-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks, insbesondere mit einem additiven Fertigungsverfahren. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Gehäuse für eine Sanitärarmatur. Derartige Sanitärarmaturen dienen insbesondere der bedarfsgerechten Bereitstellung einer Flüssigkeit an einem Spülbecken, Waschbecken, einer Dusche und/oder einer Badewanne.
-
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Werkstücke, wie etwa Metallbauteile, mittels additiver Fertigung bzw. sogenannter 3D-Druck Verfahren zu fertigen. Bei der additiven Fertigung erfolgt ein schichtweiser Aufbau der Werkstücke beispielsweise durch partielles Bestrahlen eines pulverförmigen Materials. Die Bestrahlung kann insbesondere mittels eines Lasers erfolgen. Hierbei wird das pulverförmige Material in einem Bestrahlungsbereich eines Laserstrahls des Lasers erhitzt, sodass die einzelnen Partikel des pulverförmigen Materials miteinander verschmelzen. Mittels additiver Fertigung sind insbesondere Werkstücke mit komplexen Geometrien herstellbar. Daher werden additive Fertigungsverfahren insbesondere zur Herstellung aufwendig gestalteter Sanitärarmaturen verwendet. Da es sich hierbei um hochpreisige und exklusive Werkstücke handelt, werden diese nicht selten durch Unberechtigte gefälscht. Derartige unberechtigten Kopien der Werkstücke sind zum Teil nicht ohne weiteres vom Original zu unterscheiden.
-
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks angegeben werden, das eine Prüfung der Echtheit des Werkstücks ermöglicht. Zudem soll auch ein Gehäuse für eine Sanitärarmatur angegeben werden, dessen Echtheit prüfbar ist.
-
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in jeder technologisch sinnvollen Weise kombiniert werden können und weitere Merkmale der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher spezifiziert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
-
Hierzu trägt ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks bei, das zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen eines pulverförmigen Materials; und
- b) schichtweises Aufbauen des Werkstücks durch partielle Bestrahlung des Materials, wobei während des schichtweisen Aufbauens des Werkstücks innerhalb einer Wand des Werkstücks zumindest eine Markierung erzeugt wird.
-
Die Reihenfolge der Schritte a) und b) kann nacheinander, zeitlich überlappend und/oder gleichzeitig ausgeführt werden.
-
Das Verfahren kann beispielsweise zur Herstellung eines Werkstücks für eine Sanitärarmatur dienen. Bei dem Werkstück kann es sich insbesondere um ein Gehäuse für eine Sanitärarmatur handeln. Sanitärarmaturen dienen insbesondere der bedarfsgerechten Bereitstellung einer Flüssigkeit an einem Spülbecken, Waschbecken, Dusche und/oder Badewanne. Das Gehäuse kann zudem insbesondere mit einem Auslauf und/oder einer Auslauföffnung für die Flüssigkeit ausgebildet werden. Weiterhin kann in dem Gehäuse ein Aufnahmeraum für Funktionselemente der Sanitärarmatur, wie zum Beispiel Absperrventile, Mischventile und/oder Flüssigkeitsleitungen oder dergleichen, ausgebildet werden.
-
In Schritt a) wird ein pulverförmiges Material bereitgestellt. Bei dem pulverförmigen Material kann es sich beispielsweise um pulverförmiges Metall, wie zum Beispiel Edelstahl, Kupfer, Kupferlegierung oder Messing, handeln. Das pulverförmige Material umfasst eine Vielzahl von Partikeln. Die Bereitstellung des pulverförmigen Materials erfolgt insbesondere auf einer Grundplatte, auf der das Werkstück ausgebildet wird. Insbesondere kann die Bereitstellung in Form eines Pulverbetts erfolgen.
