EP3541605A1 - Additives herstellen eines dreidimensionalen bauteils umfassend ein hüllelement und ein füllmaterial - Google Patents

Additives herstellen eines dreidimensionalen bauteils umfassend ein hüllelement und ein füllmaterial

Info

Publication number
EP3541605A1
EP3541605A1 EP17800828.0A EP17800828A EP3541605A1 EP 3541605 A1 EP3541605 A1 EP 3541605A1 EP 17800828 A EP17800828 A EP 17800828A EP 3541605 A1 EP3541605 A1 EP 3541605A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filling material
component
hüllelements
enveloping element
filling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17800828.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dennis Bursch
Thomas Bettermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Homag Bohrsysteme GmbH
Original Assignee
Homag Bohrsysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Homag Bohrsysteme GmbH filed Critical Homag Bohrsysteme GmbH
Publication of EP3541605A1 publication Critical patent/EP3541605A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/188—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/02—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C44/12—Incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or reinforcements
    • B29C44/18—Filling preformed cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/02—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C44/08—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles using several expanding or moulding steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2075/00—Use of PU, i.e. polyureas or polyurethanes or derivatives thereof, as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/16—Fillers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/44—Furniture or parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a component / a workpiece, wherein the component is at least partially manufactured using an additive method.
  • a method for producing a component / a workpiece wherein the component is at least partially manufactured using an additive method.
  • such a method can be used in the field of manufacturing components for the furniture and component industry.
  • the invention relates to a device and a product.
  • the document DE 2014 206 697 AI is known, which relates to an apparatus and a method for creating solids.
  • the device shown in this document comprises a machining tool for preferably abrasive machining of workpieces, a feed device for supplying an additive material, for example. Partial wood material, such as wood foam and an applicator unit for forming solids from the material supplied by the feeder.
  • FDM method melt-layer method
  • filling or support structures are produced to increase the component stability and to support overhangs. These structures are created inside or outside a component outer contour. Filling structures remain in the component, whereas support structures are usually separated from it.
  • the density of the printed component can be varied and a higher strength of the component.
  • the pattern also affects the strength of the component.
  • the choice of the pattern ensures, depending on the application, a relatively fast production or a higher strength of the support structure.
  • the filling or support structures are produced with the same printing device as the outer contour or with a separate printing device.
  • filling structures can also be made of a thermoplastic other than the outer contour.
  • the known procedure leads to a significantly increased energy consumption, and in large-volume components, the filling structures lead to a significant proportion of the total weight of the components.
  • the use of filling structures can only have a very limited influence on the component density. Due to the only partial connection between the filling structure and the outer shell, only a limited strength of the models is achieved, so that the strength of the components depends strongly on the selected filling pattern.
  • the aim of the present invention is to provide a method by which the drawbacks known in the prior art are at least partially eliminated or reduced, and / or to provide a method which combines flexible production with a high throughput. Also, a device and a product are required to achieve the stated goals.
  • the subject-matter of claim 1 provides a corresponding method. Further preferred embodiments are listed in the dependent claims. Furthermore, the present invention relates to a device and a product.
  • An idea of the present invention is to first prepare a section of a cladding element with an additive method, preferably with a melt layer method. Subsequently, the section of the enveloping element, in particular after it has largely or completely cured, filled with a filling material, in particular foamable or at least partially foamed filling material become.
  • a filling material in particular foamable or at least partially foamed filling material.
  • the method according to claim 1 comprises the following steps: producing at least one section of an enveloping element by an additive method and introducing a, in particular foamable or at least partially foamed, filling material, in particular one
  • Foam material in the section of the enveloping element. It is preferred that the said steps are carried out in the order described.
  • component means any type of body to be created.
  • component is in particular to be equated with a "workpiece”, “component” or the like. Concrete examples of components, workpieces or components are furniture parts, floor panels, wall panels, kitchen countertops, etc ..
  • foam material in the sense of the invention means a material which can either be foamed or is already present in the foamed / partially foamed state In the course of foaming, pores or air inclusions are introduced into the filler material so that a porous or foam-like structure is formed.
  • the section of the enveloping element includes at least one opening for introducing the filling material.
  • the enveloping element may include a bottom portion and one or more sidewall portions.
  • the introduced filling material preferably fills the section of the enveloping element at least partially or completely. It is also possible to introduce so much filling material that this partially exits the opening of the enveloping element.
  • the opening in the section of the enveloping element for introducing the filling material can subsequently be closed, and / or another section of the enveloping element, preferably to be filled with filling material, is created.
  • the comparatively good adjustability of the properties of the filling material results in a significantly improved selection of the component density.
  • the method described here allows the production of large-volume or very small components with high
  • the printing time can be significantly reduced with the method according to the invention. Furthermore, it is possible to realize component fillings by adjusting the properties of the filling material in a relatively short time according to specific requirements.
  • the printing time is no longer dependent on the component density and the filling pattern due to the use of the filling material.
  • a certain filling pattern is no longer needed when the filling material expands within the filling element and thus completely fills the space to be filled.
  • the component density is therefore in relation to the porosity of the filler material and to the material properties of the filler material, whereby the application time is not affected.
  • the filler does not have to be melted. Also, the filler takes a relatively small proportion of the total weight of the component.
  • the component density can be set very precisely. Furthermore, in the case of a foam material, the component density also depends on the degree of foaming and on the porosity of the foam, which can likewise be influenced.
  • the additive process is a melt layer process.
  • a thermoplastic material for forming the Hüllelements which forms a shell for the subsequently introduced filler, are applied in layers.
  • the filler material is a polyurethane filler, in particular a 2-component polyurethane filler. This can expand, for example, after or during the introduction into the enveloping element and thus fill the enveloping element.
  • the filling material may be a wood foam, aluminum foam or a plastic foam.
  • an exposed region of the filling material can be processed with an erosive method in order to produce a flat surface. This additional surface could be printed or some other material applied.
  • foaming of the filling material takes place prior to introduction, during introduction or after the introduction of the filling material, in particular by adding a propellant gas, for example nitrogen or carbon dioxide, or by admixing a foaming agent.
  • a propellant gas for example nitrogen or carbon dioxide
  • foaming agent for example nitrogen or carbon dioxide
  • the filling material is foamed prior to introduction, then it reaches the enveloping element in the foamed state. If foaming takes place during introduction, then the filling material is present in an at least partially foamed state, wherein the filling material in the enveloping element is optionally further foamed or foamed. Foaming after introduction of the filling material means that the filling material is introduced in a liquid or pasty state into the enveloping element and is foamed or foamed in the latter.
