objekt zumindest abschnittsweise zu einem Abstützort abstützt sowie (b) zumindest abschnittsweises Trennen der Stützstruktur von dem dreidimensionale Objekt und/oder von dem Abstützort nach der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts. Das Verfahren zeichnet sich durch ein zumindest abschnittsweises Trennen der Stützstruktur auf Grund eines Schwingungsbruchs, der durch ein in Schwingung versetzten der Stützstruktur erfolgt, aus.
Bei dem zur Anwendung kommenden additiven Herstellungsverfahren kann es sich beispielsweise um eines der nachfolgenden Verfahren handeln: Stereolithografie (SL), Laser-Sintern (LS), Laser-Strahlschmelzen (Laser Beam Melting = LBM), Elektronen-Strahlschmelzen (Electron Beam Melting = EBM), Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM oder auch als Fused Filament Fabrication (FFF) bezeichnet), Multi-Jet Modelling (MJM), Poly-Jet Modelling (PJM), 3-D-Drucken (3DP) auch als Binder Jetting bezeichnet, Layer Laminated Manufacturing (LLM), Digital Light Processing (DLP) und/oder Thermotransfer-Sintern (TTS). Das Laser-Strahlschmelzen umfasst auch das als selektives Laserschmelzen (Selective Laser Melting = SLM) bezeichnete Verfahren, bei welchem Metallpulver unter Einwirkung eines Laserstrahls aufgeschmolzen bzw. umgeschmolzen wird.
Der Abstützort an welchem sich das dreidimensionale Objekt über die Stützstruktur abstützt kann dabei (aa) eine Grundplatte der Fertigungsvorrichtung und/oder (ab) ein auf einer Grundplatte der Fertigungsvorrichtung aufgebautes Trägerelement (z. B. einer Trägerplatte bzw. Substratplatte) und/oder (ac) einen Abstützabschnitt des aufzubauenden dreidimensionalen Objekts und/oder (ad) ein weiteres mit aufgebautes dreidimensionales Objekt umfassen bzw. der Abstützort entsprechend ausgebildet sein.
Während des Aufbaus des dreidimensionalen Objekts erfolgt gleichzeitig bzw. parallel ein Aufbau einer Stützstruktur. Die Stützstruktur dient zur Abstützung des Objekts gegenüber einem Abstützort, insbesondere während des Aufbaus des Objekts. Damit kann erreicht werden, dass z. B. teilweise aufgebaute, insbesondere in dieser Zwischenbauform filigran ausgestaltete, Abschnitte des Objekts abgestützt werden können, so dass auf diese, insbesondere filigranen, Abschnitte wiederum aufgebaute Objektbereiche zuverlässig aufgebaut werden können. Auch können die Stützstrukturen die, insbesondere in einer Zwischenbauform vorliegenden filigranen, Abschnitte gegenüber mechanischen Einwirkungen, z. B. der mechanischen Einwirkung eines, beispielsweise als Rakel ausgebildeten, Beschichtungs- und/oder Glättungselements abstützen. So wird beispielsweise ein Verschieben oder Verdrehen eines Abschnitts des dreidimensionalen Objekts auf Grund einer in dessen Nähe erfolgenden Pulverbaumaterialaufbringbewegung eines Beschichtungs- und/oder Glättungselements verhindert.
Die Abstützung des dreidimensionale Objekts bzw. der Abstützort kann hierbei an der Grundplatte der Fertigungsvorrichtung und/oder an einem auf der Grundplatte der Fertigungsvorrichtung aufgebauten Trägerelement (z. B. eine Trägerplatte) und/oder an einem Abstützabschnitt des aufzubauenden dreidimensionale Objekts und/oder an einem weiteren aufgebauten dreidimensionale Objekts erfolgen bzw. einen der oben genannten Abstützorte umfassen. Nach der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts erfolgt ein zumindest abschnittsweises Trennen der Stützstruktur von dem dreidimensionalen Objekt und/oder von dem Abstützort.
Das zumindest abschnittsweise Trennen der Stützstruktur erfolgt auf Grund eines Schwingungsbruchs durch ein zumindest abschnittsweises in Schwingung versetzen der Stützstruktur. Beispielsweise wird die Baugruppe bestehend aus dem dreidimensionale Objekt, der Stützstruktur und einem Trägerelement bzw. einer Trägerplatte aus der additiven Fertigungsvorrichtung entnommen und einer Schwingung bzw. einer Vibration ausgesetzt. Durch das in Schwingung versetzen der Baugruppe wird zumindest abschnittsweise bzw. zumindest bereichsweise an der Stützstruktur auf Grund von Lastwechseln ein Ermüdungsbruch bzw. ein Schwingbruch an der Stützstruktur hervorgerufen. Mit anderen Worten wirkt über die eingebrachten Schwingungen eine schwingende Belastung in die Stützstruktur ein, die im Unterschied zu einem Gewaltbruch auf den Werkstoff der Stützstruktur Spannungen durch schwellende oder schwingende Belastungen hervorruft, die insbesondere unterhalb der Streckgrenze im elastischen Bereich liegen. Unter derartigen Wechselbeanspruchungen lassen sich bei einer ausreichenden Zahl von Lastwechseln (Schwingspiel) Veränderungen in der Mikrostruktur des Werkstoffs feststellen, welche zu einer Ermüdung und schließlich zum Bruch führen.
Auf diese Weise kann allein durch ein in Schwingung versetzen der Baugruppe ein gezieltes zumindest abschnittsweises Trennen der Stützstruktur von dem dreidimensionale Objekt und/oder von dem Abstützort erreicht werden. Dieser Trennprozess lässt sich beispielsweise auf einfache Weise auch in einen automatisierten Fertigungsprozess einbinden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest die Stützstruktur und/oder eine Baugruppe zumindest bestehend aus der Stützstruktur und dem dreidimensionale Objekt bereits innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung in Schwingung bzw. in Vibration versetzt werden, um einen gezielten Schwingbruch an der Stützstruktur zu erzielen. Auch kann zumindest ein erster Teil oder ein erster Bereich der Stützstruktur innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung und ein weiterer Teil oder ein weiterer Bereich der Stützstruktur außerhalb der Fertigungsvorrichtung in Schwingung versetzt werden, um jeweils einen Schwingbruch in oder an der Stützstruktur hervorzurufen.
