DE60104416T2

DE60104416T2 - Struktur einer spannvorrichtung zum positionieren und spannen eines stückes zur bearbeitung

Info

Publication number: DE60104416T2
Application number: DE60104416T
Authority: DE
Inventors: Claude Barlier; Alain Wadsworth
Original assignee: Centre D'ingenierie De Recherche Et De Transfert De L'esstin; CT D INGENIERIE DE RECH ET DE
Current assignee: Centre D'ingenierie De Recherche Et De Transfert De L'esstin; CT D INGENIERIE DE RECH ET DE
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: EP1283760B1; CA2408465C; ES2223860T3; AU6239901A; FR2809040B1; CA2408465A1; DE60104416D1; ATE271441T1; PT1283760E; US6921068B2; WO2001087538A1; EP1283760A1; FR2809040A1; US20030173726A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Haltevorrichtung zum Positionieren und Halten von Teilen, die in einer Position gehalten werden sollen, zum Beispiel zwecks Ausführung eines Bearbeitungsvorgangs, insbesondere, jedoch nicht einschränkend, eines Mikrofräsarbeitsvorgangs im Rahmen eines Verfahrens zum schnellen Prototypenbau. (siehe zum Beispiel US-3 790 152-A).
Es ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese konkrete Anwendung beschränkt ist, sondern dass sie im Gegenteil bei jedem Verfahren zur mechanischen Bearbeitung, zur Bearbeitung mittels eines Lasers, eines Wasserstrahls usw. angewandt werden kann, was ein temporäres Halten des zu bearbeitenden Teils voraussetzt, wobei dieses nicht beschädigt wird.
Außerdem kann sie bei allen Haltevorgängen mit umkehrbarer Positionierung verwendet werden und ist bei einem Herstellungs- oder Montageverfahren einzusetzen.
Im Allgemeinen wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung auf ein Verfahren zum schnellen Prototypenbau Bezug genommen, das unter dem Namen STRATOCONCEPTION (eingetragene Marke) bekannt ist, das insbesondere Gegenstand des europäischen Patents EP 0 585 502 B1 ist, dessen Inhaber ebenfalls der Anmelder der vorliegenden Anmeldung ist.
Es wird daran erinnert, dass das allgemeine Verfahren von STRATOCONCEPTION aus einem Verfahren zur Herstellung von mechanischen Teilen und Gegenständen, insbesondere Proto typen, besteht, ausgehend von einem besonderen computerunterstützten Konzept, das die folgenden, aufeinander folgenden Phasen aufweist:

– virtuelles Zerlegen in geschichteten Elementarlagen;
– Herstellung von Teilen aus Elemetarschichten oder – lagen;
– Wiederherstellen der Schichtanordnung,
– Verbinden der Schichten; wobei die genannten Lagen durch ein vorhergehendes Zerlegen der Teile entlang von Ebenen und in einem oder mehreren festgelegten Durchgängen entstehen.

Das Grundprinzip besteht darin, das in einen Prototyp umzuwandelnde Volumen in mehrere Lagen zu zerlegen, die durch Bearbeitung, zum Beispiel durch Mikrofräsen einer Materialplatte, hergestellt werden, wobei das Material zum Beispiel Holz, Verbundstoff, Kunststoff oder Metall sein kann.
Das Halten der zu bearbeitenden Lage kann auf mehrere Arten erfolgen.
Außerdem wurden mechanische Mittel durch Halten mit Unterdruck oder auch durch Einfrieren einer dünnen Wasserschicht oder durch ein Klebeband vorgeschlagen und eingesetzt.
Obwohl in den meisten Fällen diese Mittel zufriedenstellend arbeiten, sind sie in der Regel nicht universell anwendbar, insbesondere nicht für feine und/oder zerbrech liche Teile. Beim mechanischen Halten ist es außerdem erforderlich, sich Vorgehensweisen zu bedienen, die bezüglich der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nicht nachteilig sind.
Unter anderem setzen aktuelle Verfahren bei ihrer Durchführung die Verwendung von aufwändigen, kostspieligen Materialien voraus.
Außerdem treten bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen Probleme auf, die auf die Stärke des zu haltenden Werkstoffs zurückzuführen sind.
Letztlich ist das Problem der Reinigung der Teile nicht zufriedenstellend gelöst.
Deshalb besteht ein Bedarf nach einer Haltevorrichtung, die nicht die Nachteile der bekannten Vorrichtungen aufweist.
Gemäß der Erfindung, die im Patentanspruch 1 definiert ist, wird diese Aufgabe durch eine neue Haltevorrichtung zum Halten von Teilen vor einem Mikrofräsarbeitsvorgang im Rahmen eines Verfahrens zum schnellen Prototypenbau gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus einer Halteplatte besteht, die mit gleichmäßig verteilten Kammern ausgestattet ist, in denen das schmelzbare Material angeordnet ist, dessen freie Fläche auf die Oberfläche der genannten Halteplatte gelangen kann und die Mittel zum Erwärmen/Abkühlen des genannten schmelzbaren Materials aufweist, die ein Freigeben/Festhalten des auf der genannten Halteplatte angeordneten Teiles ermöglichen.
Die Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden, die folgendes zeigen:
1 eine Schnittdarstellung einer Halteplatte gemäß der Erfindung in Ruhestellung;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer Halteplatte gemäß der Erfindung in der Phase der Positionierung der zu bearbeitenden Platte;
3 eine schematische Schnittdarstellung einer Halteplatte gemäß der Erfindung in der Position zum Festhalten der zu bearbeitenden Platte;
4 eine schematische Schnittdarstellung einer Halteplatte gemäß der Erfindung in der Position zum Halten der Platte durch die Wirkung der Haltevorrichtung;
5 eine schematische Schnittdarstellung einer Halteplatte gemäß der Erfindung in der Position zum Bearbeiten der auf der Haltevorrichtung festgehaltenen Lage;
6 eine Ausführungsvariante der Vorrichtung gemäß 5 mit der Übernahme der bearbeiteten Platte, die quer verlaufende Bereiche aufweist.
Es wird zuerst auf 1 Bezug genommen.
Die allgemein mit (1) bezeichnete Halteplatte-Vorrichtung gemäß der Erfindung weist im Wesentlichen auf:

– eine Wanne (2) mit schmelzbarem Material,
– einen Kühlungskreis (3);
– ein Heizwiderstandsnetz (4);
– eine obere offene Kammer (5), die das schmelzbare Material aus der Wanne (2) aufnimmt, an der sie mittels eines Leitungsnetzes (6) angeschlossen ist.

Die Wanne mit schmelzbarem Material, die den Behälter (2) bildet, weist in ihren Seitenwänden Heizwiderstände (7) auf. Die Verdrängung des schmelzbaren Materials wird durch einen elastischen Luftbehälter (8) sichergestellt.
Es ist offensichtlich, dass so lange das schmelzbare Material in flüssigem Zustand ist, ein Beaufschlagen des Behälters (8) mit einem Druck eine Vergrößerung seines Volumens bewirkt und das schmelzbare Material somit über die Leitungen (6) in die Kammer (5) verdrängt.
In der Darstellung nach 2 wurde auf der Halteplatte (1) eine Platte (9) angeordnet.
Das Format der Platte ist geringfügig größer als die nutzbare Fläche der Kammer (5). Die obere Fläche der Platte bildet eine einwandfreie Herstellungsebene und dient als Positionier-Bezugssystem der Platte oder des zu bearbeitenden Teiles.
In der in 3 dargestellten Phase stellt eine obere absenkbare Halteplatte (10), die auf einem Kugelgelenk (11) befestigt ist, den Kontakt der Platte mit dem Positionier-Bezugssystem (der oberen Fläche der Halteplatte) während des Verklebens der genannten Platte sicher.
4 zeigt die Realisierung der Funktion der Haltevorrichtung.
Auf die Halteplatte (10) wird eine Kraft ausgeübt, die mit dem Pfeil F gekennzeichnet ist.
Im Behälter wird ein Luftdruck aufgebaut, der mit einem Pfeil f gekennzeichnet ist. Es ist offensichtlich, dass F größer sein soll als die durch f hervorgerufene Gegenkraft.
Das schmelzbare Material wird in seine „flüssige" Phase mittels Heizwiderständen überführt. Beim Aufblasen des elastischen Behälters füllt das schmelzbare Material den Hohlraum unter der Platte. Während der Druck im elastischen Behälter aufrecht erhalten wird, wird das schmelzbare Material abgekühlt, wonach der Druck im elastischen Behälter unterbrochen und die obere Halteplatte angehoben wird, um die Bearbeitung zu ermöglichen.
In der Halteplatte (1) können Lüftungslöcher vorgesehen werden, die der Prüfung des Füllstands des Hohlraums (5) dienen.
In 5 wird die Bearbeitung einer Platte (9) gezeigt, die nach der Bearbeitung die oben erwähnte Lage (12) darstellt.
Die Bearbeitung wird zum Beispiel durch die Durchführung des Stratoconception-Verfahrens realisiert.
Die Lage wird gleichmäßig gehalten. Die Fräsmaschine hat die Möglichkeit, das schmelzbare Material ohne Beschädigung der Lagerstelle entweder infolge einer schlechten Höhenregelung oder infolge von Problemen mit Graten, die durch den Radius des Werkzeugendes entstehen, zu bearbeiten.
Um die Lage freizugeben, wird das schmelzbare Material in seine "flüssige" Phase überführt; der Überschuss auf der Lage wird durch Verwendung eines Lösungsmittels entfernt.
Es werden Bereiche (13, 13') dargestellt, die durch Fräsen ausgehöhlt und in Späne umgewandelt wurden.
Bei der Ausführungsvariante nach 6 ist die obere Halteplatte (10) mit einem Kühlungskreis (14) versehen.
Das Verfahren kann somit folgendermaßen fortgesetzt werden:
Die obere Halteplatte wird wieder an der bearbeiteten Platte zur Anlage gebracht. Sie ist mit einem Kühlkreislauf ausgestattet. Beim Erwärmen des schmelzbaren Materials füllt dieses unter der Wirkung der Volumenvergrößerung des elastischen Behälters das durch Entfernen der Späne entstandene Volumen. Beim Berücksichtigen des Temperaturgradienten kann die Platte wiederhergestellt werden: Die obere Halteplatte kühlt schnell das Materialvolumen ab, das den Raum der entfernten Späne füllt. Die Platte besteht in diesem Stadium aus zwei Materialien. Es bestehen also zwei Alternativen:

– Entweder ist die obere Halteplatte mit einer Antihaftschicht (zum Beispiel PTFE) versehen, und es reicht, die Platte herauszuziehen, um sie manuell zu entfernen,
– oder die Platte ist durch das schmelzbare Material mit der oberen Halteplatte verbunden, die angehoben wird, und die Platte wird zur neuen Halteplatte für die Bearbeitung.

Es sind zahlreiche Varianten denkbar, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Ebenfalls sei auf die folgenden allgemeinen Merkmale verwiesen:

– Das Prinzip besteht darin, ein beliebiges Kunststoffmaterial zu verwenden, dessen charakteristische Eigenschaft die Schmelzbarkeit ist, die es ermöglicht, in Abhängigkeit von seiner Temperatur mehrmals von einem flüssigen Zustand in einen festen Zustand und umgekehrt überzugehen;
– die Halteplatte kann aus Metall oder Kunststoff bestehen;
– in der Kammer (5) können sekundäre Auflageflächen vorgesehen sein, die als Bezugspunkte dienen und die eine bessere Aufteilung und eine verbesserte Ebenheit der Auflage gewährleisten, wobei die Punkte ebenfalls zu dem durch die obere Fläche der Halteplatte gebildeten Positionier-Bezugssystem gehören;
– das schmelzbare Material wurde derart gewählt, dass es jegliche chemische Reaktion mit der zu haltenden Platte verhindert;
– das schmelzbare Material und seine Abfälle können bei Bedarf leicht von der Oberfläche durch jedes angemessene Mittel, wie ein Verdünnungsmittel, ein Lösungsmittel, ein mechanisches Verfahren, und zwar nicht einschränkend, entfernt werden;
– die Kühlkanäle können bei Bedarf auch als Wärmekanäle verwendet werden;
– gemäß einer vereinfachten Ausführungsvariante wird die Zuführung des elastischen Materials direkt durch das Oberteil ohne die Einspritzvorrichtung des Behälters (2) durchgeführt. In diesem Fall ist ein leichter Überschuss des schmelzbaren Materials erforderlich. Er wird über die seitlichen Löcher beim Positionieren des Teiles (9) entfernt, was manuell erfolgen kann. Das System zum Abkühlen/Erwärmen der Kammer (5) bleibt gleich.

Claims

Haltevorrichtung zum Halten von Teilen zwecks Ausführung einer Mikrofräsarbeit im Rahmen eines Verfahrens zum schnellen Prototypenbau, die im Wesentlichen aufweist: einen Behälter (2) mit schmelzbarem Material, das reversibel vom flüssigen Zustand in den festen Zustand überführt werden kann; einen Kühlungskreis (3); ein Heizwiderstandsnetz (4); dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung aus einer Halteplatte (1) besteht, die mit gleichmäßig verteilten Kammern ausgestattet ist, in denen das schmelzbare Material angeordnet ist, dessen freie Fläche auf die Oberfläche der genannten Halteplatte gelangen kann, die Mittel (3, 4) zum Erwärmen/Abkühlen des genannten schmelzbaren Materials aufweist, die ein Freigeben/Festhalten des auf der genannten Halteplatte angeordneten Teiles ermöglichen, wobei die Schraubstockvorrichtung eine obere offene Kammer (5) aufweist, die das schmelzbare Material aus dem Behälter (2) aufnimmt, an den sie mittels eines Leitungsnetzes (6) angeschlossen ist, und wobei der Behälter in seinen Seitenwänden Heizmittel (7) aufweist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängung des schmelzbaren Materials mittels eines elastischen Luftbehälters (8) erfolgt.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Platte (9) aufweist, die auf der Halteplatte (1) angeordnet ist und die die nutzbare Oberfläche der Kammer (5) leicht übersteht.
Haltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere einziehbare Halteplatte (10), die auf einem Kugelgelenk (11) befestigt ist, während des Verklebens der Platte den Kontakt der Platte auf dem Bezugssystem der Aufstellung sicherstellt.
Haltevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteplatte (10) mit einem Kühlungskreis (14) versehen ist.