  • a propellant gas changes in temperature from a solid / liquid state to a gaseous state.
  • said propellant may be added in cryogenic form or as a cryogen, such as in the form of liquid nitrogen or dry ice (frozen carbon dioxide). If, for example, more propellant gas is added, immediately larger pores are obtained and vice versa. The handling is comparatively simple accordingly. Furthermore, the relationship between action and reaction can be adjusted advantageously.
  • a foaming agent can trigger the foaming effect, for example, as a function of temperature. This can be achieved for example by heating element on the nozzle of the Schaumaustragsvorraum.
  • the filler material is mixed from two components, wherein the two components have an intumescent effect for foaming the
  • the foaming effect unfolds, for example, by the reaction of the two components with each other.
  • a reaction product of said reaction in the application material to induce a foaming process.
  • a gas such as carbon dioxide can be released to achieve the foaming effect.
  • the use of a 2-component foam has the advantage that the foaming is well controllable and thus the pore size can be adjusted.
  • the enveloping element can be provided with a coating or a decorative element (such as a real wood veneer, a plastic strip, etc.) and / or printed.
  • a coating or a decorative element such as a real wood veneer, a plastic strip, etc.
  • the present invention relates to a device for producing a component, comprising: a first device, in particular a printing device, for creating at least a portion of an enveloping element an additive method, a second device, in particular Schaumaustragsvoriques, wherein the second device is adapted to deploy a foamable or at least partially foamed filling material and to introduce into the portion of the Hüllelements.
  • the combination of the first device for creating a Hüllelements and second device for filling the Hüllelements a production of a component can be significantly accelerated. Furthermore, components can be created as needed. For further advantages, reference is made to the above explanations.
  • the first device in particular the pressure device, and the second device,
  • Schaumaustragsvoriques to a support, in particular boom or portal, are mounted, in particular on a movable carriage along the carrier.
  • a compact design can be realized.
  • the first device comprises an extruder which is adapted to heat and dispose a granulate or a wire-shaped material.
  • the sheath element can be created in a melt layer process.
  • the device may further comprise a machining unit for machining, in particular a milling unit, a drilling unit or a grinding unit.
  • a processing unit with the first device (printing device) and / or the second device (Schaumaustragsvoriques) on a support, in particular boom or portal is mounted, more preferably on a carriage movable along the carrier.
  • the device is set up to carry out a method according to one of the above aspects.
  • the method according to further variants is intended to work using a device according to one of the said aspects.
  • the present invention further relates to a component, in particular a piece of furniture, such as a kitchen worktop, a furniture front, a shelf, a floor covering, counter, or the like, comprising: at least one envelope of a first material, the at least a portion of an outer surface of the product forms, and a filling material, which is disposed within the at least one enveloping element and this fills, wherein the at least one enveloping element by an additive method, in particular a melt layer method is prepared.
  • a component in particular a piece of furniture, such as a kitchen worktop, a furniture front, a shelf, a floor covering, counter, or the like, comprising: at least one envelope of a first material, the at least a portion of an outer surface of the product forms, and a filling material, which is disposed within the at least one enveloping element and this fills, wherein the at least one enveloping element by an additive method, in particular a melt layer method is prepared.
  • the alternative method may comprise the following steps:
  • a method of manufacturing a component comprising the steps of providing at least a portion of a cladding element of the component by an abrasive method, in particular by milling, and introducing a filler into the portion of the cladding element.
  • a component comprising at least one sheath member forming at least a portion of an outer surface of the product, and a filler material disposed within the at least one a Hüllelements is arranged and this fills, wherein in a recess in the filler material, a further material, in particular plastic material, is introduced, in particular for forming a bearing.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a method sequence according to the invention.
  • an enveloping element 10 is produced (printed) by means of a melt layer method.
  • an appropriate material in particular thermoplastic material, is melted in an extruder and forced through a nozzle of the printing device 1.
  • a foam material 20 as an example of a filler introduced into the enveloping element 10.
  • the enveloping element 10 is substantially completely filled.
  • the foam material 20 may be, for example, a reactive foam, such as a PU foam, which to a certain extent is injected into the enveloping element 10 and expands there. In the course of curing of the foam material 20, this also connects to the inside of the enveloping element 10th
  • a milling unit 3 is used, with which the protruding foam material 20 is milled and thus a flat surface of the foam material 20 is achieved.
  • the milling unit 3 can be a 3-axis milling unit, 4-axis milling unit or a 5-axis milling unit.
  • an intermediate product is present in method step S4, in which the lateral regions and the underside of the intermediate product are essentially formed by the sheath element 10 and the upper side of the intermediate product by the smoothed or milled foam material 20.
  • the process step S4 may include the purification of the intermediate product.
  • a section of the milled foam material is now printed by means of the printing device 1 in the melt layer process.
  • a planar surface is created as part of the enveloping element 10 in sections.
  • a further outer contour is printed, and thus the envelope element 10 is effectively expanded.
  • the outer contour created in the method step defines a cavity. After the exterior of extended envelope member 10 has been created, the created cavity is filled with foam
  • the still exposed section of the foam material is printed with the printing device and thus the enveloping element is closed (method steps S9, S10).
  • a cleaning can be carried out after the method step 8.
  • the component density can be controlled by the foaming behavior or porosity of the foam material 20 used.
  • porosity can be adjusted with high accuracy. This is especially true for 2K PU foams, e.g. by the mixing ratio of the two components.
  • the present method can be used, for example, in the creation of furniture parts, for example.
  • the foam material is introduced in the vertical direction from above into the enveloping element 10, it is also possible to introduce the foam material laterally into an opening in the enveloping element.
  • Method step AI a section of an enveloping element 10 is created.
  • Method step AI could correspond to method step S1 according to FIG.
  • the foam material 20 is introduced into the enveloping element 10 in a process step (not shown in FIG. 2) and subsequently a flat surface is produced by means of a milling tool.
  • the enveloping element 10 with the foam material 20 is now in the form shown in step A2.
  • an annular portion 25 is removed by means of a removing process. For example, a drill or cutter is used for this purpose, which are particularly suitable for this purpose. Centered to the annular portion 25 remains a pin-shaped body 26 of the foam material 20 (step A3).
  • the annular portion 25 is filled with a plastic material 30 (step A4).