Es ist möglich, dass die Stützstruktur mit wenigstens einer vordefinierten Sollbruchstelle versehen ist und während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur die Sollbruchstelle bricht. Damit kann es erreicht werden, dass die Brucheinleitung und/oder der Bruchverlauf bzw. die Bruchlinie an einer vordefinierten Stelle bzw. an einem vordefinierten Ort der Stützstruktur erfolgt. Beispielsweise weist eine das dreidimensionale Objekt und den Abstützort verbindende Stützstruktur zwei Sollbruchstellen bzw. zwei Sollbruchbereiche auf, wobei an ein erster Sollbruchbereich an dem Grenzbereich bzw. an einem Übergangsbereich zu dem dreidimensionale Objekt und ein zweiter Sollbruchbereich an einem Grenzbereich bzw. an einem Übergangsbereich zu dem Abstützort platziert ist. Beide Sollbruchbereiche können derart ausgebildet sein, dass diese durch in Schwingung versetzen zu einem Schwingbruch führen bzw. sich auftrennen. Hierbei können die beiden Sollbruchbereiche derart unterschiedlich ausgebildet sein, dass diese bei in Art und/oder Umfang bzw. in Amplitude und/oder Frequenz unterschiedlichen Schwingungen gezielt zum Bruch gebracht werden können.
Es ist möglich, dass die Stützstruktur wenigstens ein schwingbar ausgebildetes Schwingelement umfasst, das bei in Schwingung versetzen der Stützstruktur derart schwingt, insbesondere derart angeregt wird, dass wenigstens ein vordefinierter, insbesondere benachbart zu dem Schwingelement ausgebildeter, Sollbruchbereich auf Grund des in Schwingung versetzen der Stützstruktur bricht. Bevorzugt kann das Schwingelement hierbei durch eine gezielte Masseanhäufung und/oder Masseverteilung andersartig im Vergleich zu wenigstens einer Sollbruchstelle bzw. zu wenigstens einem Sollbruchbereich ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Schwingelement als eine zwischen zwei Sollbruchstellen angeordnete oder ausgebildete Masseanhäufung ausgestaltet. Hierbei können die Sollbruchstellen eine federndes oder ein weniger steifes Verhalten als das Schwingelement aufweisen. Dadurch, dass ein Schwingelement gegenüber dem dreidimensionale Objekt und gegenüber dem Abstützort über ein federndes Verhalten aufweisende Sollbruchstellen angeordnet oder ausgebildet ist, wird es erreicht, dass das Schwingelement schwingbar bzw. in begrenztem Umfang beweglich über die Sollbruchstellen befestigt bzw. gelagert ist. Diese Beweglichkeit ermöglicht eine Auslenkung des Schwingelements auf Grund der äußeren Anregung vermittels einer Schwingung bzw. Vibration. Durch die gezielte Masseanhäufung an dem Schwingelement kann dem einzelnen Lastwechsel während des Schwingens gezielt eine höhere Kräfte aufgeprägt werden. Diese höheren Kräfte führen zu einem zuverlässigen und/oder besser einstellbaren Materialversagen auf Grund des Schwingspiels an den Sollbruchstellen der Stützstruktur. Auch kann durch eine gezielte Einstellung bzw. eine gezielte Ausgestaltung der Masse der Masseelemente und/oder der Elastizität und/oder der Federkonstante der Sollbruchstellen zumindest abschnittsweise die Schwingfestigkeit, bzw. die Zeitfestigkeit und/oder die Dauerfestigkeit, einer Stückstruktur gezielt eingestellt werden.
Eine Einstellung des Schwingungsbruchverhaltens der Stützstruktur kann durch geometrische Maßnahmen (z. B. die geometrische Gestalt) und/oder durch innere Materialmaßnahmen (z. B. Materialeigenschaften) erfolgen. Die Materialeigenschaften können z. B. durch die gezielt bereichsabhängig unterschiedliche Verwendung unterschiedlicher Baumaterialien und/oder durch gezielte bereichsabhängige Veränderung von Prozessparametern der additiven Fertigungsvorrichtung erfolgen. Beispielsweise wird der Energieeintrag pro Flächeneinheit in das Baumaterial zur Verflüssigung bzw. zur Verfestigung des Baumaterials bereichsabhängig verändert, um z. B. die Sprödigkeit der Stützstruktur gezielt bereichsweise zu beeinflussen.
Das in Schwingung versetzen der Stützstruktur und die Ausgestaltung der Stützstruktur kann derart erfolgen, dass eine Abstimmung auf eine gezielte Frequenz bzw. ein gezieltes Frequenzband und/oder eine gezielte Amplitude bzw. einen gezielten Amplitudenbereich vorgenommen wird, so dass eine Schwingungsanregung des Schwingelements erfolgt. Hierbei kann beispielsweise eine Abstimmung derart erfolgen, dass eine auf die Eigenfrequenz der Stützstruktur, insbesondere des Schwingelements, abgestimmte Anregung durch die Schwingung erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Stützstruktur wenigstens eine erste, wenigstens ein erstes Stützelement umfassende Stützelementgruppe umfasst, wobei die erste Stützelementgruppe das dreidimensionale Objekt gegenüber einem ersten Abstützort und eine zweite, wenigstens ein zweites Stützelement umfassende Stützelementgruppe das dreidimensionale Objekt gegenüber einem zweiten Abstützort abstützt, wobei das wenigstens eine erste Stützelemente der ersten Stützelementgruppe derart unterschiedlich zu dem wenigstens einen zweiten Stützelement der zweiten Stützelementgruppe ausgebildet ist, dass während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur das wenigstens eine erste Stützelement der ersten Stützelementgruppe zeitlich vor dem wenigstens einen zweiten Stützelement der zweiten Stützelementgruppe bricht. Mit anderen Worten kann das Schwingungsbruchverhalten wenigstens zweier, insbesondere mehrerer, Stützelemente derart unterschiedlich eingestellt sein, dass ein Aufbrechen bzw. ein Trennen der Stützelemente in einer vordefinierten Reihenfolge erfolgt. Eine oder jede Stützelementgruppe kann dabei zumindest ein Stützelement, vorzugsweise wenigstens zwei Stützelemente, besonders bevorzugt eine Vielzahl an Stützelemente umfassen. Ein Stützelement selbst kann beispielsweise wenigstens ein Masseelement und/oder wenigstens ein, vorzugsweise wenigstens zwei an unterschiedlichen Seiten des Masseelements angeordnete Sollbruchstellen aufweisen.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass während des zumindest abschnittsweisen Trennens der Stützstruktur in einer ersten Schwingungsphase eine erste Schwingung mit einer ersten Amplitude und/oder mit einer ersten Frequenz auf die Stützstruktur eingebracht wird und in einer zweiten Schwingungsphase eine zweite Schwingung mit einer zweiten, zur ersten Amplitude und/oder Frequenz unterschiedlichen Amplitude und/oder Frequenz auf die Stützstruktur eingebracht wird, insbesondere ist die erste Schwingung auf ein Schwingbruchverhalten, insbesondere eine Eigenfrequenz, der ersten Stützelementgruppe und die zweite Schwingung auf ein Schwingbruchverhalten, insbesondere eine Eigenfrequenz, einer zweiten Stützelementgruppe abgestimmt bzw. angepasst. Die erste und die zweite Schwingungsphase kann innerhalb derselben Vorrichtung, insbesondere innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung erfolgen. Alternativ kann die erste Schwingungsphase an einem ersten Ort und die zweite Schwingungsphase an einem zweiten, von dem ersten Ort räumlich entfernten Ort erfolgen. Beispielsweise kann die erste Trennung herstellerseitig bzw. am Herstellort des dreidimensionale Objekt erfolgen und eine weitere Trennung bzw. eine weitere Schwingungsphase an einem Montageort des dreidimensionalen Objekts und/oder an einem Einsatzort (z. B. nach einem Versand zu einem Endkunden) des dreidimensionales Objekts erfolgen.
