DE102021109393A1 - Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils, Bauteil und additive Fertigungsanlage zum Herstellen eines Bauteils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils (12), mit den Schritten: (a) sukzessives Aufbauen des Bauteils (12) aus einem Bauteil-Material, sodass zumindest ein Kompartiment (44) entsteht, wobei das Kompartiment (44) von Kompartimentwänden begrenzt wird und wobei die Kompartimentwände (46) eine Wand-Rauheit (Ra) haben, (b) Einfüllen von Bearbeitungspartikeln (32) aus einem Bearbeitungs-Material in das zumindest eine Kompartiment (44), sodass ein Vor-Bauteil (12') entsteht, und (c) Schütteln des Vor-Bauteils (12') mittels eines Schüttlers (60), sodass die Wand-Rauheit (Ra) aufgrund der Bearbeitungspartikel (32) vermindert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Bauteil, das (a) durch additive Fertigung hergestellt ist und (b) ein Kompartiment aufweist, das von Kompartimentwänden begrenzt ist, wobei (c) die Kompartimentwände eine Wand-Rauheit haben. Schließlich betrifft die Erfindung eine additive Fertigungsanlage, insbesondere einen 3D-Drucker, zum additiven Herstellen eines Bauteils, mit (a) einer ersten Materialzuführvorrichtung zum Zuführen eines Bauteil-Materials, (b) einer zweiten Materialzuführvorrichtung zum Zuführen eines Bearbeitungs-Materials, das sich vom Bauteil-Material unterscheidet. Wenn im Folgenden von einem 3D-Drucker gesprochen wird, wird stets allgemein eine additive Fertigungsvorrichtung gemeint.
  • Durch additive Fertigung können Bauteile mit hoher Formfreiheit hergestellt werden. Dies schließt insbesondere die Fertigung von Kavitäten mit inneren Strukturen und strömungsoptimierten Kanälen ein. In diesen geöffneten Kompartimenten können die Oberflächen nur unter erhöhtem technischem Aufwand nachbearbeitet werden. Hingegen können die Oberflächen von geschlossenen Kompartimenten, wie in integrierten Partikeldämpfern, nicht nachbearbeitet werden. Das ist nachteilig, denn die Oberflächenqualität, insbesondere die Oberflächenrauigkeit, hat einen signifikanten Einfluss auf die Bauteileigenschaften, wie Lebensdauer oder Strömungsverhalten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
  • Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Bauteil mit den Merkmalen von Anspruch 8 und einen 3D-Drucker mit den Merkmalen von Anspruch 10. Beim Verfahren können die angegebenen Schritte parallel oder sequenziell ausgeführt werden.
  • Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass Rauheitsspitzen und damit die Wand-Rauheit in den Kompartimenten von additiv gefertigten Bauteilen reduziert werden können. Dadurch kann die Bauteillebensdauer erhöht werden.
  • Handelt es sich bei dem Kompartiment - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - um einen Kanal, so ist es möglich, den Strömungswiderstand für durch den Kanal strömendes Fluid durch die geringere Wand-Rauheit zu reduzieren.
  • Vorteilhaft ist zudem, dass die Kompartimentwände überhaupt nachbearbeitet werden können. Mit spanenden Fertigungsverfahren können die Hohlräume nicht nachbearbeitet werden, da die Bauteile nur kleine Reinigungsöffnungen zur Entfernung des unverschmolzenen Pulvers aufweisen. Auch Strömungsschleifen würde nur eingeschränkt funktionieren, weil die Oberflächen aller innenliegenden Strukturen gleichmäßig abgetragen werden müssen. Beim Strömungsschleifen steigt der Materialabtrag mit der Krümmung des Strömungspfads. Das steht einer gleichmäßigen Bearbeitung der Kompartimentwände entgegen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem additiven Herstellen insbesondere ein volumenelementweises Herstellen des Bauteils aus einem Bauteil-Material verstanden. Das Vorläufermaterial kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform partikelförmig, insbesondere pulverförmig, sein. Beispielsweise ist das additive Herstellen ein pulverbettbasiertes Fertigungsverfahren. Darunter fallen insbesondere Laser Powder Bed Fusion (LPBF), Elektronenstrahlschmelzen (EBM) und selektives Laser Sintern (SLS).