  • the plastic material 30 may, for example, be introduced into the annular portion 25 in liquid or pasty form.
  • step A5 the pin-shaped body 26 made of foam material 20 is now removed by means of a drill / milling cutter.
  • Plastic material 30 from a body through which a pin 40 can be inserted in a further method step A6.
  • the pen 40 is to be considered only as an example.
  • a wave could also be introduced into the plastic body 30.
  • a plastic material may be used which has properties of a sliding bearing.
  • annular portion 25 is shown, in which the plastic material 30 is filled.
  • the annular portion 25 could also be formed as a square section, oval section, etc. with or without a central opening.
  • the aforementioned alternatives can be carried out.
  • the configuration of the enveloping element 10 can be arbitrarily complex after the enveloping element 10 is produced by means of an additive process.
  • a foam material is described as filling material which is foamed prior to introduction, during introduction or after introduction into the section of the enveloping element 10, other filling materials are also conceivable within the scope of the invention.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, mit den Schritten: Erstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements (10) des Bauteils durch ein additives Verfahren, und Einbringen eines, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten, Füllmaterials (20) in den Abschnitt des Hüllelements (10).

Description

ADDITIVES HERSTELLEN EINES DREIDIMENSIONALEN BAUTEILS UMFASSEND EIN
HÜLLELEMENT UND EIN FÜLLMATERIAL
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils/eines Werkstücks, wobei das Bauteil zumindest teilweise unter Einsatz eines additiven Verfahrens gefertigt wird. Insbesondere kann ein solches Verfahren im Bereich der Herstellung von Bauteilen für die Möbel- und Bauelementeindustrie zum Einsatz kommen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung sowie ein Produkt.
Stand der Technik
Im Bereich der additiven Verfahren ist bspw. das Dokument DE 2014 206 697 AI bekannt, das eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erstellen von Volumenkörpern betrifft. Die in diesen Dokument gezeigte Vorrichtung umfasst ein Bearbeitungswerkzeug zur bevorzugt abtragenden Bearbeitung von Werkstücken, eine Zuführeinrichtung zur Zuführung eines additiven Werkstoffs, bspw. teilweise Holzmaterial, wie Holzschaum sowie eine Auftragseinheit zum Ausbilden von Volumenkörpern aus den mittels der Zuführeinrichtung zugeführten Werkstoffs.
Ferner ist es bekannt, im Rahmen eines additiven Verfahrens Werkstücke mit dem Schmelzschichtverfahren (FDM-Verfahren) herzustellen, bei dem ein Bauteil schichtweise aus einem thermoplastischen Kunststoff aufgebaut wird. Hierbei wird ein Kunststoffgranulat oder ein Kunststofffilament aufgeschmolzen, durch eine Düse gedrückt und schichtweise abgelegt .
Bei der Herstellung von Bauteilen im Schmelzschichtverfahren werden zur Erhöhung der Bauteilstabilität und zur Abstützung von Überhängen sogenannte Füll- oder Stützstrukturen erzeugt. Diese Strukturen werden innerhalb oder außerhalb einer Bauteil-Außenkontur erstellt. Füllstrukturen verbleiben im Bauteil, wohingegen Stützstrukturen meist von diesem getrennt werden .
Durch das gewählte Muster dieser Füllstruktur und dessen Skalierung kann die Dichte des gedruckten Bauteils variiert werden sowie eine höhere Festigkeit des Bauteils. Das Muster beeinflusst selbstverständlich auch die Festigkeit des Bauteils. Im Falle einer Stützstruktur wird durch die Wahl des Musters - je nach Anwendungsfall - eine relativ schnelle Herstellung oder eine höhere Festigkeit der Stützstruktur gewährleistet .
Je nach Ausführungsform des eingesetzten 3D-Druckers werden die Füll- oder Stützstrukturen mit derselben Druckeinrichtung wie die Außenkontur oder mit einer separaten Druckeinrichtung erzeugt. Bei einem System mit zwei Druckköpfen können Füllstrukturen auch aus einem anderen thermoplastischen Kunststoff als die Außenkontur hergestellt werden.
Allerdings hat das beschrieben Vorgehen mehrere Nachteile. Insbesondere ist beim Erstellen einer Füllstruktur ein relativ hoher Zeitaufwand zur Fertigung von Bauteilen erforderlich, da jede Bahn der Füllstruktur separat gedruckt werden muss. Dies gilt insbesondere, wenn höhere Festigkeitsanforderungen an das Bauteil mit der genannten Füllstruktur gestellt werden. Üblicherweise erfordert dies einen höheren Materialeinsatz und somit eine längere Fertigungszeit. Ähnliches gilt für das Erstellen von Stützstrukturen gemäß der zuvor beschriebenen
Fertigungsweise .
Darüber hinaus führt das bekannte Vorgehen zu einem deutlich erhöhten Energiebedarf, und bei großvolumigen Bauteilen führen die Füllstrukturen zu einem erheblichen Anteil am Gesamtgewicht der Bauteile. Ferner kann durch den Einsatz von Füllstrukturen nur in sehr eingeschränktem Maße Einfluss auf die Bauteildichte genommen werden. Auf Grund der nur partiellen Verbindung zwischen Füllstruktur und Außenhülle wird nur eine begrenzte Festigkeit der Modelle erreicht, sodass die Festigkeit der Bauteile stark von dem ausgewählten Füllmuster abhängt.
Gegenstand der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die im Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise behoben oder reduziert werden, und/oder ein Verfahren bereitzustellen, das eine flexible Fertigung mit einem hohen Durchsatz vereint. Auch werden eine Vorrichtung sowie ein Produkt gefordert, um die genannten Ziele zu erreichen.
Der Gegenstand des Anspruchs 1 stellt ein entsprechendes Verfahren bereit. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Produkt.
Ein Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es, zunächst einen Abschnitt eines Hüllelements mit einem additiven Verfahren, bevorzugt mit einem Schmelzschichtverfahren, zu erstellen. Nachfolgend kann der Abschnitt des Hüllelements, insbesondere nachdem dieser weitestgehend oder vollständig ausgehärtet ist, mit einem Füllmaterial, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten Füllmaterial, gefüllt werden. Somit können beispielsweise relativ großvolumige Bauteile mit einer ggf. komplexen Außenkontur zügig erstellt werden. Die Erfindung ermöglicht somit die Variabilität eines additiven Verfahrens bei relativ zügiger Fertigung.
