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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Bauteils sowie ein Bauteil.
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Bauteile werden nach dem derzeitigen Stand der Technik zunehmen durch additive Fertigungsverfahren gefertigt. Ein Nachteil bei additiv gefertigten Bauteilen ist jedoch, dass diese bedingt durch das sequenzielle Auftragen von Schichten während des Herstellungsverfahrens unebene Strukturen an der Oberfläche aufweisen. In der Regel weisen die Oberflächen eine geriffelte Struktur auf und verfügen nicht über die notwendige Oberflächenqualität. Verschiedene additive Fertigungsverfahren ermöglichen selektiv unterschiedliche Texturen. Allerdings herrscht überall eine ähnliche Oberflächenrauheit vor. Die Oberfläche der Bauteile ist als eher rau einzuordnen. Im Vergleich zu sonstigen, im Fahrzeug vorhandenen Oberflächen ergibt sich so eher selten ein stimmiges Gesamtbild.
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Um eine erforderliche Oberflächenqualität zu erreichen ist es deshalb üblich, additiv gefertigte Bauteile nachzubearbeiten. Dabei kommen Oberflächenbehandlungsverfahren zum Einsatz, welche Teile der Oberfläche abrasiv abtragen und somit die Oberfläche glätten. Zu diesen Verfahren gehören beispielsweise Polierverfahren oder Abstrahlverfahren. Ein wirtschaftliches Verfahren zur Glättung der Oberfläche ist beispielsweise das Gleitschleifen, welches auch als Trowalisieren bekannt ist. Hierbei wird das additiv gefertigte Bauteil zusammen mit einem Schleifmittel in einem Zylinder angeordnet, der rotiert und/oder vibriert, wodurch das additiv gefertigte Bauteil durch das Schleifmittel geglättet wird.
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Das Problem ist, dass die Oberflächen des Bauteils in Folge des Gleitschleifens nicht gezielt abgetragen werden, sondern in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie alle Flächen mehr oder weniger stark. Abgesehen von Bereichen, die durch das Schleifgut nicht erreicht werden können, werden alle Bereiche bearbeitet. Dies erweist sich als Nachteil, wenn bestimmte Bereiche oder Teilflächen von der Oberflächenbehandlung ausgenommen werden sollen. Um an einem Bauteil selektiv unterschiedliche Oberflächengüten erreichen zu können, müssen Oberflächen entweder durch andere Verfahren, wie beispielsweise Erodieren oder Fräsen nachbearbeitet werden, oder im Nachgang mit einem weiteren Verfahren selektiv wieder angeraut oder texturiert werden. Die meisten Verfahren bedingen hier entweder einen weiteren Bearbeitungsschritt im Fertigungsprozess oder aber eine exakte Selektion und Orientierung in der Vorbereitung.
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Um den wirtschaftlichen Vorteil des Gleitschleifens aufrechtzuhalten, ist es deshalb erforderlich, dass Schutzmaßnahmen zum Schutz der von der Behandlung auszunehmenden Bereiche günstig und ohne zusätzlichen Zeitaufwand bereitgestellt werden können.
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Eine Lösung, die einen Schutz von Oberflächen während einer Oberflächenbehandlung beschreibt, ist in der
CN 111618729 A beschrieben. Die Druckschrift beschreibt eine Gleitschleifmaschine und umfasst eine Vorrichtung, in der ein zu bearbeitender Werkstoffkörper angeordnet werden kann, wobei eine nicht zu bearbeitende Oberfläche des Werkstoffkörpers durch eine Haltevorrichtung verdeckt wird.
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Die beschriebene Erfindung umfasst ein allgemeines Verfahren zum Schutz von bestimmten Oberflächen während eines Oberflächenbehandlungsverfahrens. Hierbei ist eine manuelle Anordnung der Bauteile erforderlich und die Möglichkeiten, die sich durch das additive Fertigen ergeben, werden nicht ausgenutzt.
