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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Werkstücks. Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um eine Gießform für eine Kunststoffspritzgussmaschine handeln.
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Es sind Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit Kanälen bekannt, bei denen die Herstellung der Werkstücke durch ein additives Fertigungsverfahren erfolgt. Bei dem additiven Fertigungsverfahren wird ein pulverförmiger Werkstoff beispielsweise mittels eines Lasers selektiv geschmolzen, um das Werkstück schichtweise aufzubauen. Nach der additiven Fertigung der Werkstücke befindet sich in den Kanälen nicht geschmolzenes pulverförmiges Material, das aus den Kanälen entfernt werden muss. Dies kann beispielsweise mittels Vibration oder mithilfe einer Wasserspülung der Kanäle erfolgen. Allerdings reicht dies für eine vollständige Reinigung der Kanäle häufig nicht aus und/oder ist bei sehr schmalen und kleinen Kanälen nicht möglich.
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Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks angegeben werden, mittels dem Kanäle des Werkstücks besser und/oder schneller reinigbar sind. Zudem soll eine Reinigungsfeder angegeben werden, mittels der Kanäle eines Werkstücks besser und/oder schneller reinigbar sind. Weiterhin soll auch eine Verwendung einer entsprechenden Reinigungsfeder angegeben werden, mit der Kanäle eines Werkstücks besser und/oder schneller reinigbar sind.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hierzu trägt ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen eines Materials in Pulverform;
- b) schichtweises Aufbauen des Werkstücks durch partielles Schmelzen des Materials, wobei in dem Werkstück zumindest ein Kanal ausgebildet wird; und
- c) Reinigen des zumindest einen Kanals mit einer Reinigungsfeder.
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Die Schritte a) und b) können nacheinander, zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann beispielsweise zur additiven Fertigung des Werkstücks, beispielsweise einem Metallbauteil, dienen. Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um eine Gießform oder einen Gießkern, beispielsweise für eine Kunststoffspritzgießmaschine, handeln. Zudem kann es sich bei dem Werkstück um eine Sanitärarmatur oder ein Gehäuse für eine Sanitärarmatur handeln.
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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. Die Bereitstellung erfolgt insbesondere in einem Arbeitsraum und/oder auf einer Grundplatte eines 3D-Druckers.
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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.
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Bei dem schichtweisen Aufbau des Werkstücks wird in Schritt b) zumindest ein Kanal in dem Werkstück ausgebildet. Der zumindest eine Kanal kann in dem Werkstück beispielsweise zur Führung einer Flüssigkeit dienen. Hierzu kann sich der zumindest eine Kanal insbesondere von zumindest einem Einlass bis zu zumindest einem Auslass erstrecken. Weiterhin kann der zumindest eine Kanal zumindest teilweise mit einem Kanaldurchmesser von unter 5 mm (Millimeter) ausgebildet werden. Vorzugsweise weist der Kanaldurchmesser 1 mm bis 3 mm auf. Der zumindest eine Kanal kann insbesondere einen runden, ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweisen. Zudem kann der zumindest eine Kanal insbesondere eine Kanallänge von bis zu 500 mm aufweisen. Vorzugsweise weist die Kanallänge 100 mm bis 500 mm auf. Des Weiteren kann der zumindest eine Kanal mit einem ungeraden Verlauf ausgebildet werden. Beispielsweise kann der zumindest eine Kanal Biegungen aufweisen und/oder zumindest teilweise spiralförmig ausgebildet sein. Der zumindest eine Kanal kann nach dem schichtweisen Aufbau des Werkstücks zumindest teilweise mit Resten des pulverförmigen Materials gefüllt sein. Das pulverförmige Material kann daher nach dem schichtweisen Aufbau des Werkstücks, beispielsweise mithilfe von Vibration oder durch Ausblasen, zumindest teilweise aus dem zumindest einen Kanal entfernt werden. Hierbei können jedoch Reste des pulverförmigen Materials in dem zumindest einen Kanal verbleiben. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der zumindest eine Kanal einen komplexen Verlauf und/oder einen geringen Kanaldurchmesser aufweist.