-
In Schritt b) erfolgt ein zumindest teilweise schichtweises Aufbauen des Werkstücks durch partielle Bestrahlung bzw. Belichtung des Materials. Die Bestrahlung kann beispielsweise durch einen Laserstrahl oder Elektronenstrahl erfolgen. Weiterhin führt die Bestrahlung an der bestrahlten Stelle des pulverförmigen Materials zu einem zumindest teilweisen Schmelzen des Materials, sodass sich einzelne Partikel des pulverförmigen Materials miteinander verbinden. Unter schichtweisem Aufbauen des Werkstücks kann beispielsweise verstanden werden, dass mehrere Schichten nacheinander übereinander bzw. Schicht für Schicht gebildet werden. Dabei beschreibt eine Schicht im Wesentlichen einen horizontalen Querschnitt durch das Bauteil. In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass das schichtweise Aufbauen in bzw. mit einem Pulverbett aus dem pulverförmigen Material durchgeführt wird. Dies kann auch bedeuten, dass das Bereitstellen des pulverförmigen Materials gemäß Schritt a) gleichzeitig oder zeitlich überlappend mit Schritt b) erfolgt. In Schritt b) kann beispielsweise ein selektives Laserschmelzen (SLM) oder ein selektives Lasersintern (SLS) zur Anwendung kommen. Hierzu kann beispielsweise ein 3D-Drucker verwendet werden. Während des schichtweisen Aufbauens des Werkstücks bzw. durch das schichtweise Aufbauen des Werkstücks wird innerhalb einer Wand des Werkstücks zumindest eine Markierung erzeugt. Unter „innerhalb“ ist hier insbesondere zu verstehen, dass die Markierung nicht an einer Oberfläche der Wand ausgebildet wird, sondern in einem inneren Bereich der Wand. Weiterhin kann dies insbesondere bedeuten, dass die Markierung mit bloßem Auge nicht sichtbar ist. Somit ist die Markierung insbesondere versteckt innerhalb der Wand ausgebildet. Die Markierung kann jedoch sichtbar gemacht werden, beispielsweise durch eine Zerstörung des Werkstücks. Mittels des schichtweisen Aufbauens des Werkstücks bzw. durch die additive Fertigung des Werkstücks kann die Markierung auch in dünnen Wänden, beispielsweise mit einer Wandstärke von unter 5 mm innerhalb der Wand ausgebildet werden. Die Markierung erlaubt insbesondere eine Prüfung der Echtheit des Werkstücks.
-
Zumindest eine Markierung kann zumindest ein Schriftzeichen umfassen. Bei dem zumindest einen Schriftzeichen kann es sich beispielsweise um einen Buchstaben und/oder eine Ziffer handeln. Die zumindest eine Markierung kann beispielsweise einen Internet-Link und/oder Volltext-Daten umfassen.
-
Die zumindest eine Markierung kann zumindest einen Code umfassen. Der Code kann innerhalb der Wand zweidimensional oder dreidimensional ausgebildet sein. Mittels des Codes sind insbesondere Daten oder Informationen binär darstellbar. Der Code kann insbesondere voneinander beabstandete Striche, Quadrate und/oder Punkte umfassen, die insbesondere unterschiedliche Breiten und/oder Größen aufweisen können. Weiterhin kann der Code insbesondere voneinander beabstandete quaderförmige und/oder kugelförmige Strukturen aufweisen, die insbesondere unterschiedliche Breiten und/oder Größen aufweisen können. Insbesondere kann der Code nach Art eines Barcodes oder QR-Codes ausgebildet sein.
-
Die zumindest eine Markierung kann eine Seriennummer des Werkstücks umfassen. Die Seriennummer erlaubt insbesondere eine Identifikation der Echtheit des Werkstücks und/oder einen Fertigungszeitpunkt oder Fertigungsort des Werkstücks. Weiterhin kann in jedem hergestellten Werkstück die zumindest eine Markierung eine individuelle Seriennummer umfassen.
