DE102021130330A1 - Process for the production of a layered molded body and test device for the production of a layered molded body - Google Patents

Process for the production of a layered molded body and test device for the production of a layered molded body Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers (10), das folgende Schritte aufweist: Erzeugen einer Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) aus einem aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff; Erzeugen einer weiteren Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) aus dem aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff auf der bereits erzeugten Schicht (20a, 20b, 20c, 20d); und Einstechen in die Schichten (20a, 20b, 20c, 20d) mittels eines Einstechkörpers (18), um eine form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen den Schichten (20a, 20b, 20c, 20d) zu erzeugen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (12) zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers (10) sowie ein Fahrzeugteil, das mit einem derartigen Verfahren und/oder einer derartigen Vorrichtung (12) hergestellt ist.The invention relates to a method for producing a layered shaped body (10), which has the following steps: producing a layer (20a, 20b, 20c, 20d) from a hardenable and/or meltable material; creating a further layer (20a, 20b, 20c, 20d) of the hardenable and/or meltable material on the already created layer (20a, 20b, 20c, 20d); and piercing the layers (20a, 20b, 20c, 20d) by means of a piercing body (18) in order to produce a positive, non-positive and/or material connection between the layers (20a, 20b, 20c, 20d). The invention also relates to a device (12) for producing a layered shaped body (10) and a vehicle part that is produced using such a method and/or such a device (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers, bei dem eine Schicht aus aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff erzeugt und anschließend eine weitere Schicht aus aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff auf der bereits erzeugten Schicht erzeugt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers sowie ein Fahrzeugteil hergestellt mit einem derartigen Verfahren und/oder einer derartigen Vorrichtung.The present invention relates to a method for producing a layered shaped body in which a layer of hardenable and/or meltable material is produced and then a further layer of hardenable and/or meltable material is produced on the layer already produced. Furthermore, the invention relates to a device for producing a layered shaped body and a vehicle part produced with such a method and/or such a device.

Bei der sogenannten additiven Fertigung, die auch als Additive Manufacturing (AM), generative Fertigung oder 3D-Druck bezeichnet werden kann, werden Bauteile durch schichtweisen Auftrag eines schmelzbaren Werkstoffes erzeugt. Dabei bestimmt die interlaminare Haftung maßgeblich die resultierenden mechanischen Eigenschaften, vor allem die Isotropie der Bauteile. Gerade bei additiven Verfahren, bei welchen Bahnen aufeinandergelegt werden, ist im Moment des Auftrags die Temperatur der vorher abgelegten darunterliegenden Bahn entscheidend für die Schichthaftung. Die interlaminare Schichthaftung ist hierbei ein großes Problem und kann zur Inhomogenität hinsichtlich der richtungsabhängigen Eigenschaften führen. Um eine optimale Schichthaftung zu generieren, sind ausgezeichnete Simulationsmodelle erforderlich, um die Bahngeschwindigkeit der Auftragsdüse optimal an die Abkühlgeschwindigkeit des bereits hergestellten Bauteils anzupassen und somit optimale Schichthaftung zu generieren.In so-called additive manufacturing, which can also be referred to as additive manufacturing (AM), generative manufacturing or 3D printing, components are produced by applying a meltable material in layers. The interlaminar adhesion determines the resulting mechanical properties, especially the isotropy of the components. Particularly in the case of additive processes, in which strips are laid one on top of the other, the temperature of the previously laid strip underneath is decisive for layer adhesion at the moment of application. The interlaminar layer adhesion is a major problem here and can lead to inhomogeneity with regard to the directional properties. In order to generate optimal layer adhesion, excellent simulation models are required in order to optimally adapt the path speed of the application nozzle to the cooling speed of the component that has already been manufactured and thus generate optimal layer adhesion.

