DE102021004013A1

DE102021004013A1 - Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Produktes

Info

Publication number: DE102021004013A1
Application number: DE102021004013.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2022-02-10

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Produktes, bei dem das Produkt virtuell visualisiert wird, mit einem 3D-Drucker als elastische Plastik gedruckt wird, die Oberfläche der elastischen Plastik geglättet wird, das Produkt als Negativform aus Silikon abgeformt wird, eine Betonmischung in die Negativform gegossen wird und das Produkt aus der Negativform entnommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1. Jeder davon abweichender weitergehender Verfahrensschritt aus der folgenden Beschreibung zeigt eine Weiterbildung des Verfahrens.
Die Beschreibung beschreibt somit nur eine besonders vorteilhafte Verfahrensführung. Nur die im Patentanspruch beschriebenen Merkmale sind notwendige Merkmale. Die übrigen Merkmale sind optional.
Der Patentanspruch beschreibt daher ein Verfahren mit den wesentlichen Verfahrensschritten, die mit weiteren in der Beschreibung beschriebenen Verfahrensschritten und auch Teilschritten kombiniert werden können.
Im CAD Programm wird eine Produktidee zum ersten Produktentwurf modelliert. Dieser Entwurf wird im Zusammenspiel mit einer Workflow- und Pipeline-Verbindung in einer 3D Visualisierungssoftware aufgesetzt.
Jede Iteration im CAD Programm wird dann automatisch in der Visualisierungssoftware aktualisiert. Um die Anzahl der Prototypen vor der Produktion zu verringern, werden die Form und alle Materialien in der Visualisierungssoftware fotorealistisch entwickelt.
Proportionen, Fräskanten und Oberflächen können hierbei angepasst, beurteilt und verbessert werden. Außerdem kann im gleichen Schritt durch Physics und Fluid Simulations die Funktion des Produktes getestet werden, zum Beispiel bei einer Lampe, wie sich das Licht streut, oder wie sich das Wasser beim Einschenken in eine Schale oder in ein Glas verhält.
All diese Schritte sind nicht nur für die Entwicklung essentiell, sondern können 1 : 1 für das Marketing übernommen werden und bieten somit einen weiteren Gebrauch. Erst nachdem alle Möglichkeiten zum Design und über die Funktion virtuell überprüft worden sind, geht es an die weiteren Produktionsschritte.
Als Nächstes wird das Produkt, abhängig von der Größe, in einem geeigneten 3D Drucker gedruckt und man kann zum ersten Mal das Design und die Funktion haptisch überprüfen. Im gleichen Zug wird das Zusammenspiel mit anderen Bauteilen überprüft und die Funktion wird sichergestellt.
Gegebenenfalls wird durch dieses Feedback das virtuelle Modell angepasst. Dieser Schritt wird so lange wiederholt, bis das Produkt für die Produktion abgenommen wurde. Für die Drucke wird ein kosteneffektives Plastik verwendet, mit dem man schnell und ohne Schwierigkeiten viele Iterationen drucken kann.
Der wichtigste Schritt in der Kette ist nun, ein perfektes Einzelstück von dem jeweiligen Produkt zu fertigen, um es für die Produktion abzuformen. Das virtuelle Modell muss mit den entsprechenden Toleranzen gedruckt werden. Hierbei werden verschiedene Plastikarten mit den jeweils geeigneten Eigenschaften für die spätere Verarbeitung verwendet.
Im Vergleich zum üblichen 3D Druck wird nicht auf einem heißen Druckbett gedruckt, sondern völlig kalt, um unmittelbar das Verziehen beim Abkühlen zu vermeiden. Um das Problem der Haftung auf dem Druckbett zu lösen, wird das Druckbett mit einem Klebeband bespannt, das eine Verbindung mit dem elastischen Plastik beim Druckvorgang eingeht.