Das Verfahren nach Anspruch 1 umfasst die folgenden Schritte: Erstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements durch ein additives Verfahren und Einbringen eines, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten, Füllmaterials, insbesondere eines
Schaummaterials, in den Abschnitt des Hüllelements. Dabei ist bevorzugt, dass die genannten Schritte in der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
Auf diese Weise kann ein Bauteil erstellt werden. Der Begriff „Bauteil" bedeutet in diesem Zusammenhang jegliche Art eines zu erstellenden Körpers. Der Begriff „Bauteil" ist insbesondere gleichzusetzten mit einem „Werkstück", „Bauelement" oder ähnlichem. Konkrete Beispiele für Bauteile, Werkstücke oder Bauelemente sind Möbelteile, Fußbodenpaneele, Wandpaneele, Küchenarbeitsplatten, usw..
Als Füllmaterial wird bevorzugt ein sogenanntes Schaumaterial verwendet. Ein „Schaummaterial" im Sinne der Erfindung bedeutet ein Material, das entweder aufgeschäumt werden kann oder bereits im aufgeschäumten/teilaufgeschäumten Zustand vorliegt. Im Zuge des AufSchäumens werden Poren oder Lufteinschlüsse in das Füllmaterial eingebracht, so dass sich eine poröse oder schaumartige Struktur bildet.
Der Abschnitt des Hüllelements umfasst zumindest eine Öffnung, um das Füllmaterial einzubringen. Beispielsweise kann das Hüllelement einen Bodenabschnitt und einen oder mehrere Seitenwandabschnitte umfassen.
Das eingebrachte Füllmaterial füllt bevorzugt den Abschnitt des Hüllelements zumindest teilweise oder vollständig aus. Auch ist möglich, derart viel Füllmaterial einzubringen, dass dieses teilweise aus der Öffnung des Hüllelements austritt.
Hierbei kann nachfolgend die Öffnung im Abschnitt des Hüllelements zum Einbringen des Füllmaterials geschlossen werden, und/oder es wird ein weiterer, bevorzugt mit Füllmaterial zu füllender, Abschnitts des Hüllelements erstellt .
Durch den Einsatz eines Füllmaterials, insbesondere Schaummaterials, ist es vorliegend möglich, die Druckzeit beim additiven Verfahren, insbesondere
Schmelzschichtverfahren, zum Herstellen von Bauteilen deutlich zu verkürzen. Ferner kann das Gewicht des Bauteils reduziert sowie der Energieverbrauch zu dessen Herstellung gesenkt werden.
Durch die vergleichsweise gute Einstellbarkeit der Eigenschaften des Füllmaterials ergibt sich eine deutlich verbesserte Auswahl der Bauteildichte. Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht die Herstellung von großvolumigen oder auch sehr kleinen Bauteilen mit hohen
Festigkeitseigenschaften, da das Füllmaterial im Gegensatz zu bisher bekannten Füllstrukturen vollflächig mit der Außenfläche des Bauteils verbunden wird.
Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Druckzeit deutlich verkürzt werden. Ferner ist es möglich, Bauteilfüllungen durch Einstellung der Eigenschaften des Füllmaterials in relativ kurzer Zeit nach spezifischen Anforderungen zu realisieren.
Die Druckdauer ist durch den Einsatz des Füllmaterials nicht mehr von der Bauteildichte sowie dem Füllmuster abhängig. Ein bestimmtes Füllmuster wird nicht mehr benötigt, wenn das Füllmaterial innerhalb des Füllelements expandiert und somit den zu füllenden Raum vollständig ausfüllt. Die Bauteildichte steht somit in Relation zur Porosität des Füllmaterials sowie zu den Materialeigenschaften des Füllmaterials, wodurch die Applikationszeit nicht beeinflusst wird.
Ferner ist es möglich, die Energiekosten zu senken, da das Füllmaterial nicht aufgeschmolzen werden muss. Auch nimmt das Füllmaterial einen vergleichsweise kleinen Anteil am Gesamtgewicht des Bauteils ein.
Auf Grund der Kenntnis der chemischen Zusammensetzung des konkret eingesetzten Füllmaterials kann die Bauteildichte sehr präzise eingerichtet werden. Ferner hängt die Bauteildichte im Falle eines Schaummaterials auch vom Aufschäumungsgrad sowie von der Porosität des Schaums ab, welche ebenfalls beeinflussbar sind. Durch den Einsatz des Füllmaterials zur Füllung eines Hüllelements können darüber hinaus höhere Festigkeiten als mit konventionellen Füllstrukturen erreicht werden, da eine vollflächige Verbindung des Füllmaterials mit dem Hüllenelement erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich beim additiven Verfahren um ein Schmelzschichtverfahren. Mit diesem kann beispielsweise ein thermoplastisches Material zum Ausbilden des Hüllelements, welches eine Hülle für das nachfolgend einzubringende Füllmaterial bildet, schichtweise aufgebracht werden.
Bevorzugt ist das Füllmaterial ein Polyurethan-Füllmaterial ist, insbesondere ein 2-Komponenten-Polyurethan-Füllmaterial . Dieses kann beispielsweise nach oder während des Einbringens in das Hüllelement expandieren und somit das Hüllelement ausfüllen .
Ferner kann es sich beim Füllmaterial um einen Holzschaum, Aluschaum oder einen Kunststoffschäum handeln. In einem weiteren Verfahrensschritt kann nach dem Einbringen des Füllmaterials ein freiliegender Bereich des Füllmaterials mit einem abtragenden Verfahren bearbeitet werden, um eine ebene Oberfläche zu erstellen. Auf diese weitere Oberfläche könnte gedruckt oder ein anderes Material aufgetragen werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird vor dem Einbringen, beim Einbringen oder nach dem Einbringen des Füllmaterials ein Aufschäumen des Füllmaterials erfolgt, insbesondere durch Zugabe eines Treibgases, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, oder durch Beimischen eines Aufschäummittels . Somit kann ein Ausfüllen des Hüllelements beschleunigt werden. Ferner ist es möglich, die Porengröße des Füllmaterials durch eine Änderung der Art und/oder Menge des Treibgases zu ändern.
Wird das Füllmaterial vor dem Einbringen aufgeschäumt, so gelangt dieses im aufgeschäumten Zustand in das Hüllelement. Erfolgt ein Aufschäumen während des Einbringens, so liegt das Füllmaterial in einem zumindest teilweise aufgeschäumten Zustand vor, wobei das Füllmaterial im Hüllelement ggf. weiter aufschäumt oder aufgeschäumt wird. Ein Aufschäumen nach dem Einbringen des Füllmaterials bedeutet, dass das Füllmaterial in einem flüssigen oder pastösen Zustand in das Hüllelement eingebracht und in diesem aufschäumt oder aufgeschäumt wird.