Es ist möglich, dass die Stützstruktur wenigstens eine erste, wenigstens ein erstes Stützelement umfassende Stützelementgruppe umfasst, wobei die erste Stützelementgruppe das dreidimensionale Objekt gegenüber einem ersten Abstützort und eine weitere, wenigstens ein weiteres Stützelement umfassende Stützelementgruppe das dreidimensionale Objekt gegenüber einem zweiten Abstützort abstützt, wobei das wenigstens eine erste Stützelemente der ersten Stützelementgruppe derart unterschiedlich zu dem wenigstens einen weiteren Stützelement der weiteren Stützelementgruppe ausgebildet ist, dass während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur zum zumindest abschnittsweisen Trennen, das wenigstens eine erste Stützelement der ersten Stützelementgruppe bricht und das wenigstens eine weitere Stützelement der weiteren Stützelementgruppe während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur nicht bricht. Mit anderen Worten wird das weitere Stützelement nicht durch ein in Schwingung versetzen von dem dreidimensionale Objekt oder dem Abstützort getrennt, sondern durch eine andersartige mechanische Einwirkung. Diese andersartige mechanische Einwirkung kann z. B. eine spanabhebende (z. B. Sägen) oder nicht-spanabhebende Bearbeitung bzw. Einwirkung (z. B. Biegen) des dreidimensionale Objekt umfassen. Die unterschiedlichen Trennungsmechanismen für unterschiedliche Stützelemente bergen den Vorteil, dass nach einem in Schwingung versetzen der Stützstruktur das dreidimensionale Objekt und/oder der Abstützort zwar von wenigstens einem ersten Stützelement der Stützstruktur getrennt ist, jedoch trotzdem durch das nicht durch die eingebrachte Schwingung brechende weitere Stützelement eine definierte Lage und/oder Ausrichtung des Objekts zu dem Abstützort erhalten bleibt. In einem der Schwingungseinbringung nachgelagerten Schritt kann eine andersartige Trennung des wenigstens einen weiteren Stützelements erfolgen. Die definierte Lage und/oder Ausrichtung des Objekts relativ zu dem Abstützort führt zu einer besseren Handhabbarkeit des teilgetrennten Objekts.
Das in Schwingung versetzten der Stützstruktur kann beispielsweise ausgeführt werden, während sich das dreidimensionale Objekt innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung, in der das dreidimensionale Objekt hergestellt wurde, befindet. Hierzu kann die additive Fertigungsvorrichtung eine Vibrationseinrichtung umfassen, welche es ermöglicht, insbesondere gezielt in Frequenz und/oder Amplitude veränderbare Schwingungen auf die Stützstruktur einzubringen.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn nach dem Aufbau des dreidimensionale Objekts in der additiven Fertigungsvorrichtung das dreidimensionale Objekt zumindest teilweise mit der Stützstruktur aus der additiven Fertigungsvorrichtung entnommen und einer Bearbeitungsvorrichtung zugeführt bzw. überführt wird, wobei in oder an der Bearbeitungsvorrichtung die Stützstruktur in Schwingung versetzt wird, um das dreidimensionale Objekt von der Stützstruktur zumindest abschnittsweise zu trennen. Die Bearbeitungsvorrichtung kann beispielsweise neben dem in Schwingung versetzen der Stützstruktur auch weitere vor- und/oder nachgelagerte Schritte ausführen. So kann die Bearbeitungsvorrichtung einen die Oberfläche des dreidimensionalen Objekts bearbeitenden Bearbeitungsschritt, einen die Oberfläche des Objekts beschichtenden Beschichtungsschritt und/oder einen das dreidimensionale Objekt verpackenden Verpackungsschritt ausführen. Beispielsweise wird das dreidimensionale Objekt mit einer im additiven Herstellungsverfahren mit aufgebauten Trägerplatte (auch als Substratplatte bezeichnet) aus der additiven Fertigungsvorrichtung entnommen und der Bearbeitungsvorrichtung zugeführt. Hierbei kann die Trägerplatte z. B. zur temporären Fixierung des dreidimensionale Objekt in der Bearbeitungsvorrichtung dienen.
Die Bearbeitungsvorrichtung selbst kann beispielsweise Mittel aufweisen, welche ein Entfernen von unverfestigten Baumaterial von dem dreidimensionale Objekt und/oder von der Stützstruktur erlauben. Beispielsweise wird das dreidimensionale Objekt kopfüber - im Vergleich zur Ausrichtung während des additiven Aufbaus innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung - in der Bearbeitungsvorrichtung befestigt. Mit anderen Worten wird das dreidimensionale Objekt zumindest temporär derart in die Bearbeitungsvorrichtung angeordnet, dass die Trägerplatte an einem geodätisch höher liegenden Ort als das dreidimensionale Objekt liegt. Durch diese Überkopfanordnung des dreidimensionalen Objekts kann sich das unverfestigte Baumaterial bereits durch Schwerkrafteinwirkung von dem dreidimensionalen Objekt und/oder von der Stützstruktur lösen bzw. entfernen.
