EP3768447A1 - Verfahren zur herstellung einer gussform zum einfüllen von schmelze sowie gussform - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer gussform zum einfüllen von schmelze sowie gussform

Info

Publication number
EP3768447A1
EP3768447A1 EP19712975.2A EP19712975A EP3768447A1 EP 3768447 A1 EP3768447 A1 EP 3768447A1 EP 19712975 A EP19712975 A EP 19712975A EP 3768447 A1 EP3768447 A1 EP 3768447A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
mold
casting mold
support structure
wall
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.)
Pending
Application number
EP19712975.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Homa
Manfred SPITZBART
Dominik REICHARTZEDER
Peter Schneider
Bertram KAWLATH
Armin RAAB
Holger REICHENBAECHER
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.)
Lithoz GmbH
Schubert und Salzer Feinguss Lobenstein GmbH
Original Assignee
Lithoz GmbH
Schubert und Salzer Feinguss Lobenstein 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
Priority claimed from DE102018106725.9A external-priority patent/DE102018106725A1/de
Application filed by Lithoz GmbH, Schubert und Salzer Feinguss Lobenstein GmbH filed Critical Lithoz GmbH
Publication of EP3768447A1 publication Critical patent/EP3768447A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • 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
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a casting mold, in particular a shell for filling melt and / or a core for producing a cavity in a casting, with a wall of a refractory and gas-permeable material, wherein the casting mold with a generative manufacturing process is established and a corresponding mold.
  • a casting mold for the metallic casting or precision casting of precision components wherein the essential part of the casting mold consists of a porous ceramic produced by an additive rapid prototyping process in the green or sintered state.
  • the structures corresponding to the mold cores or the structures to be surrounded by metal are produced by means of a generative rapid prototyping process.
  • the external shape of the mold can also be made.
  • cooling ducts are provided on or in the outside of the casting mold or risers are formed or external ribs which act as cooling passages are arranged.
  • support ribs can be provided, which are arranged on the side facing away from a cavity side.
  • the mold is backed with a pad of fine ceramic.
  • the bedding gives the comparatively thin mold produced by the generative rapid prototyping process the mechanical stability required for the casting.
  • a shell is provided in which the casting mold is inserted in order to be able to withstand the pressure during casting.
  • the disadvantage here is that the mold for receiving the bed must be taken in a container, so that the bed with loose Ceramic can support the mold sufficiently. In addition to additional material, this requires manual intervention and thus leads to a time-consuming and expensive procedure. The same applies to the alternative version with a shell. In addition, the heat dissipation of the freshly cast casting can not be affected as the puddle and shell further isolate the mold.
  • the object of the present invention is to provide a casting mold and a method for producing a casting mold, with which a casting mold can be produced largely automatically, which alone and without further measures can withstand the casting pressure and thus creates cost effectively and quickly
  • the heat generated during casting can be selectively removed, ie depending on the desired cooling duration of individual regions of the casting, and the quality of the casting can thus be increased.
  • a wall of a refractory and gas-permeable material for example ceramic
  • the casting mold is built using a generative manufacturing process.
  • Such generative manufacturing processes are, for example, 3-D printing processes in which liquid material is applied in layers and then cured.
  • the wall of the casting mold is formed with a support structure matched to the casting mold, which is formed by open and / or closed cavities and / or which provides different wall thicknesses in order to support the casting largely independently of form against the casting pressure and targeted thermal energy in the casting Melt to melt or melt dissipate.
  • the support structure which is preferably integrally connected to the wall of the mold, a stable mold is created, which is suitable to cast very precise castings.
  • this method of production enables a casting mold which can be produced largely automatically.
  • the automation takes place just before pouring the material into the mold. No further supporting measures are required, such as the filling of cavities with sand or other materials, since the casting itself is already sufficiently stable to be able to withstand the casting pressure.
  • the support structure also makes it possible to selectively hold or remove the heat of the melt during casting in order to obtain an optimally cooled cast piece.
  • the casting mold according to the invention is intended in particular for metallic, industrial investment casting.
  • a variety of molds are created, and it is particularly economical if these molds can be created quickly and automatically.
  • With the support structure the entire shape or only a part thereof can be produced. Simple shapes without a core or more complicated shapes with one or more cores (core-shell shapes) can be manufactured.
  • Wax models is connected to a casting unit. Then, this casting unit is dipped from wax into liquid ceramic and sanded. This process is repeated several times until a sufficiently thick and stable shell shape is created. The wax is then melted from the shell mold and the shell mold is fired. Only then can the casting of the part be continued.
  • the production of a wax model as well as the installation of a casting unit made of wax and the dipping and sanding to obtain the shell shape are eliminated.
  • the shell mold is created directly by the generative manufacturing process. Thus, either the casting mold alone or even the single casting mold is produced together with a sprue system and other casting molds which are connected to the sprue system.
  • the support structures are provided which, depending on requirements, can more or less stably support and stabilize the cavity. Due to the structured construction of the support structure, it is possible for the support structure to be made more stable in regions in which a higher casting pressure is to be expected, and to be made simpler and less stable in regions in which the casting pressure will be less severe becomes.
  • the production of the casting mold can also be carried out in a very economical manner, since the material input - and thus the production time, which in some way depends on the amount of walls and support structures to be produced by the generative process - is targeted to the present requirements can be coordinated.
  • the support structure can influence the cooling of the fresh casting. More cavities, in particular closed cavities, isolate the casting longer and more material of the support structure can accelerate heat dissipation. For example, a uniform cooling component can be created or individual areas of the casting can be kept warm longer.
  • a stress-free and void-free casting can thus be generated.
  • Open structures support heat dissipation.
  • Even cooling channels are conceivable, through which air is blown.
  • the design of the cooling channels exist in the present invention over conventional manufacturing great freedom.
  • Another advantage of the invention in comparison to a backfilled form as in DE 103 17 473 B3 is that the energy required to burn a backfilled mold is many times higher than in the case of a mold with a supporting structure. This has an impact on throughput times and production costs, especially in a series process.
  • a generative manufacturing process is a 3-D printing process with which the casting mold is built up in layers.
  • the generative production method is carried out in a slip-based manner, in particular as stereolithography, in digital light processing technology (DLP), as direct inkjet writing (DIW) or with slip-casting-based technology, for example in layers Slip deposition (LSD) or LIS.
  • DLP digital light processing technology
  • DIW direct inkjet writing
  • LSD layers Slip deposition
  • the mold can be produced in good quality, in particular with low roughness and with sufficient speed.
  • the support structure is arranged on the outside of the casting mold facing away from the later casting or the cavity, the cavity in which the casting is to be cast later is not influenced by the support structure according to the invention.
  • the production method according to the invention does not influence a particular design of the castings and is therefore universally applicable.
  • the support structure depends on the casting to be produced and the casting does not have to be adapted to the support structure.
  • the support structure of the later casting facing the inside to the later Guss published facing away from the outside of the mold coarser so an optimal design can be done with the least possible use of material of the support structure.
  • the coarser design of the support structure can be realized in particular with open and / or closed cavities that increase in size from the inside outwards. While small cavities are provided near the cavity, larger cavities are advantageous at a greater distance from the cavity. The support effect is thus generated optimally, without requiring a large amount of material for the support structure.