Somit ist trotz stundenlangem Druck eine nur sehr schwer trennbare Verbindung garantiert. Die entwickelten Druckeinstellungen für diesen Vorgang sorgen für ein konstant gleichmäßiges und vorhersehbares Druckergebnis. Das gedruckte Produkt befindet sich nun haftend auf einer Glasplatte. Der Druck wird von der Platte nicht mehr getrennt und unterstützt die weiteren Arbeitsschritte.
Jeder 3D Druck ist an den Imperfektionen an der Oberfläche, an den Drucklinien, an den sichtbaren Druckebenen und Fäden zu erkennen. Mit Hitze wird der Druck von Fäden befreit und an notwendigen Stellen geglättet. Der elastischen Plastik hat die Eigenschaft, leicht zu schmelzen, ohne das Modell zu verziehen.
Mit einem Skalpell werden überstehende Druckansätze entfernt. Mit einer Kombination aus einem Kunststoffspachtel, der mit Styrol erhärtet, und einem Kunststoffspachtel, der durch Luftzufuhr erhärtet, werden alle Unregelmäßigkeiten der Oberfläche aufgefüllt. Dieser Schritt wird mit darauf folgendem Abschleifen so lange wiederholt, bis keine Unregelmäßigkeiten mehr zu erkennen sind.
Daraufhin werden mit einem Spritzspachtel mikroskopische Unregelmäßigkeiten aufgefüllt. Durch wiederholtes Schleifen entsteht eine spiegelglatte Oberfläche. Diese kann bei aufwändigen Produkten anschließend lackiert werden, um einen langlebigen Rohling zu erhalten.
Nun kann das Produkt abgeformt werden. Hierfür wird eine Umrandung durch 3D Druck erstellt und um das Produkt platziert. Es wird Trennmittel auf das abzuformende Produkt aufgetragen, um beim Entfernen des Silikons die Oberfläche nicht zu strapazieren. Dies gewährleistet mehrere Abformungen.
Ein hochauflösender Zwei-Komponenten-Silikon wird auf und um das Produkt gegossen. Nach 30 Minuten kann das gehärtete Silikon abgenommen werden. Jegliche Imperfektion des Positivs, die beim Schleifen übersehen wurde, wäre nun auch im Silikon.
Für die Produktion der Artikel wird nun das Negativ aus Silikon mit einem Trennmittel bestrichen und gleichzeitig wieder abgerieben, sodass nichts mehr vom Trennmittel zu erkennen ist, aber eine mikroskopische Schicht auf dem Silikon liegt. Dadurch entstehen keine Farbunterschiede auf der Oberfläche der fertigen Produkte.
Eine übliche oder eine spezielle Betonmischung mit verschiedenen Zusätzen kann nun in die Form gegeben werden. Hierbei ist das Zusammenspiel verschiedener Materialien in der Betonmischung wichtig, nicht nur für die spätere Oberfläche, sondern auch während des Gießens. Additive, die die Fließfähigkeit des Betons beeinflussen, sorgen im richtigen Verhältnis dafür, dass sich die Masse von selbst begradigt und Luftblasen durch das Material an die Oberfläche gelangen können. Anstatt einer groben Sandmischung werden Materialien mit einer Körnung im unteren Mikrometer-Bereich verwendet, die sich beim Aushärten mit erstaunlich niedrigen Toleranzen an die Form anpassen, sodass geringste Oberflächendetails sichtbar werden.
Durch die geleistete Vorarbeit und eine spezielle Auswahl der Betonmischung muss die Oberfläche nicht mehr geschliffen oder bearbeitet werden. Nur ein kurzes Abreiben am Gussrand ist nötig.
Mit einem Lasercutter wird das Logo oder eine Verzierung auf dem Produkt graviert.
Als letzten Schritt wird das Produkt mit produkteigenen weiteren Teilen versehen. Standflächen werden mit einer Velourfolie, die auch durch einen Lasercutter zugeschnitten wird, versehen.
Das fertige Produkt kann nun verpackt und verkauft werden.
Die Figuren zeigen mit diesem Verfahren hergestellte Produkte.
Vorteile dieser Fertigung:

• eine hochwertige und überraschende Oberfläche für Betonprodukte,
• erstaunliche Toleranzen und Genauigkeit sowohl bei Unikaten als auch großen Stückzahlen
• virtuell erstellte Produkte können 1:1 in Beton umgesetzt werden
• Design Anywhere, Produce Locally