Im dem Fall, dass das additive Herstellungsverfahren vorsieht, während der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts ein Beschichtungs- und/oder Glättungselement eine geradlinige, insbesondere horizontale, Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung auszuführen, kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Stützstruktur derart ausgebildet und/oder ausgerichtet ist, dass diese zumindest abschnittsweise in Bewegungsrichtung des Beschichtungs- und/oder Glättungselements eine höhere Steifigkeit, insbesondere eine um wenigstens 20% höhere Steifigkeit, aufweist, als in eine Richtung, die einen Winkel α von 5° bis 85°, bevorzugt von 15° bis 75°, besonders bevorzugt einen Winkel α von 40° bis 140°, höchst bevorzugt von 75° bis 105°, zu der Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung 21 einschließt. Für ein gezieltes und gut vorhersagbares Trennen der Stützstruktur von dem dreidimensionale Objekt und/oder dem Abstützort ist eine gewisse zumindest abschnittsweise Elastizität bzw. Federverhalten der Stützstruktur notwendig. Um eine negative Auswirkung dieser Elastizität bzw. dieses Federverhaltens der Stützstruktur auf Grund der Beschichtungs- oder Glättungsbewegung zu verhindern wird die oben erwähnte Anordnung und/oder Ausgestaltung der Stützstruktur vorgeschlagen. Die Stützstruktur soll dabei sowohl eine ausreichende Abstützung des dreidimensionalen Objekts gegenüber dem Abstützort, als auch eine zuverlässiges zumindest abschnittsweises Auftrennen der Stützstruktur bei Beaufschlagung mit einer Schwingung ermöglichen.
Neben dem Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, betrifft die Erfindung auch eine Stützstruktur zum Abstützen eines hierin beschriebenen dreidimensionalen Objekts von einem Abstützort, wobei die Stützstruktur derart ausgebildet ist, dass die Stützstruktur durch Beaufschlagung mit einer Schwingung auf Grund eines Schwingungsbruchs von einem Abstützort trennbar ist. Ferner betrifft die Erfindung auch ein dreidimensionales Objekt, insbesondere ein Fahrzeugbauteil, hergestellten in einem hierin beschriebenen Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionale Objekts.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auf die erfindungsgemäße Stützstruktur und/oder auf das erfindungsgemäße dreidimensionale Objekt übertragbar bzw. anzuwenden.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung einer Baugruppe bestehend aus einem dreidimensionalen Objekt, Stützstruktur und Abstützort gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Draufsicht auf einen Bauraum einer additiven Fertigungsvorrichtung mit einem teilgebrochen dargestellten dreidimensionalen Objekt gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine perspektivische Prinzipdarstellung zweier unterschiedlich ausgebildeter Stützelemente einer Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische grafische Darstellung eines Amplitudenresonanzverlaufs der Stützelemente gemäß 4;
6 eine schematische Prinzipdarstellung eines über eine Stützstruktur an einem Abstützort angeordneten dreidimensionalen Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische Prinzipdarstellung eines Bruchlinienverlaufs einer Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 eine schematische Prinzipdarstellung einer Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 eine perspektivische Prinzipdarstellung mehrerer über Stützstrukturen miteinander verbundener dreidimensionale Objekte.

In den nachfolgenden Figuren wird das Verfahren beispielhaft anhand eines in einem selektiven Laserschmelzverfahren unter Verwendung eines pulverförmigen metallischen Baumaterials beschrieben. Das zur Bildung des dreidimensionalen Objekts 1 zu Grunde liegende additive Fertigungsverfahren kann jedes beliebige additive, Kunststoff und/oder Metall und/oder Harz als Baumaterial verwendende Herstellungsverfahren sein.
1 zeigt ein in einem additiven Herstellungsverfahren erzeugtes dreidimensionales Objekt 1, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, das in einer additiven Fertigungsvorrichtung 2 durch sukzessive selektive Verfestigung eines, insbesondere pulverförmigen, Baumaterials hergestellt wurde. In diesem Verfahren erfolgt ein Aufbau einer Stützstruktur 3 während der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts 1, wobei die Stützstruktur 3 das dreidimensionale Objekt 1 zumindest abschnittsweise zu einem Abstützort 4 abstützt. Der Abstützort 4 ist in der 1 eine Grundplatte 5 der Fertigungsvorrichtung 2. Alternativ kann das in 1 als Grundplatte 5 der Fertigungsvorrichtung 2 dargestellte Element auch als ein auf der Grundplatte 5 der Fertigungsvorrichtung 2 aufgebautes Trägerelement 6 (z. B. als Trägerplatte) angesehen werden, dies ist als Option mit gestrichelter Bezugszeichenlinie dargestellt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Abstützort 4 als Abstützabschnitt 7, 7' des aufzubauenden dreidimensionalen Objekts 1 (vgl. 6) und/oder als ein Abstützbereich 8 eines weiteren aufgebauten dreidimensionalen Objektes 9 (vgl. 9) ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass ein dreidimensionales Objekt 1 an unterschiedlichen Abstützorten 4 bzw. an von Ihrer Art her unterschiedlichen Abstützorten 4 abgestützt ist, d. h z. B., dass ein dreidimensionales Objekt 1 an dem Trägerelement 6 und zugleich an einem weiteren dreidimensionalen Objekt 9 abgestützt ist.
Nach der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts 1 erfolgt ein zumindest abschnittsweises Trennen der Stützstruktur 3 von dem dreidimensionalen Objekt 1 und/oder von dem Abstützort 4. Das zumindest abschnittsweise Trennen der Stützstruktur 3 erfolgt auf Grund eines Schwingungsbruchs durch ein in Schwingung versetzten der Stützstruktur 3, vgl. den in der 1 schematisch dargestellten Pfeil 25 in welchen die Schwingung beispielhaft als periodische Auslenkung s über die Zeit t dargestellt ist.
Die Stützstruktur 3 ist mit wenigstens einer vordefinierten Sollbruchstelle 10 versehen, wobei während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur 3 die Sollbruchstelle 10 aufbricht bzw. sich trennt, so dass sich das dreidimensionale Objekt 1 zumindest abschnittsweise getrennt von dem Abstützort 4 vorliegt.