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Daher wird in einem Schritt c) der zumindest eine Kanal mit einer Reinigungsfeder gereinigt. Die Reinigungsfeder ist zumindest teilweise flexibel ausgebildet, sodass diese einem Verlauf des zumindest einen Kanals folgen kann. Hierzu ist die Reinigungsfeder insbesondere um eine Längsachse biegbar. Die Reinigungsfeder ist in den zumindest einen Kanal, insbesondere parallel zu ihrer Längsachse, einführbar, sodass diese die Reste des pulverförmigen Materials in dem zumindest einen Kanal lösen und/oder aus dem zumindest einen Kanal herausfördern kann. Insbesondere kann die Reinigungsfeder derart ausgebildet sein, dass diese in den zumindest einen Kanal hineindrehbar und/oder herausdrehbar ist. Weiterhin kann die zumindest eine Reinigungsfeder derart ausgebildet sein, dass diese sich in den zumindest einen Kanal bohren kann. Weiterhin erfolgt die Reinigung des zumindest einen Kanals mit der Reinigungsfeder insbesondere manuell, d. h. insbesondere von Hand. Die Reinigungsfeder erlaubt eine bessere und schnellere Reinigung des zumindest einen Kanals.
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Die Reinigungsfeder kann einen Durchmesser von maximal 1 mm aufweisen. Der Durchmesser beträgt bevorzugt 0,5 mm bis 0,9 mm, besonders bevorzugt (im Wesentlichen) 0,7 mm auf. Der Durchmesser kann sich beispielsweise an einem längsseitigen Ende der Reinigungsfeder verjüngen, sodass die Reinigungsfeder sich leichter in Reste des pulverförmigen Materials bohren kann. Der Durchmesser bezieht sich insbesondere auf einen Bereich der Reinigungsfeder, der in den zumindest einen Kanal einführbar ist. Weiterhin bemisst sich der Durchmesser insbesondere orthogonal zu der Längsachse und/oder kann sich auf Windungen der Reinigungsfeder beziehen.
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Die Reinigungsfeder kann zumindest teilweise nach Art einer Schraubenfeder ausgebildet sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Schraubenfeder mit einer Vielzahl von Windungen oder in Form einer Spirale um die Längsachse gewunden ist.
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Die Reinigungsfeder kann zumindest teilweise aus einem Draht bestehen. Der Draht kann insbesondere zumindest teilweise aus Federstahl bestehen. Bei Federstahl handelt es sich insbesondere um einen Stahl, bei dem ein Verhältnis zwischen seiner Streckgrenze und seiner Zugfestigkeit über 85 % beträgt.
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Der Draht kann einen Drahtdurchmesser von maximal 1 mm aufweisen. Der Drahtdurchmesser beträgt bevorzugt 0,3 mm bis 0,8 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 0,6 mm [Millimeter].
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Die Reinigungsfeder kann einen Griff aufweisen, mit dem die Reinigungsfeder um eine Längsachse drehbar ist. Der Griff ist insbesondere an einem längsseitigen Ende der Reinigungsfeder angeordnet. Der Griff kann aus dem Draht der Reinigungsfeder gebogen oder als separates Bauteil ausgebildet sein.
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Die Reinigungsfeder kann einen Kopf aufweisen. Der Kopf ist insbesondere an einem längsseitigen Ende angeordnet. Insbesondere ist der Kopf an einem dem Griff gegenüberliegenden längsseitigen Ende der Reinigungsfeder angeordnet. Weiterhin ist der Kopf insbesondere zumindest teilweise kegelförmig, abgerundet und/oder bohrerförmig ausgebildet. Weiterhin kann der Kopf aus dem Draht der Schraubenfeder gebildet sein. Hierzu kann der Draht an einem längsseitigen Ende der Schraubenfeder spiralförmig, insbesondere parallel zu der Längsachse mit kleiner werdendem Durchmesser, gewunden sein. Der Kopf kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass sich die Reinigungsfeder durch Pulverreste des Materials bohren kann und/oder dass sich die Reinigungsfeder in Biegungen oder Kurven des zumindest einen Kanals nicht verhakt.
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Einem weiteren Aspekt folgend wird auch eine Reinigungsfeder zum Reinigen eines Kanals eines Werkstücks vorgeschlagen, die zumindest folgendes aufweist:
- - eine Schraubenfeder, die sich entlang einer Längsachse erstreckt und einen Durchmesser von maximal 1 mm aufweist; und
- - einen Griff, mit dem die Reinigungsfeder zum Reinigen des Kanals um die Längsachse drehba r ist.