  • Unter einem Kompartiment wird insbesondere eine Struktur verstanden, die einen Raum von der Umgebung abgegrenzt. Eine Kompartiment kann geschlossen sein, das ist aber nicht notwendig und in der Regel nicht vorteilhaft. Insbesondere besitzt eine Kompartiment zumindest eine Öffnung, sodass im Kompartiment vorhandenes Bauteil-Material oder Bearbeitungspartikel entfernt werden können.
  • Ist das Kompartiment - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - bis auf etwaige vorhandene Öffnungen von allen Seiten begrenzt, so kann von einer Kaverne gesprochen werden.
  • Das Einfüllen der Bearbeitungspartikel aus dem Bearbeitungs-Material kann während des Aufbauens des Bauteils erfolgen. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn das sukzessive Aufbauen schichtweise, beispielsweise mittels eines pulverbettbasierten Fertigungsverfahrens erfolgt. Im Fall des schichtweisen Aufbauens können in dem Bereich, in dem der Innenraum des Kompartiments entsteht, automatisch Bearbeitungspartikel angeordnet werden, während in dem Bereich, in dem sich die Kompartimentwände bilden, automatisch Bauteilpartikel aus Bauteil-Material angeordnet werden.
  • Beispielsweise erfolgt das Einfüllen der Bearbeitungspartikel mittels eines Multimaterial-Beschichters, wie er exemplarisch in der US 2019/0240902 A1 beschrieben ist.
  • Das Bearbeitungs-Material kann ein abrasives Pulver wie Korund, Siliziumcarbide oder Bornitrid sein. Das Bauteil-Material ist vorzugsweise ein Konstruktionswerkstoff wie Stahl, Aluminium, Kupfer, Zink, Titan oder Legierungen daraus.
  • Unter einem Schütteln wird insbesondere ein gezieltes Bewegen des Vor-Bauteils verstanden. In anderen Worten wird zum Schütteln eine Schüttelvorrichtung verwendet, die eine Kraft auf das Vor-Bauteil ausübt, die mehrfach pro Sekunde die Richtung ändert. Ein nicht-gezieltes Bewegen des Vor-Bauteils, beispielsweise im Rahmen eines Transports, wird nicht als Schütteln angesehen.
  • Bei dem Schütteln kann es sich um ein stochastisches Schütteln, ein Schütteln mit einem Frequenzgemisch oder ein Schütteln bei nur einer Frequenz handeln, wobei diese Frequenz zeitlich veränderlich oder zeitlich unveränderlich sein kann. Es sei darauf hingewiesen, dass das Schütteln zur Prozesskette des Herstellens des Bauteils gehört, nicht jedoch zur additiven Fertigung.
  • Rauheit bezeichnet eine Gestaltabweichung dritter bis fünfter Ordnung nach DIN 4760. Unter der Wand-Rauheit wird insbesondere der über die Wandfläche arithmetisch gemittelte Mittelwert des Mittenrauwerts nach DIN EN ISO 4287 verstanden.
  • Durch das Schütteln werden die Rauheitsspitzen der Kompartimentwände durch die Bearbeitungspartikel abgetragen. Es lässt sich ein Materialabtrag wie beim Gleitschleifen realisieren. Vorzugsweise ist das Bearbeitungs-Material vom Bauteil-Material verschieden. Insbesondere kann das Bearbeitungs-Material eine größere Vickers-Härte oder Mohshärte haben. Der Materialabtrag an der Kompartimentwand erfolgt allgemein durch die Interaktion zwischen den Bearbeitungspartikeln und der Kompartimentwand, indem das partikelgefüllte Bauteil zu Vibrationen angeregt wird.
  • Die Partikelbewegung ist möglich, wenn - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - die Packungsdichte der Bearbeitungspartikel kleiner ist als 80% und der Rest des Kompartiments mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist.
  • Bei kleineren Bauteilen kann das Bauteil zum Schütteln auf einem Shaker oder einer Vibrationsplatte befestigt werden. Bei größeren Bauteilen kann das Bauteil federnd zur Umgebung oder hängend gelagert werden und ein oder mehrere Shaker am Bauteil befestigt werden. Die Anregung kann von einer oder mehreren Seiten erfolgen. Durch eine Anregung von mehreren Seiten und gegebenenfalls einer Umspannung des Bauteils können die Rauheitsspitzen gleichmäßig von allen Seiten abgerieben werden.
