DE102020116173A1

DE102020116173A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Additiven Fertigung einer geschichteten Holzstruktur

Info

Publication number: DE102020116173A1
Application number: DE102020116173.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schäfer; Maximilian Rühl
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2021-12-23

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer geschichteten Holzstruktur umfasst die Schritte: Bereitstellen (S110) eines Holzfurnierblatts (112); Schneiden (S120) des Holzfurnierblatts (112) mit Hilfe eines Laserstrahls (127) entlang einer vorbestimmten Kontur; Transportieren (S130) von zumindest Teilen des geschnittenen Holzfurnierblatts (112) zu einem vertikal höhenverstellbaren Hubtisch (140), um dort schichtweise die geschichtete Holzstruktur auszubilden; und Pressen (S140) des Holzfurnierblatts (112) auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur, so dass eine weitere Schicht der geschichteten Holzstruktur entsteht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Additiven Fertigung einer geschichteten Holzstruktur, und insbesondere auf eine Additive Fertigung von Holzbauteilen aus Schälfurnier unter Verwendung des Laminated Object Modeling / Layer Laminated Manufacturing (LOM / LLM) Verfahrens.
HINTERGRUND
In der Additiven Fertigung von Holz ist bekannt, Holz als Zuschlagsmittel (z.B. in Form von Pulvern oder Spänen) für beispielsweise Kunststoffe oder mineralische Stoffe zu verwenden. Insbesondere werden etwa den Kunststofffilamenten für den Fused-Deposition-Modeling-Druck (FDM-Druck) Holzmehle zugesetzt, oder Holzspäne in beispielsweise als Bindemittel dienende, mineralische Stoffe wie Gips oder Zement gemischt oder in größeren Mengen zur Herstellung von Leichtbeton verwendet. Zudem dient Holz als Ausgangsmaterial der Gewinnung bestimmter Bestandteile, wie etwa Lignin oder Cellulose.
Das für diese Verfahren verwendete oder durch sie gewonnene Holzmaterial dient dabei in erster Linie einer Verbesserung einer ökologischen Bilanz, einer Verringerung der Dichte eines Erzeugnisses oder dessen optischen Eigenschaften. Die Verfahren haben gemeinsam, dass der Werkstoff Holz nicht als Hauptbestandteil des zu fertigenden Werkstücks dient. Darüber hinaus wird die Faserstruktur des Holzes durch die hohe Zersetzung zerstört. Damit können zwar einige Vorteile des Holzes genutzt werden, die guten mechanischen Eigenschaften des Holzes bei niedriger Dichte und geringem Gewicht entfallen jedoch.
Additive Fertigung verlangt grundsätzlich eine Vorbereitung und Zerkleinerung des Materials. So wird im FDM-Verfahren beispielsweise Kunststoff wie etwa PLA, PETG oder ABS zu Granulat verarbeitet oder als Filament geformt, das vor dem Extrusionsvorgang geschmolzen und dann dem Druckprozess zugeführt werden kann. Andere Verfahren, wie beispielsweise die Stereolithografie, nutzen flüssiges Material (insbesondere Harze). Ein weiteres bestehendes Verfahren der Additiven Fertigung ist das LOM / LLM - Verfahren. Dieses Verfahren schichtet Papier oder Folien aus Kunststoff, Metall oder Keramik aufeinander auf und schneidet eine gewünschte Kontur in der Regel mit Hilfe eines Schneidewerkzeugs, z.B. eines Lasers. Die verwendeten Materialien sind dabei selbstklebend, oder sie sind mit einem thermisch zu aktivierenden Bindemittel beschichtet und können durch eine beheizte Walze gefügt werden.
