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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Bauteilen bekannt. Beispielsweise können diese Bauteile mithilfe von additiver Fertigung hergestellt werden, indem aufeinander angeordneten Schichten der Bauteile Schicht für Schicht aufeinander aufgetragen werden und so die Bauteile hergestellt werden. Mithilfe der additiven Fertigung können komplexe dreidimensionale Formen realisiert werden, die mit anderen Herstellungsverfahren nicht oder nur mit aufwändigen Nachbearbeitungsschritten hergestellt werden können.
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Bei der Herstellung von Bauteilen mithilfe der additiven Fertigung werden die mehreren aufeinander angeordneten Schichten aufeinander aufgebracht. Hierbei wird eine erste Schicht der mehreren Schichten auf einen Träger einer Vorrichtung aufgebracht. Nachdem das Bauteil hergestellt worden ist muss das Bauteil von dem Träger entfernt werden. Hierbei kann es insbesondere zwischen einer dem Träger zugewandten Oberfläche der ersten Schicht und einer Oberfläche des Trägers, die dem Bauteil zugewandt ist, nötig sein, das Bauteil in einem zeitintensiven und arbeitsaufwändigen Vorgang von dem Träger zu lösen. Dies kann zu einem erheblichen Zeitaufwand führen, der benötigt ist, um ein fertig hergestelltes und von dem trägergelöstes Bauteil zu erhalten.
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Generell ist es wünschenswert, insbesondere bei der Fertigung von additiv hergestellten Bauteilen, den Zeitaufwand und den Arbeitsaufwand beim Herstellen eines Bauteils so gering wie möglich zu halten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei der Fertigung von additiv hergestellten Bauteilen, den Zeitaufwand und den Arbeitsaufwand beim Herstellen eines Bauteils so gering wie möglich zu halten.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Das Verfahren ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, das mehrere aufeinander angeordnete Schichten aufweist, die nacheinander hergestellt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Folienelements, Anordnen des Folienelements auf einer Oberfläche eines Trägers, Fixieren des Folienelements durch Beaufschlagung von mindestens einer Ausnehmung in der Oberfläche des Trägers mit Unterdruck, Aufbringen der mehreren aufeinander angeordneten Schichten, wobei eine erste Schicht der mehreren Schichten auf das Folienelement aufgebracht wird, und Beenden der Beaufschlagung der mindestens einen Ausnehmung mit Unterdruck und Lösen des Folienelements von der Oberfläche.
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Das Verfahren ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils. Bevorzugt weist das Bauteil Metallmaterial auf. Insbesondere ist bevorzugt, dass das Bauteil aus Metallmaterial gebildet ist. Alternativ kann das Bauteil auch Polymermaterial oder Keramikmaterial aufweisen oder aus Polymermaterial oder Keramikmaterial gebildet sein.
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Das Bauteil weist die mehreren aufeinander angeordneten Schichten auf. Bevorzugt ist das Bauteil einstückig ausgebildet. Die einstückige Ausbildung des Bauteils kann durch ein Ineinanderübergehen jeweils zweier benachbarter Schichten gewährleistet werden. Insbesondere kann das Ineinanderübergehen jeweils zweier benachbarter Schichten dadurch gewährleistet werden, dass zwischen den benachbarten Schichten keine Grenzfläche vorliegt. Grenzflächen zwischen zwei benachbarten Schichten können beispielsweise dadurch vermieden werden, dass die Schichtmaterialien zweier benachbarter Schichten zumindest abschnittsweise gleichzeitig flüssig sind. Beispielsweise kann das Schichtmaterial einer ersten Schicht der mehreren Schichten zumindest abschnittsweise dann verflüssigt werden, wenn das Schichtmaterial einer auf der ersten Schicht angeordneten zweiten Schicht der mehreren Schichten verflüssigt wird. Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Schichtmaterial abschnittsweise oder vollständig fest ist oder in einem festen Zustand ist, so ist hiermit gemeint, dass das Schichtmaterial abschnittsweise bzw. vollständig im festen Aggregatzustand vorliegt. Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Schichtmaterial abschnittsweise oder vollständig flüssig ist oder in einem flüssigen Zustand ist, so ist hiermit gemeint, dass das Schichtmaterial abschnittsweise bzw. vollständig im flüssigen Aggregatzustand vorliegt.