Aus DE 10 2019 121 180 A1 ist ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung eines Bauteils bekannt, bei dem das Bauteil während oder nach der Erzeugung abschnittsweise temperiert wird, um die Steifigkeitseigenschaften des Bauteils zu beeinflussen.Out of DE 10 2019 121 180 A1 discloses an additive manufacturing method for producing a component, in which the component is tempered in sections during or after production in order to influence the rigidity properties of the component.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mittels denen ein schichtweise aufgebauter Formkörper mit einer verbesserten Schichthaftung erzeugt werden kann.The present invention is based on the object of creating a method and a device by means of which a molded body constructed in layers with improved layer adhesion can be produced.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie ein Fahrzeugteil mit den Merkmalen des Anspruchs 12 vorgeschlagen.To solve the problem, a method with the features of claim 1, a device with the features of claim 8 and a vehicle part with the features of claim 12 are proposed.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.Advantageous configurations of the method and the device are the subject matter of the respective dependent claims.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers vorgeschlagen, bei dem zunächst eine Schicht aus einem aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff erzeugt, anschließend eine weitere Schicht aus dem aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff auf der bereits erzeugten Schicht erzeugt, und schließlich mittels eines Einstechkörpers in die Schichten eingestochen wird, um eine form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen den Schichten zu erzeugen.According to one aspect, a method for the production of a layered shaped body is proposed, in which first a layer of a hardenable and/or meltable material is produced, then a further layer of the hardenable and/or meltable material is produced on the layer already produced, and finally the layers are pierced by means of a piercing body in order to produce a positive, non-positive and/or material connection between the layers.

Durch das Einstechen in die Schichten wird der Werkstoff beziehungsweise das Material der oberen Schicht in die darunterliegende Schicht eingestochen, so dass ein Form-, Kraft- und/oder Stoffschluss zwischen diesen Schichten entsteht. Infolgedessen wird die Schichthaftung und somit die Verbundfestigkeit zwischen den Schichten erhöht, so dass ein derart hergestellter Formkörper eine reduzierte Anisotropie aufweist.By puncturing the layers, the material or the material of the upper layer is pierced into the underlying layer, so that a positive, non-positive and/or material connection arises between these layers. As a result, the layer adhesion and thus the bond strength between the layers is increased, so that a shaped body produced in this way has reduced anisotropy.

Beim Einstechen in die Schichten wird die obere Schicht vollständig von dem Einstechkörper durchdrungen. In die darunterliegende Schicht dringt der Einstechkörper entweder nur teilweise ein, das heißt, der Einstechkörper durchdringt die darunterliegende Schicht nicht, oder der Einstechkörper durchdringt die darunterliegende Schicht ebenfalls vollständig. Dadurch wird der Werkstoff beziehungsweise das Material der oberen Schicht in die darunterliegende Schicht transportiert und mit deren Werkstoff beziehungsweise deren Material vermengt. Somit wird ein Form-, Kraft- und/oder Stoffschluss zwischen den Schichten erzeugt.When piercing the layers, the upper layer is completely penetrated by the piercing body. The piercing body either penetrates only partially into the underlying layer, that is to say the piercing body does not penetrate the underlying layer, or the piercing body likewise completely penetrates the underlying layer. As a result, the material or the material of the upper layer is transported into the layer below and mixed with the material or their material. This creates a positive, non-positive and/or material connection between the layers.

Bei dem Verfahren wird sich nach der Ablage der oberen Schicht die hohe Temperatur des aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoffes, welche annähernd einer Schmelztemperatur des Werkstoffes entspricht, zu Nutze gemacht, um den Eindringwiderstand des Einstechkörpers zu reduzieren. So ist beim Einstechen in die Schichten die oberste Schicht noch zähflüssig, wohingegen die darunterliegende Schicht noch warm ist beziehungsweise durch die obere Schicht erwärmt wird.After the upper layer has been deposited, the method utilizes the high temperature of the hardenable and/or meltable material, which approximately corresponds to a melting temperature of the material, in order to reduce the penetration resistance of the piercing body. When you pierce the layers, the top layer is still viscous, while the layer underneath is still warm or is being heated by the top layer.

Der Formkörper kann vorliegend auch als Bauteil und der Werkstoff kann vorliegend auch als Material bezeichnet werden.In the present case, the shaped body can also be referred to as a component and the material can also be referred to as a material.