In 7 ist ein beispielhafter Bruchlinienverlauf einer Sollbruchstelle 10 im Bereich zwischen einem dreidimensionale Objekt 1 und einem Teilbereich 11 der Stützstruktur 3 dargestellt. Hierbei ist erkennbar, dass sich über einen ersten und einen zweiten Streckenabschnitt 12, 12' sich ein Bruchverlauf definiert gerichtet ausbildet und in einem dritten Streckenabschnitt 13 sich auf Grund der Schwingungen kein Bruch bzw. kein Schwingbruch einstellt. Dieser dritte Streckenabschnitt 13 kann eine, insbesondere steife, „Restfixierung“ des dreidimensionalen Objekts 1 mit der Stützstruktur 3 gewährleisten, welche für nachfolgende Handhabungs- und/oder Bearbeitungsprozesse vorteilhaft sein kann. Typischerweise kann sich beispielsweise der Bruch entlang der Bruchlinie von einem äußeren Bereich in einen inneren Bereich der Stützstruktur 3 bzw. des Kontaktbereichs zwischen der Stützstruktur 3 und dem dreidimensionale Objekt 1 fortpflanzen. Um dies zu fördern bzw. zu unterstützen können beispielsweise geometrische Maßnahmen an den äußeren Bereichen der Bruchlinie vorgesehen sein, z. B. zumindest abschnittsweise Kerben und/oder, insbesondere scharkantige, Ausnehmungen.
Wie in 1 gezeigt, kann die Stützstruktur 3 wenigstens ein schwingbar ausgebildetes Schwingelement 14 umfassen, das bei in Schwingung versetzen der Stützstruktur 3 derart schwingt, insbesondere derart angeregt wird, dass wenigstens ein vordefinierter, insbesondere benachbart zu dem Schwingelement 14 ausgebildeter, Sollbruchbereich 15, 15' der Sollbruchstelle 10 auf Grund des in Schwingung versetzen der Stützstruktur 3 bricht. Die Sollbruchbereiche 15, 15' sind mit einer gewissen Elastizität, bzw. mit einer federnden Eigenschaft versehen, sodass das über die Sollbruchbereiche 15, 15' schwingend bzw. beweglich befestigte bzw. gelagerte bzw. ausgebildete Schwingelement 14 durch Schwingungsanregung der Stützstruktur 3 in Schwingung versetzbar ist.
Während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur 3 können die Schwingungen in Frequenz und/oder Amplitude derart gewählt bzw. eingestellt sein, dass eine Anregung des Schwingelements 14 erfolgt, insbesondere erfolgt eine auf die Eigenfrequenz des Schwingelements 14 abgestimmte Anregung durch die in die Stützstruktur 3 aufgeprägte Schwingung.
Wie in den Figuren beispielhaft gezeigt, kann die Stützstruktur 3 eine erste, wenigstens ein erstes Stützelement 16, 16' aufweisende Stützelementgruppe 17 umfassen, wobei die erste Stützelementgruppe 17 das dreidimensionale Objekt 1 gegenüber einem ersten Abstützort 4 und eine zweite, wenigstens ein zweites Stützelement 18, 18' umfassende Stützelementgruppe 19 das dreidimensionale Objekt 1 gegenüber einem zweiten Abstützort 20 abstützt, wobei das wenigstens eine erste Stützelemente 16, 16' der ersten Stützelementgruppe 17 derart unterschiedlich zu dem wenigstens einen zweiten Stützelement 18, 18' der zweiten Stützelementgruppe 19 ausgebildet ist, dass während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur 3 das wenigstens eine erste Stützelement 16, 16' der ersten Stützelementgruppe 17 zeitlich vor dem wenigstens einen zweiten Stützelement 18, 18' der zweiten Stützelementgruppe 19 bricht. In der In 6 gezeigten Ausführungsform stützt die erste Stützelementgruppe 17 das dreidimensionale Objekt 1 gegenüber dem ersten Abstützort 4, hier einer Grundplatte 5 ab. Die zweite Stützelementgruppe 19 stützt das dreidimensionale Objekt 1 gegenüber einem, insbesondere in einem Innenraum des ersten dreidimensionale Objekts 1 angeordneten weiteren dreidimensionale Objekt 9 ab. Das in der 6 dargestellte, im Innenraum des ersten dreidimensionale Objekts 1 angeordnete Element kann auch einen weiteren Teilbereich des ersten dreidimensionale Objekt 1 bilden und damit außerhalb der Zeichnungsebene einen integralen, d. h. einstückigen Bestandteil mit dem ersten dreidimensionale Objekt 1 bilden, so dass das im Innenraum angeordnete bzw. ausgebildete Element eine Abstützung des dreidimensionale Objekt 1 mit sich selbst zeigt.
Die einzelnen Stützelemente 16, 16', 18, 18' können sich auch in deren Ausrichtung und/oder Anordnung und/oder geometrischen Gestalt und/oder Schwingbruchverhalten der jeweiligen Sollbruchstellen 10 bzw. Sollbruchbereiche 15, 15' unterscheiden, wobei die erste und die zweite Stützelementgruppe 17, 19 beispielsweise jeweils gruppiert oder wie z. B. in 3 dargestellt in einem regelmäßigen Muster verteilt angeordnet sein können. Alternativ können die einzelnen Stützelemente 16, 16', 18, 18' auch in einem unregelmäßigen Muster angeordnet sein.
Während des zumindest abschnittsweisen Trennens der Stützstruktur 3 kann in einer ersten Schwingungsphase eine erste Schwingung mit einer ersten Amplitude und/oder mit einer ersten Frequenz auf die Stützstruktur 3 und in einer zweiten Schwingungsphase eine zweite Schwingung mit einer zweiten, zur ersten Amplitude und/oder Frequenz unterschiedlichen Amplitude und/oder Frequenz eingebracht werden. Hierbei kann die erste Schwingung auf ein Schwingbruchverhalten, insbesondere eine Eigenfrequenz, der ersten Stützelementgruppe 17, bzw. deren ersten Stützelemente 16, 16', und die zweite Schwingung auf ein Schwingbruchverhalten, insbesondere eine Eigenfrequenz, einer zweiten Stützelementgruppe 19 bzw. deren Stützelemente 18, 18', abgestimmt sein. Damit kann erreicht werden, dass je nach Ausgestaltung und Ausprägung der Frequenz und/oder der Amplitude der auf die Stützstruktur 3 einwirkenden Schwingung gezielt ausschließlich die ersten oder die zweiten Stützelemente 16, 16', 18, 18' aufbrechen bzw. einen Schwingungsbruch erfahren.