-
Die zumindest eine Markierung kann durch eine Reduktion einer Bestrahlungsintensität des Materials erzeugt werden. Dies kann insbesondere bedeuten, dass zumindest eine Struktur, ein Symbol, ein Zeichen und/oder Schriftzeichen der zumindest eine Markierung durch die Reduktion der Bestrahlungsintensität des Materials erzeugt werden. Weiterhin kann dies insbesondere bedeuten, dass die binäre Darstellung der Daten durch (insbesondere zwei) unterschiedliche Bestrahlungsintensitäten erzeugt werden kann. Insbesondere kann das schichtweise Aufbauen des Werkstücks mit einer ersten Bestrahlungsintensität und die Erzeugung der zumindest einen Markierung zumindest teilweise mit einer zweiten Bestrahlungsintensität erfolgen, die niedriger ist als die erste Bestrahlungsintensität. Die zweite Bestrahlungsintensität kann 0 sein. Das kann insbesondere bedeuten, dass die zumindest eine Markierung ohne Bestrahlung erzeugt werden kann, so dass die zumindest eine Markierung durch ungeschmolzenes pulverförmiges Material gebildet wird. Die Bestrahlungsintensität ist insbesondere über Betriebsparameter des 3D-Druckers und/oder eines Lasers einstellbar. Je höher die Bestrahlungsintensität ist, desto stärker wird das Material an der bestrahlten Stelle erhitzt und/oder desto stärker werden die einzelnen Partikel des pulverförmigen Materials miteinander verschmolzen. Bei der Bestrahlungsintensität kann es sich beispielsweise um eine Volumenenergie (E
V) handeln, die in die bestrahlte Stelle des Materials eingebracht wird. Die Volumenenergie (E
V) berechnet sich durch folgende Formel:
mit:
- P:
- Strahlleistung oder Laserleistung in Watt
- DS:
- Dicke der Pulverschicht
- ΔyS:
- Versatz des Laserstrahls zwischen zwei Schmelzspuren
- VS:
- Geschwindigkeit des Laserstrahls oder Elektronenstrahls (Scangeschwindigkeit)
-
Somit ist die Bestrahlungsintensität beispielsweise durch eine Steuerung der Strahlleistung oder Laserleistung des Lasers steuerbar.
-
Beispielsweise kann die zweite Bestrahlungsintensität so niedrig gewählt werden, dass die einzelnen Partikel des pulverförmigen Materials im Bereich der zumindest einen Markierung nicht vollständig miteinander verschmolzen werden. Zudem kann die zweite Bestrahlungsintensität so niedrig gewählt werden, dass die einzelnen Partikel des pulverförmigen Materials im Bereich der zumindest einen Markierung nur an ihren Außenflächen (begrenzt) miteinander verbunden oder verschmolzen sind.
-
Die zweite Bestrahlungsintensität kann zwischen 0 % und 80 % der ersten Bestrahlungsintensität liegen. Insbesondere kann die zweite Bestrahlungsintensität vorzugsweise 0 % und 20 % der ersten Bestrahlungsintensität betragen. Bei der Verwendung von Stahl als pulverförmiges Material kann die Laserleistung des Lasers z. B. 300 Watt zur Erzeugung der ersten Bestrahlungsintensität und 45 Watt zur Erzeugung der zweiten Bestrahlungsintensität betragen.
-
Die zumindest eine Markierung kann durch eine Reduktion einer Dichte des Materials erzeugt werden. Die Dichte des Materials ist dabei im Bereich der zumindest einen Markierung insbesondere zumindest teilweise niedriger als außerhalb der zumindest einen Markierung im Werkstück. Zur binären Darstellung von Daten kann die zumindest eine Markierung somit beispielsweise Bereiche mit höherer Dichte und Bereiche mit niedrigerer Dichte aufweisen. Die Bereiche mit höherer Dichte können insbesondere durch die erste Bestrahlungsintensität und die Bereiche mit niedrigerer Dichte mit der zweiten Bestrahlungsintensität ausgebildet werden.
-
Die zumindest eine Markierung kann einer Oberflächenkontur des Werkstücks folgen. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die zumindest eine Markierung einen konstanten Abstand zu einer Oberfläche des Werkstücks aufweist.
