DE102022103715A1

DE102022103715A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bauteils

Info

Publication number: DE102022103715A1
Application number: DE102022103715.0A
Authority: DE
Inventors: Ansgar Gusinde; Johannes Staeves
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2023-08-17

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils angegeben. Bei dem Verfahren wird ein Grundkörper (1) durch ein additives Fertigungsverfahren gefertigt, wobei sich der additiv gefertigte Grundkörper (1) durch zumindest eine Aussparung (2) vom herzustellenden Bauteil unterscheidet. Weiterhin wird ein Standardvolumenkörper (3) in die Aussparung (2) des Grundkörpers (1) eingebracht und mit dem Grundkörper (1) verbunden. Dabei wird der Standardvolumenkörper (3) in die Aussparung (2) eingebracht und mit dem Grundkörper (1) verbunden, nachdem die additive Fertigung des Grundkörpers (1) vollständig abgeschlossen ist.

Description

Es wird ein Verfahren zum Herstellen und/oder Versteifen eines Bauteils angegeben.
Durch additive Fertigung lassen sich komplexe Bauteile mit hoher Gestaltungsfreiheit herstellen. Leider liegen die Material- und Prozesskosten teilweise noch ein Vielfaches über den Kosten konventionell hergestellter Bauteile. Dadurch ist oftmals der Durchbruch in der Serie - v.a. bei größeren Stückzahlen - noch nicht gegeben. Mittels additiver Fertigung hergestellte Bauteile werden i.d.R. komplett gedruckt.
Das Einbringen von weiteren Elementen - wie z.B. Gewinde, Muttern, Hülsen aber auch Versteifungen oder Sandwichstrukturen usw. ist während des Druckens (noch) nicht möglich. Das Einbringen von Funktionselementen ist aber als folgender Arbeitsgang heute bereits üblich. Allerdings haben diese Elemente meist eine spezielle Funktion oder Eigenschaft, die über den Standardwerkstoff hinaus geht.
Die Kosten von gedruckten Bauteilen korrelieren nahezu direkt mit dem gedruckten Material bzw. Volumen. Daher gibt es viele Tools - z.B. das sog. Generative Design - mit denen der Materialeinsatz und damit auch das Gewicht des Bauteils und die Kosten optimiert werden. Das Resultat sind dann z.B. bionisch anmutende Bauteile mit filigraner Struktur.
Dennoch gibt es Anwendungsfälle in denen ein hoher Materialeinsatz aus mechanischen Gründen (statische / dynamische Festigkeit, Steifigkeit, Crashtauglichkeit, etc.) erforderlich ist. Dieses führt dann wiederum zu hohem Materialeinsatz, Prozesszeiten und Kosten.
Es ist daher eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils anzugeben, durch welches Druckmaterial, Druckzeit und/oder Kosten eingespart werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei dem hier beschriebenen Verfahren ein Grundkörper durch ein additives Fertigungsverfahren gefertigt. Bei dem additiven Fertigungsverfahren kann es sich z.B. um selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, Metal Binder Jetting, Fused Deposition Modeling, Fused Filament Fabrication oder Stereolithografie handeln. Die genannten additiven Fertigungsverfahren sind hierbei rein beispielhaft genannt. Auch andere, nicht genannte, bekannte additive Fertigungsverfahren sind möglich.
Der durch das additive Fertigungsverfahren gefertigte Grundkörper weist vorzugsweise zumindest eine Aussparung auf, durch welche er sich vom herzustellenden Bauteil unterscheidet. Die Aussparung kann z.B. ein Hohlraum oder ein Loch sein, welcher bzw. welches beispielsweise vom Material des additiv gefertigten Grundkörper begrenzt sein kann. Weiterhin reicht die Aussparung vorzugsweise bis zu einem Randabschnitt des Grundkörpers, so dass die Aussparung von außerhalb des Grundkörpers zugänglich ist.
Weiterhin wird ein Standardvolumenkörper in die Aussparung des Grundkörpers eingebracht und mit dem Grundkörper verbunden. Der Standardvolumenkörper ist vorzugsweise durch ein konventionelles Fertigungsverfahren, wie z.B. durch Urformen oder Umformen, gefertigt. Beispielsweise kann der Standardvolumenkörper durch einen Gieß-, Press-, oder Extrudierprozess hergestellt sein. Durch den Standardvolumenkörper können insbesondere Bauteileigenschaften, wie z.B. Festigkeit, Steifigkeit und/oder Gewicht, und/oder die Kosten des herzustellenden Bauteils optimiert werden.
Vorzugsweise ist die additive Fertigung des Grundkörpers vollständig abgeschlossen, bevor der Standardvolumenkörper in die Aussparung eingebracht und mit dem Grundkörper verbunden wird. Insbesondere können sowohl der Grundkörper durch ein additives Fertigungsverfahren als auch der Standardvolumenkörper durch ein konventionelles Verfahren jeweils unabhängig voneinander vollständig gefertigt werden, bevor der Standardvolumenkörper in die Aussparung des bereits vollständig additiv gefertigten Grundkörpers eingebracht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform stimmt der Standardvolumenkörper hinsichtlich seiner äußeren Abmessungen, insbesondere hinsichtlich seiner Form und seiner Größe, im Wesentlichen mit den Abmessungen der Aussparung überein. Dadurch kann erreicht werden, dass die Aussparung nach dem Einbringen und Verbinden des Standardvolumenkörpers vollständig ausgefüllt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Standardvolumenkörper durch eine Fügetechnik mit dem Grundkörper verbunden. Beispielsweise kann der Standardvolumenkörper durch eine Verklebung oder eine Verklemmung mit dem Grundkörper verbunden werden. Weiterhin ist es z.B. auch möglich, dass der Standardvolumenkörper durch Reibschweißen mit dem Grundkörper verbunden wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Standardvolumenkörper in selbstschneidendes Gewinde aufweist, und dass der Standardvolumenkörper in den Grundkörper eingeschraubt wird.