  • Günstig ist es, wenn das das Kompartiment nach dem Einfüllen von Bearbeitungspartikeln verschlossen wird. Insbesondere wird das Kompliment dauerhaft verschlossen. Alternativ ist es möglich, dass das Kompartiment zeitweise verschlossen wird. Beispielsweise ist es möglich, dass das Bauteil zunächst nur zu einem Teil, beispielsweise nur zur Hälfte gefertigt wird. Das halb gefertigte Bauteil, bei dem Bearbeitungspartikel in dem zumindest einen Kompartiment enthalten ist, wird dann mit einem Abdeckelement abgedeckt, beispielsweise einer Platte. Danach wird dieses halb gefertigte Bauteil geschüttelt und danach das Abdeckelement entfernt und das Bauteil fertiggestellt.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt des Austragens, also des Entfernens, zumindest eines Teils der Bearbeitungspartikel nach dem Schütteln. Das Austragen kann beispielsweise mittels Druckfluid erfolgen. Insbesondere können die Bearbeitungspartikel mit Druckgas, beispielsweise Druckluft, ausgeblasen werden. In diesem Fall sind die Kompartimente oder Kavernen nicht komplett geschlossen, sondern weisen Öffnungen auf.
  • Alternativ ist möglich, dass die Bearbeitungspartikel nicht aus den Kompartimenten entfernt werden. In diesem Fall entsteht ein Bauteil mit einem Granulatdämpfer.
  • Vorzugsweise wird das Schütteln so durchgeführt wird, dass ein Mittenrauwert der Kompartimentwände um zumindest 20%, insbesondere zumindest 30%, abnimmt. Die Dauer des Schüttelns, die Frequenz, mit der das Schütteln durchgeführt wird, und die Beschleunigung, die das Vor-Bauteil während des Schüttelns erfährt, wird in Versuchen vorab ermittelt. Dabei werden gleiche Bauteile hergestellt und mit unterschiedlichen Frequenzen und Beschleunigungen geschüttelt. Nach dem Schütteln wird jeweils der Mittelwert der Mittenrauwerte der Kompartimentwände bestimmt.
  • Günstig ist es, wenn eine Bauteilmaterial-Härte des Bauteil-Materials kleiner ist als eine Bearbeitungsmaterial-Härte des Bearbeitungs-Materials. In diesem Fall führt das Schütteln zu einer besonders signifikanten Reduzierung der Wand-Rauheit.
  • Wenn in der vorliegenden Beschreibung von einer Härte gesprochen wird, wird darunter die Vickers-Härte HV 1 nach DIN EN ISO 6507-1:2018 bis -4:2018 verstanden. Die Härte ist zu messen an einem Würfel aus dem entsprechenden Material. Die Kantenlänge des Würfels kann beispielsweise 1 cm betragen.
  • Günstig ist es, wenn ein Baumaterialpartikel-Zentralwert sich von einem Bearbeitungsmaterialpartikel-Zentralwert um zumindest 30 % unterscheidet. Beispielsweise kann es günstig sein, wenn der Bearbeitungsmaterialpartikel-Zentralwert größer ist als der Baumaterialpartikel-Zentralwert. In diesem Fall sind die Bearbeitungspartikel so groß und entwickeln beim Schütteln einen so großen Impulsübertrag auf die Kompartimentwände, dass eine effektive Verringerung der Wand-Rauheit erreicht werden kann. Die Prozentzahl, um die sich die beiden Zentralwerte unterscheiden, wird bestimmt nach der Formel min { Baumaterialpartikel − Zentralwert ,Bearbeitungsmaterialpartikel − Zentralwert } max { Baumaterialpartikel − Zentralwert ,Bearbeitungsmaterialpartikel − Zentralwert }
    Figure DE102021109393A1_0001
  • Unter dem aerodynamischen Durchmesser wird der Durchmesser einer Kugel aus dem gleichen Material verstanden, die in Luft bei 20 °C und 1013 hPa gleich schnell sinkt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zu den Bearbeitungspartikeln eine Flüssigkeit in das Kompartiment eingefüllt. Diese Flüssigkeit bewirkt eine Kopplung benachbarter Bearbeitungspartikel, sodass deren Bewegung relativ zueinander zu innerer Reibung in der Flüssigkeit führt. Dadurch wird die Bewegung der benachbarten Arbeitspartikel relativ zueinander gedämpft. Besonders günstig ist es, wenn die Flüssigkeit und die Bearbeitungspartikel im Bauteil verbleiben. Bei der Benutzung des Bauteils bewirken diese eine erhöhte Dämpfung von Schwingungen des Bauteils. Insbesondere bei thermomechanisch belasteten Bauteilen ergibt sich hierbei der Vorteil, dass durch das Öl Wärme aus dem System abgeführt werden kann und so die Bauteilbeanspruchung abnimmt.