  • the heat dissipation can be specifically influenced by this design.
  • a grape-shaped pouring unit can be created correspondingly to the conventional wax-melting method, with which a large number of parts are produced by one casting. This too leads to an economical production process of the parts.
  • the very low roughness Rz is preferably less than 100 miti, which is generally sufficient to achieve a corresponding surface quality of the part.
  • the method according to the invention is particularly advantageously suitable for a precision casting process.
  • the casting mold can be produced and used particularly economically, since investment casting processes are generally used industrially and a relatively large number of individual castings is to be produced in a short time.
  • these industrially produced precision castings are also very sensitive in terms of price, so that the method according to the invention makes it possible to provide very cost-effective precision castings. If advantageously the casting mold is used for a single-crystal casting, then, for example, turbine blades can be produced very effectively.
  • the shape of the support structure is optimized for the expected during the casting process mechanical and / or thermal stress.
  • the wall thickness or cavities of the cast piece to be cast it can be effected that, for example, the solidification of the metal takes place uniformly.
  • the required wall thickness, arrangement and size of the individual elements, such as the ribs, is calculated and adapted to the requirements.
  • a casting mold according to the invention in particular a shell for filling melt and / or a core for producing a cavity in a casting, with a wall of a refractory and gas-permeable material, in particular ceramic, is constructed using a generative manufacturing process.
  • the wall of the casting mold has a support structure tailored to the casting mold, which is formed by open and / or closed cavities and / or by different wall thicknesses.
  • the support structure is provided in order to support the casting mold in a formally stable manner against the casting pressure and to specifically isolate heat energy in the melt or to remove it from the melt.
  • the support structure is provided. With the support structure, the entire shape or a part thereof may be formed. Simple shapes without a core or more complicated shapes with one or more cores (core-shell shapes) can be produced.
  • the support structure Due to the support structure, it is now possible that a mold is created, which can pour a very accurate part.
  • the casting mold does not change its shape due to the casting pressure of the melt, since the supporting structure is designed such that it supports the casting mold, in which the melt is filled, in such a way that it can not deform. It is with the erfindungsge- Thus, the casting mold allows a very precise casting mold and thus also the creation of a very precise casting.
  • the support structure also makes it possible to influence how the thermal energy in the melt can be isolated or removed from the melt. For a high-precision part, it is crucial that the heat energy of the melt is specifically dissipated. Thus, there may be areas in which it is advantageous if the heat is kept as long as possible and on the other hand, there will be areas where it is advantageous that the heat is dissipated as quickly as possible.
  • the casting mold according to the invention thus not only enables the production of a precise component, but also technically an outstanding influence on the heat dissipation in order to create an accurate and faultless casting.
  • the mold is a precision casting mold. Especially in fine casting, which is carried out industrially, a very precise production of the part is required.
  • the casting mold can therefore be used particularly advantageously in investment casting.
  • a negative mold of the piece to be cast is formed in the form of a cavity on the inside of the casting mold, and the support structure on the outside, ie on the cavity arranged away from the wall of the mold, so a mold can be created, which allows an independent of the design of the support structure of the mold part.
  • the supporting structure can be arranged independently of the cavity.
  • the mold is constructed in layers by means of 3-D printing. This allows a particularly large design freedom of the mold. Undercuts of the support structure are thus readily feasible.
  • the support structure or the structure for dissipating the heat or for holding the heat can thus be designed individually and particularly effectively for each casting mold.
  • the support structure is coarser from the inside to the outside of the mold. This means that increasingly larger cavities are provided, in particular from the inside to the outside of the casting mold. While in the region of the cavity advantageously small cavities or a large amount of material can cause support and heat conduction, it is usually sufficient if there are fewer support structures farther from the cavity and correspondingly larger cavities are provided. This can be done both by a corresponding design of the support structure itself and by a reduction of the wall thickness, so that a greater wall thickness is provided in the vicinity of the cavity and further away from the cavity a smaller wall thickness of the support structure is realized ,
  • the cavities are rounded off and / or angularly formed. Due to the generative manufacturing process there is a great deal of room for maneuver. So the hollow In order to bring about particularly high stability of the support structures, be formed rounded.
  • the angular configuration of the cavities may offer, if a simple construction of the support structure is desired.
  • the cavities may be configured in particular in the form of pores, ie spherical or irregularly shaped cavities, honeycombs and / or rectangular cavities. Depending on the requirements of the supporting force or the thermal conductivity, such a shape may prove to be particularly advantageous. Of course, other forms of cavities are possible and may have advantages for the corresponding mold.
  • the support structure is formed from the inside to the outside of the casting mold with thinner wall thicknesses. Thinner wall thicknesses are usually faster to produce, so that can be produced by such a design freedom even more cost-effective mold.
  • a very low roughness is a roughness Rz of less than 100 pm.
  • the wall thickness of the casting mold ie the complete wall with supporting structure or a single supporting wall of the supporting structure can be between 0.1 mm and 75 mm.
  • the single wall thickness of the support wall can be made very thin, for example with 0.1 mm, but may also have a wall thickness of several millimeters.
  • the entire wall thickness of the casting mold, including the support structure can also be many millimeters, up to 75 mm, depending on the size of the part to be cast.
  • the wall thickness is also to be suitable for establishing a connection with the sprue system, a higher wall thickness will be required.
  • the casting mold is a single crystal casting mold for casting single crystal castings.
  • turbine blades can be produced very effectively.
  • the mold is made with a slip-based generative manufacturing process.
  • the mold can be produced in good quality, in particular with low roughness and with sufficient speed. Further advantages of the invention are described in the following exemplary embodiments. It shows:
  • FIG. 1 shows a cross section through a system having a plurality of casting molds
  • Figure 2 shows a section of a wall with a diamond-shaped
  • Figure 3 shows a section of a wall with a cuboid
  • Figure 4 shows a section of a wall with a honeycomb-shaped
  • Figure 5 shows a section of a wall with a support structure with circular cavities
  • Figure 6 shows a section of a wall with a rib-shaped
  • FIG. 7 shows a casting mold with a core.
  • the same reference numerals are used for features that are identical and / or at least comparable in their design and / or mode of action. Unless these are explained in detail again, their design and / or mode of action corresponds to the design and mode of action of the features already described above.
  • the Angusssystem 1 has a funnel 2, which opens into a pouring tube 3. Starting from the pouring tube 3, a plurality of projections 4 which open into the cavity 5 of individual molds 6 extend. A melt, which is poured into the hopper 2, thus flows through the pouring tube 3 and into the cavity 5 via the inflow openings 4. There, the melt solidifies and forms a casting, which assumes the shape of the cavity 5.
  • shell mold 7 The combination of the sprue system 1 and the molds 6 is referred to as shell mold 7.
  • this shell mold 7 was produced by means of a wax model which was repeatedly immersed in liquid ceramics and in sand. Subsequently, this green shell mold 7 was dried and fired to form a solid shell mold 7 suitable for pouring with melt.
  • the molds 6 have walls 8 with a support structure 9, which were produced by a generative manufacturing process, for example 3-D printing.
  • the support structure 9 is illustrated in the illustration of FIG. 1 as a honeycomb hatching.
  • the support structures 9 extend here not only over the molds 6, but also via the sprue system 1 with funnel 2, sprue 3 and sprues 4.