Beispielhaft ist dies in den 4 und 5 dargestellt. In 4 weist das linke Stützelement 16 eine erste Masse m₁ und das zweite (das rechte) Stützelement 16 eine zweite Masse m₂ auf, wobei die Masse m₂ geringer ist als die Masse m₁. Aus den unterschiedlichen Massen resultiert eine unterschiedliche Anregbarkeit bzgl. einer dem Stützelement 16 eingebrachten bzw. eingeprägten Schwingung. Gemäß 5 ist das Amplitudenresonanzverhalten derart, dass das mit der höheren Masse (m₁) versehene Stützelements 16 (4 links) bei einer anderen, insbesondere geringeren, Frequenz ein Amplitudenmaximum aufweist, als das mit der geringeren Masse (m₂) versehene Stützelement 16 (4 rechts). Beispielhaft weist das mit der höheren Masse (m₁) versehene Stützelement 16 ein Amplitudenmaximum f_1 bei einer Frequenz von 2,9 kHz und das mit der geringeren Masse (m₂) versehene Stützelement 16 ein Amplitudenmaximum bei einer Frequenz von f_2 bei 3,29 kHz auf. Der Unterschied zwischen zwei Frequenzen f_1, f_2 zweier hinsichtlich deren Amplitudenresonanzverhaltens unterschiedlicher Stützelemente 16 bzw. Stützstrukturen 3 zur Erreichung jeweiliger Amplitudenmaxima kann in einem Bereich von 0,2 bis 100 %, bevorzugt in einem Bereich von 0,75 bis 75 %, besonders bevorzugt in einem Bereich von 2,5 bis 50 %, höchst bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 30 % liegen. Alternativ oder zusätzlich kann der Unterschied zweier Frequenzen f_1, f_2 zweier hinsichtlich deren Amplitudenresonanzverhaltens unterschiedlicher Stützelemente 16 bzw. Stützstrukturen 3 zur Erreichung jeweiliger Amplitudenmaxima mindestens 0,2 %, bevorzugt mindestens 0,75 %, besonders bevorzugt mindestens 2,5 %, höchst bevorzugt mindestens 5 % betragen.
Alternativ oder zusätzlich können sich die Stützelemente 16 bzw. die Steuerungsparameter 3 zur Erreichung eines unterschiedlichen Amplitudenresonanzverhaltens zumindest abschnittsweise in deren jeweiligen geometrische Gestalt und/oder Material und/oder Masse unterscheiden.
In 7 wird eine Sollbruchstelle 10 gezeigt, welche nur abschnittsweise (Streckenabschnitte 12, 12') bei Beaufschlagung mit einer Schwingung bricht und in einem zweiten Streckenabschnitt 13 bei Beaufschlagung mit einer Schwingung nicht bricht bzw. Schwingungsfest ausgebildet ist. Dieses unterschiedliche Bruchverhalten kann auch zu unterschiedlichen Stützelementen 16, 16', 18, 18', 26 unterschiedlich ausgebildet sein. Wie z. B. in 3 gezeigt, kann die Stützstruktur 3 wenigstens eine erste, wenigstens ein erstes Stützelement 16, 16' umfassende Stützelementgruppe 17 umfassen, wobei die erste Stützelementgruppe 17 das dreidimensionale Objekt 1 gegenüber einem ersten Abstützort 4 und eine weitere, wenigstens ein weiteres Stützelement 26 umfassende Stützelementgruppe das dreidimensionale Objekt 1 gegenüber einem zweiten Abstützort 20 abstützt, wobei das wenigstens eine erste Stützelemente 16, 16' der ersten Stützelementgruppe 17 derart unterschiedlich zu dem wenigstens einen weiteren Stützelement 26 der weiteren Stützelementgruppe ausgebildet ist, dass während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur 3 zum zumindest abschnittsweisen Trennen, das wenigstens eine erste Stützelement 16, 16' der ersten Stützelementgruppe 17 bricht und das wenigstens eine weitere Stützelement 26 der weiteren Stützelementgruppe während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur 3 nicht bricht. Hierbei kann das wenigstens eine weitere Stützelement 26 in einem nachgelagerten Verfahrensschritt z. B. durch manuellen oder robotergestützten Eingriff von dem dreidimensionale Objekt 1 getrennt werden. Dies birgt den Vorteil, dass automatisiert durch die Schwingungseinbringung ein Teil der Stützstruktur 3 aufgetrennt wird, dabei kann durch die bestehenbleibenden weiteren Stützelemente 26 eine definierte Position und/oder Ausrichtung des dreidimensionalen Objekts 1 gegenüber einem Abstützort 4 bestehen bleibt. Das weitere Stützelement 26 ist in 3 als massive Säule ausgebildet, alternativ oder zusätzlich kann das weitere Stützelement analog der zweiten Stützelemente 18, 18' als geometrisch den ersten Stützelementen 16, 16' ähnliches Stützelement ausgebildet sein.
Das in Schwingung versetzten der Stützstruktur 3 kann ausgeführt werden, während sich das dreidimensionale Objekt 1 innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung 2, in welcher das dreidimensionale Objekt 1 hergestellt wurde, befindet. Alternativ oder zusätzlich kann die Schwingung auf die Stützstruktur 3 außerhalb der Fertigungsvorrichtung 2, z. B. an einer nachfolgenden Bearbeitungsvorrichtung (nicht dargestellt) eingebracht werden. Hierzu kann die Stützstruktur 3 nebst dem dreidimensionale Objekt 1 und ggf. ein Trägerelement 6 (z. B. eine Trägerplatte) aus der additiven Fertigungsvorrichtung 2 entnommen und zu der Bearbeitungsvorrichtung (nicht dargestellt) überführt und in oder an dieser Bearbeitungsvorrichtung derart in Schwingung versetzt werden, dass sich die Stützstruktur 3 zumindest abschnittsweise auf Grund eines Schwingbruchs trennt.
Alternativ oder zusätzlich kann an der Bearbeitungsvorrichtung die Stützstruktur 3 auch durch ein nicht auf Basis eines Schwingbruchs erfolgenden Verfahrens von dem dreidimensionalen Objekt 1 getrennt werden, z. B. durch einen manuellen oder robotergestützten mechanischen, insbesondere spanabhebenden und/oder spanlosen, Eingriff.
Während der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts 1 kann es erforderlich sein, dass ein Beschichtungs- und/oder Glättungselement 21 eine geradlinige, insbesondere horizontale, Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung 22 ausführt, wobei die Stützstruktur 3 derart ausgebildet oder ausgerichtet ist, dass diese in Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung 22 des Beschichtungs- und/oder Glättungselements 21 eine höhere Steifigkeit, insbesondere eine um wenigstens 20 % höhere Steifigkeit, aufweist, als in eine Richtung, die einen Winkel α von 5° bis 85°, bevorzugt von 15° bis 75°, besonders bevorzugt einen Winkel α von 40° bis 140°, höchst bevorzugt von 75° bis 105°, mit der Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung 22 bzw. der Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegungslinie einschließt, vgl. 3. Dort ist das Beschichtungs- und/oder Glättungselement 21 in einem Bauraum 24 einer additiven Fertigungsvorrichtung 2 angeordnet und in der Draufsicht dargestellt. Das dreidimensionale Objekt 1 ist als teilgebrochener Körper dargestellt. In dem „weggebrochenen“ Abschnitt 23 ist die unter dem dreidimensionale Objekt 1 liegende Stützstruktur 3 ersichtlich. Die einzelnen Stützelemente 16, 16', 18, 18', 26 sind dabei derart angeordnet oder ausgebildet, dass eine ausreichende Steifigkeit der Abstützung des dreidimensionale Objekt 1 relativ zu dem Abstützort 4 gegeben ist, um trotz der Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung 22 des Beschichtungs- und/oder Glättungselements 21 einen exakten Aufbau des dreidimensionalen Objekts 1 zu ermöglichen.