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Die Schichten werden nacheinander hergestellt. Die Schichten werden nacheinander, d.h. zeitlich aufeinander folgend, hergestellt. Insbesondere können die Schichten nacheinander aufeinander angeordnet werden. Die erste Schicht der mehreren Schichten kann zunächst auf das Folienelement aufgebracht werden. Anschließend kann eine weitere Schicht der mehreren Schichten auf der zuvor aufgebrachten Schicht aufgebracht werden. Dieser Schritt kann so oft wiederholt werden, bis das Bauteil hergestellt ist. Der Träger kann so konfiguriert sein, dass der Träger vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht um die Strecke abgesenkt wird, die der Dicke der weiteren Schicht entspricht, um vergleichbare Ausgangsbedingungen vor dem Aufbringen jeder Schicht zu gewährleisten.
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Das Verfahren weist das Bereitstellen des Folienelements auf. Bevorzugt ist das Folienelement als eine Metallfolie, insbesondere eine Aluminiumfolie, ausgebildet. Eine Metallfolie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil Metallmaterial aufweist und besonders dann, wenn das Schichtmaterial der ersten Schicht, die auf das Folienelement aufgebracht wird, Metallmaterial aufweist oder aus Metallmaterial gebildet ist. Um einer Werkstoff-Vermischung entgegenzuwirken ist es besonders vorteilhaft, wenn das Metallmaterial der Metallfolie und das Metallmaterial zumindest der ersten Schicht identisch oder zumindest sehr ähnlich sind. Identisches Metallmaterial liegt zum Beispiel dann vor, wenn die chemische Zusammensetzung der Metallmaterialien identisch ist. Beispielsweise kann das Folienelement aus Aluminium gebildet sein und zumindest die erste Schicht kann aus Aluminium gebildet sein. In diesem Fall sind das Metallmaterial des Folienelement und das Metallmaterial der ersten Schicht identisch. Sehr ähnliche Metallmaterialien liegen beispielsweise dann vor, wenn die chemische Zusammensetzung der Metallmaterialien sehr ähnlich ist, beispielsweise wenn die Hauptkomponente einer Legierung dieselbe ist. Beispielsweise sind zwei Aluminiumlegierungen zwei Metallmaterialien, die sehr ähnlich sind. Für den Fall, dass das Folienelement als eine Aluminiumfolie ausgebildet ist, ist die Dicke der Aluminiumfolie senkrecht zu einer Erstreckungsebene der Aluminiumfolie bevorzugt kleiner als 0,5 mm, insbesondere 4 bis 20 µm. Weiter bevorzugt ist das Folienelement als eine Polymerfolie ausgebildet. Eine Polymerfolie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil Polymermaterial aufweist und besonders dann, wenn das Schichtmaterial der ersten Schicht, die auf das Folienelement aufgebracht wird, Polymermaterial aufweist oder aus Polymermaterial gebildet ist. Um einer Werkstoff-Vermischung entgegenzuwirken ist es besonders vorteilhaft, wenn das Polymermaterial des Folienelements und das Polymermaterial zumindest der ersten Schicht identisch oder zumindest sehr ähnlich sind. Identisches Polymermaterial liegt zum Beispiel dann vor, wenn die chemische Zusammensetzung der Polymermaterialien identisch ist. Sehr ähnliche Polymermaterialien liegen beispielsweise dann vor, wenn die chemische Zusammensetzung der Polymermaterialien sehr ähnlich ist.
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Weiter bevorzugt ist das Folienelement als eine Keramikfolie ausgebildet. Eine Keramikfolie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil Keramikmaterial aufweist und besonders dann, wenn das Schichtmaterial der ersten Schicht, die auf das Folienelement aufgebracht wird, Keramikmaterial aufweist oder aus Keramikmaterial gebildet ist. Um einer Werkstoff-Vermischung entgegenzuwirken ist es besonders vorteilhaft, wenn das Keramikmaterial des Folienelements und das Keramikmaterial zumindest der ersten Schicht identisch oder zumindest sehr ähnlich sind. Identisches Keramikmaterial liegt zum Beispiel dann vor, wenn die chemische Zusammensetzung der Keramikmaterialien identisch ist. Sehr ähnliche Keramikmaterialien liegen beispielsweise dann vor, wenn die chemische Zusammensetzung der Keramikmaterialien sehr ähnlich ist.
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Außerdem weist das Verfahren das Anordnen des Folienelements auf der Oberfläche des Trägers auf. Bevorzugt wird das Folienelement so auf der Oberfläche des Trägers angeordnet, dass das Folienelement die mindestens eine Ausnehmung in der Oberfläche des Trägers abdeckt. Wenn das Folienelement so auf der Oberfläche des Trägers angeordnet wird, dass das Folienelement die mindestens eine Ausnehmung in der Oberfläche des Trägers abdeckt, wird gewährleistet, dass durch das Beaufschlagen der mindestens einen Ausnehmung mit Unterdruck das Folienelement fixiert werden kann und kein weiterer Schritt nötig ist, in dem das Folienelement nach dem Anordnen erneut positioniert werden muss.