Ein aufschmelzbarer Werkstoff kann Kunststoff oder flüssiges Metall sein. Der aufschmelzbare Kunststoff kann mit Fasern und/oder Glaskugeln versehen sein. Ein aushärtbarer Werkstoff kann Beton sein.A meltable material can be plastic or liquid metal. The meltable plastic can be provided with fibers and/or glass beads. A hardenable material can be concrete.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in gleichmäßigen Abständen oder in ungleichmäßigen Abständen in die Schichten eingestochen. So wird beispielsweise bei der Erzeugung von Radien ungleichmäßig in die Schichten eingestochen.In an advantageous embodiment, the layers are pierced at regular intervals or at irregular intervals. So will pierced unevenly into the layers, for example when generating radii.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird mittig oder außerhalb einer Mitte der Schichten in die Schichten eingestochen.In an advantageous embodiment, the layers are pierced in the middle or outside a middle of the layers.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Einstechkörper eine Nadel. Eine Nadel stellt ein einfaches und kostengünstiges Mittel dar, um in die Schichten einzustechen. Die Nadel kann aus Metall oder Kunststoff sein. Ferner kann die Nadel spitz oder stumpf ausgebildet sein.In an advantageous embodiment, the piercing body is a needle. A needle provides a simple and inexpensive means of piercing the layers. The needle can be made of metal or plastic. Furthermore, the needle can be pointed or blunt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem Abstand von zwischen einem Durchmesser des Einstechkörpers und dem 10fachen Durchmesser des Einstechkörpers in die Schichten eingestochen. Dadurch wird ein ausreichender Form-, Kraft- und/oder Stoffschluss zwischen den Schichten geschaffen.In an advantageous embodiment, the layers are pierced at a distance of between a diameter of the piercing body and 10 times the diameter of the piercing body. This creates a sufficient positive, non-positive and/or material connection between the layers.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Einstechkörper derart geführt, dass eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten einer horizontalen Erzeugungsgeschwindigkeit einer Schicht entspricht, oder dass eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten von einer horizontalen Erzeugungsgeschwindigkeit einer Schicht entkoppelt ist. In dem Fall, in dem eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten einer horizontalen Erzeugungsgeschwindigkeit einer Schicht entspricht, bewegt sich der Einstechkörper gemeinsam mit einer Düse beziehungsweise einem Druckkopf, während der Einstechkörper in die Schichten einsticht. Somit kann sich der Einstechkörper in horizontaler Richtung mit derselben Geschwindigkeit wie eine Düse beziehungsweise ein Druckkopf bewegen. Durch eine schnelle translatorische Bewegung des Einstechkörpers mit gleicher Bahngeschwindigkeit zum Erzeugen der Schicht kann diese dazu verwendet werden, um die Schichten unmittelbar nach dem Erzeugen der obenliegenden Schicht miteinander zu verbinden. Dadurch wird die Verbundfestigkeit erhöht und die Anisotropie des Formkörpers reduziert. Unter Erzeugungsgeschwindigkeit wird vorliegend eine horizontale Geschwindigkeit einer Düse beziehungsweise eines Druckkopfes verstanden. Somit kann durch eine schnelle translatorische Bewegung des Einstechkörpers mit gleicher Bahngeschwindigkeit der Düse beziehungsweise des Druckkopfes diese dazu verwendet werden, die Schichten direkt angeschlossen an die Düse beziehungsweise den Druckkopf miteinander zu verbinden. Dies erhöht die Verbundfestigkeit und reduziert die Anisotropie des Formkörpers. Im dem Fall, in dem eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten von einer horizontalen Erzeugungsgeschwindigkeit einer Schicht entkoppelt ist, wird der Einstechkörper entkoppelt von einer Düse beziehungsweise einem Druckkopf geführt, so dass sich der Einstechkörper während des Einstechens in die Schichten nicht horizontal bewegt. Eine translatorischen Geschwindigkeit des Einstechkörpers kann eine Kombination aus einer horizontalen Geschwindigkeit, mit welcher sich der Einstechkörper parallel zu den Schichten bewegt, und einer Geschwindigkeit, mit welcher der Einstechkörper in die Schichten einsticht, sein. Eine horizontale Bewegung ist vorliegend eine Bewegung in einer x-y-Ebene. Die Bewegung des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten kann in z-Richtung sein.In an advantageous embodiment, the piercing body is guided in such a way that a translational speed of the piercing body for piercing the layers corresponds to a horizontal generation speed of a layer, or that a translational speed of the piercing body for piercing the layers is decoupled from a horizontal generation speed of a layer. In the case where a translational speed of the piercing body for piercing the layers corresponds to a horizontal generation speed of a layer, the piercing body moves together with a nozzle or a print head while the piercing body pierces the layers. Thus, the piercing body can move in the horizontal direction at the same speed as a nozzle or a print head. A rapid translational movement of the piercing body at the same web speed to produce the layer can be used to connect the layers to one another immediately after the layer on top has been produced. This increases the bond