  • the funnel 2 and / or the sprue 3 not with such a honeycomb structure or supporting structure 9, but was created in a conventional or other simple way.
  • the shell mold 7 is designed in such a way that several, in this case six, casting molds 6 are arranged on the sprue system 1 in the manner of a wagon. It is therefore possible that six casting parts are poured into the six cavities 5 simultaneously with one casting.
  • Each wall 8 has an inner side 10 and an outer side 11.
  • the inner side 10 is directed into the interior of the cavity 5, while the outer side 11 simultaneously forms the outer side of the shell mold 7.
  • Different structures of the walls 8 with support structures 9 are shown enlarged in the figures 2-6 corresponding to section A.
  • Figure 2 shows a section A of the wall 8 of the mold 6 with a support structure 9, in which closed flea spaces 12 are arranged.
  • the support structure 9 is constructed with a plurality of support walls 13.
  • the supporting walls 13 formed square flea spaces 12 of different sizes in cross section.
  • the Flohl hamper 12 are formed smaller in the vicinity of the inner side 10 than in the region of the outer side 11 of the wall eighth
  • the support walls 13 extend obliquely to the inside 10, so that the square flea spaces 12 with a point, diamond-shaped, to the inside 10 and outside 11 show.
  • the support structure 9 in the direction of the outer side 11 forms jagged, open flea spaces 15, it is smoothly closed in the region of the inner side 10 by an inner wall 14.
  • the inner wall 14 later forms the surface of the part which has been cast in the cavity 5. Accordingly, it is important that the inner wall 14 forms a surface texture with very little roughness in order to achieve the smoothest possible surface of the part.
  • the inner side 10 or inner wall 14 is therefore preferably with a Roughness of less than 100 miti formed.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a wall 8 of the casting mold corresponding to section A.
  • the support structure 9 of the wall 8 is formed here in cross-section by means of rectangular flea spaces 12 and 15. Most of the flea spaces are closed flea spaces 12. However, an open flea space 15 is also provided.
  • the support structure 9 may be suitable for causing the heat removal as quickly as possible. However, heat dissipation is delayed by a corresponding design, in particular by closed flea spaces, since the closed flea spaces 12 act as insulation rather than the open flea spaces 15.
  • the support walls 13 have different wall thicknesses W.
  • the wall thicknesses W of the support walls 13 can vary from preferably 0.1 mm to several millimeters, for example 5 or 6 mm.
  • the entire wall 8 may have a thickness of many millimeters, for example up to 75 mm. Especially when the wall 8 is to exert a particularly strong support effect or when the heat is particularly long ge in the cavity 5 is to be very strong walls 8 advantageous.
  • FIG. 4 shows a further possibility of an embodiment of a support structure 9 corresponding to detail A of FIG.
  • the support structure 9 has here honeycomb flea spaces 12 and 15. In addition to the closed flea spaces 12, open flea spaces 15 are also shown. The open cavities 15 point towards the outside 11.
  • the honeycomb flea spaces 12 are closed with the inner wall 14, so that a smooth surface of the inner surface 10 is formed in order to obtain a corresponding surface of the casting.
  • the honeycomb support structure 9 is particularly stable and easy to produce by the 3-D printing process.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the support structure 9 of the section A, in which the flea spaces 12 have a circular cross section. They can be spherical or cylindrical.
  • the support wall 13 has irregular thicknesses. It is located between the circular flea spaces 12.
  • the diameters of the circular F cavities 12 become larger from the inner side 10 to the outer side 11.
  • the arrangement may also be different, namely that larger flea spaces 12 are arranged in the area of the inside 10 than in the area of the outside. This also applies to all other embodiments.
  • the inner side 10 is closed with the inner wall 14.
  • the inner wall 14 may have a particularly low roughness. With regard to the supporting walls 13, this is not necessary. Flier a correspondingly greater roughness can be selected, in particular, if this is the Flergna the entire support structure 9 faster and easier to implement.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the section A with a corresponding support structure 9.
  • the support structure 9 has support walls 13 which protrude rib-like from the inner wall 14 in the direction of the outer side 11.
  • the support walls 13 in this embodiment have decreasing wall thicknesses W, so that they are wedge-shaped in cross-section. This can facilitate heat dissipation.
  • both closed cavities 12 and open cavities 15 can be provided.
  • the closed cavity 12 shown here is trapezoidal in cross-section and has rounded corners. This improves the stability of the support structures 9 and demonstrates that, depending on the strength requirements or requirements for heat dissipation, a largely arbitrary configuration of the support structure 9 is possible.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the invention in which the casting mold 6 again has an inflow opening 4 into the cavity 5.
  • a core 16 is arranged in the cavity 5.
  • the core 16 can, as shown here, be integrated into the casting mold 6, that is to say in one piece with a shell 17 of the casting mold
  • the shell 17 as well as alternatively the core 16 or both shell 17 and core 16 can also be produced by the method according to the invention.

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Gussform (6), insbesondere einer Schale (7) zum Einfüllen von Schmelze und/oder eines Kerns zum Erzeugen eines Hohlraums in einem Gussteil, mit einer Wand (8) aus einem feuerfesten und gasdurchlässigen Material, wobei die Gussform (6) mit einem generativen Fertigungsverfahren aufgebaut wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wand (8) der Gussform (6) mit einer auf die Gussform abgestimmte Stützstruktur (9) ausgebildet wird, welche durch offene und/oder geschlossene Hohlräume ausgebildet wird und/oder unterschiedliche Wandstärken vorgesehen werden, um die Gussform weitgehend eigenständig formstabil gegen den Gussdruck abzustützen sowie gezielt Wärmeenergie in der Schmelze zu isolieren oder aus der Schmelze abzuführen.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Gussform zum Einfüllen von Schmelze sowie Gussform
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Guss- form, insbesondere einer Schale zum Einfüllen von Schmelze und/ oder ei- nes Kerns zum Erzeugen eines Hohlraums in einem Gussteil, mit einer Wand aus einem feuerfesten und gasdurchlässigen Material, wobei die Gussform mit einem generativen Fertigungsverfahren aufgebaut wird sowie eine ent- sprechende Gussform.
Aus der DE 103 17 473 B3 ist eine Gussform für den metallischen Guss oder Feinguss von Präzisionsbauteilen bekannt, wobei der wesentliche Anteil der Gussform aus einer, mittels einem generativen Rapid Prototyping Verfahren gefertigten, porösen Keramik im Grünen oder gesinterten Zustand besteht. Dabei werden die den Formkernen entsprechenden Strukturen bzw. die von Metall zu umfließenden Strukturen mittels generativem Rapid Prototyping Verfahren hergestellt. Durch das Rapid Prototyping Verfahren kann ebenso die Außengestalt der Gussform gefertigt werden. Beispielsweise werden auf oder in der Außenseite der Gussform Kühlkanäle vorgesehen oder Steiger ausgebildet oder außenliegende Rippen, die als Kühlkanäle wirken, ange- ordnet. Es ist weiterhin offenbart, dass Stützrippen vorgesehen sein können, welche auf der der von einer Kavität abgewandten Seite angeordnet sind.