Insbesondere geht ein Treibgas bei Temperaturänderung von einem festen/flüssigen Zustand in einen gasförmigen Zustand über .
Beispielsweise kann das genannte Treibgas in kryogener Form bzw. als Kryogen, wie etwa in Form von flüssigem Stickstoff oder Trockeneis (gefrorenes Kohlendioxid), zugegeben werden. Wird beispielsweise mehr Treibgas zugegeben werden unmittelbar größere Poren erhalten und umgekehrt. Die Handhabung ist entsprechend vergleichsweise einfach. Ferner lässt sich das Verhältnis zwischen Aktion und Reaktion in vorteilhafter Weise einstellen.
Wird ein Aufschäummittel verwendet, so kann dieses die aufschäumende Wirkung beispielsweise temperaturabhängig auslösen. Dies kann beispielsweise durch Heizelement an der Düse der Schaumaustragsvorrichtung erreicht werden.
Ferner ist es möglich, dass das Füllmaterial aus zwei Komponenten gemischt wird, wobei die beiden Komponenten eine aufschäumende Wirkung zur Aufschäumung des
Auftragungsmaterials haben, und die aufschäumende Wirkung von dem Verhältnis der beiden Komponenten abhängt.
Die aufschäumende Wirkung entfaltet sich beispielsweise durch die Reaktion der beiden Komponenten miteinander. Hierbei ist es möglich, dass ein Reaktionsprodukt besagter Reaktion im Auftragungsmaterial einen Aufschäumvorgang induziert. Beispielsweise kann ein Gas wie Kohlendioxid freigesetzt werden, um die Aufschäumwirkung zur erreichen.
Die Verwendung eines 2-Komponenten-Schaums hat den Vorteil, das Aufschäumen gut steuerbar ist und somit die Porengröße eingestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Hüllelement mit einer Beschichtung oder einem Dekorelement (wie ein Echtholzfurnier, ein Kunststoffstreifen, usw.) versehen und/oder bedruckt werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils, umfassend: eine erste Vorrichtung, insbesondere eine Druckeinrichtung, zum Erstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements durch ein additives Verfahren, eine zweite Vorrichtung, insbesondere Schaumaustragsvorrichtung, wobei die zweite Vorrichtung eingerichtet ist, ein aufschäumbares oder zumindest teilweise aufgeschäumtes Füllmaterial auszubringen und in den Abschnitt des Hüllelements einzubringen.
Durch die Kombination aus erster Vorrichtung zum Erstellen eines Hüllelements und zweiter Vorrichtung zum Füllen des Hüllelements kann eine Fertigung eines Bauteils deutlich beschleunigt werden. Ferner können Bauteile bedarfsgerecht erstellt werden. Bezüglich weiterer Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Es ist bevorzugt, dass die erste Vorrichtung, insbesondere Druckeinrichtung, und die zweite Vorrichtung,
Schaumaustragsvorrichtung, an einem Träger, insbesondere Ausleger oder Portal, angebracht sind, insbesondere an einem entlang des Trägers verfahrbaren Schlittens. Somit kann eine kompakte Bauweise realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Vorrichtung einen Extruder, der eingerichtet ist, ein Granulat oder ein drahtförmiges Material zu erwärmen und auszubringen. Somit kann das Hüllelement in einem Schmelzschichtverfahren erstellt werden.
Die Vorrichtung kann darüber hinaus ein Bearbeitungsaggregat zum spanenden Bearbeiten umfassen, insbesondere ein Fräsaggregat, ein Bohraggregat oder eine Schleifaggregat . Dabei ist es ferner bevorzugt, dass das Bearbeitungsaggregat mit der ersten Vorrichtung (Druckeinrichtung) und/oder der zweiten Vorrichtung (Schaumaustragsvorrichtung) an einem Träger, insbesondere Ausleger oder Portal, angebracht ist, weiter bevorzugt an einem entlang des Trägers verfahrbaren Schlittens . Ferner ist bevorzugt, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der obigen Aspekte auszuführen. Umgekehrt ist das Verfahren gemäß weiterer Varianten dazu vorgesehen, unter Einsatz einer Vorrichtung gemäß einem der genannten Aspekte zu arbeiten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bauteil, insbesondere ein Möbelstück, wie zum Beispiel eine Küchenarbeitsplatte, eine Möbelfront, ein Einlegebrett, ein Bodenbelagselement, Theke, oder ähnliches, umfassend: Zumindest ein Hüllelement aus einem ersten Material, das zumindest einen Abschnitt einer Außenfläche des Produkts bildet, und ein Füllmaterial, das innerhalb des zumindest einen Hüllelements angeordnet ist und dieses ausfüllt, wobei das zumindest eine Hüllelement durch ein additives Verfahren, insbesondere ein Schmelzschichtverfahren, hergestellt ist.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, ein Hüllelement einzusetzen, das aus einem massiven Körper in einem abtragenden Verfahren gefertigt wurde. Hierbei kann das alternative Verfahren die folgenden Schritte aufweisen:
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, umfassend die Schritte: Bereitstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements des Bauteils durch ein abtragendes Verfahren, insbesondere durch Fräsbearbeitung, und Einbringen eines Füllmaterials in den Abschnitt des Hüllelements.
Auch dieses Verfahren kann mit einem der abhängigen Ansprüche und/oder einer der zuvor erläuterten Ausführungsformen kombiniert werden.
Gemäß der weiteren Zielrichtung wird ferner ein Bauteil bereitgestellt, das aufweist: Zumindest ein Hüllelement aus, das zumindest einen Abschnitt einer Außenfläche des Produkts bildet, und ein Füllmaterial, das innerhalb des zumindest einen Hüllelements angeordnet ist und dieses ausfüllt, wobei in eine Aussparung im Füllmaterial ein weiteres Material, insbesondere Kunststoffmaterial , eingebracht ist, insbesondere zur Ausbildung eines Lagers.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren beispielhafte Verfahrensabläufe erfindungsgemäßer Verfahren beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen bestimmter Verfahrensschritte können jeweils einzeln miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs .
Zunächst wird im Rahmen des Verfahrens in einem ersten Verfahrensschritt Sl ein Hüllelement 10 mittels eines Schmelzschichtverfahrens erstellt (gedruckt) . Hierzu wird in einem Extruder ein entsprechendes Material, insbesondere thermoplastisches Material, aufgeschmolzen und durch eine Düse der Druckeinrichtung 1 gedrückt.
Nachdem das Hüllelement 10 mit einer in vertikaler Richtung nach oben offenen Seite im Verfahrensschritt Sl hergestellt wurde, wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt S2 mittels einer Schaumaustragsvorrichtung 2 (Schaumdüse) ein Schaummaterial 20 als Beispiel eines Füllmaterials in das Hüllelement 10 eingebracht. Hierbei wird das Hüllelement 10 im Wesentlichen vollständig ausgefüllt.
Bei dem genannten Schaummaterial 20 kann es sich bspw. um einen reaktiven Schaum, wie ein PU-Schaum, handeln, der gewissermaßen in das Hüllelement 10 eingespritzt wird und dort expandiert. Im Zuge des Aushärtens des Schaummaterials 20 verbindet sich dieses auch mit der Innenseite des Hüllelements 10.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt S3 wird das im Bereich der offenen Seite des Hüllelements 10 vorliegende, unebene oder überstehende Schaummaterial 20 entfernt. Hierzu wird ein Fräsaggregat 3 eingesetzt, mit dem das überstehende Schaummaterial 20 abgefräst und somit eine ebene Oberfläche des Schaummaterials 20 erreicht wird. Das Fräsaggregat 3 kann ein 3-Achs-Fräsaggregat , 4-Achs-Fräsaggregat oder ein 5- Achsfräsaggregat sein.
Nach Durchführen der Fräsbearbeitung liegt im Verfahrensschritt S4 ein Zwischenprodukt vor, bei dem die seitlichen Bereiche sowie die Unterseite des Zwischenprodukts durch das Hüllelement 10 und die Oberseite des Zwischenprodukts im Wesentlichen durch das geglättete bzw. abgefräste Schaummaterial 20 gebildet werden. Der Verfahrensschritt S4 kann die Reinigung des Zwischenprodukts umfassen .
In einem weiteren Verfahrensschritt S5 wird nunmehr ein Abschnitt des abgefrästen Schaummaterials mittels der Druckeinrichtung 1 im Schmelzschichtverfahren bedruckt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierbei abschnittsweise eine ebene Oberfläche als Teil des Hüllelements 10 erstellt. Ferner wird in einem Verfahrensschritt S6 eine weitere Außenkontur gedruckt, und somit das Hüllelement 10 gewissermaßen erweitert. Die im Verfahrensschritt erstellte Außenkontur definiert einen Hohlraum. Nachdem der Außenbereich des erweiterten Hüllelements 10 erstellt wurde, wird der erstellte Hohlraum mit Schaum gefüllt
(Verfahrensschritt S7). Der Öffnungsbereich des erweiterten Hüllelements 10 wird ebenfalls abgefräst und im Zuge dessen die überstehenden Teile des Schaummaterials entfernt
(Verfahrensschritt S8).
Nachfolgend wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der noch freiliegende Abschnitt des Schaummaterials mit der Druckeinrichtung bedruckt und somit das Hüllelement geschlossen (Verfahrensschritte S9, S10). Dabei kann nach dem Verfahrensschritt 8 ein Reinigen vorgenommen werden.
Im Rahmen der hier beschriebenen Ausführungsform wurde ein Herstellungsverfahren zum Erstellen eines relativ einfachen Bauteils beschrieben. Es ist ersichtlich, dass mit dem beschriebenen Vorgehen auch komplexe Bauteile hergestellt werden können. Insbesondere ist es möglich, die Verfahrensschritte beliebig oft zu wiederholen, um das Bauteil zu erweitern. Dies gilt insbesondere für die Verfahrensschritte S6-S8.
Bei dem beschriebenen Verfahren kann die Bauteildichte durch das Aufschäumverhalten bzw. Porosität des eingesetzten Schaummaterials 20 gesteuert werden. Je nach eingesetztem Schaumsystem kann die Porosität mit einer hohen Genauigkeit eingestellt werden. Dies gilt insbesondere bei 2K-PU Schäumen, z.B. durch das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten .
Das vorliegende Verfahren kann bspw. beim Erstellen von Möbelteilen zum Einsatz kommen, bspw. von
Küchenarbeitsplatten, Tischplatten, Möbelfronten, Einlegebrettern, Bodenbelägen, und ähnlichem. Insbesondere ist das Verfahren für großvolumige Bauteile geeignet.
Ferner ist es möglich, die derart hergestellten Bauteile mit einfach strukturierten Bauteilen zu ergänzen, bspw. mittels eines adhäsiven Verfahrens weitere Elemente zu verbinden. Rein beispielhaft könnte ein Bauteil, welches entsprechend dem vorgehend in Fig. 1 gezeigten Verfahren hergestellt wird, an einem plattenförmigen Werkstück erstellt werden, um ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen komplexer Bauteile bereitzustellen.
Obwohl im Rahmen des unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben Verfahrens das Schaummaterial in vertikaler Richtung von oben in das Hüllelement 10 eingebracht wird, ist es ferner möglich, das Schaummaterial auch seitlich in eine Öffnung im Hüllelement einzubringen.
Ferner ist es möglich, innerhalb des Hüllelements 10 eine Füllstruktur mit zu drucken, wenn bspw. erhöhte Festigkeitsanforderungen gestellt werden, oder wenn das Hüllelement 10 relativ dünnwandig ausgeführt wird.
Nachfolgend wird anhand Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt AI ein Abschnitt eines Hüllelements 10 erstellt. Verfahrensschritt AI könnte dabei Verfahrensschritt Sl gemäß Fig. 1 entsprechen .
Nachfolgend wird in einem (in Fig. 2 nicht dargestellten) Verfahrensschritt das Schaummaterial 20 in das Hüllelement 10 eingebracht und nachfolgend mittels eines Fräswerkzeugs eine ebene Oberfläche hergestellt. Das Hüllelement 10 mit dem Schaummaterial 20 liegt nun in der im Verfahrensschritt A2 gezeigten Form vor. Nun wird im Bereich des Schaummaterials 20 ein ringförmiger Abschnitt 25 mittels eines abtragenden Verfahrens entnommen. Beispielsweise wird ein Bohrer oder Fräser hierfür eingesetzt, die sich hierfür besonders eignen. Mittig zum ringförmigen Abschnitt 25 verbleibt ein stiftförmiger Körper 26 aus dem Schaummaterial 20 (Verfahrensschritt A3) .