strength and reduces the anisotropy of the shaped body. In the present case, generation speed is understood to mean a horizontal speed of a nozzle or a print head. Thus, by means of a fast translational movement of the piercing body with the same web speed of the nozzle or the print head, this can be used to connect the layers directly connected to the nozzle or the print head to one another. This increases the bond strength and reduces the anisotropy of the molded body. In the case in which a translational speed of the piercing body for piercing the layers is decoupled from a horizontal production speed of a layer, the piercing body is guided decoupled from a nozzle or a print head, so that the piercing body does not move horizontally while piercing the layers emotional. A translational speed of the piercing body may be a combination of a horizontal speed at which the piercing body moves parallel to the layers and a speed at which the piercing body pierces the layers. A horizontal movement is here a movement in an x-y plane. The movement of the piercing body for piercing the layers can be in the z-direction.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Einstechkörper senkrecht oder geneigt zu einer Oberfläche einer Schicht in selbige eingestochen. Unter geneigt wird vorliegend verstanden, dass der Einstechkörper unter einem Winkel in die Schichten eingestochen wird. Der Winkel kann zwischen größer 0° und kleiner 90° betragen. Ferner ist es denkbar, dass der Einstechkörper zusätzlich vor dem Einstechen in die Schichten eine Bewegung relativ zu den Schichten, das heißt in Richtung einer Tiefe der Schichten, durchführt.In an advantageous embodiment, the piercing body is pierced into a layer perpendicularly or inclined to a surface of the same. In the present case, inclined is understood to mean that the piercing body is pierced into the layers at an angle. The angle can be between greater than 0° and less than 90°. Furthermore, it is conceivable that the piercing body additionally performs a movement relative to the layers, ie in the direction of a depth of the layers, before piercing into the layers.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Einstechkörper beheizt und/oder gekühlt. Durch Beheizen des Einstechkörpers kann der Eindringwiderstand reduziert werden. Durch Kühlen des Einstechkörpers können bestimmte Werkstoffeigenschaften innerhalb der Schichten beim Einstechen erzielt werden.In an advantageous embodiment, the piercing body is heated and/or cooled. The penetration resistance can be reduced by heating the piercing body. By cooling the piercing body, specific material properties can be achieved within the layers during piercing.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Vielzahl an Schichten aus aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff übereinander erzeugt, wobei jeweils wenigstens in die unmittelbar erzeugte Schicht und die darunterliegende Schicht eingestochen wird. Somit wird während eine Schicht erzeugt wird unmittelbar in selbige und wenigstens in die darunterliegende Schicht eingestochen, um die Schichten form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander zu verbinden und die Verbundfestigkeit zwischen den Schichten zu erhöhen sowie die Anisotropie zu reduzieren. Darüber hinaus kann in die unmittelbar erzeugte Schicht und mehrere darunterliegende Schichten eingestochen werden.In an advantageous embodiment, a multiplicity of layers of material that can be hardened and/or melted is produced one on top of the other, piercing being carried out at least in the directly produced layer and the layer underneath. Thus, while a layer is being produced, piercing is made directly into the same and at least into the underlying layer in order to connect the layers to one another in a positive, non-positive and/or material manner and to increase the bond strength between the layers and to reduce the anisotropy. In addition, it is possible to pierce the immediately created layer and several layers below it.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in die unmittelbar erzeugte Schicht und die darunterliegende Schicht horizontal versetzt zu den unmittelbar vorhergehenden Einstichen eingestochen. Dadurch entsteht ein versetztes Einstechmuster, was die Verbundfestigkeit zwischen den Schichten erhöht. So wird in die unmittelbar erzeugte Schicht und die darunterliegende Schicht horizontal versetzt zu den Einstichen der darunterliegende Schicht und der diesbezüglich darunterliegenden Schicht eingestochen.In an advantageous embodiment, the immediately produced layer and the layer below it are pierced horizontally offset to the immediately preceding punctures. This creates a staggered stitch pattern, increasing bond strength between layers. In this way, the immediately generated layer and the layer below it are offset horizontally to the in pricked the underlying layer and the related underlying layer punctured.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers vorgeschlagen, die eine Düse zum Auftragen von Schichten aus aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff und wenigstens einen Einstechkörper zum Einstechen in die Schichten aufweist.According to a further aspect, a device for producing a layered shaped body is proposed, which has a nozzle for applying layers of hardenable and/or meltable material and at least one piercing body for piercing the layers.