Um dem Druck zu widerstehen, ist die Gussform mit einer Schüttung aus lo- ser Keramik hinterfüttert. Die Schüttung gibt der vergleichsweise dünnen, mittels generativem Rapid Prototyping Verfahren hergestellten Gussform die zum Guss benötigte mechanische Stabilität. Alternativ ist eine Schale vorge- sehen, in welche die Gussform eingelegt wird, um dem Druck beim Gießen widerstehen zu können.
Nachteilig hierbei ist es, dass die Gussform zur Aufnahme der Schüttung in einen Behälter aufgenommen werden muss, damit die Schüttung mit loser Keramik die Gussform ausreichend abstützen kann. Dies erfordert neben zu- sätzlichem Material auch manuelle Eingriffe und führt somit zu einem zeit- aufwändigen und kostenintensiven Verfahren. Gleiches gilt auch bei der al- ternativen Ausführung mit einer Schale. Außerdem kann die Wärmeabfuhr des frisch gegossenen Gussstückes nicht beeinflusst werden, da die Schüt- tung und die Schale die Gussform weiter isoliert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Gussform sowie einen Ver- fahren zur Herstellung einer Gussform zu schaffen, mit welchem weitgehend automatisiert eine Gussform hergestellt werden kann, welche alleine und oh- ne weitere Maßnahmen dem Gussdruck widerstehen kann und somit kos- tengünstig und schnell geschaffen werden kann sowie die beim Gießen ent- stehende Wärme gezielt, das heißt abhängig von der gewünschten Abkühl- dauer einzelner Bereiche des Gussstückes, abführen kann und die Qualität des Gussstückes damit auch noch erhöht.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren und einer Gussform gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Gussform, insbesondere einer Schale zum Einfüllen von Schmelze und/oder eines Kerns zum Erzeugen eines Hohlraums in einem Gussteil, wird eine Wand aus einem feuerfesten und gasdurchlässigen Material, beispielsweise Kera- mik, hergestellt. Die Gussform wird mit einem generativen Fertigungsverfah- ren aufgebaut. Derartige generative Fertigungsverfahren sind beispielsweise 3-D-Druckverfahren, bei welchen flüssiges Material schichtweise aufgetragen und anschließend ausgehärtet wird. Erfindungsgemäß wird die Wand der Gussform mit einer auf die Gussform abgestimmten Stützstruktur ausgebil- det, welche durch offene und/oder geschlossene Hohlräume ausgebildet wird und/oder welche unterschiedliche Wandstärken vorsieht, um die Gussform weitgehend eigenständig formstabil gegen den Gussdruck abzustützen sowie gezielt Wärmeenergie in der Schmelze zu isolieren oder aus der Schmelze abzuführen. Durch die Stützstruktur, welche vorzugsweise integral mit der Wand der Gussform verbunden ist, wird eine stabile Gussform geschaffen, welche geeignet ist, sehr präzise Gussteile zu gießen. Darüber hinaus wird mit diesem Herstellungsverfahren eine Gussform ermöglicht, welche weitge- hend automatisiert hergestellt werden kann. Die Automatisierung erfolgt bis unmittelbar vor dem Eingießen des Materials in die Gussform. Es sind keine weiteren Stützmaßnahmen, wie beispielsweise das Ausfüllen von Hohlräu- men mit Sand oder anderen Materialien, erforderlich, da die Gussform selbst bereits ausreichend stabil ist, um dem Gussdruck widerstehen zu können. Durch die Stützstruktur wird es außerdem ermöglicht, dass die beim Guss entstehende Wärme der Schmelze gezielt gehalten oder abgeführt wird, um ein optimal ausgekühltes Gussstück zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Gussform ist insbesondere für den metallischen, in- dustriellen Feinguss vorgesehen. Dabei wird eine Vielzahl von Gussformen erstellt, wobei es besonders wirtschaftlich ist, wenn diese Gussformen schnell und automatisiert geschaffen werden können. Mit der Stützstruktur kann die gesamte Form oder nur ein Teil davon hergestellt werden. Es kön- nen einfache Formen ohne Kern oder kompliziertere Formen mit einem oder mehreren Kernen (Core-Shell-Formen) gefertigt werden.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Feingussverfahren, welches übli- cherweise über ein Wachsausschmelzverfahren realisiert wird, ist die Her- stellung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich wirtschaftlicher möglich. Bei dem herkömmlichen Wachsausschmelzverfahren wird nämlich zuerst ein Wachsmodell hergestellt, welches zusammen mit weiteren
Wachsmodellen zu einer Gießeinheit verbunden wird. Sodann wird diese Gießeinheit aus Wachs in flüssige Keramik getaucht und besandet. Dieser Prozess wird mehrfach wiederholt bis eine ausreichend dicke und stabile Schalenform entstanden ist. Anschließend wird das Wachs aus der Schalen- form geschmolzen und die Schalenform wird gebrannt. Erst dann kann mit dem Gießen des Teiles fortgefahren werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen entfällt die Herstellung ei- nes Wachsmodells ebenso wie die Montage einer Gießeinheit aus Wachs und das Tauchen und Besanden zum Erhalt der Schalenform. Bei dem erfin- dungsgemäßen Verfahren wird vielmehr die Schalenform direkt durch das generative Fertigungsverfahren geschaffen. So wird entweder die Gussform alleine oder sogar die einzelne Gussform zusammen mit einem Angusssys- tem und weiteren Gussformen, welche mit dem Angusssystem verbunden sind, erzeugt. Um eine Wandstärke realisieren zu können, welche dennoch in der Lage ist, dem zu erwartenden Gussdruck zu widerstehen, werden die Stützstrukturen vorgesehen, welche je nach Bedarf mehr oder weniger stabil die Kavität abstützen und stabilisieren können. Durch den strukturierten Auf- bau der Stützstruktur ist es möglich, dass die Stützstruktur in Bereichen, in welchen ein höherer Gussdruck zu erwarten ist, stabiler ausgebildet wird und in Bereichen, in welchen der Gussdruck weniger stark sein wird, einfacher und weniger stabil gestaltet und hergestellt wird. Somit kann auch auf eine sehr wirtschaftliche Weise die Herstellung der Gussform erfolgen, da der Ma- terialeinsatz - und damit die Herstellungszeit, welche durch das generative Verfahren in gewisser Weise abhängig von der Menge der zu erzeugenden Wände und Stützstrukturen ist - gezielt auf die vorliegenden Anforderungen abgestimmt sein kann. Außerdem kann durch die Stützstruktur die Abküh- lung des frischen Gussstückes beeinflusst werden. Mehr Hohlräume, insbe- sondere geschlossene Hohlräume isolieren das Gussstück länger und mehr Material der Stützstruktur kann die Wärmeabfuhr beschleunigen. So kann beispielsweise ein gleichmäßig abkühlendes Bauteil geschaffen werden oder einzelne Bereiche des Gussstückes können länger warmgehalten werden.
Ein spannungs- und lunkerfreies Gussstück kann somit erzeugt werden. Of- fene Strukturen unterstützen die Wärmeabfuhr. Selbst Kühlkanäle sind denk- bar, durch welche Luft geblasen wird. Insbesondere in der Ausgestaltung der Kühlkanäle bestehen bei der vorliegenden Erfindung gegenüber herkömmli- chen Fertigungen große Freiheiten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung im Vergleich zu einer hinterfüllten Form wie bei der DE 103 17 473 B3 ist, dass der Energieaufwand zum Brennen einer hinterfüllten Form um ein Vielfaches höher ist, als bei einer Form mit Stütz- struktur. Dies hat vor allem bei einem Serienprozess Auswirkungen auf Durchlaufzeiten und Produktionskosten.