Um die mechanischen Eigenschaften des Holzes nutzen zu können, ist ein Erhalt der natürlichen Faserstruktur unerlässlich. Für eine Additive Fertigung ist dabei ein dem LLM / LOM - Verfahren nachempfundenes Verfahren am geeignetsten. Eine bekannte Anwendung eines LOM / LLM - Verfahrens zur Fertigung von Holzstrukturen geht von Sperrholz aus, das vermittels einer CNC-Fräse zugeschnitten und Schicht für Schicht mit einem Leim verklebt wird. Dabei ist jedoch die geometrische Auflösung durch die sich notwendigerweise ergebende hohe Schichtdicke wie auch durch den für eine ausreichend effiziente Geschwindigkeit relativ großen Fräsdurchmesser vergleichsweise grob.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Verfahren zur Additiven Fertigung einer Holzstruktur, in der insbesondere mechanische Eigenschaften von Holz als Werkstoff bewahrt bzw. ausgenutzt werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Dieses Ziel wird zumindest teilweise durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 8 erreicht. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen des genannten Verfahrens und der genannten Vorrichtung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer geschichteten Holzstruktur aus Holzfurnier. Das Verfahren umfasst zunächst ein Bereitstellen eines Holzfurnierblatts. Es folgt ein Schneiden des Holzfurnierblatts mit Hilfe eines Laserstrahls entlang einer vorbestimmten Kontur und ein Transportieren von zumindest Teilen des geschnittenen Holzfurnierblatts zu einem vertikal höhenverstellbaren Hubtisch, um dort schichtweise die geschichtete Holzstruktur auszubilden. Mit Hilfe des Hubtischs und beispielsweise einer (bedarfsweise beheizbaren) Druckplatte erfolgt ein Pressen des Holzfurnierblatts auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur, so dass eine weitere Schicht der geschichteten Holzstruktur entsteht.
Unter geschichteter Holzstruktur soll dabei ein breit gefasster Begriff für ein Fertigungsteil vornehmlich aus Holz verstanden werden, das sich durch die Merkmale einer vorteilhafterweise möglichst weitgehenden Beibehaltung einer inneren Struktur des gewachsenen Holzes zur Wahrung von dessen mechanischen Eigenschaften sowie durch einen Aufbau aus mehreren planparallelen Schichten auszeichnet.
Das Holzfurnierblatt besteht dabei vorteilhafterweise aus Schälfurnier. Schälfurnier wird aus einem im Wesentlichen zylindrisch geformten Baumstamm durch ein Abschälen bzw. Schneiden mit einer Klinge in vorwiegend azimutaler Richtung gewonnen. Auf diese Weise sind geschmeidige großflächige Furniere in Dicken von beispielsweise 0.5 mm bis 1.5 mm erzeugbar, deren Flächenausdehnungsmaße nicht direkt durch den Durchmesser des Baumstamms begrenzt sind. Solche Schälfurniere können in gerolltem Zustand als Schälfurnierrollen transportiert und nach dem Abrollen verarbeitet werden. Im vorliegenden Verfahren kann das Schälfurnier beispielsweise als Rollenware an einem Fertigungstisch eingespannt werden; das Holzfurnierblatt hat dann die Form einer Furnierbahn.
Ein für das vorgestellte Verfahren bedeutsamer Verfahrensschritt des Schälens bzw. der Schälfurniererzeugung ist eine dem Abschälen vorangehende Dämpfung oder Wässerung unter hoher (jedoch nicht notwendigerweise siedender) Temperatur. Dieser Verfahrensschritt bedingt eine für das Schneiden vorteilhafte Geschmeidigkeit des Holzes. Aufgrund dieses Verfahrensschritts sind frisch abgeschälte Schälfurniere in der Regel noch feucht. Im vorgestellten Verfahren kann dies beim Pressen des Holzfurnierblatts ausgenutzt werden, da sich ein solches Holzfurnierblatt unter dem Druck der Druckplatte ohne weiteres Verbindungsmittel mit der bis dahin ausgebildeten geschichteten Holzstruktur verbinden lassen kann. Eine Haltbarkeit der geschichteten Holzstruktur hängt dabei insbesondere von einer Art des verwendeten Holzes ab und kann von einer vorteilhaften Prozessgestaltung (etwa einer Wahl von Druck und Temperatur einer Umgebung sowie der Druckplatte) sowie durch geeignete Formgebung im Schneidverfahren vorteilhaft beeinflusst werden.
