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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der anschließenden Bearbeitung eines zuvor in einem additiven Herstellungsverfahren erzeugten Werkstücks, wobei an dem Werkstück während dessen additiver Herstellung Markierungen angebracht werden.
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Ein in einem additiven Herstellungsverfahren, häufig auch als 3D-Druckverfahren bezeichnet, hergestelltes Werkstück mit Markierungen geht aus dem Gebrauchsmuster
DE 20 2015 005 115 U1 hervor. Dieses Gebrauchsmuster offenbart ein im 3D-Druck hergestelltes Werkstück, welches mit unterschiedlichen künstlichen Merkmalen während des 3D-Drucks versehen werden kann. Dazu zählen eindimensionale Codes, mehrdimensionale Codes, magnetische Codes, mechanische Codes, optische Codes und elektronische Codes. Als mechanische Codes sind dabei insbesondere Barcodes offenbart, welche als Vertiefungen oder Öffnungen an dem Werkstück angebracht sind. Ebenso sind erhabene Bar Codes gezeigt, welche sich als Erhebungen an der Oberfläche des Werkstücks zeigen. Mit diesen Markierungen ist eine eindeutige Identifizierung von im 3D-Druck hergestellten Werkstücken möglich. Die in das Werkstück eingebrachten Codes werden dabei in eine Datei integriert, welche beim Druckprozess zur Herstellung des Werkstücks verwendet wird. Auf diese Art und Weise werden die Druckdaten beim 3D-Druck entsprechend verändert, so dass der vertiefte oder erhabene Code an dem Werkstück angebracht wird.
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Ausgehend vom Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, die Weiterverarbeitung von in einem additiven Herstellungsverfahren erzeugten Werkstücken zu automatisieren und zu erleichtern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Markierungen zur Steuerung des Auftragens oder Abtragens von Material bei der anschließenden Bearbeitung des Werkstücks verwendet werden. Die während des additiven Herstellungsverfahrens erzeugten Markierungen an den Werkstücken werden somit nicht nur wie beim Stand der Technik zur Identifizierung des Werkstücks genutzt, sondern sie dienen dazu, bei der Weiterverarbeitung der Werkstücke den Prozess des Auftragens oder Abtragens von Material, insbesondere durch Lackier- oder Schleifprozesse, zu steuern.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Markierungen im Werkstück Vertiefungen sind. Diese Vertiefungen dienen dazu, das Abtragen von Material eines in dem additiven Herstellungsverfahren erzeugten Werkstücks zu steuern. So kann durch die Tiefe der Vertiefungen der Abtragungsprozess gesteuert werden, indem die Oberfläche des Werkstücks so lange einem Abtragungsprozess wie z.B. Schleifen oder Fräsen unterzogen wird, bis die Vertiefungen nicht mehr sichtbar sind. Die Sichtbarkeit der Vertiefungen kann dabei entweder visuell durch das Bedienpersonal der Maschine zum Abtragen des Materials beurteilt werden oder automatisch durch einen optischen Sensor, welcher die Vertiefungen ausmisst, oder auch durch einen taktilen Sensor, welcher die Vertiefungen ertastet. Insbesondere bei mehreren unterschiedlichen Vertiefungen einer Markierung ist es auch möglich, dass der Abtragungsprozess nicht soweit durchgeführt wird, dass alle Vertiefungen verschwinden, so dass manche Vertiefungen nach der Bearbeitung als permanentes Merkmal sichtbar und fühlbar bleiben.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Markierungen im Werkstück Erhebungen sind. Mit diesen Erhebungen können Material auftragende Prozesse wie z.B. Lackieren oder Drucken gesteuert werden. Die Höhe der Erhebungen legt fest, wieviel Lack oder Druckfarbe auf das Werkstück aufgetragen wird. So kann vorgesehen sein, dass solange auf das Werkstück Lack oder Druckfarbe aufgetragen wird, bis die Erhebungen nicht mehr zu fühlen, zu sehen oder zu ertasten sind. Auch dies kann visuell vom Bediener der Maschine zum Lackieren und Drucken oder durch einen optischen Sensor oder einen taktilen Sensor beurteilt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Markierung sowohl Erhebungen