Die Düse kann vorliegend auch als Druckkopf bezeichnet werden. Über die Düse kann ein aufgeschmolzener Werkstoff schichtweise aufgetragen werden. Hierzu kann die Düse einen Düsenkanal aufweisen. Die Düse kann sich zum Erzeugen einer Schicht mit einer horizontalen Geschwindigkeit beziehungsweise Bahngeschwindigkeit bewegen.In the present case, the nozzle can also be referred to as a print head. A melted material can be applied in layers via the nozzle. For this purpose, the nozzle can have a nozzle channel. The nozzle may move at a horizontal speed or web speed to produce a layer.

Der Einstechkörper kann eine Nadel sein. Die Nadel kann aus Metall oder Kunststoff sein. Ferner kann die Nadel spitz oder stumpf ausgebildet sein. Der Einstechkörper kann sich translatorisch bewegen. Vorteilhaft ist der Einstechkörper derart geführt, dass eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten einer horizontalen Geschwindigkeit der Düse entspricht, oder dass eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten von einer horizontalen Geschwindigkeit einer Düse entkoppelt ist. Im dem Fall, in dem eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten einer horizontalen Geschwindigkeit der Düse entspricht, bewegt sich der Einstechkörper gemeinsam mit der Düse, während der Einstechkörper in die Schichten einsticht. Somit kann sich der Einstechkörper in horizontaler Richtung mit derselben Geschwindigkeit wie die Düse bewegen. Im dem Fall, in dem eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten von einer horizontalen Geschwindigkeit der Düse entkoppelt ist, bewegt sich der Einstechkörper während des Einstechens in die Schichten nicht horizontal. Eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers kann eine Kombination aus einer horizontalen Geschwindigkeit, mit welcher sich der Einstechkörper parallel zu den Schichten bewegt, und einer Geschwindigkeit, mit welcher der Einstechkörper in die Schichten einsticht, sein. Eine horizontale Bewegung ist vorliegend eine Bewegung in einer x-y-Ebene. Die Bewegung des Einstechkörpers zum Einstechen in die Schichten kann in z-Richtung sein.The piercing body can be a needle. The needle can be made of metal or plastic. Furthermore, the needle can be pointed or blunt. The piercing body can move translationally. The piercing body is advantageously guided in such a way that a translational speed of the piercing body for piercing the layers corresponds to a horizontal speed of the nozzle, or that a translational speed of the piercing body for piercing the layers is decoupled from a horizontal speed of a nozzle. In the case where a translational speed of the piercing body for piercing the layers corresponds to a horizontal velocity of the nozzle, the piercing body moves together with the nozzle while the piercing body is piercing the layers. Thus, the piercing body can move in the horizontal direction at the same speed as the nozzle. In the case where a translatory speed of the piercing body for piercing the layers is decoupled from a horizontal velocity of the nozzle, the piercing body does not move horizontally during piercing into the layers. A translational speed of the piercing body may be a combination of a horizontal speed at which the piercing body moves parallel to the layers and a speed at which the piercing body pierces the layers. A horizontal movement is here a movement in an x-y plane. The movement of the piercing body for piercing the layers can be in the z-direction.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Einstechkörper außerhalb oder innerhalb der Düse angeordnet. So kann der Einstechkörper separat zu der Düse translatorisch bewegbar angeordnet sein, oder der Einstechkörper ist innerhalb der Düse, insbesondere innerhalb eines Düsenkanals, der Düse translatorisch bewegbar angeordnet.In an advantageous embodiment, the piercing body is arranged outside or inside the nozzle. The piercing body can be arranged so that it can move in a translatory manner separately from the nozzle, or the piercing body can be arranged in a translatory movable manner inside the nozzle, in particular inside a nozzle channel of the nozzle.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Querschnitt des Einstechkörpers in Einstechrichtung konstant oder variiert. Durch die Variation des Querschnitts kann Material aus der darunterliegenden Schicht in die darüberliegende Schicht geholt werden. So kann der Einstechkörper als variierenden Querschnitt einen Widerhaken haben. Weiterhin vorteilhaft kann der Einstechkörper als variierenden Querschnitt einen Hinterschnitt aufweisen. Sowohl ein Widerhaken als auch ein Hinterschnitt tragen zur Vermengung der Werkstoffe der Schichten bei.In an advantageous embodiment, a cross section of the piercing body is constant or varies in the piercing direction. By varying the cross-section, material can be brought from the layer below into the layer above. The piercing body can have a barb as a varying cross-section. The piercing body can also advantageously have an undercut as a varying cross section. Both a barb and an undercut contribute to the blending of the materials of the layers.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt ein Durchmesser des Einstechkörpers zwischen 1/5 einer Schichtbreite und 1/2 der Schichtbreite. Dadurch weist der Formkörper eine ansprechende Optik auf, da die Schichten beim Einstechen nicht zu stark quer zur Einstechrichtung auskragen. Die Schichtenbreite kann zwischen 1 mm und 10 mm betragen.In an advantageous embodiment, the diameter of the piercing body is between 1/5 of a slice width and 1/2 of the slice width. As a result, the shaped body has an attractive appearance, since the layers do not protrude too much transversely to the direction of piercing during piercing. The layer width can be between 1 mm and 10 mm.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeugteil vorgeschlagen, das mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt ist.According to a further aspect, a vehicle part is proposed which is produced using a method according to the invention and/or a device according to the invention.