Der Standardvolumenkörper kann beispielsweise eine Quader-, Zylinder- oder Kegelform aufweisen. Auch andere Formen sind möglich. Das Ziel dabei kann es insbesondere sein, so viel Bauteilvolumen wie möglich durch den Standardvolumenkörper darzustellen und somit nicht drucken zu müssen. Der Standardvolumenkörper kann insbesondere einstückig ausgebildet sein bzw. vollständig aus einem bestimmten Material bestehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper eine Mehrzahl von Aussparungen auf, und es werden eine Mehrzahl von Standardvolumenkörpern bereitgestellt, wobei in jede Aussparung des additiv gefertigten Grundkörpers jeweils ein Standardvolumenkörper eingebracht wird. Die vorab im Zusammenhang mit dem Standardvolumenkörper genannten Merkmale können auch für die Mehrzahl von Standardvolumenkörpern gelten. Insbesondere sind die Standardvolumenkörper vorzugsweise jeweils durch ein konventionelles Fertigungsverfahren hergestellt. Die Standardvolumenkörper werden weiterhin vorzugsweise jeweils in die Aussparungen eingebracht, nachdem die additive Fertigung des Grundkörpers vollständig abgeschlossen ist.
Beispielsweise können die Standardvolumenkörper jeweils durch eine Fügetechnik mit dem Grundkörper verbunden werden. Die Standardvolumenkörper können z.B. jeweils dieselbe Form und/oder Größe aufweisen. Alternativ können die Standardvolumenkörper auch jeweils unterschiedlich ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind in dem durch das Verfahren hergestellten Bauteil Volumenbereiche mit konstanter Materialanhäufung so ausgelegt, dass ein möglichst großer Bereich mit Form der Standardvolumenkörper freigestellt wird, und somit nicht gedruckt wird. Durch die Einbringung der Standardvolumenkörper in die Aussparungen des additiv gefertigten Grundkörpers können vorteilhafterweise Bauteilkosten signifikant gesenkt werden, da entsprechend weniger Material gedruckt werden muss.
Durch das hier beschriebene Verfahren lassen sich vorteilhafterweise zu druckendes Bauteilvolumen und damit einhergehende Kosten einsparen. Weiterhin ist es möglich, lokal spezifische bessere Werkstoffeigenschaften einzubringen als das mit 3D-Drucken derzeit möglich ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils ergeben sich aus der im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 2 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
2 schematische Darstellungen des Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines hier beschriebenen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei wird zunächst ein Grundkörper 1 durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt, wobei sich der additiv gefertigte Grundkörper 1 durch eine Aussparung 2 vom herzustellenden Bauteil unterscheidet. Weiterhin wird ein Standardvolumenkörper 3, welche durch ein konventionelles Fertigungsverfahren hergestellt ist, in die Aussparung des Grundkörpers 1 eingebracht und mit dem Grundkörper 1 verbunden. Das Verbinden kann z.B. durch eine Verklebung oder einen durch einen Form- und/oder Reibschluss bzw. eine Verklemmung erfolgen. Alternativ kann das Verbinden beispielsweise durch Reibschweißen oder ein in dem Standardvolumenkörper 3 ausgebildetes, selbstschneidendes Gewinde erfolgen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Standardvolumenkörper 3 zylinderförmig ausgebildet. Alternativ kann der Standardvolumenkörper 3 beispielsweise auch quaderförmig oder kegelförmig ausgebildet sein. Die Abmessungen des Standardvolumenkörpers 3 stimmen vorzugsweise im Wesentlichen mit den Abmessungen der Aussparung 2 des Grundkörpers 1 überein.
In der 2 ist ein hier beschriebenes Verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei wird zunächst ein Grundkörper 1 durch ein additives Fertigungsverfahren fertig, wobei der Grundkörper 1 zwei Aussparungen 2, 4 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß der 2 weisen die zwei Aussparungen 2, 4 dieselbe Form und dieselbe Größe auf. Alternativ können die Aussparungen auch unterschiedliche Formen oder Größen aufweisen.
Anschließend wird jeweils ein Standardvolumenkörper 3, 5 in jeder der Aussparungen 2, 4 eingebracht und mit dem Grundkörper 1 verbunden. Das Verbinden kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen. Es können beispielsweise Standardvolumenkörper 3, 5 mit einem selbstschneidenen Gewinde versehen eingeschraubt werden. Weiterhin ist es möglich, dass die Standardvolumenkörper 3, 5 verklebt oder durch einen Form- und/oder Reibschluss oder durch Reibschweißen mit dem Grundkörper verbunden werden. In einer weiteren Ausprägung der Erfindung können die Standardvolumenkörper 3, 5 auch eine Außenkontour der herzustellenden Bauteile darstellen, z.B. gekrümmte Flächen oder durch rohrförmige Bauteile.
Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Grundkörper
2: Aussparung
3: Standardvolumenkörper
4: weitere Aussparung
5: weiterer Standardvolumenkörper