Nachfolgend wird der ringförmige Abschnitt 25 mit einem Kunststoffmaterial 30 verfüllt (Verfahrensschritt A4). Das Kunststoffmaterial 30 kann bspw. in flüssiger oder pastöser Form in den ringförmigen Abschnitt 25 eingebracht werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt A5 wird nunmehr mittels eines Bohrers/Fräsers der stiftförmige Körper 26 aus Schaummaterial 20 entfernt. Somit bildet das
Kunststoffmaterial 30 einen Körper aus, durch den in einem weiteren Verfahrensschritt A6 ein Stift 40 eingefügt werden kann .
Der Stift 40 ist hierbei lediglich exemplarisch zu betrachten. Alternativ könnte auch eine Welle in den Kunststoffkörper 30 eingeführt werden. Hierbei kann ein Kunststoffmaterial verwendet werden, dass Eigenschaften eines Gleitlagers aufweist.
Darüber hinaus ist in der hier beschriebenen Ausführungsform ein ringförmiger Abschnitt 25 dargestellt, in den das Kunststoffmaterial 30 verfüllt. Der ringförmige Abschnitt 25 könnte auch als eckiger Abschnitt, ovaler Abschnitt, usw. mit oder ohne mittige Öffnung ausgebildet werden.
Auch im Rahmen der zweiten Ausführungsform können die zuvor genannten Alternativen durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Ausgestaltung des Hüllelements 10 beliebig komplex sein, nachdem das Hüllelement 10 mittels eines additiven Verfahrens hergestellt wird. Auch wenn im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform als Füllmaterial ein Schaummaterial beschrieben wird, welches vor dem Einbringen, beim Einbringen oder nach dem Einbringen in den Abschnitt des Hüllelements 10 aufgeschäumt wird, sind im Rahmen der Erfindung auch andere Füllmaterialien denkbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, umfassend die Schritte :
Erstellen zumindest eines Abschnitts eines Hüllelements (10) des Bauteils durch ein additives Verfahren, und
Einbringen eines, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten, Füllmaterials (20) in den Abschnitt des Hüllelements (10) .
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das additive Verfahren ein Schmelzschichtverfahren umfasst, bevorzugt unter Einsatz eines thermoplastischen Materials ist.
3. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (20) Holzschaum, Aluminiumschaum, Kunststoffschäum oder ein Polyurethan-Schaummaterial ist, insbesondere ein 2- Komponenten-Polyurethan-Schaummaterial .
4. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine derartige Menge an Füllmaterial in den Abschnitt des Hüllelements (10) eingebracht wird, dass das Füllmaterial aus dem
Abschnitt des Hüllelements austritt, und bevorzugt nach dem Einbringen des Füllmaterials ein freiliegender Bereich des Füllmaterials mit einem abtragenden, bevorzugt spanenden, Verfahren bearbeitet wird, insbesondere um eine ebene Oberfläche zu
erstellen . Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: Erstellen zumindest einer Schicht am Füllmaterial (20) mittels eines
additiven Verfahrens, insbesondere
Schmelzschichtverfahren, zum zumindest abschnittsweisen Abdecken des Füllmaterials (20) .
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: Erstellen zumindest eines weiteren Abschnitts des Hüllelements (10),
insbesondere durch ein additives Verfahren, weiter bevorzugt ein Schmelzschichtverfahren, wobei bevorzugt ist, dass der zumindest eine weitere Abschnitt des
Hüllelements nachfolgend mit einem Füllmaterial gefüllt wird .
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen, beim Einbringen oder nach dem Einbringen des Füllmaterials ein Aufschäumen des Füllmaterials erfolgt, insbesondere durch Zugabe eines Treibgases, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, oder durch Beimischen eines Aufschäummittels .
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Erstellens zumindest eines Abschnitts des Hüllelements und des Einbringens eines Füllmaterials (20) in den Abschnitt des Hüllelements (10), insbesondere mehrfach, wiederholt werden .
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (10) mit einer Beschichtung oder einem Dekorelement versehen und/oder bedruckt wird.
10. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zumindest einen Abschnitt oder dem zumindest einen weiteren Abschnitt des Hüllelements (10) eine Stützstruktur ausgebildet wird, um das zu erstellende Bauteil abzustützen, wobei das Bauteil mit den Schritten nach Anspruch 1 erstellt wird .
11. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Füllmaterial (20), das in den Abschnitt des Hüllelements (10) eingebracht wurde, eine Aussparung (25) eingebracht wird,
insbesondere durch eine abtragendes Verfahren,
beispielsweise unter Einsatz eines Bohrers oder Fräsers.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass in die Aussparung ein fließfähiges oder pastöses Material, insbesondere Kunststoffmaterial , eingebracht wird .
13. Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils, umfassend: eine erste Vorrichtung (1), insbesondere
Druckvorrichtung, zum Erstellen zumindest eines
Abschnitts eines Hüllelements (10) des Bauteils durch ein additives Verfahren, und eine zweite Vorrichtung (2) zum Einbringen eines, insbesondere aufschäumbaren oder zumindest teilweise aufgeschäumten, Füllmaterials (20) in den Abschnitt des Hüllelements (10) .
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (1) und die zweite
Vorrichtung (2) an einem Träger, insbesondere Ausleger, Portal oder Gelenkarmroboter, angebracht sind, insbesondere an einem entlang des Trägers verfahrbaren Schlitten .
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (1) einen Extruder umfasst, der eingerichtet ist, ein
drahtförmiges Material, insbesondere thermoplastischen Material, zu erwärmen und auszubringen.
16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13- 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ein
Bearbeitungsaggregat (3) zum abtragenden, insbesondere spanenden, Bearbeiten umfasst, insbesondere ein
Fräsaggregat, ein Bohraggregat oder eine
Schleifaggregat, wobei bevorzugt ist, dass das Bearbeitungsaggregat (3) mit der ersten Vorrichtung (1) und/oder der zweiten Vorrichtung (2) an einem Träger, insbesondere Ausleger, Portal oder Gelenkarmroboter, angebracht sind, weiter bevorzugt an einem entlang des Trägers verfahrbaren Schlitten .