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Außerdem weist das Verfahren das Fixieren des Folienelements durch Beaufschlagung von der mindestens einen Ausnehmung in der Oberfläche des Trägers mit dem Unterdruck auf. Der Unterdruck ist insbesondere ein Druck, der unterhalb des Umgebungsdrucks und insbesondere unterhalb des im Arbeitsraum vorliegenden Drucks liegt. Der in der mindestens einen Ausnehmung vorliegende Unterdruck gewährleistet, dass das Folienelement in Richtung der Oberfläche des Trägers und an die Oberfläche des Trägers gedrückt wird. Insbesondere gewährleistete Unterdruck, dass das Folienelement an dem Träger fixiert wird. Bevorzugt liegt das Folienelement in den Bereichen der Oberfläche, die zwischen den Ausnehmungen angeordnet sind, an der Oberfläche an. Durch das Anliegen des Folienelements an der Oberfläche wird eine besonders stabile Fixierung gewährleistet.
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Außerdem weist das Verfahren das Aufbringen der mehreren aufeinander angeordneten Schichten auf. Wie bereits beschrieben wird zunächst die erste Schicht der mehreren Schichten auf das Folienelement aufgebracht. Anschließend kann eine weitere Schicht der mehreren Schichten auf der zuvor aufgebrachten Schicht aufgebracht werden. Dieser Schritt kann so oft wiederholt werden, bis das Bauteil hergestellt ist.
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Außerdem weist das Verfahren das Beenden der Beaufschlagung der mindestens einen Ausnehmung mit dem Unterdruck auf. Das Beenden der Beaufschlagung der mindestens einen Ausnehmung mit dem Unterdruck gewährleistet, dass die Fixierung des Folienelement beendet wird. Dadurch, dass die Fixierung des Folienelements beendet wird, wird gewährleistet, dass das in dem nächsten Verfahrensschritt vorgesehene Lösen des Folienelements von der Oberfläche besonders zeiteffizient und mit geringem Arbeitsaufwand ermöglicht wird.
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Außerdem weist das Verfahren das Lösen des Folienelements von der Oberfläche auf. Das Folienelement wird von der Oberfläche gelöst und gewährleistet, dass die Oberfläche nicht mehr durch das Folienelement bedeckt ist und ein neues Folienelement bereitgestellt werden kann, um ein neues Bauteil herzustellen.
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Nachdem das Folienelement von der Oberfläche gelöst ist, kann das Folienelement von dem Bauteil gelöst werden. Dieser Vorgang ist im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen das Bauteil von dem Träger gelöst werden muss, vergleichsweise zeiteffizient und wenig arbeitsintensiv. Beispielsweise kann das Folienelement von der Oberfläche durch Abschälen oder Schneiden oder mithilfe von Sandstrahlen oder mithilfe von Druckluft gelöst werden.
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Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass mithilfe des Folienelements und dessen Fixieren durch Beaufschlagung der mindestens einen Ausnehmung mit Unterdruck sowie dessen Lösen von der Oberfläche dann, wenn die Beaufschlagung der mindestens einen Ausnehmung mit Unterdruck beendet ist, gewährleistet werden kann, dass das Bauteil keine Verbindung, und insbesondere keine stoffschlüssige Verbindung, mit dem Träger während des Herstellervorgangs des Bauteils eingeht. Vielmehr kann das Bauteil ohne erheblichen Zeitaufwand und Arbeitsaufwand von dem Träger entfernt werden. Beim Herstellen des Bauteils wird also der Zeitaufwand und der Arbeitsaufwand gering gehalten. Insbesondere kann mit der vorliegenden Erfindung ein Verkleben oder ein Verschweißen des Bauteils mit dem Träger vermieden werden.