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, aufweisend die nachfolgenden Schritte: - Fertigen eines Grundkörpers (1) durch ein additives Fertigungsverfahren, wobei sich der additiv gefertigte Grundkörper (1) durch zumindest eine Aussparung (2) vom herzustellenden Bauteil unterscheidet, - Einbringen eines Standardvolumenkörpers (3) in die Aussparung (2) des Grundkörpers (1) und Verbinden des Standardvolumenkörpers (3) mit dem Grundkörper (1), - wobei die additive Fertigung des Grundkörpers (1) vollständig abgeschlossen ist bevor der Standardvolumenkörper (3) in die Aussparung (2) eingebracht und mit dem Grundkörper (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Standardvolumenkörper (3) durch ein konventionelles Fertigungsverfahren gefertigt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Standardvolumenkörper (3) hinsichtlich seiner äußeren Abmessungen im Wesentlichen mit den Abmessungen der Aussparung (2) übereinstimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Standardvolumenkörper (3) durch eine Fügetechnik mit dem Grundkörper (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Standardvolumenkörper (3) durch eine Verklebung mit dem Grundkörper (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Standardvolumenkörper (3) durch Reibschweißen mit dem Grundkörper (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Standardvolumenkörper (3) ein selbstschneidendes Gewinde aufweist und in den Grundkörper (1) eingeschraubt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Standardvolumenkörper (3) durch einen Form- und/oder Reibschluss mit dem Grundkörper (1) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Standardvolumenkörper (3) beispielsweise eine Quader-, Zylinder- oder Kegelform aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (1) eine Mehrzahl von Aussparungen (2, 4), und wobei eine Mehrzahl von Standardvolumenkörpern (3, 5) bereitgestellt werden, wobei in jede Aussparung (2, 4) jeweils ein Standardvolumenkörper (3, 5) eingebracht wird.