Nachfolgend werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers, sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigt:

  • 1 eine schematische Vorderansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 eine schematische Vorderansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
  • 3 eine schematische Vorderansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers gemäß einer dritten Ausführungsform;.
In the following, a method and a device for producing a shaped body constructed in layers, as well as further features and advantages, are explained in more detail with reference to exemplary embodiments which are shown schematically in the figures. This shows:
  • 1 a schematic front view of a method and a device for producing a layered shaped body according to a first embodiment;
  • 2 a schematic front view of a method and a device for producing a layered shaped body according to a second embodiment; and
  • 3 a schematic front view of a method and a device for producing a layered shaped body according to a third embodiment;.

In 1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers 10 aus einem aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff sowie eine Vorrichtung 12 umfassend eine Düse 14 mit einem Düsenkanal 16 und einem Einstechkörper 18 zur Herstellung des schichtweise aufgebauten Formkörpers 10 gezeigt.In 1 shows a method for producing a layered shaped body 10 from a hardenable and/or meltable material and a device 12 comprising a nozzle 14 with a nozzle channel 16 and a piercing body 18 for producing the layered shaped body 10.

Der Formkörper 10 ist aus Schichten 20a, 20b, 20c, 20d aus aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff gebildet, die aufeinander gefügt werden. Hierzu verfährt die Düse 14 mit einer horizontalen Geschwindigkeit, wobei über den Düsenkanal 16 der aufschmelzbare Werkstoff aufgetragen wird. Der aufschmelzbare Werkstoff kann ein aufschmelzbarer Kunststoff, Beton oder flüssiges Metall sein. Darüber hinaus kann der aufschmelzbare Kunststoff mit Fasern und/oder Glaskugeln versehen sein.The shaped body 10 is composed of layers 20a, 20b, 20c, 20d of hardenable and/or meltable Ren material formed, which are joined together. For this purpose, the nozzle 14 moves at a horizontal speed, the meltable material being applied via the nozzle channel 16 . The fusible material can be a fusible plastic, concrete or liquid metal. In addition, the meltable plastic can be provided with fibers and/or glass beads.

Um die Haftung zwischen den Schichten 20a, 20b, 20c, 20d zu erhöhen, wird in die Schichten 20a, 20b, 20c, 20d eingestochen, wie in 1 ersichtlich ist. Hierzu ist der Einstechkörper 18 als eine in vertikaler Richtung bewegbare Nadel 22 ausgebildet. Durch das Einstechen in die oberste Schicht 20a und in die darunterliegende Schicht 20b wird das Material von der oberen Schicht 20a in die darunterliegende Schicht 20b eingestochen, so dass eine form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Schichten 20a, 20b entsteht. Nach der Ablage der obersten Schicht 20a wird sich dabei deren hohe Temperatur, die annähernd der Schmelztemperatur des Werkstoffes der obersten Schicht 20a entspricht, zum Vorteil gemacht, um den Eindringwiderstand der Nadel 22 zu reduzieren. Zudem kann die schnelle translatorische Bewegung der Nadel 22 mit gleicher Bahngeschwindigkeit der Düse 14 dazu verwendet werden, die Schichten 20a, 20b, 20c, 20d direkt angeschlossen an die Düse 14 miteinander zu verbinden. Dies erhöht die Verbundfestigkeit und reduziert die Anisotropie des Formkörpers 10.In order to increase the adhesion between the layers 20a, 20b, 20c, 20d, the layers 20a, 20b, 20c, 20d are pierced, as in 1 is evident. For this purpose, the piercing body 18 is designed as a needle 22 that can be moved in the vertical direction. By piercing the top layer 20a and the layer 20b below, the material is pierced from the upper layer 20a into the layer 20b below, so that a positive, non-positive and/or material connection is created between the two layers 20a, 20b . After the top layer 20a has been deposited, its high temperature, which approximately corresponds to the melting temperature of the material of the top layer 20a, is used to advantage in order to reduce the penetration resistance of the needle 22. In addition, the rapid translational movement of the needle 22 with the same web speed of the nozzle 14 can be used to connect the layers 20a, 20b, 20c, 20d to one another directly connected to the nozzle 14. This increases the bond strength and reduces the anisotropy of the molded body 10.