Besonders vorteilhaft ist als generatives Fertigungsverfahren ein 3-D Druck- verfahren, mit welchem die Gussform schichtweise aufgebaut wird. Um eine besonders feine Gussform hersteilen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Schichten möglichst ansatzfrei ineinander übergehen und somit eine gleichmäßige Struktur ermöglichen. Dies ist insbesondere im Bereich der der Kavität zugewandten Innenseite der Gussform vorteilhaft.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das generative Ferti- gungsverfahren schlickerbasiert ausgeführt, insbesondere als Stereolitho- graphie, in digitaler Lichtverarbeitungs-Technologie (DLP), als Direct Inkjet Writing (DIW) oder mit Slip-Casting-basierter Technologie, zum Bespiel mit lagenweiser Schlickerdeposition (LSD) oder LIS. Damit kann die Gussform in guter Qualität, insbesondere mit geringer Rauigkeit und mit ausreichender Geschwindigkeit hergestellt werden.
Wird die Stützstruktur an der dem späteren Gussstück bzw. der Kavität ab- gewandten Außenseite der Gussform angeordnet, so wird die Kavität, in wel- cher das Gussteil später gegossen werden soll, durch die erfindungsgemäße Stützstruktur nicht beeinflusst. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren nimmt nämlich grundsätzlich keinen Einfluss auf eine bestimmte Gestaltung der Gussteile und ist somit universell einsetzbar. Die Stützstruktur richtet sich nach dem herzustellenden Gussteil und das Gussteil muss nicht an die Stützstruktur angepasst werden.
Wird in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung die Stützstruktur von der dem späteren Gussstück zugewandten Innenseite zu der dem späteren Gussstück abgewandten Außenseite der Gussform gröber ausgebildet, so kann eine optimale Gestaltung bei möglichst geringem Materialeinsatz der Stützstruktur erfolgen. Die gröbere Ausbildung der Stützstruktur kann insbe- sondere mit von innen nach außen größer werdenden, offenen und/oder ge- schlossenen Hohlräumen realisiert werden. Während nahe der Kavität klei nere Hohlräume vorgesehen sind, sind mit größerem Abstand von der Kavi- tät größere Hohlräume vorteilhaft. Die Stützwirkung wird somit optimal er- zeugt, ohne dass ein großer Materialeinsatz für die Stützstruktur erforderlich wäre. Außerdem kann die Wärmeabfuhr durch diese Gestaltung gezielt be- einflusst werden.
Werden mit dem Angusssystem traubenförmig mehrere gleichartige oder un- terschiedliche Gussformen verbunden, so kann ähnlich dem herkömmlichen Wachsschmelzverfahren entsprechend eine traubenförmige Gießeinheit ge- schaffen werden, mit welcher mit einem Guss eine Vielzahl von Teilen er- zeugt werden. Auch dies führt zu einem wirtschaftlichen Herstellungsverfah- ren der Teile.
Ist an der Innenseite der Wand der Gussform eine Oberflächenstruktur mit sehr geringer Rauheit ausgebildet, so wird gewährleistet, dass ein besonders glattes Teil erzeugt werden kann. Die sehr geringe Rauheit Rz ist vorzugs- weise kleiner 100 miti, was in der Regel ausreichend ist, um eine entspre- chende Oberflächengüte des Teiles zu erzielen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ganz besonders vorteilhaft geeignet für ein Feingussverfahren. In dem Feingussverfahren kann die Gussform be- sonders wirtschaftlich hergestellt und eingesetzt werden, da Feingussverfah- ren in der Regel industriell verwendet werden und eine relativ große Anzahl von einzelnen Gussteilen in kurzer Zeit hergestellt werden soll. Außerdem sind diese industriell hergestellten Feingussteile auch preislich sehr sensibel, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr kostengünstige Fein- gussteile zu schaffen sind. Wird vorteilhafterweise die Gussform für einen Einkristallguss verwendet, so können beispielsweise Turbinenschaufeln sehr effektiv hergestellt werden.
Vorzugsweise wird die Form der Stützstruktur auf die beim Gussvorgang zu erwartende mechanische und/oder thermische Belastung optimiert gestaltet. Damit kann je nach Wandstärke oder Hohlräumen des zu gießenden Guss- stückes bewirkt werden, dass zum Beispiel die Solidifikation des Metalls gleichmäßig erfolgt. Die erforderliche Wandstärke, Anordnung und Größe der einzelnen Elemente, wie zum Beispiel der Rippen, wird dabei berechnet und an die Erfordernisse angeglichen.
Eine erfindungsgemäße Gussform, insbesondere eine Schale zum Einfüllen von Schmelze und/oder ein Kern zum Erzeugen eines Hohlraums in einem Gussteil, mit einer Wand aus einem feuerfesten und gasdurchlässigen Mate- rial, insbesondere Keramik, ist mit einem generativen Fertigungsverfahren aufgebaut. Erfindungsgemäß weist die Wand der Gussform eine auf die Gussform abgestimmte Stützstruktur auf, welche durch offene und/oder ge- schlossene Hohlräume und/oder durch unterschiedliche Wandstärken aus- gebildet ist. Um die Gussform weitgehend eigenständig formstabil gegen den Gussdruck abzustützen sowie gezielt Wärmeenergie in der Schmelze zu iso- lieren oder aus der der Schmelze abzuführen, ist die Stützstruktur vorgese- hen. Mit der Stützstruktur kann die gesamte Form oder ein Teil davon aus- gebildet sein. Es können einfache Formen ohne Kern oder kompliziertere Formen mit einem oder mehreren Kernen (Core-Shell-Formen) hergestellt werden.
Durch die Stützstruktur ist es nun möglich, dass eine Gussform geschaffen wird, welche ein sehr genaues Teil gießen lässt. Die Gussform verändert ihre Form durch den Gussdruck der Schmelze nicht, da die Stützstruktur so aus- gebildet ist, dass sie die Gussform, in welche die Schmelze eingefüllt wird, so abstützt, dass sie sich nicht verformen kann. Es wird mit der erfindungsge- mäßen Gussform somit eine sehr präzise Gussform und damit auch die Er- stellung eines sehr präzisen Gussteils ermöglicht.
Durch die Stützstruktur ist außerdem beeinflussbar, wie die Wärmeenergie in der Schmelze isoliert werden kann oder aus der Schmelze abgeführt werden kann. Für ein hochpräzises Teil ist es ganz entscheidend, dass die Wärme- energie der Schmelze gezielt abgeführt wird. So kann es Bereiche geben, in welchen es vorteilhaft ist, wenn die Wärme möglichst lange gehalten wird und andererseits wird es Bereiche geben, in denen es vorteilhaft ist, dass die Wärme möglichst schnell abgeführt wird. Durch eine entsprechende Anord- nung der Stützstruktur, welche auf die individuelle Gussform abgestimmt ist, kann ein Halten oder ein Ableiten der Wärme der Schmelze ganz gezielt be- einflusst werden. Die erfindungsgemäße Gussform ermöglicht somit nicht nur die Herstellung eines präzisen Bauteils, sondern darüber hinaus auch tech- nisch eine hervorragende Beeinflussung der Wärmeabfuhr, um ein genaues und fehlerfreies Gussteil zu schaffen.