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Die
EP 3 730 233 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils. In der Druckschrift ist die Fertigung des Metallbauteils durch additive Fertigung offenbart, wobei Hilfsstrukturen und Anpassstrukturen zusammen mit dem eigentlichen Metallbauteil gefertigt werden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das einen Schutz vorbestimmter Oberflächenbereiche eines additiv gefertigten Bauteils ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Behandlung eines Bauteils mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Bauteils. Es ist vorgesehen, dass das Bauteil zusammen mit zumindest einer mit dem Bauteil über eine Trenneinrichtung verbundene Schutzeinrichtung zum Schützen eines während eines vorbestimmten Oberflächenbehandlungsverfahrens zu schützenden Bereichs des Bauteils additiv gefertigt wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass während der additiven Fertigung das Bauteil zusammen mit einer Schutzeinrichtung gefertigt wird, welche dazu eingerichtet ist, einen vorbestimmten Bereich des additiv gefertigten Bauteils während des vorbestimmten Oberflächenbehandlungsverfahrens zu schützen. Die Schutzeinrichtung ist dabei durch eine Trenneinrichtung mit dem Bauteil verbunden. Die additive Fertigung umfasst somit nicht nur das eigentliche Bauteil sondern eine Ergänzung, welche die Trenneinrichtung und die Schutzeinrichtung umfasst.
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Das additiv gefertigte Bauteil wird in dem vorbestimmten Oberflächenbehandlungsverfahren bearbeitet. Während des vorbestimmten Oberflächenbehandlungsverfahrens wird der zu schützende Bereich durch die Schutzeinrichtung geschützt. Dies bedeutet, dass eine Oberfläche des zu schützenden Bereichs des Bauteils nicht durch das Oberflächenbehandlungsverfahren bearbeitet wird. Die Schutzeinrichtung kann beispielsweise die betreffende Oberfläche vor einem während des Oberflächenbehandlungsverfahrens verwendeten Schleifmittels oder Strahl abschirmen. Die betreffende Oberfläche bleibt somit unbehandelt. In einem weiteren Schritt wird die zumindest eine Trenneinrichtung nach der Durchführung des vorbestimmten Oberflächenbehandlungsverfahrens durchtrennt, um die zumindest eine Schutzeinrichtung von dem additiv gefertigten Bauteil zu lösen. Mit anderen Worten wird die zumindest eine Schutzeinrichtung durch ein Trennen der Trenneinrichtung von dem Bauteil entfernt. Zum Ende des Verfahrens liegt somit das additiv gefertigte Bauteil vor, wobei die Oberfläche des zu schützenden Bereichs unbehandelt ist.
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Durch das Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass eine wirtschaftliche Nachbehandlung eines additiv gefertigten Bauteils in einem vorbestimmten Oberflächenbehandlungsverfahren ermöglicht wird. Es ist somit nicht erforderlich, nachträglich separate Schutzeinrichtungen vor dem Oberflächenbehandlungsverfahren an dem Bauteil anzuordnen. Die Schutzeinrichtung kann somit zusammen mit dem Bauteil gefertigt werden.
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Mit der Erfindung werden die Vorteile der additiven Fertigung gezielt ausgenutzt. Vorteilhaft ist zum Beispiel die große geometrische Freiheit der Druckverfahren. Über die trennbare, eingebaute Schutzeinrichtung werden Bauteilbereiche gezielt während der Bearbeitung verdeckt und somit geschützt. Der Abtrag im Gleitschleifen findet damit nur auf den gewünschten Flächen statt. Im Nachgang an das Gleitschleifen wird die Schutzeinrichtung entfernt und mindestens zwei unterschiedliche Oberflächenqualitäten liegen vor. Der große Vorteil liegt darin, dass die Bauteilbereiche direkt im Prozess durch die Schutzeinrichtung geschützt werden. Somit ist kein Montageschritt eines Schutzes notwendig