Gemäß 1 wird mittig und senkrecht in gleichmäßigen Abständen in die Schichten 20a, 20b, 20c, 20d eingestochen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, außermittig und/oder in ungleichmäßigen Abständen in die Schichten 20a, 20b, 20c, 20d einzustechen. Dabei kann mit einem Abstand von mindestens einem Nadeldurchmesser bis zu dem 10fachen Nadeldurchmesser in die Schichten 20a, 20b, 20c, 20d eingestochen werden.According to 1 is pierced centrally and perpendicularly into the layers 20a, 20b, 20c, 20d at regular intervals. In addition, it is also conceivable to pierce the layers 20a, 20b, 20c, 20d eccentrically and/or at non-uniform distances. The layers 20a, 20b, 20c, 20d can be pierced at a distance of at least one needle diameter up to 10 times the needle diameter.

Wie zudem in 1 ersichtlich ist, wird immer horizontal versetzt in zwei aneinandergrenzende Schichten 20a, 20b, 20c, 20d eingestochen. So wird in die oberste Schicht 20a und in die unmittelbar darunterliegende Schicht 20b horizontal versetzt zu den Einstichen 24 der beiden unmittelbar darunterliegenden Schichten 20b, 20c eingestochen. Dadurch wird eine gleichmäßige form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Schichten 20a, 20b, 20c, 20d erzielt.As also in 1 As can be seen, two adjacent layers 20a, 20b, 20c, 20d are always pierced horizontally offset. Thus, the top layer 20a and the layer 20b immediately below it are pierced horizontally offset to the punctures 24 of the two layers 20b, 20c immediately below. This achieves a uniform positive and/or non-positive connection between the layers 20a, 20b, 20c, 20d.

In 2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt, die sich von den ersten Ausführungsformen dadurch unterscheiden, dass die Nadel 22 in einem Winkel α in die Schichten 20 eingestochen wird.In 2 1 shows a method and a device 12 according to a second embodiment, which differs from the first embodiments in that the needle 22 is inserted into the layers 20 at an angle α.

In 3 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung 12 gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt, die sich von den ersten Ausführungsformen dadurch unterscheiden, dass die Nadel 22 vertikal bewegbar in dem Düsenkanal 16 angeordnet ist.In 3 1 shows a method and a device 12 according to a third embodiment, which differ from the first embodiments in that the needle 22 is arranged in the nozzle channel 16 in a vertically movable manner.

Das Verfahren und die Vorrichtung 10 zeichnen sich dadurch aus, dass in Schichten 20a, 20b, 20c, 20d eingestochen wird. Durch das Einstechen in die Schichten 20a, 20b, 20c, 20d wird der Werkstoff beziehungsweise das Material der oberen Schicht in die darunterliegende Schicht eingestochen, so dass ein Form-, Kraft- und/oder Stoffschluss zwischen diesen Schichten 20a, 20b, 20c, 20d entsteht. Infolgedessen wird die Schichthaftung und somit die Verbundfestigkeit zwischen den Schichten 20a, 20b, 20c, 20d erhöht, so dass ein derart hergestellter Formkörper 10 eine reduzierte Anisotropie aufweist.The method and the device 10 are characterized in that layers 20a, 20b, 20c, 20d are pierced. By puncturing the layers 20a, 20b, 20c, 20d, the material or the material of the upper layer is pierced into the layer below, so that a positive, non-positive and/or material connection between these layers 20a, 20b, 20c, 20d arises. As a result, the layer adhesion and thus the bond strength between the layers 20a, 20b, 20c, 20d is increased, so that a shaped body 10 produced in this way has reduced anisotropy.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Formkörpermolding
1212
Vorrichtungcontraption
1414
Düsejet
1616
Düsenkanalnozzle channel
1818
Einstechkörperpiercing body
20a20a
Schichtlayer
20b20b
Schichtlayer
20c20c
Schichtlayer
20d20d
Schichtlayer
2222
Nadelneedle
2424
Einstich puncture
αa
Winkelangle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102019121180 A1 [0003]DE 102019121180 A1 [0003]