-
Die zumindest eine Markierung kann mittels eines Kernspintomografen oder eines Röntgenbild erkennbar sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die zumindest einen Markierung derart ausgestaltet ist, dass diese mittels des Kernspintomografen oder eines Röntgengeräts sichtbar gemacht werden kann. Hierdurch kann die Echtheit des Werkstücks ohne dessen Zerstörung geprüft werden.
-
Einem weiteren Aspekt folgend wird auch ein Gehäuse für eine Sanitärarmatur vorgeschlagen, das zumindest eine Wand aufweist, wobei innerhalb der Wand eine Markierung ausgebildet ist.
-
Insbesondere wird das Gehäuse nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt. Insbesondere wird die Markierung mit den hier beschriebenen Eigenschaften versehen, insbesondere auch wie beschrieben hergestellt. Für weitere Einzelheiten wird auf die Beschreibung des Verfahrens vollumfänglich verwiesen.
-
Die vorgeschlagene Erfindung sowie deren technisches Umfeld werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch das gezeigte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt werden soll. Insbesondere können Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte extrahiert und mit anderen Teilen der Beschreibung kombinieren werden. Es zeigt beispielhaft und schematisch:
- 1: ein nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestelltes Werkstück in einer Seitenansicht; und
- 2: das Werkstück in einer Schnittdarstellung.
-
Die 1 zeigt ein Werkstück 1 mit einer Wand 3, wobei das Werkstück 1 mit der Wand 3 mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Hierzu wurde ein zunächst pulverförmiges Material 2 auf einer Grundplatte 8 bereitgestellt. Anschließend wurde das Werkstück 1 durch partielle Bestrahlung des Materials 2 mittels eines Lasers 9 schichtweise aufgebaut. Hierbei wurden Partikel des Materials 2 in den bestrahlten Bereichen miteinander verschmolzen. Bei dem Werkstück 1 handelt es sich um ein Gehäuse 10 für eine Sanitärarmatur mit einem Auslauf 11.
-
Die 2 zeigt das Werkstück 1 in einer Schnittdarstellung entlang der in der 1 gezeigten Schnittlinie II-II. Während des schichtweisen Aufbauens des Werkstücks 1 wurde innerhalb der Wand 3 des Werkstücks 1 eine Markierung 4 erzeugt. Bei der Markierung 4 handelt es sich hier um einen Code 5, der nach Art eines QR-Codes ausgebildet ist. Die Markierung 4 folgt einer in der 1 gezeigten Oberflächenkontur 7 des Werkstücks 1 und umfasst eine Vielzahl von quadratischen, porösen Strukturen 6, die nach Art eines Schachbretts angeordnet sind. Die poröse Strukturen 6 wurden durch eine Reduktion einer Bestrahlungsintensität bzw. einer Reduktion der Laserleistung des in der 1 gezeigten Lasers 9 erzeugt. Hierdurch wurden die Partikel des Materials 2 nicht vollständig miteinander verschmolzen, sodass die poröse Strukturen 6 eine geringere Dichte aufweisen als das Werkstück 1 außerhalb der poröse Strukturen 6. Da die Markierung 4 innerhalb der Wand 3 ausgebildet ist, ist diese (ohne Zerstörung des Werkstücks 1) mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar bzw. nicht sichtbar. Die poröse Strukturen 6 können jedoch mittels eines Kernspintomografen oder eines Röntgenbilds sichtbar gemacht werden, sodass eine Echtheit des Werkstücks 1 prüfbar ist.
-
Durch die Erfindung ist die Echtheit eines Werkstücks prüfbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Werkstück
- 2
- pulverförmiges Material
- 3
- Wand
- 4
- Markierung
- 5
- Code
- 6
- poröse Struktur
- 7
- Oberflächenkontur
- 8
- Grundplatte
- 9
- Laser
- 10
- Gehäuse
- 11
- Auslauf