17. Bauteil, insbesondere ein Möbelstück, wie zum Beispiel eine Küchenarbeitsplatte, eine Möbelfront, ein
Einlegebrett, ein Bodenbelagselement, Theke, oder ähnliches, umfassend:
Zumindest ein Hüllelement (10), das zumindest einen Abschnitt einer Außenfläche des Produkts bildet, und ein Füllmaterial, insbesondere ein Füllmaterial (20), das innerhalb des zumindest einen Hüllelements (10)
angeordnet ist und dieses ausfüllt, wobei das zumindest eine Hüllelement (10) durch ein additives Verfahren, insbesondere ein Schmelzschichtverfahren, hergestellt ist .
EP17800828.0A 2016-11-17 2017-11-16 Additives herstellen eines dreidimensionalen bauteils umfassend ein hüllelement und ein füllmaterial Withdrawn EP3541605A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016122131.7A DE102016122131A1 (de) 2016-11-17 2016-11-17 Verfahren zum Herstellen eines Bauteils sowie Vorrichtung
PCT/EP2017/079436 WO2018091581A1 (de) 2016-11-17 2017-11-16 Additives herstellen eines dreidimensionalen bauteils umfassend ein hüllelement und ein füllmaterial

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3541605A1 true EP3541605A1 (de) 2019-09-25

Family

ID=60388054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17800828.0A Withdrawn EP3541605A1 (de) 2016-11-17 2017-11-16 Additives herstellen eines dreidimensionalen bauteils umfassend ein hüllelement und ein füllmaterial

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190322039A1 (de)
EP (1) EP3541605A1 (de)
CN (1) CN110023055A (de)
DE (1) DE102016122131A1 (de)
WO (1) WO2018091581A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11142623B2 (en) * 2016-02-09 2021-10-12 Bauer Hockey Llc Athletic gear or other devices comprising post-molded expandable components
DE102018207444A1 (de) * 2018-05-15 2019-11-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils
DE102018006397A1 (de) 2018-08-15 2020-02-20 DP Polar GmbH Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formgegenstands mittels schichtweisem Materialauftrag
DE102018008808A1 (de) 2018-11-06 2020-05-07 Hans Mathea Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formgegenstands mittels schichtweisem Materialauftrag
US20210187793A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 Rco Engineering Inc Method Of Forming A Mold Tool For Poured Foam Parts
DE102020103257A1 (de) 2020-02-10 2021-08-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers
US20230234279A1 (en) * 2020-07-02 2023-07-27 Ppg Industries Ohio, Inc. System for rapid object production using additive infill design
EP3954480A1 (de) * 2020-08-12 2022-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Additiv hergestelltes formteil mit ausgeschäumtem hohlraum
DE102020130690A1 (de) 2020-11-20 2022-05-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur additiven Herstellung eines Formkörpers
DE102021106037A1 (de) 2021-03-12 2022-09-15 Aim3D Gmbh Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils unter Nutzung wenigstens einer mit Füllmaterial zu füllenden Volumenkammer
DE102021133967A1 (de) 2021-12-21 2023-06-22 REHAU Industries SE & Co. KG Verfahren zur Herstellung eines Bauteils im Wege der additiven Fertigung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006026756B4 (de) * 2006-06-09 2009-06-10 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils
US9566742B2 (en) * 2012-04-03 2017-02-14 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for computer-assisted spray foam fabrication
AU2015234244B2 (en) * 2014-03-21 2019-09-19 Laing O'rourke Australia Pty Limited Method and apparatus for fabricating a composite object
DE102014206697A1 (de) 2014-04-07 2015-10-08 Homag Holzbearbeitungssysteme Gmbh Vorrichtung sowie Verfahren zum Erstellen von Volumenkörpern
WO2016142930A1 (en) * 2015-03-12 2016-09-15 Massivit 3D Printing Technologies Ltd. A machine for 3d objects manufacture
DE102015212569A1 (de) * 2015-07-06 2017-01-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016122131A1 (de) 2018-05-17
US20190322039A1 (en) 2019-10-24
CN110023055A (zh) 2019-07-16
WO2018091581A1 (de) 2018-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3541605A1 (de) Additives herstellen eines dreidimensionalen bauteils umfassend ein hüllelement und ein füllmaterial
EP1242230B1 (de) Verfahren zum modellbau
DE2132495A1 (de) Perforiertes,verstaerktes Schichtstoffteil und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1714767A3 (de) Verfahren zum Herstellen von geschäumten Polymerformteilen aus Flüssigsilikon-Kautschuk
DE202006009569U1 (de) Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Schaumstoff-Partikeln
EP0342352B1 (de) Verfahren zum Herstellen von Schaumstoffpolstern
WO2017194584A1 (de) 3d-druck von werkstücken mit zellstruktur, insbesondere aus kunststoff
DE102016211472A1 (de) Vorrichtung zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten
WO2017055563A1 (de) Verfahren zum ausbilden von volumenkörpern
DE3741499C2 (de)
DE1965368C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Schichtstoffen durch aufeinanderfolgendes Einspritzen von mindestens zwei Chargen aus Kunststoffmaterial in einen Formhohlraum
DE3136044A1 (de) "verfahren und vorrichtung zur herstellung von formkoerpern aus polystyrolschaum"
DE2440193A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formkoerpern aus thermoplastischem kunststoff mit porigem kern
WO2020144006A1 (de) Verfahren zum dreidimensionalen aufbringen eines aufgeschäumten materials mittels einer druckvorrichtung sowie druckvorrichtung
EP3127678B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur kunststoffbeschäumung
WO2019229144A1 (de) Vorrichtung zum bearbeiten eines werkstücks
DE102013002591B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines geschäumten Sandwichkerns, sowie Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in Sandwichbauweise
DE2356379A1 (de) Formkoerper, insbesondere dekorplatten, und verfahren zu deren herstellung
DE19502458C2 (de) Schaumstoff und Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen
WO2017055562A1 (de) Vorrichtung zum ausbilden von anbauteilen
DE2636793C3 (de) Verfahren zum Ausschäumen von plattenförmigen Bauteilen und Vorrichtungen zum Durchfuhren des Verfahrens
EP4035855A1 (de) Verfahren zum ausschäumen von röhrenspanplatten sowie eine röhrenspanplatte
DE1485550C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Formkörpern aus einem mit einem Bindemittel versehenen Fasermaterial
DE102005029584A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Schaumformkörpers
DE2444592A1 (de) Verfahren und anlage zur herstellung von kunststofformkoerpern aus hautmaterial und kernmaterial

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20190503

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20200108