  • Vorzugsweise beträgt eine Viskosität der Flüssigkeit bei 20°C nach EN ISO 3219 zumindest 50 mPa*s. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Viskosität maximal 5000 mPa*s.
  • Das Kompartiment wird insbesondere zu maximal 80% seines Volumens gefüllt, das heißt, dass zumindest 20% des Innenraums des Kompartiments mit Gas gefüllt sind. Die Flüssigkeit wird während oder nach dem additiven Fertigen in das Kompartiment eingefüllt. Insbesondere ist es möglich, dass die Flüssigkeit eingefüllt wird und danach das Bauteil durch additive Fertigung weiter aufgebaut, insbesondere fertiggestellt, wird, ohne dass das Bauteil aus dem 3D-Drucker entnommen wird. Wird das Bauteil durch Pulverbettsintern hergestellt, verbleibt das entstehende Bauteil vorzugsweise im Pulverbett, während die Flüssigkeit in das Kompartiment eingefüllt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Verbindens von Bearbeitungspartikeln miteinander, insbesondere durch Sintern. Beispielsweise werden Bearbeitungspartikel zusammengeschmolzen. Somit wird neben der Anpassung der Oberflächenqualität des Kompartiments auch die Rauheit der Partikel geändert.
  • Vorzugsweise erfolgt das Schütteln quer zu einer Längserstreckungsrichtung, wobei sich die Längserstreckungsrichtung entweder auf das Bauteil oder das Kompartiment bezieht. Unter der Längserstreckungsrichtung wird diejenige Richtung verstanden, in die die Ausdehnung des Bauteils zumindest doppelt so groß ist wie in die beiden anderen, senkrecht dazu verlaufenden Raumrichtungen. Selbstverständlich muss ein Bauteil keine Längserstreckungsrichtung haben.
  • Günstig ist es, wenn das zumindest eine Kompartiment einen Fluidkanal des Bauteils bildet. Beispielsweise ist der Fluidkanal ein Kühlfluidkanal. In anderen Worten wird dieser Fluidkanal beim Einsatz des Bauteils dazu verwendet, um das Bauteil zu kühlen. Derartige Fluidkanäle sind mit Verfahren nach dem Stand der Technik kaum über ihre gesamte Bauteil-Längserstreckungsrichtung spanend bearbeitbar. Beispielsweise ist ein derartiges Bauteil eine Schaufel für eine Strömungsmaschine. Beispielsweise ist das Bauteil eine Turbinenschaufeln oder eine Verdichterschaufel mit Kühlkanälen oder Kanälen, die das Umströmungsverhalten der Schaufel verbessern.
  • Bei dem Bauteil handelt es sich beispielsweise um eine Gabelbrücke eines Motorrads, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor, ein Zahnrad, eine Welle, eine Kupplung, einen Wendeschneidplattenhalter, einen Schaftfräser oder eine Bremsscheibe. In diesen Fällen verbleibt das Bearbeitungs-Material vorzugsweise nach dem Schütteln im Bauteil und bildet einen Partikeldämpfer.
  • Werden die Bearbeitungspartikel zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen vollständig, nach dem Schütteln aufgetragen, entsteht ein Bauteil mit innerer Struktur. Statt austragen könnte auch entfernen gesagt werden. Ein derartiges Bauteil ist beispielsweise eine Fahrradtretkurbel, ein Zahnrad oder ein Umformwerkzeug, insbesondere ein Tiefziehwerkzeug mit Schmierölkanälen. Diese werden durch das Schütteln mit den Bearbeitungspartikeln geglättet.