Das Holzfurnierblatt bzw. die Furnierbahn kann dann über einen geeigneten Schneidtisch geführt werden. Zur Bereitstellung des Laserstrahls kann beispielsweise ein CO₂-Lasergerät zum Einsatz kommen. Solche Lasergeräte sind im Stand der Technik für das Schneiden von Furnier bekannt. Ferner kann der Laserstrahl eines solchen Lasergeräts auch zum Gravieren des Holzfurnierblatts verwendet werden. Dies kann vorteilhaft sein, um beispielsweise durch Ausbilden eines geeigneten Reliefs auf dem Holzfurnierblatt eine die Lagestabilität der gepressten Holzschichten begünstigende Oberflächenstruktur zu schaffen. Durch das Schneiden und Gravieren von Furnier wie auch durch andere bekannte LOM / LLM - Verfahren sind verschiedene Ausführungen für eine Steuerung des Laserstrahls bekannt. Für das vorgestellte Verfahren kann die Steuerung des Laserstrahls beispielsweise über einen Spiegel erfolgen; die Kontur der Werkstückschicht wird dabei mit dem Laserstrahl über einen schwenkbaren Spiegel abgefahren und ausgeschnitten. Damit ist zusätzlich auch der Neigungswinkel der Schnittkanten optimal an die geometrische Oberfläche anpassbar (Vermeidung von typischen stufenförmigen Kanten).
Das Transportieren von zumindest Teilen des Holzfurnierblatts zum Hubtisch kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Eine einfache Methode kann etwa darin bestehen, beim Schneiden des Holzfurnierblatts an geeigneten Stellen filigrane Haltestege bestehen zu lassen, welche einen Transport des ganzen geschnittenen Holzfurnierblatts zum Hubtisch ermöglichen. Der Transport kann beispielsweise für ein aus einer Rolle sukzessive abzuwickelndes Holzfurnierblatt durch weiteres Abwickeln der Rolle erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Transport auch beispielsweise über ein geeignetes Förderband oder auch durch einen händischen Eingriff geschehen. Durch die Beförderung des ganzen geschnittenen Holzfurnierblatts kann insbesondere auch die Ausrichtung des Holzfurnierblatts bzw. derjenigen Teile des Holzfurnierblatts, welche zur Bildung der weiteren Schicht der geschichteten Holzstruktur auf diese angepresst werden sollen, auf einfache Weise erreicht werden. Durch eine vertikale Bewegung des Hubtischs können, beispielsweise auch unter einem geeigneten Einspannen eines Rands des Holzfurnierblatts, wie vorangehend erwähnt etwa vorhandene filigrane Haltestege gebrochen werden.
Das Pressen dient der Sicherstellung eines kraftschlüssigen Verbunds des Holzfurnierblatts mit der bis dahin ausgebildeten geschichteten Holzstruktur. Es kann beispielsweise durch eine über dem Hubtisch angeordnete Druckplatte erfolgen, indem der Hubtisch vertikal gegen die Druckplatte gefahren wird. Eine Zeitdauer und Intensität des Pressens richtet sich nach der Art und Qualität des Holzes, der Temperatur während des Verfahrens und insbesondere während des Pressens, nach der Form und dem Zustand, insbesondere hinsichtlich der Feuchtigkeit, des Holzfurnierblatts, sowie nach einem Gebrauch und gegebenenfalls einer Art eines optional verwendeten Verbindungsmittels.
Die vorangehend beschriebenen Schritte des Verfahrens sind in einer für die Bildung der geschichteten Holzstruktur geeigneten Abfolge zu wiederholen, um die angestrebte Geometrie aufzubauen. Dabei kann eine Änderung der hier dargestellten Reihenfolge der Schritte vorteilhaft sein. Beispielsweise können mehrere oder alle Holzfurnierblätter zunächst mit dem Laserstrahl geschnitten und übereinandergelegt werden, bevor ein bzw. das Pressen stattfindet.
Optional umfasst das Bereitstellen des Holzfurnierblatts ein Schälen (bzw. eine Schälfurniererzeugung) aus einem Holzkörper zur Bildung des Holzfurnierblatts.
Wie vorangehend erläutert, ist das Schälen als Verfahren bekannt. In einem weiteren Sinn umfasst dieses Verfahren ein Entrinden und Zuschneiden eines Baumstamms, dessen Dämpfung oder Wässerung bei Temperaturen von Beispielsweise 40 bis 90 Grad Celsius, sowie ein Säubern und Glatthobeln zur Herstellung eines geeigneten, im Wesentlichen zylindrischen Holzkörpers. Weiter umfasst das Schälen dann in einem engeren Sinn ein Einspannen des Holzkörpers in noch nassem Zustand sowie dessen Drehung um eine zuvor festgelegte Achse gegen eine feststehende Messerklinge, welche durch einen zuvor gewählten und insbesondere die Dicke des entstehenden Holzfurnierblattes bestimmenden Winkel den Holzkörper abschält und so das Holzfurnierblatt herstellt.