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Bevorzugt umfasst das Verfahren selektives Lasersintern. Wenn das Verfahren selektives Lasersintern umfasst, können die mehreren Schichten so hergestellt werden, dass für jede Schicht das Schichtmaterial zunächst in einem festen Zustand, und zwar in Pulverform, vorliegt. Zum Herstellen jeder Schicht wird das pulverförmige Schichtmaterial bereitgestellt und das Schichtmaterial wird zumindest abschnittsweise mithilfe eines Lasers verflüssigt, und anschließend verfestigt, um das Bauteil herzustellen, das gesinterte und miteinander verbundene Pulverpartikel aufweist. Insbesondere kann das Verfahren auch Stereolithografie umfassen. Wenn das Verfahren Stereolithografie umfasst, können die mehreren Schichten so hergestellt werden, dass für jede Schicht das Schichtmaterial zunächst als lichtaushärtender Kunststoff, Photopolymer, vorliegt. Zum Herstellen jeder Schicht wird der lichtaushärtende Kunststoff bereitgestellt und das Schichtmaterial wird nach und nach, insbesondere Schicht für Schicht, mithilfe eines Lasers ausgehärtet, um das Bauteil herzustellen, dass ausgehärtet Kunststoffschichten aufweist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere die Nachbearbeitung des hergestellten Bauteils deutlich vereinfachen, wenn dieses mithilfe von selektivem Lasersintern oder Stereolithografie hergestellt wurde.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst. Die Vorrichtung ist zum Herstellen eines Bauteils ausgebildet. Das Bauteil weist mehrere aufeinander angeordnete Schichten auf. Die Schichten werden nacheinander hergestellt. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Die Vorrichtung weist einen Rahmen auf. Außerdem weist die Vorrichtung einen an dem Rahmen befestigten Träger auf. Der Träger definiert mit dem Rahmen einen Arbeitsraum. In dem Träger ist mindestens eine Ausnehmung vorgesehen. Die mindestens eine Ausnehmung erstreckt sich von einer zum Arbeitsraum weisenden Oberfläche des Trägers durch den Träger. Die Vorrichtung weist eine an dem Rahmen befestigte Materialbereitstelleinrichtung auf. Die Materialbereitstelleinrichtung ist konfiguriert, zum Herstellen jeder Schicht Schichtmaterial in dem Arbeitsraum bereitzustellen. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zum Erzeugen eines Drucks unterhalb des Umgebungsdrucks auf. Die Einrichtung zum Erzeugen eines Drucks unterhalb des Umgebungsdrucks ist so an dem Träger mit diesem gekoppelt, dass der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks an jeder Ausnehmung der mindestens einen Ausnehmung an der Oberfläche des Trägers bereitgestellt werden kann.
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Die Vorrichtung weist einen Rahmen auf. An dem Rahmen können unterschiedliche Elemente, wie beispielsweise der Träger, angebracht sein.
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Außerdem weist die Vorrichtung einen an dem Rahmen befestigten Träger auf. Der Träger kann starr an dem Rahmen befestigt sein oder so an dem Rahmen befestigt sein, dass der Träger relativ zum Rahmen verfahrbar ist, insbesondere in eine Vertikalrichtung, die sich senkrecht zu einer Ebene erstreckt, entlang derer sich die zum Arbeitsraum weisende Oberfläche des Trägers zumindest abschnittsweise erstreckt. Der Träger kann zusammen mit den bereits aufgebrachten Schichten in die Vertikalrichtung schrittweise bewegt werden, um das Aufbringen einer weiteren Schicht zu erleichtern.
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Der Träger definiert mit dem Rahmen einen Arbeitsraum. Der Arbeitsraum ist insbesondere der Raum, in dem die Schichten aufeinander aufgetragen werden und das Bauteil hergestellt wird. Der Arbeitsraum kann mit einer Umgebung der Vorrichtung über zumindest eine Ausnehmung im Rahmen verbunden sein, sodass in dem Arbeitsraum und in der Umgebung der Vorrichtung derselbe Druck vorliegt, insbesondere derselbe Luftdruck. Alternativ kann der Arbeitsraum von der Umgebung der Vorrichtung fluiddicht abgetrennt sein, sodass in dem Arbeitsraum und in der Umgebung der Vorrichtung sich unterscheidende Drücke eingestellt werden können, insbesondere sich unterscheidende Luftdrücke. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, ist insbesondere der Begriff Umgebungsdruck so zu verstehen, dass der Umgebungsdruck sowohl den Druck umfasst, insbesondere den Luftdruck, der in dem Arbeitsraum vorliegt als auch den Druck umfasst, insbesondere den Luftdruck, der in der Umgebung der Vorrichtung vorliegt.
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In dem Träger ist mindestens eine Ausnehmung vorgesehen. Der Träger kann eine oder eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweisen. Insbesondere kann die Anzahl und/oder die Form und/oder die Größe der mindestens einen Ausnehmung dem zu verwendenden Folienelement und dem herzustellenden Bauteil angepasst werden. Insbesondere beschränkt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht darauf, dass diese das Folienelement zwingend aufweisen muss. Vielmehr kann ein Folienelement oder können mehrere Folienelemente, insbesondere nacheinander, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden.
