DE19545167A1 - Verfahren zum Herstellen von Bauteilen oder Werkzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen oder Werkzeugen, wobei insbesondere funktionsfähige Prototypen bzw. Werkzeuge zur Prototypen-Herstellung gemeint sind.

Bei der Herstellung von funktionsfähigen Prototypen, beispielsweise Zylinderköpfe für Brennkraftmaschinen, mußte bisher vom Formenbauer die entsprechenden For­ men gebaut werden. Sodann wurden mit Hilfe dieser Formen ein Rohling herge­ stellt.

Wurden Änderungen am Prototypen-Bauteil notwendig, so mußte der Formen­ bauer in der Regel mehrere Formkästen ändern, da sich eine Änderung selten nur auf einen Formkasten beschränkt. Dadurch verteuerte sich die Herstellung von funktionsfähigen Prototypen ganz erheblich. Daneben benötigte man aufgrund der immer wieder vorgenommenen Änderungen in der Konstruktion mehrere Monate, bis ein funktionsfähiger Prototyp abgegossen war.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hier Abhilfe aufzuzeigen und ein Ver­ fahren bereitzustellen, mit dem schnell und einfach Prototypen von Bauteilen, aber auch Werkzeugen, hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des 1. Anspruchs ge­ löst. Mit diesem Verfahren ist es möglich, innerhalb wesentlich kürzerer Zeit und damit wesentlich preiswerter funktionsfähige Prototypen zu erhalten.

Ausgehend von den CAD-Daten des Bauteils werden diese Daten so aufbereitet, daß sie sich für das Stereosintern eignen. Zum Stereosintern wird Polystyrol ver­ wendet, weil dies rückstandslos beim Brennen der keramischen Schlicke ent­ gast/ausbrennt. Der so geschaffene Hohlraum kann dann im Feingußverfahren mit Aluminium ausgefüllt werden.

Dieses Verfahren eignet sich nicht nur zur Herstellung von Prototypen-Bauteilen, sondern auch zur Herstellung von Werkzeugen, insbesondere Gießwerkzeugen für den Druckguß und/oder Spritzguß von Prototypen.

Je nach Komplexität des Bauteils ist es sinnvoll, dies in mehrere Teilstücke zu zer­ legen und diese dann nach dem Tauchen in Wachs auf einer entsprechenden Vorrichtung zusammenzusetzen.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, daß vor dem Zusammensetzen die einzelnen Teilstücke noch nachgearbeitet werden können, so daß Oberflächen­ fehler nahezu ausgeschlossen sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels schematisiert näher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines mit Hilfe des Stereosinterns herge­ stellten Bauteils;

Fig. 2 ein Bauteil-Teilstück nach dem Tauchen in Wachs;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht zweier Bauteil-Teilstücke;

Fig. 4 die Montagevorrichtung zum Zusammensetzen zweier Bauteil-Teil­ stücke;

Fig. 5 ein Bauteil-Teilstück gegossen und als Modell.

Die Herstellschritte gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand eines luft­ gekühlten Motorrad-Zylinderkopfes näher erläutert.

Als erstes werden die Konstruktionsdaten des Zylinderkopfes so aufbereitet, daß sie sich zum Stereosintern eignen. Um ein Modell aus Polystyrol mit Hilfe des Stereo­ sinterns herzustellen, wird folgendermaßen vorgegangen. Auf einer Metallplatte wird eine Schicht aus Polystyrol-Pulver aufgestreut. Sodann wird mit Hilfe eines Laserstrahls das Polystyrol-Pulver gesintert. Hierzu fährt der Laserstrahl über die Oberfläche an den Stellen, an denen volles Material sein soll. An Stellen, an denen sich Hohlräume befinden, bleibt das unbehandelte Polystyrol-Pulver liegen. Ist das aufgestreute Pulver durch den Laserstrahl gesintert, wird eine neue Schicht Pulver aufgestreut und der Vorgang beginnt von neuem. Auf diese Art und Weise wird ein Bauteil schichtweise hergestellt.