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trenneinrichtung eine Sollbruchstelle aufweist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Trenneinrichtung einen Bereich zum vorgesehenen Durchtrennen der Trenneinrichtung aufweist. Die Trenneinrichtung kann beispielsweise vorbestimmte Schwachstellen, Kerben, Verjüngungen oder andere Strukturen aufweisen, in denen es zu einer Spannungskonzentration und folglich zu einem Brechen oder Reißen kommen kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein einfaches Trennen der Schutzeinrichtung von dem additiv gefertigten Bauteil entlang vorbestimmter Verläufe oder an vorbestimmten Stellen ermöglicht wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trenneinrichtung eine Klettstruktur aufweist. Mit anderen Worten weist die Trenneinrichtung als Verbindung zwischen der Schutzeinrichtung und dem Bauteil eine Struktur auf, welche Hakenelemente aufweist, die sich ineinander verhaken und somit eine Verbindung zwischen dem Schutzelement und dem Bauteil herstellen. Ein Teil der Hakenelemente ist dabei in dem Bauteil verankert, während ein weiterer Teil in der Schutzeinrichtung verankert ist. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass bei einem Entfernen der Schutzeinrichtung Brüche bevorzugt an den Hakenelementen auftreten, wodurch es zu keiner Schädigung des Bauteils bei dem Entfernen der Schutzeinrichtung kommt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzeinrichtung eine Platte aufweist. Mit anderen Worten umfasst die Schutzeinrichtung ein flächig ausgeprägtes Element. Mit einer Platte ist ein Element gemeint, dessen Breite und Länge signifikant größer ist als dessen Dicke. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass ein flächiger Bereich des Bauteils verdeckt werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzeinrichtung und/oder die Trenneinrichtung mit einem anderen Material additiv gefertigt werden, als das Bauteil. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Schutzeinrichtung und/oder die Trenneinrichtung aus einem anderen Material bestehen oder ein anderes Material enthalten als das eigentliche Bauteil. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass es durch die Verwendung eines anderen Materials für die Schutzeinrichtung und/oder die Trenneinrichtung als für das Bauteil ermöglicht wird, ein Material zu nehmen, welches leichter zu entfernen ist, als das Material aus dem das additiv gefertigte Bauteil besteht.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das vorbestimmte Oberflächenbehandlungsverfahren ein Gleitschleifen des Bauteils umfasst. Mit anderen Worten umfasst die Oberflächenbehandlung eine Anordnung des Bauteils in einem Behälter, der mit einem Schleifmittel gefüllt ist, wobei der Behälter durch Rotation oder Vibration angeregt wird, sodass die Oberflächen des Bauteils durch das Schleifmittel geschliffen wird.
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Die Erfindung umfasst auch ein Bauteil, das nach einem der vorhergehenden Verfahren gefertigt wurde. Bei dem Bauteil kann es sich insbesondere um ein Bauteil für ein Fahrzeug handeln. Das Bauteil kann beispielsweise eine additiv gefertigte Dekorblende für ein Fahrzeug sein. Dabei kann die Oberflächenqualität nach der additiven Fertigung nicht ausreichend sein, sodass eine Oberflächenbehandlung des Bauteils erfolgt ist. Das Bauteil kann zwei verschiedene Oberflächenstrukturen aufweisen. Während einige Bereiche gezielt narbenähnliche Muster aufweisen, sind andere geschliffen beziehungsweise glatt ausgeführt.
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Die Erfindung umfasst auch ein System, aufweisend ein Bauteil und zumindest eine mit dem Bauteil über eine Trenneinrichtung verbundene Schutzeinrichtung zum Schützen eines während eines Oberflächenbehandlungsverfahrens zu schützenden Bereich des Bauteils.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Bauteils, welches nach einem vorbestimmten Oberflächenbehandlungsverfahren zu bearbeiten ist, wobei ein während des Oberflächenbehandlungsverfahrens zu schützender Bereich des Bauteils mit einer Schutzeinrichtung versehen ist, die über eine Trenneinrichtung in Form von Sollbruchstellen mit dem Bauteil verbunden ist;