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Die mindestens eine Ausnehmung erstreckt sich von einer zum Arbeitsraum weisenden Oberfläche des Trägers durch den Träger. Dadurch, dass sich die mindestens eine Ausnehmung von der zum Arbeitsraum weisenden Oberfläche des Trägers durch den Träger erstreckt, kann dann, wenn in der Ausnehmung ein Druck unterhalb des Umgebungsdruck bereitgestellt wird, an der Oberfläche des Trägers, die zum Arbeitsraum weist, dieser Druck bereitgestellt werden, sodass dieser Druck auf ein im Arbeitsraum angeordnetes Folienelement einwirkt, sodass das Folienelement fixiert werden kann.
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Die Vorrichtung weist eine an dem Rahmen befestigte Materialbereitstelleinrichtung auf. Die Materialbereitstelleinrichtung ist konfiguriert, zum Herstellen jeder Schicht Schichtmaterial in dem Arbeitsraum bereitzustellen. Die Materialbereitstelleinrichtung kann beispielsweise insbesondere dann, wenn das Verfahren selektives Lasersintern umfasst, eine Pulverbeförderungseinrichtung und eine Pulverlagereinrichtung aufweisen, wobei die Pulverbeförderungseinrichtung pulverförmiges Schichtmaterial von der Pulverlagereinrichtung für jede Schicht in den Arbeitsraum befördert. Weiter kann die Materialbereitstelleinrichtung beispielsweise insbesondere dann, wenn das Verfahren Stereo Lithografie umfasst, eine Kunststofflagereinrichtung aufweisen, die nichtausgehärteten lichtaushärtenden Kunststoff für jede Schicht in dem Arbeitsraum bereitstellt. Beispielsweise kann der Arbeitsraum mithilfe der Kunststofflagereinrichtung zumindest abschnittsweise mit nichtausgehärtetem lichtaushärtendem Kunststoff ausgefüllt sein.
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Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zum Erzeugen eines Drucks unterhalb des Umgebungsdrucks auf. Wie bereits beschrieben, ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, insbesondere der Begriff Umgebungsdruck so zu verstehen, dass der Umgebungsdruck sowohl den Druck umfasst, insbesondere den Luftdruck, der in dem Arbeitsraum vorliegt als auch den Druck umfasst, insbesondere den Luftdruck, der in der Umgebung der Vorrichtung vorliegt. Mithilfe der Einrichtung zum Erzeugen des Drucks unterhalb des Umgebungsdrucks kann ein Druck erzeugt werden, mit dessen Hilfe das Folienelement fixiert werden kann.
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Die Einrichtung zum Erzeugen eines Drucks unterhalb des Umgebungsdrucks ist so an dem Träger mit diesem gekoppelt, dass der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks an jeder Ausnehmung der mindestens einen Ausnehmung an der Oberfläche des Trägers bereitgestellt werden kann. Dadurch, dass die Einrichtung zum Erzeugen des Drucks unterhalb des Umgebungsdrucks so an dem Träger mit diesem gekoppelt ist, dass der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks an jeder Ausnehmung der mindestens eine Ausnehmung an der Oberfläche des Trägers bereitgestellt werden kann, gewährleistet die erfindungsgemäße Vorrichtung, dass der erzeugte Druck das Folienelement auf der Seite des Trägers, die dem Arbeitsraum zugewandt ist, fixieren kann.
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Mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Folienelement durch Beaufschlagung der mindestens einen Ausnehmung mit Unterdruck fixiert und dann, wenn die Beaufschlagung der mindestens einen Ausnehmung mit Unterdruck beendet ist, wieder gelöst werden. Somit kann gewährleistet werden, dass das Bauteil keine Verbindung, und insbesondere keine stoffschlüssige Verbindung, mit dem Träger während des Herstellervorgangs des Bauteils eingeht. Vielmehr kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Folienelement verwendet werden, sodass beim Verwenden eines Folienelements das Bauteil ohne erheblichen Zeitaufwand und Arbeitsaufwand von dem Träger entfernt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beim Herstellen des Bauteils also der Zeitaufwand und der Arbeitsaufwand gering gehalten werden. Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Verkleben oder ein Verschweißen des Bauteils mit dem Träger vermieden werden.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmale, technischen Effekte und/oder Vorteile gelten zumindest in analoger Weise auch für die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, sodass an dieser Stelle auf eine entsprechende Wiederholung verzichtet wird.