Optional umfasst das Schälen dabei ein variables Einstellen einer Dicke des Holzfurnierblatts. Dabei kann die Dicke während der Herstellung des Holzfurnierblatts geändert bzw. dynamisch angepasst werden, so dass ein Holzfurnierblatt mit lokal unterschiedlicher Dicke entsteht. Die variable Dicke kann vorteilhaft für einen effizienten Aufbau der geschichteten Holstruktur genutzt werden.
Optional wird das Schälen zeitlich nahe vor den weiteren Schritten ausgeführt, sodass das Holzfurnierblatt in einem feuchten Zustand gepresst wird.
Bei ausreichend feuchtem und warmem, in seiner Struktur geeignetem Holz kann der Verbund des Holzfurnierblatts mit der bis dahin ausgebildeten Holzstruktur ohne Verbindungsmittel geschehen. Für eine Bereitstellung des Holzfurnierblatts aus einer Rollenware kann eine Feuchtigkeit des Holzfurnierblatts alternativ oder zusätzlich auch durch ein Einhüllen des gerollten Furniers erreicht werden. Beispielsweise kann auf dem Furnier vor dessen Aufrollen zur Bildung der Rollenware eine Folienschicht aufgebracht werden, die beim Bereitstellen des Holzfurnierblatts aus der Rollenware vom Holzfurnierblatt entfernt wird.
Optional umfasst das Bereitstellen des Holzfurnierblatts ein Auftragen eines thermisch aktivierbaren Verbindungsmittels auf dem Holzfurnierblatt.
Ein Auftragen eines thermischen Verbindungsmittels ist aus verschiedenen LOM / LLM - Verfahren für andere Materialien bekannt. Während dort ein Erwärmen zur Aktivierung des Verbindungsmittels in der Regel unmittelbar an das Schneiden einer Folie durch ein Glätten mit einem erwärmten Walzkörper anschließt, kann dies im vorliegenden Fall auch nach dem Transportieren und Auflegen einer oder mehrerer Holzfurnierschichten auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur geschehen.
Optional kann jedoch ein Auftragen eines Verbindungsmittels auch nach dem Schneiden und vor dem Pressen erfolgen.
Insbesondere kann das Auftragen des Verbindungsmittels während des Transportierens oder auch unmittelbar vor einer Positionierung des Holzfurnierblatts auf der bis dahin ausgebildeten geschichteten Holzstruktur geschehen. Das Verbindungsmittel kann dabei thermisch aktivierbar oder auch wie beispielsweise ein Holzleim unmittelbar verbindend wirken. Das Verbindungsmittel kann auf das Holzfurnierblatt bzw. Teile desselben, oder auch auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur aufgetragen werden.
Optional ist zumindest ein Teil der Druckplatte für eine Erwärmung ausgebildet, und während des Pressens des Holzfurnierblatts mit Hilfe der Druckplatte findet ein Erwärmen statt. Das Erwärmen kann dabei lediglich für das Pressen der Teile des Holzfurnierblattes auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur vorteilhaft sein, oder auch eine Aktivierung eines thermisch aktivierbaren Verbindungsmittels herbeiführen.
Ausbildungsbeispiele beziehen sich weiter auf eine Vorrichtung für eine Herstellung einer geschichteten Holzstruktur. Die Vorrichtung umfasst eine Ausgabeeinrichtung, die ausgebildet ist, um ein Holzfurnierblatt auszugeben; eine Lasereinrichtung, die ausgebildet ist, um einen Laserstrahl zu erzeugen und mit dem Laserstrahl das Holzfurnierblatt zu schneiden; eine Hubtischeinrichtung, die einen Hubtisch umfasst, der vertikal höhenverstellbar ausgebildet ist, und eine Ablage für die zu fertigende geschichtete Holzstruktur bietet; eine Transporteinrichtung, die ausgebildet ist, um zumindest Teile des Holzfurnierblatts in eine Position über dem Hubtisch zu transportieren; und eine Presseinrichtung mit einer Druckplatte, die über dem Hubtisch ausgebildet ist, um das Holzfurnierblatt vertikal zu pressen, so dass eine Schicht der geschichteten Holzstruktur entsteht.