In 2 ist dargestellt, dass die Stützelemente 16, 16', 18, 18' derart ausgebildet oder angeordnet sein können, dass sich eine belastungsrichtungsabhängige Flexibilität ergibt. Beispielsweise sind ist die Stützelementgruppe 17, bestehend aus den Stützelementen 16, 16' derart angeordnet oder ausgebildet, dass in Belastungsrichtung 29 ein starres bzw. steifes Verhalten vorliegt, wohingegen die benachbarte Stützelementgruppe 19, mit deren Stützelementen 18, 18', ein flexibles Verhalten bzgl. der Belastungsrichtung 29 aufweist. Bezüglich der weiteren Belastungsrichtung 30 verhält es sich genau umgekehrt für die Stützelemente 16, 16', 18, 18' der beiden Stützelementgruppen 17, 19.Die beiden Belastungsrichtungen können dabei einen rechten Winkel oder einen von einem rechten Winkel unterschiedlichen Winkel einschließen. In oder an dem in der 2 nach oben weisenden Kontaktbereich (kreuzschraffiert dargestellter Bereich) der Stützstruktur 3 mit dem dreidimensionalen Objekt 1 kann zumindest abschnittsweise eine Kerbe bzw. eine Nut vorgesehen sein. In der vorliegenden 2 ist dies beispielhaft anhand eines in etwa elliptisch ausgebildeten Kontaktbereichs dargestellt. Mit einer derartigen Kerbe bzw. Nut kann erreicht werden, dass sich der Bruch von einem äußeren Bereich zu einem zentralen, inneren Bereich fortpflanzt.
Die Stützstruktur 3 dient zum Abstützen eines nach einem hierin beschriebenen additiven Fertigungsverfahren hergestellten dreidimensionalen Objekts 1 zu bzw. von einem Abstützort 4, wobei die Stützstruktur 3 derart ausgebildet ist, dass die Stützstruktur 3 durch Beaufschlagung mit einer Schwingung auf Grund eines Schwingungsbruchs von einem Abstützort 4 trennbar ist, wobei der Abstützort 4 eine Grundplatte 5 der Fertigungsvorrichtung 2 und/oder ein auf einer Grundplatte 5 der Fertigungsvorrichtung 1 aufgebautes Trägerelement 6 (z. B. Trägerplatte) und/oder einen Abstützabschnitt 7, 7' des aufzubauenden dreidimensionalen Objekts 1 und/oder ein weiteres mit aufgebautes dreidimensionales Objekt 9 umfasst.
Als additive Verfahren zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts (1) kann beispielsweise ein Stereolithografie-Verfahren (SL), ein Laser-Sintern-Verfahren (LS), ein Laser-Strahlschmelzverfahren (LBM), insbesondere ein selektives Laserschmelzverfahren (SLM), ein Elektronen-Strahlschmelzverfahren (EBM), ein Fused Layer Modelling/Manufacturingverfahren (FLM/FFF), ein Multi-Jet Modelling-Verfahren (MJM), ein Poly-Jet Modelling-Verfahren (PJM), ein Binder Jetting-Verfahren, ein Layer Laminated Manufacturing-Verfahren (LLM), ein Digital Light Processing-Verfahren (DLP) und/oder ein Thermotransfer-Sintern-Verfahren (TTS) zum Einsatz kommen.
8 zeigt eine Stützstruktur 3 welche einen steifen Stützstrukturabschnitt 27 sowie einen flexiblen bzw. federnden Stützstrukturabschnitt 28 umfasst. Der steife Stützstrukturabschnitt 27 kann zumindest abschnittsweise in bekannter Weise aufgebaut sein, hier z. B. in Form einer Tragwerksform.
Bezugszeichenliste

1: dreidimensionale Objekt
2: Fertigungsvorrichtung
3: Stützstruktur
4: Abstützort
5: Grundplatte
6: Trägerplatte
7, 7': Abstützabschnitt von 1
8: Abstützbereich von 9
9: weiteres dreidimensionales Objekt
10: Sollbruchstelle
11: Teilbereich von 3
12: Streckenabschnitt
13: Streckenabschnitt
14: Schwingelement
15, 15': Sollbruchbereich
16, 16': erstes Stützelement
17: erste Stützelementgruppe
18, 18': zweites Stützelement
19: zweite Stützelementgruppe
20: zweiter Abstützort
21: Beschichtungs- und/oder Glättungselement
22: Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung
23: Abschnitt
24: Bauraum
25: Pfeil
26: weiteres Stützelement
27: starrer Stützstrukturabschnitt
28: flexibler Stützstrukturabschnitt
29: Belastungsrichtung
30: Belastungsrichtung
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1358855 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (1), insbesondere eines Fahrzeugbauteils, in einer additiven Fertigungsvorrichtung (2) durch sukzessive selektive Verfestigung eines, insbesondere pulverförmigen, Baumaterials zur Bildung des dreidimensionalen Objekts (1), umfassend folgende Verfahrensschritte: - Aufbauen einer Stützstruktur (3) während der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts (1) die das dreidimensionale Objekt (1) zumindest abschnittsweise zu einem Abstützort (4, 20) abstützt, - zumindest abschnittsweises Trennen der Stützstruktur (3) von dem dreidimensionale Objekt (1) und/oder von dem Abstützort (4, 20) nach der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts (1), dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest abschnittsweise Trennen der Stützstruktur (3) auf Grund eines Schwingungsbruchs durch ein in Schwingung versetzten der Stützstruktur (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstützort (4, 20) - eine Grundplatte (5) der Fertigungsvorrichtung (2) und/oder - ein auf einer Grundplatte (5) der Fertigungsvorrichtung (2) aufgebautes Trägerelement (6) und/oder - einen Abstützabschnitt (7, 7') des aufzubauenden dreidimensionalen Objekts (1) und/oder - ein weiteres mit aufgebautes dreidimensionales Objekt (9) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (3) mit wenigstens einer vordefinierten Sollbruchstelle (10) versehen ist und während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur (3) die Sollbruchstelle (10) bricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (3) wenigstens ein schwingbar ausgebildetes Schwingelement (14) umfasst, das bei in Schwingung versetzen der Stützstruktur (3) derart schwingt, insbesondere derart angeregt wird, dass wenigstens ein vordefinierter, insbesondere benachbart zu dem Schwingelement (14) ausgebildeter, Sollbruchbereich (15, 15') auf Grund des in Schwingung versetzen der Stützstruktur (3) bricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur (3) die Schwingung in Frequenz und/oder Amplitude derart gewählt ist, dass eine Anregung eines Schwingelements (14) erfolgt, insbesondere erfolgt eine auf die Eigenfrequenz des Schwingelements (14) abgestimmte Anregung durch die Schwingung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (3) wenigstens eine erste, wenigstens ein erstes Stützelement (16, 16') umfassende Stützelementgruppe (17) umfasst, wobei die erste Stützelementgruppe (16, 16') das dreidimensionale Objekt (1) gegenüber einem ersten Abstützort (4, 20) und eine zweite, wenigstens ein zweites Stützelement (18, 18') umfassende Stützelementgruppe (19) das dreidimensionale Objekt (1) gegenüber einem zweiten Abstützort (4, 20) abstützt, wobei das wenigstens eine erste Stützelemente (16, 16') der ersten Stützelementgruppe (17) derart unterschiedlich zu dem wenigstens einen zweiten Stützelement (18, 18') der zweiten Stützelementgruppe (19) ausgebildet ist, dass während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur (3) das wenigstens eine erste Stützelement (16, 16') der ersten Stützelementgruppe (17) zeitlich vor dem wenigstens einen zweiten Stützelement (18, 18') der zweiten Stützelementgruppe (19) bricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des zumindest abschnittsweisen Trennens der Stützstruktur (3) in einer ersten Schwingungsphase eine erste Schwingung mit einer ersten Amplitude und/oder mit einer ersten Frequenz auf die Stützstruktur (3) eingebracht wird und in einer zweiten Schwingungsphase eine zweite Schwingung mit einer zweiten, zur ersten Amplitude und/oder Frequenz unterschiedlichen Amplitude und/oder Frequenz auf die Stützstruktur (3) eingebracht wird, insbesondere ist die erste Schwingung auf ein Schwingbruchverhalten, insbesondere eine Eigenfrequenz, der ersten Stützelementgruppe (17) und die zweite Schwingung auf ein Schwingbruchverhalten, insbesondere eine Eigenfrequenz, einer zweiten Stützelementgruppe (19) abgestimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (3) wenigstens eine erste, wenigstens ein erstes Stützelement (16, 16') aufweisende Stützelementgruppe (17) umfasst, wobei die erste Stützelementgruppe (17) das dreidimensionale Objekt (1) gegenüber einem ersten Abstützort (4) und eine weitere, wenigstens ein weiteres Stützelement (26) umfassende Stützelementgruppe das dreidimensionale Objekt (1) gegenüber einem zweiten Abstützort (20) abstützt, wobei das wenigstens eine erste Stützelemente (16, 16') der ersten Stützelementgruppe (17) derart unterschiedlich zu dem wenigstens einen weiteren Stützelement (26) der weiteren Stützelementgruppe ausgebildet ist, dass während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur (3) zum zumindest abschnittsweisen Trennen, das wenigstens eine erste Stützelement (16, 16') der ersten Stützelementgruppe (17) bricht und das wenigstens eine weitere Stützelement (26) der weiteren Stützelementgruppe während des in Schwingung versetzen der Stützstruktur (3) nicht bricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schwingung versetzten der Stützstruktur (3) ausgeführt wird, während sich das dreidimensionale Objekt (1) innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung (2), in der das dreidimensionale Objekt (1) hergestellt wurde, befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbau des dreidimensionale Objekts (1) in der additiven Fertigungsvorrichtung (2) das dreidimensionale Objekt (1) zumindest teilweise mit der Stützstruktur (3) aus der additiven Fertigungsvorrichtung (2) entnommen und einer Bearbeitungsvorrichtung zugeführt wird, wobei in oder an der Bearbeitungsvorrichtung die Stützstruktur (3) in Schwingung versetzt wird, um das dreidimensionale Objekt (1) von der Stützstruktur (3) zumindest abschnittsweise zu trennen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der additiven Herstellung des dreidimensionalen Objekts (1) ein Beschichtungs- und/oder Glättungselement (21) eine geradlinige, insbesondere horizontale, Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung (22) ausführt, wobei die Stützstruktur (3) derart ausgebildet oder ausgerichtet ist, dass diese in der Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung (22) des Beschichtungs- und/oder Glättungselements (21) eine höhere Steifigkeit, insbesondere eine um wenigstens 20% höhere Steifigkeit, aufweist, als in eine Richtung, die einen Winkel α von 5° bis 85°, bevorzugt von 15 ° bis 75 °, besonders bevorzugt einen Winkel α von 40 ° bis 140 °, höchst bevorzugt von 75 ° bis 105 °, mit der Beschichtungs- und/oder Glättungsbewegung (22) einschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das additive Verfahren zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts (1) ein Stereolithografie-Verfahren (SL), ein Laser-Sintern-Verfahren (LS), ein Laser-Strahlschmelzverfahren (LBM), insbesondere ein selektives Laserschmelzverfahren (SLM), ein Elektronen-Strahlschmelzverfahren (EBM), ein Fused Layer Modelling/Manufacturingverfahren (FLM/FFF), ein Multi-Jet Modelling-Verfahren (MJM), ein Poly-Jet Modelling-Verfahren (PJM), ein Binder Jetting-Verfahren, ein Layer Laminated Manufacturing-Verfahren (LLM), ein Digital Light Processing-Verfahren (DLP), ein Thermotransfer-Sintern-Verfahren (TTS) ist.
Stützstruktur (3) zum Abstützen eines nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten dreidimensionalen Objekts (1) von einem Abstützort (4, 20), wobei die Stützstruktur (3) derart ausgebildet ist, dass die Stützstruktur (3) durch Beaufschlagung mit einer Schwingung auf Grund eines Schwingungsbruchs von einem Abstützort (4, 20) trennbar ist.
Dreidimensionales Objekt (1), insbesondere Fahrzeugbauteil, hergestellten in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.