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers (10), das folgende Schritte aufweist: a. Erzeugen einer Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) aus einem aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff; b. Erzeugen einer weiteren Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) aus dem aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff auf der bereits erzeugten Schicht (20a, 20b, 20c, 20d); und c. Einstechen in die Schichten (20a, 20b, 20c, 20d) mittels eines Einstechkörpers (18), um eine form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen den Schichten (20a, 20b, 20c, 20d) zu erzeugen.Process for the production of a layered shaped body (10), which has the following steps: a. creating a layer (20a, 20b, 20c, 20d) of a hardenable and/or meltable material; b. creating a further layer (20a, 20b, 20c, 20d) of the hardenable and/or meltable material on the already created layer (20a, 20b, 20c, 20d); and c. Pricking the layers (20a, 20b, 20c, 20d) with a piercing body (18) in order to create a positive, non-positive and/or material connection between the layers (20a, 20b, 20c, 20d). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand von zwischen einem Durchmesser des Einstechkörpers (18) und dem 10fachen Durchmesser des Einstechkörpers (18) in die Schichten (20a, 20b, 20c, 20d) eingestochen wird.procedure after claim 1 , characterized in that the layers (20a, 20b, 20c, 20d) are pierced at a distance of between a diameter of the piercing body (18) and 10 times the diameter of the piercing body (18). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstechkörper derart geführt wird, dass eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers (18) zum Einstechen in die Schichten (20a, 20b, 20c, 20d) einer horizontalen Erzeugungsgeschwindigkeit einer Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) entspricht, oder dass eine translatorische Geschwindigkeit des Einstechkörpers (18) zum Einstechen in die Schichten (20a, 20b, 20c, 20d) von einer horizontalen Erzeugungsgeschwindigkeit einer Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) entkoppelt ist.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the piercing body is guided in such a way that a translatory speed of the piercing body (18) for piercing into the layers (20a, 20b, 20c, 20d) corresponds to a horizontal production speed of a layer (20a, 20b, 20c, 20d), or that a translational speed of the piercing body (18) for piercing the layers (20a, 20b, 20c, 20d) is decoupled from a horizontal production speed of a layer (20a, 20b, 20c, 20d). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstechkörper (18) senkrecht oder geneigt zu einer Oberfläche einer Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) in selbige eingestochen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the piercing body (18) is pierced into a layer (20a, 20b, 20c, 20d) perpendicularly or inclined to a surface of the same. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstechkörper (18) beheizt und/oder gekühlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the piercing body (18) is heated and/or cooled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an Schichten (20a, 20b, 20c, 20d) aus aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff übereinander erzeugt werden, wobei jeweils wenigstens in die unmittelbar erzeugte Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) und die darunterliegende Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) eingestochen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a large number of layers (20a, 20b, 20c, 20d) of hardenable and/or meltable material are produced one on top of the other, with at least the directly produced layer (20a, 20b, 20c , 20d) and the underlying layer (20a, 20b, 20c, 20d) is punctured. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die unmittelbar erzeugte Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) und die darunterliegende Schicht (20a, 20b, 20c, 20d) horizontal versetzt zu den unmittelbar vorhergehenden Einstichen (24) eingestochen wird.procedure after claim 6 , characterized in that the directly produced layer (20a, 20b, 20c, 20d) and the underlying layer (20a, 20b, 20c, 20d) are pierced horizontally offset to the immediately preceding punctures (24). Vorrichtung (12) zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Formkörpers (10), aufweisend eine Düse (14) zum Auftragen von Schichten (20) aus aushärt- und/oder aufschmelzbaren Werkstoff und wenigstens einen Einstechkörper (18) zum Einstechen in die Schichten (20a, 20b, 20c, 20d).Device (12) for producing a layered shaped body (10), having a nozzle (14) for applying layers (20) of hardenable and/or meltable material and at least one piercing body (18) for piercing the layers (20a, 20b, 20c, 20d). Vorrichtung (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstechkörper (18) außerhalb oder innerhalb der Düse (14) angeordnet ist.Device (12) after claim 8 , characterized in that the piercing body (18) is arranged outside or inside the nozzle (14). Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Einstechkörpers (18) konstant ist oder variiert.device after claim 8 or 9 , characterized in that a cross section of the piercing body (18) is constant or varies. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Einstechkörpers (18) zwischen 1/5 einer Schichtbreite und 1/2 der Schichtbreite beträgt.Device according to one of Claims 8 until 10 , characterized in that a diameter of the piercing body (18) is between 1/5 of a slice width and 1/2 of the slice width. Fahrzeugteil hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 11.Vehicle part manufactured with a method according to one of Claims 1 until 7 and / or a device (12) according to one of Claims 8 until 11 .
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