Die Transporteinrichtung kann dabei ein Förderband sein, das ausgebildet ist, um als Unterlage beim Schneiden des Holzfurnierblatts zu dienen, und nach dem Schneiden das Holzfurnierblatt über den Hubtisch zu befördern. Alternativ oder zusätzlich kann die Transporteinrichtung etwa auch einen Motor für eine Furnierrolle umfassen, welcher eine Starrheit des Furniers ausnutzt, um das Holzfurnierblatt durch Abwickeln der Furnierrolle zunächst über einen Schneidetisch und nach dem Schneiden durch den Laserstrahl weiter über den Hubtisch zu befördern. Die Transporteinrichtung oder auch die Hubtischeinrichtung können zudem eine Fixiereinrichtung umfassen, welche ausgebildet ist, um das Holzfurnierblatt beispielsweise vor und hinter der Druckplatte zu fixieren und so eine Verschiebung des Holzfurnierblatts zu verhindern.
Optional ist die Ausgabeeinrichtung ausgebildet, um z.B. durch ein Schälen aus einem Holzkörper das Holzfurnierblatt zu erzeugen.
Dabei muss die Ausgabeeinrichtung nicht ausgebildet sein, um das gesamte Schälen durchzuführen; vielmehr kann die Ausführung beispielsweise beschränkt sein auf eine Ausbildung für ein Abschälen eines Holzkörpers, welcher aus einem Teil eines Baumes durch Entrindung, Zuschneiden und Dämpfung gewonnen wurde.
Optional ist die Ausgabeeinrichtung ausgebildet, um aus dem Holzkörper das Holzfurnierblatt in einer variabel einstellbaren Dicke zu erzeugen.
Optional ist die Ausgabeeinrichtung weiter ausgebildet, um auf dem Holzfurnierblatt ein thermisch aktivierbares Verbindungsmittel aufzutragen.
Optional umfassen die Transporteinrichtung und/oder die Hubtischeinrichtung weiter eine Auftragungseinrichtung, welche ausgebildet ist, um ein Verbindungsmittel aufzutragen.
Die Auftragungseinrichtung kann hierbei insbesondere aus einer Rollvorrichtung mit einer Leimrolle bestehen, die ausgebildet ist, um in einer bestimmten Stellung des Hubtisches die Leimrolle über die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur zu fahren. Alternativ oder zusätzlich kann die Rollvorrichtung auch ausgebildet sein, um zumindest Teile des Holzfurnierblattes mit dem Verbindungsmittel zu versehen.
Optional ist das Verbindungsmittel thermisch aktivierbar, und die Presseinrichtung umfasst eine Heizeinrichtung, die ausgebildet ist, um zumindest einen Teil der Druckplatte kontrolliert zu erwärmen und so das Verbindungsmittel thermisch zu aktivieren.
Insbesondere kann eine im Voraus aufgebrachte thermisch aktivierbare Leimschicht während des Pressens über die beheizte Druckplatte aktiviert werden und so den Verbund herstellen.
Optional weist die Transporteinrichtung eine Ansaugeinrichtung auf, welche ausgebildet ist, um einen Unterdruck zu erzeugen und mit dessen Hilfe zumindest die Teile des Holzfurnierblatts zu transportieren.
Die Ansaugeinrichtung kann dazu beispielsweise einen bewegbar ausgebildeten Saugkopf umfassen, welcher ausgebildet ist, um durch ein Erzeugen eines Unterdrucks zuvor aus dem Holzfurnierblatt durch den Laserstrahl ausgeschnittene Teile herauszulösen, so dass sich die Teile des Holzfurnierblatts in ihrer relativen Position durch den Unterdruck am Saugkopf anlagern, und um durch eine Bewegung des Saugkopfs die Teile des Holzfurnierblatts auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur aufzubringen. Der Saugkopf kann dabei beispielsweise an einem Rohr angebracht sein, vermittels dessen der Saugkopf bewegt werden kann, und durch welches beispielsweise mit Hilfe einer Vakuumpumpe der Unterdruck erzeugt werden kann.