  • Um die Oberfläche des Hohlraums mitsamt der inneren Struktur durch die Partikel-Wand-Interaktionen zu glätten, werden die Reinigungsöffnungen im CAD-Modell vorzugsweise geschlossen. Nach der Vorkonditionierung können die Reinigungsbohrungen, beispielsweise durch Bohren, eingefügt werden, damit das Pulver entfernt werden kann.
  • Die in dem erfindungsgemäßen Bauteil enthaltene Flüssigkeit hat vorzugsweise die oben beschriebene Viskosität. Die Flüssigkeit ist vorzugsweise lipophil, insbesondere ein Öl. Es ist aber auch möglich, dass die Flüssigkeit hydrophil ist.
  • Unter einer Materialzuführvorrichtung wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die beim Betrieb entsprechendes Material zuführt. Insbesondere enthält die Materialzuführvorrichtung einen Behälter, in dem das entsprechende Material vorgehalten wird.
  • Unter einem Abrasivmaterial wird insbesondere ein Material verstanden, dessen Mohshärte zumindest 7 beträgt. Vorzugsweise befindet sich in der ersten Materialzuführvorrichtung sinterbares Material und in der zweiten Materialzuführvorrichtung Abrasivmaterial. Sinterbares Material ist Material, das durch Sintern verfestigbar ist.
  • Günstig ist es, wenn der 3D-Drucker einen Flüssigkeitszuführer zum Zuführen von Flüssigkeit aufweist. Insbesondere ist die Steuereinheit ausgebildet zum automatischen Ansteuern des Flüssigkeitszuführers, sodass dieser Flüssigkeit in ein Kompartiment abgibt.
  • Erfindungsgemäß ist zudem eine Bauteilfertigungsanlage mit einem erfindungsgemäßen 3D-Drucker und einem Schüttler und vorzugsweise einem Handhabungsgerät. Die Steuereinheit ist vorzugsweise eingerichtet zum Ansteuern des Handhabungsgeräts, sodass dieses das additiv gefertigte Bauteil automatisch auf dem Schüttler befestigt, und zum Ansteuern des Schüttlers, sodass dieser das Bauteil gemäß einem vorgegebenen und in einem Speicher gespeicherten Programm schüttelt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
    • 1 einen erfindungsgemäßen 3D-Drucker zum additiven Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem erfindungsgemäßen Verfahren,
    • 2 in der 2a ein erfindungsgemäßes Bauteil in einer geschnitten perspektivischen Ansicht und in 2b das Bauteil gemäß 2a in einer zweiten perspektivischen Ansicht, und
    • 3 in der 3a einen Schüttler, der Teil einer erfindungsgemäßen Bauteilfertigungsanlage ist, in der 3b eine zweite Ausführungsform eines Schüttlers, in der 3c eine schematische Ansicht der Wand-Rauheiten vor und nach dem Schütteln.
    • 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil in Form einer partikelgedämpften Bremsscheibe.
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen 3D-Drucker 10 einer erfindungsgemäßen Bauteilfertigungsanlage zum Herstellen eines Bauteils 12. Der 3D-Drucker 10 ist im vorliegenden Fall eine Anlage zur pulverbettbasierten additiven Fertigung und besitzt ein Pulverbett 14 und eine Sintervorrichtung 16 zum Verbinden von Baumaterialpartikeln 18.i zum Bauteil 12. Im vorliegenden Fall umfasst die Sintervorrichtung 16 einen Laser 20 und eine Umlenkeinheit 22, mittels der ein Laserstrahl 24 des Lasers 20 auf einen Bereich des Pulverbett 14 gerichtet werden kann. Dadurch werden die Baumaterialpartikel 18.i in einer Verfestigungszone 26 miteinander durch Sintern verbunden. Unter Sintern wird hier ein An- und/oder Aufschmelzen der Baumaterialpartikel 18.i verstanden.
