DE19832399A1 - Formwerkzeug für Werkstücke aus faserigem Werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug mit einer siebartigen Oberfläche für Werkstücke aus faserigem Werkstoff, wobei das Formwerkzeug oder ein für die Herstellung des Formwerkzeuges als Modell dienendes Bauteil durch einen schichtweisen Aufbau entsteht. Die Schichten werden dadurch erzeugt, daß ihre zweidimensionale Geometrie mit einer in zwei Achsen verfahrbaren Einrichtung abgefahren wird.

Das Formwerkzeug wird beim Fasergußverfahren eingesetzt. Es befindet sich am Boden eines mit einer faserigen Flüssigkeit gefüllten Behälters. Durch Über- oder Unterdruck wird die Flüssigkeit durch das Formwerkzeug geleitet, so daß die Fa­ sern sich an der Werkzeugoberfläche ablagern. In weiteren Verfahrensschritten wird die vom Formwerkzeug abgenommene Form getrocknet und gefestigt.

Bekannt sind Herstellungsverfahren, bei denen das Formwerkzeug durch spanen­ de, umformende und/oder urformende Fertigungsverfahren hergestellt wird. Die Formgebung kann durch Bohren, Fräsen, Drehen, Tiefziehen usw. erfolgen. Fer­ ner ist bekannt, daß ein Sieb auf einen Körper mit größeren Löchern aufgelötet wird.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kostengünstig ein Formwerkzeug für das Fasergußverfahren herzustellen. Die Aufgabe wird durch ein Formwerkzeug mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschrei­ ben die Ausgestaltung der Lösung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und des folgenden Textes beschrieben. Einige Ausfüh­ rungen basieren auf dem Prinzip der Laser-Stereolithographie, bei welcher ein Laser die zweidimensionale Schicht erzeugt.

Fig. 1 zeigt schematisch die 2-Achsen-Verfahreinrichtung und einen Laser während eines Arbeitsganges.

Fig. 2 zeigt einen Werkstückträger mit einer aufgebrachten Schicht.

Fig. 3 zeigt ein fertiggestelltes Formwerkzeug für das Fasergußverfahren.

Dieses Ausführungsbeispiel basiert im wesentlichen auf dem Verfahren der soge­ nannten Laser-Stereolithographie. Die Beschreibung des Verfahrens erfolgt nur ansatzweise, da es sich hierbei um den "Stand der Technik" handelt. Ein Compu­ ter berechnet aus den dreidimensionalen Geometriedaten des Formwerkzeuges schichtweise dessen zweidimensionale Form. Anschließend brennt ein Laser 2 schichtweise die Form in einen Werkstückblock aus einem geeigneten Werkstoff beispielsweise Epoxidharz 3. Die einzelnen Schichten werden durch das Abfah­ ren mit einer in zwei Achsen verfahrbaren Einrichtung 1 erzeugt. Nach der Her­ stellung der ersten Schicht wird darauf aufbauend die zweite, dritte, vierte usw. erzeugt. Für jeden Arbeitsgang wird der Laser daher minimal niedriger angesetzt. Am Ende erhält man so das Formwerkzeug oder ein für die Herstellung des Formwerkzeuges als Modell dienendes Bauteil.

Eine andere Variante der Stereolithographie (Patent-Nr. DE 41 22 326 C1) bringt pulverförmige Materialien mittels elektrostatischer Kräfte auf einen Fotohalbleiter auf. Dieser wird dann auf einen Werkstückträger 4 übertragen. Zusätzlich zu dem Formmaterial 5 wird ein Füllmaterial 6 in komplementärer Form aufge­ bracht. Anschließend wird die Schicht fixiert. Nach dem Auftragen aller Schichten wird das Füllmaterial entfernt, so daß nur das Formwerkzeug oder ein Modell da­ von übrig bleibt. Mit diesem Verfahren lassen sich sehr feine Teile herstellen. Be­ züglich der Form gibt es nur die Einschränkung, daß keine geschlossenen Form­ werkzeuge hergestellt werden können, die beim Fasergußverfahren aber auch nicht benötigt werden.