Optional weist die Vorrichtung weiter eine elektronische Steuereinrichtung auf, die ausgebildet ist, um die Ausgabeeinrichtung und/oder die Lasereinrichtung und/oder die Hubtischeinrichtung und/oder die Transporteinrichtung und/oder die Presseinrichtung zu steuern.
Ausführungsformen bieten weiter folgende Vorteile: Mechanische Eigenschaften des Holzes bei dessen niedriger Dichte und geringem Gewicht können durch die weitgehend intakte Struktur des gewachsenen Holzes ausgenutzt werden. Schälfurnier als Material des Holzfurnierblatts ist vergleichsweise günstig, da beim Fertigungsprozess insbesondere im Vergleich mit gesägtem Furnier kaum Abfallprodukte entstehen. Außerdem können, im Gegensatz zu gesägtem Furnier, Großformate erreicht werden, die nicht direkt vom Durchmesser des Baumstamms begrenzt werden. Durch das Vollmaterial Holz und die Zerlegung in eine planare Schichtfertigung ergibt sich eine Vielzahl an Anwendungspotentialen. Die geometrische Gestaltungsmöglichkeit verbunden mit der Schichtfertigung sehen ihre Restriktion lediglich in der Dimensionierung des Fertigungsprozesses und gegebenenfalls den maximal möglichen Transportabmessungen.
Mit der Ausführungsformen des vorgestellten Verfahrens bzw. der vorgestellten Vorrichtung ist es insbesondere möglich, Bauelemente mit nahezu freier Formgebung zu kreieren, Spannungsverläufe auf die Bauteilform hin zu optimieren und umgekehrt, oder verschiedene Bauelemente ineinander zu integrieren (z.B. Leitungsbahnen, Haustechnikleitungen etc.). Es können massivholzähnliche Baukörper geschaffen werden, die bei entsprechender Schichtung auch eine innere Absperrung erfahren können. Damit ist die additive Fertigung von Möbeln, Bauteilen, Decken, Stützen, Trägern usw. mit komplexer Form, aber auch beispielsweise eine Bauteilintegration von Elektronik auf wirtschaftliche Weise möglich.
Figurenliste
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.

1 zeigt Schritte eines Verfahrens zu einer Additiven Fertigung einer geschichteten Holzstruktur.
2 zeigt eine Längsansicht einer schematischen Darstellung einer Vorrichtung für eine Additive Fertigung einer geschichteten Holzstruktur.
3 zeigt eine geschnittene Aufsicht der schematischen Darstellung aus 2.
4 zeigt eine Queransicht der schematischen Darstellung aus 2.
5 zeigt zwei Isometrien der schematischen Darstellung aus 2.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels für das Verfahren zur Additiven Fertigung einer geschichteten Holzstruktur. Ein Schritt umfasst ein Bereitstellen S110 eines Holzfurnierblatts 112. Dabei kann das Holzfurnierblatt beispielsweise als Rollenware bereitgestellt oder auch zeitnah von einem geeigneten Holzkörper als Schälfurnier gewonnen werden. Das Holzfurnierblatt 112 kann vorteilhafterweise in einem feuchten Zustand oder mit einem auf ihm aufgetragenen, thermischen Verbindungsmittel bereitgestellt werden. Ein weiterer Schritt umfasst ein Schneiden S120 des Holzfurnierblatts 112 mit Hilfe eines Laserstrahls 127 entlang einer vorbestimmten Kontur. Dabei kann es vorteilhaft sein, filigrane Haltestege auszusparen, welche einen Weitertransport des Holzfurnierblatts 112 ermöglichen oder begünstigen. Ein weiterer Schritt umfasst ein Transportieren S130 von zumindest Teilen des geschnittenen Holzfurnierblatts 112 zu einem vertikal höhenverstellbaren Hubtisch 140, um dort schichtweise die geschichtete Holzstruktur auszubilden. Das Transportieren S130 kann beispielsweise händisch oder über ein Förderband erfolgen aber auch durch eine dafür ausgebildete Ansaugeinrichtung geschehen. Außerdem kann das Holzfurnierblatt 112 aus einer durchgehenden Bahn, welche etwa als Rollenware bereitgestellt wird, bestehen und das Transportieren S130 durch sukzessives Abwickeln von der Rollenware erfolgen. Ein weiterer Schritt umfasst ein Pressen S140 des Holzfurnierblatts 112 auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur, so dass eine weitere Schicht der geschichteten Holzstruktur entsteht. Zum Pressen S140 kann eine Druckplatte 150 über dem Hubtisch 140 angebracht sein, welche beheizbar ausgebildet sein kann, um das Pressen S140 zu begünstigen und/oder ein thermisches Verbindungsmittel zwischen Teilen des Holzfurnierblatts 112 und der bis dahin ausgebildeten geschichteten Holzstruktur zu aktivieren.