  • Der 3D-Drucker 10 besitzt eine erste Materialzuführvorrichtung 28 zum Zuführen der Baumaterialpartikel 18.i eines Bauteil-Materials und eine zweite Materialzuführvorrichtung 30 zum Zuführen von Bearbeitungspartikeln 32.j eines Bearbeitungs-Materials, das sich vom Bauteil-Material unterscheidet. Die erste Materialzuführvorrichtung 28 und die zweite Materialzuführvorrichtung 30 sind in zumindest einer Raumrichtungen, nämlich in der horizontalen Ebene, bewegbar angeordnet. Diese Raumrichtung wird als x-Richtung betrachtet.
  • Mittels eines Abstreifers 34 werden die Bearbeitungspartikel 32.j und die Baumaterialpartikel 18.i glattgezogen. Mittels eines Hubtischs 36 kann das Pulverbett 14 abgesenkt werden. Auf dem Hubtisch 36 ist eine Bauplattform 38 angeordnet, auf der das Bauteil 12 aufgebaut wird. Gegebenenfalls ist eine Stützstruktur 40 notwendig. Vom Abstreifer 34 abgerakeltes Material fällt in einen Überlaufbehälter 42.
  • Es ist zu erkennen, dass das entstehende Bauteil 12 ein Kompartiment 44 aufweist, das mit Bearbeitungspartikeln 32.i gefüllt ist. Da das Kompartiment 44 vollständig von Kompartimentwänden 46.k umgeben ist, kann es auch als Kaverne bezeichnet werden.
  • 1 zeigt, dass der 3D-Drucker einen Flüssigkeitszuführer 45 aufweisen kann, mittels dem eine Flüssigkeit 47, beispielsweise Öl, in das entstehende Kompartiment 44 einfüllbar ist.
  • Die Materialzuführvorrichtungen 28, 30, die Sintervorrichtung 16 sowie der Flüssigkeitszuführer 45 sind mit einer Steuereinheit 48 verbunden. Die entsprechenden Kabel sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
  • Die erste Materialzuführvorrichtung 28 besitzt einen ersten Pulvervorratsbehälter 50, in dem Baumaterialpartikel 18.i enthalten sind. Diese können mittels einer Pulvertrommel 52 dosiert abgegeben werden. Die zweite Materialzuführvorrichtung 30 besitzt einen zweiten Pulvervorratsbehälter 54, in dem Bearbeitungspartikel 32.j enthalten sind, die mittels einer zweiten Pulvertrommel 56 dosiert abgegeben werden.
  • 2a zeigt ein Vor-Bauteil 12' eines erfindungsgemäßen Bauteils in einer teilweise geschnittenen Ansicht. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Bauteil 12 um eine Tretkurbel eines Fahrrads. Es ist zu erkennen, dass im Inneren des Vor-Bauteils 12' mehrere Kompartimente 44.1, 44.2, ... ausgebildet sind. Benachbarte Kompartimente sind über eine jeweilige Öffnung 58.1, 58.2,... miteinander verbunden. Die Öffnungen 58.1, 58.2,... verlaufen in Richtung einer Bauteil-Längserstreckungsrichtung L des Bauteils 12.
  • Die Kompartimentwände 46.k haben unmittelbar nach dem Aufbauen, insbesondere Sintern, des Bauteils 12 aus den Baumaterialpartikel n 18.i eine Anfangs-Wandrauheit Ra,anf. Das Bauteil 12 wird primär auf Biegung um eine Drehachse D belastet. Je kleiner die Wand-Rauheit Ra derjenigen Kompartimentwände 46.k ist, die entlang der Bauteil-Längserstreckungsrichtung L verlaufen, desto geringer sind die Kerbwirkung und damit die Neigung zur Rissbildung.
  • Durch ein Schütteln des Vor-Bauteils 12' quer zur Bauteil-Längserstreckungsrichtung L schlagen die Baumaterialpartikel 18.j, die schematisch eingezeichnet sind, gegen die Kompartimentwände 46.k, die entlang der Erstreckung L verlaufen und vermindern dadurch die Wand-Rauheit auf eine End-Wandrauheit Ra,end. Die End-Wandrauheit Ra,end ist beispielsweise um zumindest 30% kleiner als die Anfangs-Wandrauheit Ra,anf nach dem Bearbeiten der Kompartimentwände 46.k.
  • 2b zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des Vor-Bauteils 12'.