als auch Vertiefungen umfasst. In diesem Fall kann mit einer Markierung, welche sowohl eine Erhebung als auch eine Vertiefung umfasst, sowohl ein auftragender Prozess als auch ein abtragender Prozess gesteuert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Markierungen unterschiedlich hohe Erhebungen sind und dass für jede unterschiedlich hohe Erhebung eine entsprechende Lackschichtdicke oder Druckfarbedicke durch die Lackiermaschine, die Druckmaschine oder das Lackierwerk aufgetragen sind. Wenn auf dem Werkstück z.B. fünf unterschiedlich hohe Erhebungen angebracht sind, so wird die erste Lackschicht solange aufgetragen, bis die erste Erhebung verschwunden ist. Die zweite Lackschicht wird aufgetragen, bis die zweite Erhebung verschwunden ist. Das Ganze wird solange wiederholt, bis die letzte Erhebung verschwunden ist und somit auch die letzte Lackschicht aufgetragen ist. Vor allem kann die letzte Schicht auch im Druckverfahren wie z.B. Inkjet aufgetragen werden, so dass nicht nur die Oberfläche geglättet, sondern zugleich ein Druckbild aufgetragen wird. Es ist auch möglich eine der mittleren Schichten als Druckschicht auszuführen, die dann durch Klarlackschichten überdruckt wird. So ist das Druckbild geschützt und trotzdem nach außen hin sichtbar. Die unterschiedlich hohen Erhebungen können somit problemlos das Auftragen mehrerer Lackschichten einschließlich einer entsprechenden Grundierung durch Dimensionierung der Erhebungen steuern. Auch hierzu können die Erhebungen optisch, visuell oder taktil, insbesondere durch Kameras oder taktile Sensoren, erfasst werden. Eine Lackiermaschine kann so durch eine Kamera vollautomatisch gesteuert durch die unterschiedlich hohen Erhebungen selbsttätig mehrere Lackschichten bzw. Grundierungen auftragen. Insbesondere bei mehreren unterschiedlich hohen Erhebungen einer Markierung ist es auch möglich, dass der Auftragungsprozess nur soweit durchgeführt wird, dass nicht alle Erhebungen verschwinden, so dass manche Erhebungen nach der Bearbeitung als permanentes Merkmal sichtbar und fühlbar bleiben.
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In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Markierungen zur Steuerung des Auftragens oder Abtragens von Material bei der anschließenden Bearbeitung des Werkstücks zusätzliche, codierte Informationen zur Bearbeitung des Werkstücks, wie z.B. Lackschichtdicke und Art des Lacks, enthalten, wobei diese Informationen während des anschließenden Bearbeitungsprozesses durch ein Lesegerät, insbesondere mittels optischer Erfassung, ausgelesen werden. In diesem Fall dienen die Markierungen nicht nur zur Steuerung des Auftragens oder Abtragens von Material, sondern sie beinhalten zusätzliche Informationen, z.B. in Form eines Barcodes oder anderer visuell erkennbarer Codes, welche für die weitere Verarbeitung des Werkstücks benötigt werden, wie z.B. die Art des Lacks. In diesem Fall kann automatisch an die Steuerung einer Lackiermaschine die Informationen übertragen werden, welcher Lack auf das Werkstück aufgebracht werden soll, indem mit einem Sensor, wie einer Kamera in der Lackiermaschine die aufgebrachte Markierung ausgelesen wird. Weiterhin können auch Informationen zur Identifizierung des Werkstücks, wie im Stand der Technik, ebenfalls in die Markierung integriert werden, so dass die Maschine zum Auftragen oder Abtragen von Material das Werkstück exakt identifizieren kann. Es ist also möglich, Markierungen sowohl zur Steuerung des Auftragens oder Abtragens von Material als auch für andere Zwecke während des Weiterverarbeitungsprozesses zu nutzen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Figuren näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1a: ein im 3D-Druck hergestelltes Werkstück mit sieben unterschiedlichen Vertiefungen,
- 1b: ein im 3D-Druck hergestelltes Werkstück mit vier unterschiedlichen Vertiefungen,
- 2: ein im 3D-Druck hergestelltes Werkstück mit sieben unterschiedlichen Erhebungen und
- 3: ein im 3D-Druck hergestelltes Werkstück mit einer kombinierten Markierung bestehend aus Vertiefung und Erhebung.