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Die Reinigungsfeder dient insbesondere der Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens.
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Die Schraubenfeder kann zumindest teilweise aus einem Draht mit einem maximalen Drahtdurchmesser von 0,6 mm bestehen. Der Drahtdurchmesser beträgt vorzugsweise 0,5 bis 0,6 mm [Millimeter].
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Für weitere Einzelheiten bzgl. der Reinigungsfeder wird vollumfänglich auf die Beschreibung des Verfahrens verwiesen.
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Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung einer hier beschriebenen Reinigungsfeder zur Reinigung zumindest eines Kanals eines mittels einem additiven Fertigungsverfahren hergestellten Werkstücks vorgeschlagen.
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Für weitere Einzelheiten bzgl. der Verwendung wird auf die Beschreibung des hier beschriebenen Verfahrens und/oder der hier beschriebenen Reinigungsfeder vollumfänglich verwiesen.
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Die vorliegende 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 wird. Insbesondere können Teilaspekte der in Zusammenhang mit den Figuren erläuterten Sachverhalte extrahiert und mit anderen Teilen der Beschreibung kombiniert werden. Es zeigen beispielhaft und schematisch:
- 1: ein nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestelltes Werkstück; und
- 2: eine Reinigungsfeder zur Reinigung eines Kanals des Werkstücks.
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Die 1 zeigt ein Werkstück 1, das nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. In einem Schritt a) wurde ein ursprünglich pulverförmiges Material 2 auf einer Grundplatte 17 bereitgestellt. Es folgte in einem Schritt b) ein schichtweises Aufbauen bzw. additives Fertigen des Werkstücks 1 durch partielles Schmelzen des Materials 2 mit einem Laser 14. Dabei wurde in dem Werkstück 1 ein Kanal 3 ausgebildet, der sich von einem Einlass 15 bis zu einem Auslass 16 erstreckt. Weiterhin weist der Kanal 3 einen Kanaldurchmesser 5 und eine Kanallänge 6 auf. Nach Schritt b) befindet sich in dem Kanal 3 Reste des pulverförmiges Materials 2, die in einem Schritt c) mit einer Reinigungsfeder 4 entfernt werden. Die Reinigungsfeder 4 ist flexibel ausgestaltet, sodass diese um Ecken 18 des Kanals 3 schiebbar ist.
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Die 2 zeigt die Reinigungsfeder 4 in einer vergrößerten Darstellung. Die Reinigungsfeder 4 umfasst eine Schraubenfeder 8, die sich entlang einer Längsachse 12 von einem ersten längsseitigen Ende 19 zu einem zweiten längsseitigen Ende 20 erstreckt. Die Schraubenfeder 8 weist einen Durchmesser 7 auf und besteht aus einem Draht 9, der mit einer Vielzahl von Windungen um die Längsachse 12 gewunden ist und einen Drahtdurchmesser 10 aufweist. An dem ersten längsseitigen Ende 19 der Schraubenfeder 8 ist ein Griff 11 und an dem zweiten längsseitigen Ende 20 ein Kopf 13 befestigt. Durch den Griff 11 ist die Reinigungsfeder 4 bei der Reinigung des in der 1 gezeigten Kanals 3 um die Längsachse 12 drehbar. Der Kopf 13 ist konisch ausgebildet, sodass sich die Reinigungsfeder 4 durch die Reste des pulverförmigen Materials 2 bohren kann.
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Durch die vorliegende Erfindung sind Kanäle eines Werkstücks effizienter reinigbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- Material
- 3
- Kanal
- 4
- Reinigungsfeder
- 5
- Kanaldurchmesser
- 6
- Kanallänge
- 7
- Durchmesser
- 8
- Schraubenfeder
- 9
- Draht
- 10
- Drahtdurchmesser
- 11
- Griff
- 12
- Längsachse
- 13
- Kopf
- 14
- Laser
- 15
- Einlass
- 16
- Auslass
- 17
- Grundplatte
- 18
- Ecke
- 19
- erstes längsseitiges Ende
- 20
- zweites längsseitiges Ende