Beim Papier-Schicht-Verfahren wird jede berechnete Schicht auf einem Laser­ drucker ausgedruckt. Nun werden die Blätter gegen eine Heizplatte oder etwas ähnliches gepreßt. Die bedruckten Stellen verbinden sich durch den Toner unlös­ bar. Die nicht verbundenen, also nicht bedruckten Bereiche werden abgeschnit­ ten, es bleibt ein formstabiles Modell zurück.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist die Herstellung des Formwerkzeuges nach der Methode des Fused Deposition Modellings (FDM). Dieses Verfahren wird ebenfalls nur ansatzweise beschrieben, da es "Stand der Technik" ist. Zuerst wird die zweidimensionale Form des Formwerkzeuges berechnet. Dann baut das FDM-Gerät schichtweise aus halbflüssigem thermoplastischen Material die Form auf. Durch thermisches Verschmelzen verbindet sich der Werkstoff.

Die erzeugbare Form kann komplizierte räumliche Konturen darstellen. Der sieb­ artige Randbereich 7 und die räumlich gestaltete bzw. verrippte Unterstruktur 8 bilden zusammen ein integrales Bauteil. Die Lochgröße des Siebes kann dabei sehr fein ausgeführt werden. Die verrippte Unterstruktur verleiht dem Formwerk­ zeug die benötigte Steifheit.

Von dem Formwerkzeug oder einem für die Herstellung des Formwerkzeuges als Modell dienendes Bauteil kann im nächsten Schritt mittels eines geeigneten Werkstoffes, beispielsweise Silikon, ein Abguß genommen werden. Dieses Vor­ gehen kann aus mehreren Gründen erforderlich sein. Je nach eingesetztem Her­ stellungsverfahren bestehen Beschränkungen bezüglich der verwendbaren Werk­ stoffe. Diese können eventuell nicht direkt als Formwerkzeug eingesetzt werden, z. B. ist Papier (Papier-Schicht-Verfahren) wegen seiner Wasserlöslichkeit nicht geeignet. Mit der Gußform ist es möglich, aus geeigneten Werkstoffen ein Form­ werkzeug herzustellen.

Ein weiterer Vorteil ist, daß bei Verschleiß des Formwerkzeuges nicht eines der oben genannten Verfahren zur Herstellung eines neuen Formwerkzeuges ange­ wandt werden muß, sondern das Formwerkzeug kann kostengünstig durch Gie­ ßen hergestellt werden.

Die Vorteile dieses Patentes sind folgende: Durch die neuartige Herstellung des Formwerkzeuges kann dieses wesentlich kostengünstiger produziert werden. Zu­ dem erfolgt seine Herstellung schneller. Dadurch kann es im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Formwerkzeugen auch bei kleineren Serien und zur Muster­ herstellung verwendet werden. Zudem wird es auch klein- und mittelständischen Betrieben ermöglicht, Produkte nach dem Fasergußverfahren zu produzieren.

Claims (4)

1. Formwerkzeug für Werkstücke aus faserigem Werkstoff, die dadurch entstehen, daß eine faserhaltige Lösung durch die siebartige Oberfläche des Formwerk­ zeuges geleitet wird, so daß sich die Fasern an der Werkzeugoberfläche abla­ gern, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug oder ein für die Her­ stellung des Formwerkzeuges als Modell dienendes Bauteil durch schichtwei­ sen Aufbau entsteht, wobei die einzelnen Schichten dadurch erzeugt werden, daß ihre zweidimensionale Geometrie mit einer in zwei Achsen verfahrbaren Einrichtung abgefahren wird.

2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten durch chemische oder mechanische Vorgänge miteinander verbun­ den werden.

3. Formwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß nach der Herstellung eines Modells dieses im nächsten Schritt mittels eines geeigneten Werkstoffes, beispielsweise Silikon, abgeformt wird, so daß eine Form entsteht, mit der weitere Formwerkzeuge hergestellt werden können.

4. Formwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das Formwerkzeug aus einem siebartigen Randbereich und einer räumlich gestalteten bzw. verrippten Unterstruktur besteht, die zusammen ein integrales Bauteil bilden.