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In einer Ausführungsform erstreckt sich die Oberfläche des Trägers entlang einer Ebene, in der für jede Ausnehmung der mindestens einen Ausnehmung eine Öffnung vorgesehen ist, die die entsprechende Ausnehmung mit dem Arbeitsraum verbindet. Wenn sich die Oberfläche des Trägers entlang einer Ebene erstreckt, in der für jede Ausnehmung der mindestens einen Ausnehmung eine Öffnung vorgesehen ist, die die entsprechende Ausnehmung mit dem Arbeitsraum verbindet, kann gewährleistet werden, dass das Folienelement, wenn dieses fixiert ist, sich ebenfalls entlang der Ebene oder parallel zu dieser oder zumindest abschnittsweise entlang der Ebene oder parallel zu dieser erstreckt und somit gewährleistet wird, dass das Folienelement eine besonders Ebene Oberfläche bereitstellt, auf der die erste Schicht des Bauteils aufgetragen werden kann.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Folienelement auf, das auf der Oberfläche des Trägers so in dem Arbeitsraum angeordnet ist, dass es jede Ausnehmung der mindestens einen Ausnehmung an der Oberfläche des Trägers abdeckt. In dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung das Folienelement auf. Das Folienelement ist so angeordnet, dass es jede Ausnehmung an der Oberfläche des Trägers abdeckt. Dadurch, dass das Folienelement jede Ausnehmung an der Oberfläche des Trägers abdeckt, wird eine besonders sichere Fixierung des Folienelement gewährleistet. Außerdem kann dadurch, dass das Folienelement jeder Ausnehmung an der Oberfläche des Trägers abdeckt gewährleistet werden, dass sich der Druck in dem Arbeitsraum nicht an den Druck angleicht, der unterhalb des Umgebungsdrucks liegt und in den Ausnehmungen bereitgestellt wird, sodass eine besonders sichere Fixierung des Folienelements auch durch den hierdurch im Wesentlichen konstant gehaltenen Druck im Arbeitsraum gewährleistet wird.
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In einer Ausführungsform liegt das Folienelement an der Oberfläche des Trägers an. Wenn das Folienelement an der Oberfläche des Trägers anliegt, wird gewährleistet, dass das Folienelement eine besonders Ebene Oberfläche bereitstellt, auf der die erste Schicht des Bauteils aufgetragen werden kann. Bevorzugt liegt das Folienelement an einem Abschnitt der Oberfläche des Trägers an, wobei der Abschnitt der Oberfläche den Abschnitt bildet, der zwischen den Ausnehmungen angeordnet ist und insbesondere an jede Öffnung der mindestens einen Ausnehmung angrenzt. Hierdurch wird eine besonders sichere Fixierung des Folienelement gewährleistet.
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In einer Ausführungsform ist das Folienelement als eine Aluminiumfolie ausgebildet. Eine Aluminiumfolie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil Aluminium aufweist oder aus Aluminium ausgebildet ist. Eine Aluminiumfolie stellt eine besonders ebene Oberfläche bereit, auf der die erste Schicht des Bauteils auftragen werden kann.
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In einer Ausführungsform weist die mindestens eine Ausnehmung eine Vielzahl von Ausnehmungen auf. Dann, wenn die mindestens eine Ausnehmung eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweist, kann eine vollflächige Fixierung des Folienelement gewährleistet werden. Mit zunehmender Anzahl von Ausnehmungen kann die Vollflächigkeit der Fixierung weiter erhöht werden.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine an dem Rahmen befestigte Verflüssigungseinrichtung auf, die konfiguriert ist, zum Herstellen jeder Schicht zumindest einen Abschnitt des Schichtmaterials zu verflüssigen. Insbesondere für den Fall, dass das Verfahren selektives Lasersintern umfasst, kann die Verflüssigungseinrichtung einen Laser aufweisen, der das Schichtmaterial zumindest abschnittsweise verflüssigt.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine an dem Rahmen befestigte Verfestigungseinrichtung auf, die konfiguriert ist, zum Herstellen jeder Schicht zumindest einen Abschnitt des Schichtmaterials zu verfestigen. Insbesondere für den Fall, dass das Verfahren Stereolithografie umfasst, kann die Verfestigungseinrichtung einen Laser aufweisen, der das Schichtmaterial zumindest abschnittsweise verfestigt, insbesondere lichtaushärtenden Kunststoff aushärtet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
- 2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägers der Vorrichtung aus 1.
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In 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist einen Rahmen 3, einen an dem Rahmen 3 befestigten Träger 5, eine an dem Rahmen 3 befestigte Materialbereitstelleinrichtung 7 und eine an dem Rahmen 3 befestigte Einrichtung 9 zum Erzeugen eines Drucks auf. Außerdem weist die Vorrichtung 1 eine an dem Rahmen 3 befestigte Verflüssigungseinrichtung 11 und eine ebenfalls an dem Rahmen 3 befestigte Verfestigungseinrichtung 13 auf.