Vorzugsweise ist die Gussform eine Feingussform. Besonders beim Fein- guss, welcher industriell ausgeführt wird, ist eine sehr präzise Herstellung des Teils erforderlich. Durch die oben beschriebenen Vorteile der erfin- dungsgemäßen Gussform ist die Gussform daher ganz besonders vorteilhaft beim Feingussverfahren einsetzbar.
Weist die Gussform eine dem späteren Gussteil zugewandte Innenseite und eine dem späteren Gussteil abgewandte Außenseite auf, wobei an der In- nenseite der Gussform eine Negativform des zu gießenden Stückes in Form einer Kavität ausgebildet ist und die Stützstruktur an der Außenseite, also an der der Kavität abgewandten Seite der Wand der Gussform angeordnet ist, so kann eine Gussform geschaffen werden, welche ein von der Gestaltung der Stützstruktur der Gussform unabhängiges Teil ermöglicht. Nachdem die Stützstruktur an der Außenseite und nicht an der Innenseite der Gussform, d.h. im Bereich der Kavität der Gussform angeordnet ist, kann die Stützstruk- tur unabhängig von der Kavität angeordnet sein. Damit ist eine besonders große Gestaltungsfreiheit geschaffen, welche die Stützstruktur optimal so- wohl für das Abstützen der Gussform gegen den Gussdruck als auch für eine gezielte Wärmeleitung ermöglicht.
Sind mehrere gleichartige oder unterschiedliche Gussformen traubenförmig mit einem Angusssystem verbunden, so können mehrere Teile gleichzeitig gegossen werden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es wenn die Gussform mittels 3-D Druck schichtweise aufgebaut ist. Hierdurch ermöglicht sich eine besonders große Gestaltungsfreiheit der Gussform. Hinterschneidungen der Stützstruktur sind damit ohne weiteres realisierbar. Die Stützstruktur bzw. die Struktur zum Ab- leiten der Wärme oder zum Halten der Wärme kann somit individuell und be- sonders effektiv für jede Gussform gestaltet sein.
Vorzugsweise ist die Stützstruktur von der Innenseite zu der Außenseite der Gussform gröber ausgebildet. Dies bedeutet, dass insbesondere von der In- nenseite zu der Außenseite der Gussform hin zunehmend größere Hohlräu- me vorgesehen sind. Während im Bereich der Kavität vorteilhafterweise klei- ne Hohlräume bzw. viel Material eine Abstützung und Wärmeleitung bewir- ken können, so ist es in der Regel ausreichend, wenn weiter von der Kavität entfernt weniger Stützstrukturen vorhanden sind und dementsprechend grö- ßere Hohlräume vorgesehen sind. Dies kann sowohl durch eine entspre- chende Gestaltung der Stützstruktur selbst erfolgen als auch durch eine Ver- ringerung der Wandstärke, so dass in der Nähe der Kavität eine stärkere Wandstärke vorgesehen ist und weiter von der Kavität entfernt eine geringe- re Wandstärke der Stützstruktur realisiert ist.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn je nach Bedarf die Hohlräume abge- rundet und/oder eckig ausgebildet sind. Durch das generative Fertigungsver- fahren besteht ein sehr großer Gestaltungsspielraum. So können die Hohl- räume, um besonders hohe Stabilität der Stützstrukturen zu bewirken, abge- rundet ausgebildet sein. Die eckige Ausgestaltung der Hohlräume kann sich anbieten, wenn eine einfache Konstruktion der Stützstruktur gewünscht wird. Die Hohlräume können insbesondere in Form von Poren, d.h. kugelförmig oder unregelmäßig geformten Hohlräumen, Waben und/oder quaderförmigen Hohlräumen ausgestaltet sein. Je nach Anforderungen an die Stützkraft oder die Wärmeleitfähigkeit kann sich eine solche Form als besonders vorteilhaft erweisen. Selbstverständlich sind auch andere Formen der Hohlräume mög- lich und können Vorteile für die entsprechende Gussform aufweisen.
Häufig ist es vorteilhaft, wenn die Stützstruktur von der Innenseite zu der Au- ßenseite der Gussform hin mit dünner werdenden Wandstärken ausgebildet ist. Dünnere Wandstärken sind in der Regel schneller herstellbar, so dass sich durch eine derartige Gestaltungsfreiheit eine noch kostengünstigere Gussform hersteilen lässt.
Ist an der Innenseite der Gussform eine Oberflächenstruktur mit sehr gerin- ger Rauheit ausgebildet, so kann mit der Gussform ein Gussteil gegossen werden, welches eine sehr glatte und feine Oberfläche aufweist. Eine sehr geringe Rauheit ist eine Rauheit Rz von kleiner als 100 pm.
Die Wandstärke der Gussform, das heißt die komplette Wand mit Stützstruk- tur bzw. eine einzelne Stützwand der Stützstruktur kann zwischen 0,1 mm und 75 mm betragen. Insbesondere die einzelne Wandstärke der Stützwand kann sehr dünn, beispielsweise mit 0,1 mm ausgeführt sein, kann aber auch eine Wandstärke von mehreren Millimetern aufweisen. Die gesamte Wand- stärke der Gussform inklusive der Stützstruktur, kann je nach Größe des zu gießenden Teiles auch viele Millimeter, bis zu 75 mm, aufweisen. Insbeson- dere wenn die Wandstärke auch dazu geeignet sein soll eine Verbindung mit dem Angusssystem zu schaffen, wird eine höhere Wandstärke erforderlich sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Gussform eine Einkristallgussform zum Gießen von Einkristall-Gussteilen. Damit können beispielsweise Turbinenschaufeln sehr effektiv hergestellt werden. Vorzugsweise ist die Gussform mit einem schlickerbasierten generativen Fer- tigungsverfahren hergestellt. Damit kann die Gussform in guter Qualität, ins- besondere mit geringer Rauigkeit und mit ausreichender Geschwindigkeit hergestellt werden. Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbei- spielen beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 einen Querschnitt durch einen an System mit mehreren Guss- formen,
Figur 2 einen Ausschnitt aus einer Wand mit einer rautenförmigen
Stützstruktur,
Figur 3 einen Ausschnitt aus einer Wand mit einer quaderförmigen
Stützstruktur,
Figur 4 einen Ausschnitt aus einer Wand mit einer wabenförmigen
Stützstruktur, Figur 5 einen Ausschnitt aus einer Wand mit einer Stützstruktur mit kreisförmigen Hohlräumen
Figur 6 einen Ausschnitt aus einer Wand mit einer rippenförmigen
Stützstruktur und
Figur 7 eine Gussform mit einem Kern. Bei der nachfolgenden Beschreibung der dargestellten alternativen Ausfüh- rungsbeispiele werden für Merkmale, die in ihrer Ausgestaltung und/oder Wirkweise identisch und/oder zumindest vergleichbar sind, gleiche Bezugs- zeichen verwendet. Sofern diese nicht nochmals detailliert erläutert werden, entspricht deren Ausgestaltung und/oder Wirkweise der Ausgestaltung und Wirkweise der vorstehend bereits beschriebenen Merkmale.