  • 3 a zeigt einen Schüttler 60, der auch als Shaker bezeichnet werden kann. Der Schüttler 60 besitzt einen Antrieb 62.1, der beispielsweise ein elektrostriktives Element und eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Wechselspannung an das elektrostriktive Element aufweist. Alternativ kann der Antrieb 62 beispielsweise ein Piezoelement und eine zugeordnete Spannungsquelle zum Anlegen einer Wechselspannung an das Piezoelement aufweisen.
  • Der Schüttler 60 kann zudem einen zweiten Antrieb 62.2 besitzen, der zum Bewegen der Vor-Bauteile 12', 12'.2 in eine Richtung quer zu der Richtung, in die der erste Antrieb 62.1 die Vor-Bauteile 12', 12'.2 bewegt, angeordnet ist. Die Vor-Bauteile 12', 12'.2 sind beispielsweise auf einem Tisch 64 befestigt.
  • 3b zeigt eine Ansicht von oben auf den Schüttler 60 gemäß Figura 2a.
  • In 3c ist im Teilbild (1) schematisch die Wand-Rauheit der Kompartimentwände 46.k vor dem Schütteln gezeigt, im Teilbild (2) nach dem Schütteln.
  • 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil 12 in Form einer partikelgedämpften Bremsscheibe mit einem Bremsbereich, auf dem ein Bremsbelag eines Reibpartners reibt. Die Kompartimente 44.m sind teilweise mit den Bearbeitungspartikel 32.i und der Flüssigkeit 47 gefüllt. Das fördert den Wärmetransport aus dem Bremsbereich heraus.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    3D-Drucker, additive Fertigungsanlage
    12
    Bauteil
    12'
    Vor-Bauteil
    14
    Pulverbett
    16
    Sintervorrichtung
    18
    Baumaterialpartikel
    20
    Laser
    22
    Umlenkeinheit
    24
    Laserstrahl
    26
    Verfestigungszone
    28
    erste Materialzuführvorrichtung
    30
    zweite Materialzuführvorrichtung
    32
    Bearbeitungspartikel
    34
    Abstreifer
    36
    Hubtisch
    38
    Bauplattform
    40
    Stützstruktur
    42
    Überlaufbehälter
    44
    Kompartiment
    45
    Flüssigkeitszuführer
    46
    Kompartimentwand
    47
    Flüssigkeit
    48
    Steuereinheit
    50
    erster Pulvervorratsbehälter
    52
    erste Pulvertrommel
    54
    zweiter Pulvervorratsbehälter
    56
    zweite Pulvertrommel
    58
    Öffnung
    60
    Schüttler
    62
    Antrieb
    D
    Drehachse
    i
    Laufindex
    j
    Laufindex
    k
    Laufindex
    m
    Laufindex (Kompartimente)
    L
    Längserstreckungsrichtung
    L12
    Bauteil-Längserstreckungsrichtung
    L44
    Kompartiment-Längserstreckungsrichtung
    Ra
    Wand-Rauheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2019/0240902 A1 [0012]

Claims (10)

  1. Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils (12), mit den Schritten: (a) sukzessives Aufbauen des Bauteils (12) aus einem Bauteil-Material, sodass zumindest ein Kompartiment (44) entsteht, wobei das Kompartiment (44) von Kompartimentwänden begrenzt wird und wobei die Kompartimentwände (46) eine Wand-Rauheit (Ra) haben, (b) Einfüllen von Bearbeitungspartikeln (32) aus einem Bearbeitungs-Material in das zumindest eine Kompartiment (44), sodass ein Vor-Bauteil (12') entsteht, und (c) Schütteln des Vor-Bauteils (12') mittels eines Schüttlers (60), sodass die Wand-Rauheit (Ra) aufgrund der Bearbeitungspartikel (32) vermindert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: (a) nach dem Einfüllen von Bearbeitungspartikeln (32) Verschließen des Kompartiments (44), sodass ein Vor-Bauteil (12') entsteht und (b) Austragen zumindest eines Teils der Bearbeitungspartikel (32) nach dem Schütteln.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das Schütteln so durchgeführt wird, dass ein Mittenrauwert (Ra) der Kompartimentwände (44) um zumindest 20%, insbesondere zumindest 30%, abnimmt und/oder (b) eine Bauteilmaterial-Härte des Bauteil-Materials kleiner ist als eine Bearbeitungsmaterial-Härte des Bearbeitungs-Materials.