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Die Werkstücke 1 in den 1a und 1b weisen eine unterschiedliche Anzahl von Vertiefungen 2 auf, welche zur Steuerung von Material abtragenden Prozessen verwendet werden. Die Vertiefungen 2 dienen dazu, das im 3D-Druck hergestellte Werkstück 1 definiert zu glätten, da es nach der Herstellung im 3D-Druckverfahren zunächst eine sehr raue Oberfläche aufweist. Über die unterschiedlichen Vertiefungen können nun unterschiedliche Glättungsprozesse gesteuert werden. So können zunächst zwei Glättungsprozesse mit Schleifmaterialien mit zwei unterschiedlichen Körnungen durchgeführt werden. Der erste Schleifprozess wird solange durchgeführt, bis die erste Vertiefung nicht mehr zu sehen ist. Dann wird auf den zweiten Schleifprozess gewechselt, welcher eine andere Körnung aufweist und das Werkstück 1 wird solange abgeschliffen, bis die zweite, tiefere Markierung nicht mehr zu sehen ist. Daran können sich weitere Schleifprozesse mit unterschiedlichen Körnungen anschließen, bis wie in 1a alle sieben Vertiefungen nicht mehr zu sehen sind oder wie in 1b alle vier Vertiefungen nicht mehr zu sehen sind. Die 1a und 1b zeigen, dass mit einer Anzahl von unterschiedlichen Vertiefungen 2 ein Abtragungs- bzw. Abschleifprozess in mehreren Stufen sehr fein zu steuern ist. Dabei werden die Vertiefungen 2 entweder vom Bediener der Schleifmaschine visuell begutachtet oder sie werden mit einer Kamera oder einem taktilen Sensor abgetastet, welcher das Verschwinden einer Vertiefung 2 ermittelt und dann den Schleifprozess entsprechend umstellt. Wenn der Schleifprozess vollendet ist, sind die Vertiefungen 2 auf jeden Fall vollständig verschwunden, so dass am Werkstück 1 keine Markierungen mehr zu sehen ist.
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Das Werkstück 1 in 2 weist sieben flächige Erhebungen 3 auf, welche alle unterschiedlich groß sind. Bevorzugt sind die Erhebungen 3 in einer systematischen Reihenfolge angeordnet, so dass die Erhebungen von der niedrigsten Erhebung bis zur größten Erhebung geordnet sind. Auch hier ist von einer rauen Oberfläche des Werkstücks 1 auszugehen, wobei die Oberfläche diesmal durch das Auftragen von einer Grundierung und von Lacken verändert wird. Das Auftragen der Lackierung geschieht meist aus Schutz- oder Dekorgründen. So kann z.B. eine deckende Grundierung und anschließend ein zusätzlicher Klarlack aufgetragen werden. Dazu würden zwei Erhebungen 3 ausreichen. Mit den in 2 vorhandenen sieben Erhebungen 3 können bis zu sechs Lackschichten und zusätzlich eine Grundierung aufgetragen werden. Auch hier kann das Auftragen der Lackschichten vom Bediener der Lackiermaschine visuell beurteilt werden, oder es ist ein Sensor wie eine Kamera vorhanden, welche das Verschwinden der Erhebung 3 in der Lackschicht erfasst und so den Übergang zur nächsten Lackschicht steuert. Es ist auch möglich eine der Lackschichte, bevorzugt die oberste Schicht, durch eine Druckschicht z.B. per Inkjetdruck aufzubringen. Somit kann das Werkstück 2 beliebig bedruckt werden. Die Dicke der Druckschicht wird dann ebenfalls durch eine Erhebung 3 gesteuert. Es ist auch möglich eine mittlere Lackschicht durch eine Druckschicht zu ersetzen. Diese kann dann durch darüber liegende Klarlackschichten geschützt wird.
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Eine der Erhebungen ist in 2 zudem dunkel eingefärbt und bildet somit eine farbige Erhebung 5, welche kontrastierend zum Werkstück 1 eingefärbt ist. Diese farbige Erhebung 5 ist z.B. in einer Klarlackschicht auch dann noch sichtbar, wenn die farbige Erhebung 5 vom Klarlack völlig umgeben oder sogar überdruckt ist. Somit kann eine kontrastierende Markierung der zeugt werden, die nach dem Bearbeitungsschritt nicht mehr fühlbar, aber dennoch sichtbar bleibt und so das Werkstück 1 permanent kennzeichnet.
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In 3 ist ein Werkstück 1 abgebildet, welches eine kombinierte Markierung 4 aufweist. Mit dieser kombinierten Markierung 4 kann sowohl ein Abtragungsprozess als auch ein Material auftragender Prozess gesteuert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- Vertiefung
- 3
- Erhebung
- 4
- kombinierte Markierung
- 5
- farbige Erhebung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015005115 U1 [0002]