In Figur 1 ist ein Querschnitt durch ein Angusssystem 1 skizziert dargestellt. Das Angusssystem 1 weist einen Trichter 2 auf, welcher in eine Eingussröhre 3 mündet. Ausgehend von der Eingussröhre 3 erstrecken sich mehrere An- güsse 4, welche in die Kavität 5 einzelner Gussformen 6 münden. Eine Schmelze, welche in den Trichter 2 gegossen wird, fließt somit durch die Eingussröhre 3 hindurch und über die Zuflussöffnungen 4 in die Kavität 5 hinein. Dort erstarrt die Schmelze und bildet ein Gussteil, welches die Form der Kavität 5 annimmt.
Die Kombination aus dem Angusssystem 1 und den Gussformen 6 wird als Schalenform 7 bezeichnet. Im Stand der Technik wurde diese Schalenform 7 mittels eines Wachsmodells hergestellt, welches mehrfach in flüssige Kera- mik und in Sand getaucht wurde. Anschließend wurde diese rohe Schalen- form 7 getrocknet und gebrannt, wodurch eine feste Schalenform 7 entstan- den ist, welche zum Ausgießen mit Schmelze geeignet war.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weisen die Gussformen 6 Wände 8 mit einer Stützstruktur 9 auf, welche mit einem generativen Fertigungsver- fahren, beispielsweise 3-D Druck, hergestellt wurden. Die Stützstruktur 9 ist in der Darstellung der Figur 1 als wabenförmige Schraffur skizziert darge- stellt. Die Stützstrukturen 9 erstreckt sich hier nicht nur über die Gussformen 6, sondern auch über das Angusssystem 1 mit Trichter 2, Eingussröhre 3 sowie Angüsse 4. Alternativ ist es auch möglich, dass der Trichter 2 und/oder die Eingussröhre 3 nicht mit einer derartigen Wabenstruktur bzw. Stützstruk- tur 9 hergestellt wurde, sondern auf herkömmliche oder andere, einfache Weise geschaffen wurde.
Die Schalenform 7 ist derart ausgeführt, dass an dem Angusssystem 1 trau- benförmig mehrere, hier sechs Gussformen 6 angeordnet sind. Es ist damit also möglich, dass gleichzeitig mit einem Guss sechs Gussteilte in den sechs Kavitäten 5 gegossen werden.
Jede Wand 8 weist eine Innenseite 10 und eine Außenseite 11 auf. Die In- nenseite 10 ist in das Innere der Kavität 5 gerichtet, während die Außenseite 11 gleichzeitig die Außenseite der Schalenform 7 bildet. Unterschiedliche Aufbauten der Wände 8 mit Stützstrukturen 9 sind in den Figuren 2-6 ent- sprechend Ausschnitt A vergrößert dargestellt.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt A der Wand 8 der Gussform 6 mit einer Stütz- struktur 9, in welcher geschlossene Flohlräume 12 angeordnet sind. Die Stützstruktur 9 ist mit einer Vielzahl von Stützwänden 13 aufgebaut. Die Stützwände 13 bildeten im Querschnitt quadratische Flohlräume 12 unter- schiedlicher Größe. So sind die Flohlräume 12 in der Nähe der Innenseite 10 kleiner ausgebildet als im Bereich der Außenseite 11 der Wand 8.
Die Stützwände 13 verlaufen schräg zur Innenseite 10, so dass die quadrati- schen Flohlräume 12 mit einer Spitze, rautenförmig, zur Innenseite 10 bzw. Außenseite 11 zeigen. Damit ist eine besonders gute Stützwirkung der Stützwände 13 für die Wand 8 der Gussform 6 bewirkt. Während die Stütz- struktur 9 in Richtung zur Außenseite 11 zackenförmige, offene Flohlräume 15 ausbildet, ist sie im Bereich der Innenseite 10 durch eine Innenwand 14 glatt abgeschlossen. Die Innenwand 14 bildet später die Oberfläche des Tei- les ab, welches in der Kavität 5 gegossen wurde. Dementsprechend ist es wichtig, dass die Innenwand 14 eine Oberflächenstruktur mit sehr geringer Rauheit ausbildet, um eine möglichst glatte Oberfläche des Teiles zu erzie- len. Die Innenseite 10 bzw. Innenwand 14 ist daher vorzugsweise mit einer Rauheit von kleiner 100 miti ausgebildet. Außerdem ist darauf zu achten, dass bei dem schichtweisen Aufbau der Wand 8 durch das generative Ferti- gungsverfahren, insbesondere durch den 3-D Druck, keine oder nur geringe Abstufungen und Rillenmuster erzeugt werden, welche zu einer Qualitäts- minderung das Gussteils führen könnten.
In Figur 3 ist eine weitere Ausführung einer Wand 8 der Gussform entspre- chend des Ausschnitts A dargestellt. Die Stützstruktur 9 der Wand 8 ist hier im Querschnitt mittels rechteckiger Flohlräume 12 und 15 gebildet. Die meis- ten der Flohlräume sind geschlossene Flohlräume 12. Es ist aber auch ein offener Flohlraum 15 vorgesehen. Durch die Kombination der geschlossenen und offenen Flohlräume 12 bzw. 15 ist neben der Abstützung der Wand 8 der Gussform 6 auch eine gezielte Wärmeabfuhr bzw. ein gezielter Wärmestau zu ermöglichen. Die Stützstruktur 9 kann dafür geeignet sein, dass die Wär- meabfuhr möglichst schnell bewirkt wird. Durch eine entsprechende Gestal- tung, insbesondere durch geschlossene Flohlräume wird die Wärmeabfuhr jedoch verzögert, da die geschlossenen Flohlräume 12 eher als Isolierung wirken als die offenen Flohlräume 15.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist weiterhin ersichtlich, dass die Stützwände 13 unterschiedliche Wandstärken W aufweisen. Die Stützwände 13, welche näher an der Innenseite 10 angeordnet sind, weisen eine größere Wandstärke W auf, als die Stützwände 13, welche weiter von der Innenseite 10 entfernt und näher an der Außenseite 11 angeordnet sind. Dies ist in Fi- gur 3 mit unterschiedlichen Strichstärken angedeutet. Durch die unterschied- lichen Wandstärken W ist es möglich, dass die Stützstruktur 9 ganz gezielt auf die benötigte Stützwirkung und die gewünschte Wärmeabfuhr eingestellt wird. Die Wandstärken W der Stützwände 13 können variieren von vorzugs- weise 0,1 mm bis hin zu mehreren Millimetern, beispielsweise 5 oder 6 mm. Die gesamte Wand 8 kann eine Stärke von vielen Millimetern, beispielsweise bis zu 75 mm aufweisen. Insbesondere wenn die Wand 8 eine besonders starke Stützwirkung ausüben soll oder wenn die Wärme ganz besonders lan- ge in der Kavität 5 gehalten werden soll, sind sehr starke Wände 8 vorteil haft.