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In dem Träger 5 ist eine Vielzahl von Ausnehmungen 15 vorgesehen. Die Ausnehmungen 15 sind in 1 gestrichelt dargestellt und erstrecken sich von einer ersten Seite des Trägers 5 durch den Träger 5 zu einer zweiten Seite des Trägers 5. Der Träger 5 weist eine Oberfläche 17 auf, die sich entlang einer Ebene 19 erstreckt, in der für jede Ausnehmung 15 eine Öffnung vorgesehen ist.
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Der Träger 5 definiert mit dem Rahmen 3 einen Arbeitsraum 21. Die erste Seite des Trägers 5 ist dem Arbeitsraum 21 zugewandt und die zweite Seite des Trägers 5 ist von dem Arbeitsraum 21 abgewandt. Auf der ersten Seite des Trägers 5 ist die Oberfläche 17 angeordnet. Die Oberfläche 17 ist zum Arbeitsraum 21 zugewandt. Jede Ausnehmung 15 erstreckt sich von der Oberfläche 17 des Trägers 5 durch den Träger 5 bis zur zweiten Seite des Trägers 5. Jede Öffnung, die für eine entsprechende Ausnehmung 15 vorgesehen ist, verbindet die entsprechende Ausnehmung 15 mit dem Arbeitsraum 21.
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Wie bereits beschrieben weist die Vorrichtung 1 die Einrichtung 9 auf, die zum Erzeugen eines Drucks ausgebildet ist. Die Einrichtung 9 ist ausgebildet, einen Druck zu erzeugen, der unterhalb des Umgebungsdrucks liegt. Die Einrichtung 9 ist also ausgebildet, einen Druck unterhalb des Umgebungsdrucks zu erzeugen. Die Einrichtung 9 ist so an dem Träger 5 mit diesem gekoppelt, dass der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks an jeder Ausnehmung 15 an der Oberfläche 17 des Trägers 5 bereitgestellt werden kann.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 ein Folienelement 23 auf. Das Folienelement 23 ist auf der Oberfläche 17 des Trägers 5 so in dem Arbeitsraum 21 angeordnet, dass das Folienelement 23 jeder Ausnehmung 15 an der Oberfläche 17 des Trägers 5 abdeckt. Das Folienelement 23 liegt an der Oberfläche 17 des Trägers 5 an. Das Folienelement 23 ist als eine Aluminiumfolie ausgebildet.
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Die Vorrichtung 1 ist zum Herstellen eines Bauteils 25 ausgebildet. Das Bauteil 25 weist mehrere aufeinander angeordnete Schichten 27 auf. Die Schichten 27 werden nacheinander hergestellt. Die in 1 dargestellten Schichten 27 sind bereits nacheinander hergestellt worden. Zum Herstellen des Bauteils 25 weist die Vorrichtung 1, wie bereits beschrieben, die Materialbereitstelleinrichtung 7 auf. Die Materialbereitstelleinrichtung 7 ist konfiguriert, zum Herstellen jeder Schicht 27 Schichtmaterial in dem Arbeitsraum 21 bereitzustellen. Weiter, wie ebenfalls bereits beschrieben, weist die Vorrichtung 1 zum Herstellen des Bauteils 25 die Verflüssigungseinrichtung 11 auf. Die Verflüssigungseinrichtung 11 ist konfiguriert, zum Herstellen jeder Schicht 27 zumindest einen Abschnitt des Schichtmaterials zu verflüssigen. Außerdem weist die Vorrichtung 1, wie ebenfalls bereits beschrieben, zum Herstellen des Bauteils 25 die Verfestigungseinrichtung 13 auf. Die Verfestigungseinrichtung 13 ist konfiguriert, zum Herstellen jeder Schicht 27 zumindest einen Abschnitt des Schichtmaterials zu verfestigen.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägers 5 der Vorrichtung 1 aus 1. In 2 ist eine Draufsicht auf den Träger 5 von der ersten Seite des Trägers 5 und auf die Oberfläche 17 dargestellt. Wie bereits beschrieben ist das Folienelement 23 auf der Oberfläche 17 des Trägers 5 so in dem Arbeitsraum 21 angeordnet, dass das Folienelement 23 jede Ausnehmung 15 an der Oberfläche 17 des Trägers 5 abdeckt. In 2 ist ein Abschnitt der Oberfläche 17 gestrichelt dargestellt. Dieser Abschnitt der Oberfläche 17 wird von dem Folienelement 23 bedeckt, wenn das Folienelement 23 auf der Oberfläche 17 des Trägers 5 angeordnet ist und jede Ausnehmung 15 des Trägers 5 abdeckt.