2 zeigt eine Längsansicht einer schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Vorrichtung für eine Additive Fertigung einer geschichteten Holzstruktur. Die Vorrichtung umfasst in der vorliegenden Ausführung eine Ausgabeeinrichtung in Form einer an einem Fertigungstisch 130 eingespannten Schälfurnierrolle 110, welche das Holzfurnierblatt 112 bereitstellt. Das Holzfurnierblatt 112 wird über einen Schneidbereich 132 geführt. Eine Kontur der Schicht der zu fertigenden geschichteten Holzstruktur wird mit einem Laserstrahl 127 aus einem Lasergerät 122 über einen schwenkbaren Spiegel 125 abgefahren und ausgeschnitten. Für den positions- und ausrichtungsgetreuen Weitertransport können filigrane Haltestege zwischen der Furnierbahn 112 und der ausgeschnittenen Form stehengelassen werden. Ausgeschnittene Teile des Holzfurnierblatts 112 werden im Anschluss über eine Arbeitsebene 142 gefahren, die unterhalb einer Druckplatte 150 positioniert ist. Die Arbeitsebene 142 ist auf einem Hubtisch 140 positioniert, der in der Höhe verfahren werden kann. Die auf der Arbeitsebene 142 befindliche bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur kann somit Schicht für Schicht abgesenkt werden. Der Hubtisch 140 kann außerdem nach oben fahren und die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur gegen die fest installierte Druckplatte 150 pressen.
Die Vorrichtung kann eine Auftragungseinrichtung umfassen, welche ein Verbindungsmittel wie beispielsweise Leim auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur aufträgt. Diese kann eine Rolle umfassen, welche bewegbar ausgebildet ist, um Leim unterhalb des Fertigungstisches 130 aufzunehmen und um bei ausreichender Senkung des Hubtischs 140 über diesen gefahren werden zu können und dabei den Leim auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur aufzutragen.
3 zeigt eine Aufsicht der schematischen Darstellung aus 2. Hierbei sind das Holzfurnierblatt 112 sowie die Druckplatte 150 angeschnitten dargestellt, um den Schneidbereich 132 bzw. den Arbeitsbereich der Lasereinrichtung 120 sowie die Fläche der Arbeitsebene 142 auf dem Hubtisch 140 mit der bis dahin ausgebildeten geschichteten Holzstruktur zu zeigen.
4 zeigt eine Queransicht der schematischen Darstellung aus 2. Zu sehen sind über dem Fertigungstisch 130 das Lasergerät 122 und Spiegel 125 sowie der Laserstrahl 127 der Lasereinrichtung 120 sowie die Ausgabeeinrichtung 110 für das Holzfurnierblatt 112. Unterhalb einer Arbeitsebene des Fertigungstischs 130 ist eine Arbeitsebene 142 des Hubtischs 140 dargestellt, auf der die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur positioniert ist. Darüber befindet sich die Druckplatte 150.