Nach dem Stereosintern wird das nicht gesinterte Polystyrol-Pulver durch Schütteln oder Klopfen aus dem Bauteil entfernt.

Je nach Komplexität des Bauteils wird es in mehrere Teilstücke zerlegt, die dann einzelnen mit Hilfe des Stereosinterns hergestellt werden.

Im vorliegenden Beispiel des Zylinderkopfes werden zwei Hälften hergestellt. Eine fertig (nach dem Stereosintern) hergestellte Hälfte ist in Fig. 1 dargestellt.

Nach dem Entfernen des losen Polystyrol-Pulvers wird das Bauteil in flüssiges Wachs getaucht, damit eine geschlossene, leicht zu entfernende Oberfläche ent­ steht. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Anschließend wird die Wachsoberfläche eventuell noch von Hand nachgearbeitet.

Zwei gewachste Bauteil-Teilhälften sind in Fig. 3 dargestellt. Hier ist auch deutlich die Trennfuge zwischen den Bauteil-Teilstücken erkennbar.

Anschließend werden diese beiden Bauteil-Teilstücke auf einer entsprechenden Vorrichtung lagegenau angebracht und miteinander verklebt. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.

Nach dem Zusammenfügen der Bauteil-Teilstücke zu einem gesamten Bauteil wird auf die Wachsoberfläche keramische Schlicke aufgebracht. Sobald eine genü­ gende Schichtdicke vorhanden ist, wird das so beschichtete Modell in einen Brenn­ ofen gebracht. Dort wird die Schlicke gebrannt und wird so zu einer harten Kera­ mikschicht. Gleichzeitig wird bei diesen Brenntemperaturen das Polystyrol rück­ standslos ausgebrannt. Der so entstandene Hohlraum ist eine exaktes Abbild des zu fertigenden Bauteils.

Anschließend wird im Feinguß dieser Hohlraum mit einer Alumi­ nium/Aluminiumlegierung und/oder einer Stahllegierung ausgefüllt.

Nach dem Abkühlen des Aluminiums wird die Keramikform zerschlagen, das Guß­ stück gereinigt und in üblicher Weise bearbeitet.

Fig. 5 zeigt in der rechten Bildhälfte das Polystyrol-Modell-Teilstück. In der linken Bildhälfte ist das fertig im Feinguß aus Aluminium hergestellte Zylinderkopf-Gegen­ teilstück dargestellt. Hier wird deutlich, daß sich beide Teilstücke entsprechen und daß das Polystyrol-Modell originalgetreu umgesetzt wird.

Dieses Verfahren ist wesentlich schneller als das bisherige Verfahren, da bei einer Konstruktionsänderung nur die Daten für das Stereosintern entsprechend geändert werden müssen. Sodann kann ein neues Polystyrol-Modell mit Hilfe des Stereo­ sinterns hergestellt werden. Anschließend werden die oben beschriebenen Schritte durchgeführt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen von Bauteilen oder Werkzeugen, bestehend aus der Kombination folgender Schritte:

• - Anhand eines Datensatzes des Bauteils/Werkzeugs wird durch Stereosintern aus Polystyrol ein Modell des Bauteils/Werkzeugs hergestellt,
• - das Polystyrol-Modell wird durch Tauchen in flüssiges Wachs mit Wachs überzogen,
• - auf die Wachsoberfläche wird keramische Schlicke aufgebracht,
• - das so beschichtete Modell wird gebrannt,
• - der durch das Ausgasen des Polystyrols entstehende Hohlraum wird im Feinguß-Verfahren ein Rohling gegossen,
• - der Rohling wird entformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Stereosintern mehrere Teilstücke des Bauteils/Werkzeugs hergestellt werden, die nach dem Tauchen in Wachs zu einem Gesamtbauteil/Werkzeug zusammengesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Tauchen in Wachs die Ober­ flächenkonturen des Bauteils/Werkzeugs nachgearbeitet werden.