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Die Vorrichtung 1 ist ausgebildet das im folgenden beschriebene Verfahren zum Herstellen des Bauteils 25 durchzuführen.
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In dem Verfahren wird das Bauteil 25 hergestellt. Wie bereits beschrieben weist das Bauteil 25 mehrere aufeinander angeordnete Schichten 27 auf. Die Schichten 27 werden in dem Verfahren nacheinander hergestellt. Zunächst wird in dem Verfahren das Folienelement 23 bereitgestellt. Als nächstes wird das Folienelement 23 auf der Oberfläche 17 des Trägers 5 angeordnet. Danach wird das Folienelement 23 durch Beaufschlagung der Ausnehmungen 15 in der Oberfläche 17 des Trägers 5 mit Unterdruck fixiert. Hierbei wird der Unterdruck durch die Einrichtung 9 zum Erzeugen des Drucks unterhalb des Umgebungsdrucks bereitgestellt.
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Auf das so fixierte Folienelement 23 werden die mehreren aufeinander angeordneten Schichten 27 nacheinander aufgebracht. Hierbei wird eine erste Schicht 27 der mehreren Schichten 27 auf das Folienelement 23 aufgebracht. Das Aufbringen der Schichten 27 geschieht so, dass zunächst die erste Schicht 27, die in 1 unmittelbar oberhalb des Folienelements 23 dargestellt ist, auf das Folienelement 23 aufgebracht wird. Anschließend wird eine zweite Schicht 27, die in 1 unmittelbar oberhalb der ersten Schicht 27 dargestellt ist, auf die erste Schicht 27 aufgebracht. Analog werden die oberhalb der zweiten Schicht 27 dargestellten weiteren Schichten 27 nach und nach aufeinander aufgebracht. Das Schichtmaterial für die Schichten 27 wird in dem Arbeitsraum 21 von der Materialbereitstelleinrichtung 7 bereitgestellt.
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Die Vorrichtung 1 ist für unterschiedliche Schichtmaterialien konfiguriert, wie beispielsweise Metallmaterial, Polymermaterial oder Keramikmaterial. Je nachdem, welches Schichtmaterial verwendet wird und wie die Schicht 27 aus dem Schichtmaterial hergestellt werden soll, kann, nachdem die Materialbereitstelleinrichtung 7 Schichtmaterial für eine Schicht 27 bereitgestellt wurde, die Verflüssigungseinrichtung 11 zumindest einen Abschnitt des Schichtmaterials für diese Schicht 27 verflüssigen. Im nächsten Schritt kann, je nachdem, welches Schichtmaterial verwendet wird und wie die Schicht 27 aus dem Schichtmaterial hergestellt werden soll, die Verfestigungseinrichtung 13 zumindest einen Abschnitt des verflüssigten Schichtmaterials verfestigen.
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Nachdem die mehreren Schichten 27 aufeinander aufgebracht worden sind, wird die Beaufschlagung der Ausnehmungen 15 mit Unterdruck beendet und das Folienelement 23 wird von der Oberfläche 17 gelöst.
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Mithilfe des Folienelements 23 und dessen Fixieren durch Beaufschlagung der Ausnehmungen 15 mit Unterdruck und dessen Lösen von der Oberfläche 17 dann, wenn die Beaufschlagung der Ausnehmungen 15 mit Unterdruck beendet ist, kann gewährleistet werden, dass das Bauteil 25 keine Verbindung, und insbesondere keine stoffschlüssige Verbindung, mit dem Träger 5 während des Herstellervorgangs des Bauteils 25 eingeht. Vielmehr kann das Bauteil 25 ohne erheblichen Zeitaufwand und Arbeitsaufwand von dem Träger 5 entfernt werden. Beim Herstellen des Bauteils 25 wird also der Zeitaufwand und der Arbeitsaufwand gering gehalten.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 3
- Rahmen
- 5
- Träger
- 7
- Materialbereitstelleinrichtung
- 9
- Einrichtung zum Erzeugen eines Drucks
- 11
- Verflüssigungseinrichtung
- 13
- Verfestigungseinrichtung
- 15
- Ausnehmung
- 17
- Oberfläche
- 19
- Ebene
- 21
- Arbeitsraum
- 23
- Folienelement
- 25
- Bauteil
- 27
- Schicht