5 zeigt zwei isometrische Axonometrien der schematischen Darstellung aus 2. Auf der rechten Seite sind das Holzfurnierblatt 112 sowie die Druckplatte 150 analog zur Abbildung in 3 angeschnitten dargestellt.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

110: Ausgabeeinrichtung
112: Holzfurnierblatt
120: Lasereinrichtung
122: Lasergerät
125: Spiegel
127: Laserstrahl
130: Fertigungstisch
132: Schneidbereich
140: Hubtisch
142: Arbeitsebene
150: Druckplatte
S110: Bereitstellen eines Holzfurnierblatts
S120: Schneiden des Holzfurnierblatts mit Hilfe eines Laserstrahls
S130: Transportieren zu einem vertikal höhenverstellbaren Hubtisch
S140: Pressen des Holzfurnierblatts auf die geschichtete Holzstruktur

Claims

Verfahren zur Herstellung einer geschichteten Holzstruktur mit folgenden Schritten: Bereitstellen (S110) eines Holzfurnierblatts (112); Schneiden (S120) des Holzfurnierblatts (112) mit Hilfe eines Laserstrahls (127) entlang einer vorbestimmten Kontur; Transportieren (S130) von zumindest Teilen des geschnittenen Holzfurnierblatts (112) zu einem vertikal höhenverstellbaren Hubtisch (140), um dort schichtweise die geschichtete Holzstruktur auszubilden; und Pressen (S140) des Holzfurnierblatts (112) auf die bis dahin ausgebildete geschichtete Holzstruktur, so dass eine weitere Schicht der geschichteten Holzstruktur entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen (S110) ein Schälen des Holzfurnierblatts (112) aus einem Holzkörper umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Schälen ein variables Einstellen einer Dicke des Holzfurnierblatts (112) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Schälen zeitlich nahe vor den weiteren Schritten ausgeführt wird, sodass das Holzfurnierblatt (112) in einem feuchten Zustand gepresst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen (S110) des Holzfurnierblatts (112) ein Auftragen eines thermisch aktivierbaren Verbindungsmittels auf dem Holzfurnierblatt (112) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwischen dem Schneiden (S120) und dem Pressen (S140) ein Auftragen eines Verbindungsmittels erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Pressen (S140) des Holzfurnierblatts mit Hilfe einer Druckplatte (150) geschieht, wobei zumindest ein Teil der Druckplatte (150) für eine Erwärmung ausgebildet ist und das Pressen (S130) gleichzeitig ein Erwärmen der Druckplatte (150) umfasst.
Vorrichtung für eine Herstellung einer geschichteten Holzstruktur, die Vorrichtung umfasst: eine Ausgabeeinrichtung, ausgebildet, um ein Holzfurnierblatt (112) auszugeben, eine Lasereinrichtung (120), ausgebildet, um einen Laserstrahl (127) zu erzeugen und mit dem Laserstrahl (127) das Holzfurnierblatt (112) zu schneiden; eine Hubtischeinrichtung, die einen Hubtisch (140) umfasst, der vertikal höhenverstellbar ausgebildet ist, um als Ablage für die zu fertigende geschichtete Holzstruktur zu dienen; eine Transporteinrichtung, die ausgebildet ist, um zumindest Teile des Holzfurnierblatts (112) in eine Position über dem Hubtisch (140) zu transportieren; und eine Presseinrichtung mit einer Druckplatte (150), die über dem Hubtisch (140) ausgebildet ist, um das Holzfurnierblatt (112) vertikal zu pressen, so dass eine Schicht der geschichteten Holzstruktur entsteht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Ausgabeeinrichtung (110) ausgebildet ist, um aus einem Holzkörper das Holzfurnierblatt (112) zu erzeugen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Ausgabeeinrichtung (110) ausgebildet ist, um aus dem Holzkörper das Holzfurnierblatt (112) in einer variabel einstellbaren Dicke zu erzeugen.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Ausgabeeinrichtung (110) ausgebildet ist, um auf dem Holzfurnierblatt (112) ein thermisch aktivierbares Verbindungsmittel aufzutragen.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Hubtischeinrichtung und/oder die Transporteinrichtung weiter eine Auftragungseinrichtung umfassen, welche ausgebildet ist, um ein Verbindungsmittel aufzutragen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei das Verbindungsmittel thermisch aktivierbar ist und die Presseinrichtung eine Heizeinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, um zumindest einen Teil der Druckplatte (150) kontrolliert zu erwärmen und so das Verbindungsmittel thermisch zu aktivieren.
Die Vorrichtung nach einem Ansprüche 8 bis 13, wobei die Transporteinrichtung eine Ansaugeinrichtung aufweist, welche ausgebildet ist, um einen Unterdruck zu erzeugen und mit dessen Hilfe zumindest die Teile des Holzfurnierblatts (112) zu transportieren.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, die weiter eine elektronische Steuereinrichtung aufweist, wobei die elektronische Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die Ausgabeeinrichtung und/oder die Lasereinrichtung und/oder die Hubtischeinrichtung und/oder die Transporteinrichtung und/oder die Presseinrichtung zu steuern.