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das Bauteil-Material (i) aus Baumaterialpartikeln (18) besteht, (ii) die Baumaterialpartikel (18) eine Baumaterialpartikel-Größenverteilung haben, die die Masse aller Baumaterialpartikel, die in einem Durchmesser-Intervall des aerodynamischen Durchmessers liegen, über die jeweils gleich großen Durchmesser-Intervalle angibt, (iii) die Baumaterialpartikel-Größenverteilung einen Baumaterialpartikel-Zentralwert hat, der dem Maximum einer Ausgleichs-Gaußkurve entspricht, (b) das Bearbeitungs-Material (i) aus Bearbeitungspartikeln besteht, (ii) die Bearbeitungspartikel eine Bearbeitungspartikel-Größenverteilung haben, die die Masse aller Bearbeitungspartikel, die in einem Durchmesser-Intervall des aerodynamischen Durchmessers liegen, über die jeweils gleich großen Durchmesser-Intervalle angibt, (iii) die Bearbeitungspartikel-Größenverteilung einen Bearbeitungspartikel-Zentralwert hat, der dem Maximum einer Ausgleichs-Gaußkurve entspricht, und (c) der Baumaterialpartikel-Zentralwert und der Bearbeitungspartikel-Zentralwert sich um zumindest 30% unterscheiden.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Einfüllen einer Flüssigkeit (47) in das Kompartiment (44) zu den Bearbeitungspartikeln (32).
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das Bauteil (12) eine Bauteil-Längserstreckungsrichtung (L12) hat oder das Kompartiment (44) eine Kompartiment-Längserstreckungsrichtung (L44) hat und (b) das Schütteln quer zur Längserstreckungsrichtung (L) erfolgt.
  7. Bauteil (12), das (a) durch additive Fertigung hergestellt ist und (b) ein Kompartiment (44) aufweist, das von Kompartimentwänden (46) begrenzt ist, (c) wobei die Kompartimentwände (46) eine Wand-Rauheit (Ra) haben, dadurch gekennzeichnet, dass (d) in dem Kompartiment (44) Bearbeitungspartikel (32) und eine Flüssigkeit (47) enthalten sind.
  8. Bauteil (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass (a) eine Viskosität der Flüssigkeit (47) bei 20°C nach EN ISO 3219 zumindest 50 mPa*s und/oder maximal 5000 mPa*s beträgt und/oder (b) das Kompartiment (44) wird zu maximal 80% seines Volumens gefüllt ist.
  9. Additive Bauteilfertigungsanlage zum additiven Herstellen eines Bauteils (12), mit (a) einer ersten Materialzuführvorrichtung (28) zum Zuführen eines Bauteil-Materials, (b) einer zweiten Materialzuführvorrichtung (30) zum Zuführen eines Bearbeitungs-Materials, das sich vom Bauteil-Material unterscheidet, und (c) einer Steuereinheit (48) zum Ansteuern der ersten Materialzuführvorrichtung (28) und der zweiten Materialzuführvorrichtung (30), gekennzeichnet durch (d) eine Steuereinheit (48), die ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten: (i) sukzessives Aufbauen des Bauteils (12) aus dem Bauteil-Material gemäß einem vorgegebenen Fertigungsplan, sodass zumindest ein Kompartiment (44) entsteht und (ii) Einfüllen von Bearbeitungspartikeln (32) aus einem Bearbeitungs-Material in das zumindest eine Kompartiment (44), (iii) wobei das Bearbeitungs-Material ein Abrasivmaterial ist.
  10. Additive Bauteilfertigungsanlage (10) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitszuführer (45) zum Zuführen von Flüssigkeit (47).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3257660A1 (de) 2016-06-13 2017-12-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur bereitstellung eines schleifmittels und zur additiven fertigung einer komponente
EP3257659A1 (de) 2016-06-13 2017-12-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur bearbeitung einer oberfläche zur additiven fertigung
US20190240902A1 (en) 2016-09-29 2019-08-08 Aerosint Sa Device and method for manipulating particles

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