- 2 eine weitere Ausführungsform des Bauteils, wobei die Trenneinrichtung als Klettverschluss ausgebildet ist.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den Fig. ist jeweils ein Bauteil 1 geschnitten dargestellt, bei welchem es sich um ein additiv gefertigtes Bauteil handeln kann. Das Bauteil 1 kann insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehen sein. Das Bauteil 1 kann mittels eines additiven Fertigungsverfahrens gefertigt worden sein. Bei dem additiven Fertigungsverfahren kann es sich beispielsweise um ein Verfahren handeln, welches auf einem Auftragen und Schmelzen eines Metallpulvers basiert. Aufgrund der sequentiellen Auftragung einzelner Schichten während der Fertigung des Bauteils kann das Bauteil 1 eine Oberfläche aufweisen, welche nicht den vorgegebenen Ansprüchen genügt. Aus diesem Grund kann es vorgesehen sein, das Bauteil 1 mittels eines vorbestimmten Oberflächenbehandlungsverfahrens, welches beispielsweise ein Gleitschleifen des Bauteils 1 umfasst, nach der additiven Fertigung des Bauteils zu behandeln, um eine gewünschte Oberflächenqualität zu erreichen. Bei der Oberflächenbehandlung kann es sich beispielsweise um ein abrasives Verfahren handeln, wobei Teile der Oberfläche abgetragen werden. Es kann vorgesehen sein, dass ein zu schützender Bereich 2 des Bauteils 1 nicht während des Oberflächenbehandlungsverfahrens bearbeitet werden soll. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der zu schützende Bereich 2 des Bauteils 1 durch eine Schutzeinrichtung 3 verdeckt wird. Die Schutzeinrichtung 3 kann während des additiven Fertigungsvorgangs zusammen mit dem additiven Bauteil 1 gefertigt werden. Damit ein einfaches Trennen der Schutzeinrichtung 3 von dem Bauteil 1 nach der Durchführung des vorbestimmten Oberflächenbehandlungsverfahrens ermöglicht wird, kann die Schutzeinrichtung über eine Trenneinrichtung 4 mit dem Bauteil verbunden sein. Die Trenneinrichtung 4 kann während des additiven Fertigungsvorgangs zusammen mit dem Bauteil 1 und der Schutzeinrichtung 3 gefertigt werden. Um ein einfaches Lösen der Schutzeinrichtung 3 von dem Bauteil 1 zu ermöglichen, kann die Trenneinrichtung 4 beispielsweise nach einem Sollbruchprinzip geschaffen sein. Die Trenneinrichtung 4 kann beispielsweise Trennelemente 5 aufweisen, welche das Bauteil 1 mit der Schutzeinrichtung 3 verbinden. Die Trennelemente 5 können Sollbruchstellen 6 aufweisen, wobei es sich beispielsweise um Verjüngungen oder Kerben handeln kann. Durch die Bereitstellung von Sollbruchstellen 6 kann ein Trennen der Trenneinrichtung 4 an den Sollbruchstellen 6 ermöglicht werden. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Brechen der Trenneinrichtung 4 nicht im Bereich des Bauteils erfolgt. Die Trennelemente 5 können verschiedene Querschnittsflächen 7 aufweisen, die sich an den mechanischen Anforderungen der Trenneinrichtung orientieren können.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Bauteils 1, welches über eine Trenneinrichtung 4 mit der Schutzeinrichtung 3 verbunden ist. In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Trenneinrichtung 4 nach dem Klettverschlussverfahren beschaffen. Zu diesem Zweck weist die Trenneinrichtung 4 Hakenelemente 8 auf, welche an der Schutzeinrichtung 3 und/oder dem Bauteil 1 angeordnet sind und welche ineinander verhakt sind. Bei einem Trennen der Trenneinrichtung 4 lösen sich die ineinander verhakten Hakenelemente 8 oder die Hakenelemente 8 reißen, sodass die Trennung sicher im Bereich der Trenneinrichtung 4 und nicht im Bereich des Bauteils 1 erfolgt.
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Die zu schützenden Bauteilbereiche können somit über die eingebaute Trenneinrichtung 4, welche beispielsweise, wie in 1 gezeigt, winzige Sollbruchstellen aufweisen kann oder, wie in 2 gezeigt, eine Art Klettverschluss sein kann und der Schutzeinrichtung 3, welche in einer einfachsten Ausführung eine Plattengeometrie aufweisen kann, gezielt verdeckt werden. Die Plattengeometrie kann weiterhin dazu genutzt werden, den Fluss der Schleifkörper um das Bauteil 1 herum zu optimieren
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 2
- Zu schützender Bereich
- 3
- Schutzeinrichtung
- 4
- Trenneinrichtung
- 5
- Trennelement
- 6
- Sollbruchstellen
- 7
- Querschnitte der Trennelemente
- 8
- Hakenelemente
- 9
- Klettstruktur
- 10
- Bauteilsystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 111618729 A [0006]
- EP 3730233 A1 [0008]