In Figur 4 ist eine weitere Möglichkeit einer Ausgestaltung einer Stützstruktur 9 entsprechend Ausschnitt A der Figur 1 dargestellt. Die Stützstruktur 9 weist hier wabenförmige Flohlräume 12 und 15 auf. Neben den geschlossenen Flohlräumen 12 sind auch offene Flohlräume 15 dargestellt. Die offenen Hohl- räume 15 weisen zur Außenseite 1 1 hin. An der Innenwand 14 der Innensei- te 10 sind die wabenförmigen Flohlräume 12 mit der Innenwand 14 abge- schlossen, so dass eine glattflächige Oberfläche der Innenseite 10 entsteht, um eine entsprechende Oberfläche des Gussteiles zu erhalten. Die waben- förmige Stützstruktur 9 ist besonders stabil und durch das 3-D Druckverfah- ren einfach herzustellen.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführung der Stützstruktur 9 des Ausschnitts A dargestellt, bei welcher die Flohlräume 12 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Sie können kugelförmig oder zylindrisch ausgebildet sein. Die Stützwand 13 weist unregelmäßige Dicken auf. Sie befindet sich zwischen den kreisförmigen Flohlräumen 12. Die Durchmesser der kreisförmigen FHohl- räume 12 werden von der Innenseite 10 hin zu der Außenseite 1 1 größer. Selbstverständlich kann die Anordnung auch anders sein, nämlich, dass im Bereich der Innenseite 10 größere Flohlräume 12 angeordnet sind als im Be- reich der Außenseite. Dies gilt auch für alle übrigen Ausführungsbeispiele.
Die Innenseite 10 ist mit der Innenwand 14 abgeschlossen. Die Innenwand 14 kann eine besonders geringe Rauheit aufweisen. Bezüglich den Stütz- wände 13 ist dies nicht erforderlich. Flier kann eine entsprechend größere Rauigkeit gewählt werden, insbesondere, wenn hierdurch die Flerstellung der gesamten Stützstruktur 9 schneller und einfacher zu realisieren ist.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführung des Ausschnitts A mit einer entspre- chenden Stützstruktur 9 dargestellt. Die Stützstruktur 9 weist Stützwände 13 auf, welche rippenartig von der Innenwand 14 in Richtung zur Außenseite 11 ragen. Die Stützwände 13 haben bei diesem Ausführungsbeispiel abneh- mende Wandstärken W, so dass sie im Querschnitt keilförmig ausgebildet sind. Dies kann die Wärmeabfuhr erleichtern. Um eine gute Stabilität zu er- reichen, können sowohl geschlossene Hohlräume 12 als auch offene Hohl- räume 15 vorgesehen sein. Der hier dargestellte geschlossene Hohlraum 12 ist im Querschnitt trapezförmig und weist abgerundete Ecken auf. Dies ver- bessert die Stabilität der Stützstrukturen 9 und demonstriert, dass je nach Festigkeitsanforderungen oder Anforderungen an die Wärmeabfuhr eine weitgehend beliebige Gestaltung der Stützstruktur 9 möglich ist.
Figur 7 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der die Gussform 6 wiede- rum eine Zuflussöffnung 4 in die Kavität 5 aufweist. In der Kavität 5 ist ein Kern 16 angeordnet. Der Kern 16 kann, wie hier dargestellt, in die Gussform 6 integriert sein, das heißt in einem Stück mit einer Schale 17 der Gussform
6 hergestellt sein. Er kann aber auch als einzelnes Teil hergestellt sein und mit der Schale 17 der Gussform 6 verbunden werden. Mit dem erfindungs- gemäßen Verfahren kann ebenso die Schale 17 als auch alternativ der Kern 16 oder sowohl Schale 17 als auch Kern 16 hergestellt sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentan- sprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und be- schrieben sind. Bezuqszeichenliste
1 Angusssystem
2 Trichter
3 Eingussröhre
4 Anguss
5 Kavität
6 Gussform
7 Schalenform
8 Wand
9 Stützstruktur
10 Innenseite
12 Hohlraum
13 Stützwand
14 Innenwand
15 Hohlraum
16 Kern
17 Schale
A Ausschnitt
W Wandstärke

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung einer Gussform (6), insbesondere einer Schale (17) zum Einfüllen von Schmelze und/oder eines Kerns (16) zum Erzeugen eines Hohlraums in einem Gussteil, mit einer Wand (8) aus einem feuerfesten und gasdurchlässigen Material, wobei die Gussform (6) mit einem generativen Fertigungsverfahren aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (8) der Gussform (6) mit einer auf die Gussform (6) abgestimmte Stützstruktur (9) ausgebil- det wird, welche durch offene und/oder geschlossene Hohlräume (12,15) ausgebildet wird und/oder unterschiedliche Wandstärken (W) vorgesehen werden, um die Gussform (6) weitgehend eigenständig formstabil gegen den Gussdruck abzustützen sowie gezielt Wärme- energie in der Schmelze zu isolieren oder aus der Schmelze abzufüh- ren.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als generatives Fertigungsverfahren ein 3-D-Druckverfahren verwendet wird, mit welchem die Gussform (6) schichtweise aufgebaut wird.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das generative Fertigungsverfahren schlickerbasiert ist, insbesondere als Stereolithographie, in digitaler Lichtverarbeitungs-Technologie (DLP), als Direct Inkjet Writing (DIW) oder mit Slip-Casting-basierter Technologie, zum Bespiel mit lagen- weiser Schlickerdeposition (LSD) oder LIS, ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur an der dem späteren Gussstück abgewandten Außenseite der Gussform (6) angeordnet wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (9) von der dem spä- teren Gussstück zugewandten Innenseite zu der dem späteren Guss- stück abgewandten Außenseite der Gussform (6) gröber, insbesonde- re mit größeren offenen und/oder geschlossenen Hohlräumen (12,15), ausgebildet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Angusssystem (1 ) trauben- förmig mehrere gleichartige oder unterschiedliche Gussformen (6) verbunden werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite der Wand (8) der Gussform (6) eine Oberflächenstruktur mit sehr geringer Rauheit (Rz<100pm) ausgebildet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (6) für ein Feingussver- fahren hergestellt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (6) für einen Einkristall guss verwendet wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Stützstruktur (9) auf die beim Gussvorgang zu erwartende mechanische und/oder thermische Belastung optimiert gestaltet wird.
11. Gussform, insbesondere eine Schale (7) zum Einfüllen von Schmelze und/oder ein Kern zum Erzeugen eines Hohlraums in einem Gussteil (6), mit einer Wand (8) aus einem feuerfesten und gasdurchlässigen Material, wobei die Gussform mit einem generativen Fertigungsverfah- ren aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der Guss- form (6) eine auf die Gussform (6) abgestimmte Stützstruktur aufweist, welche durch offene und/oder geschlossene Hohlräume (12,15) und/oder unterschiedliche Wandstärken (W) ausgebildet ist, um die Gussform (6) weitgehend eigenständig formstabil gegen den Guss- druck abzustützen sowie gezielt Wärmeenergie in der Schmelze zu isolieren oder aus der Schmelze abzuführen.
12. Gussform nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (6) eine Feingussform ist.
13. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (6) eine dem späteren Gussteil zugewandte Innenseite und eine dem späteren Gussteil ab- gewandte Außenseite aufweist, wobei an der Innenseite der Gussform (6) eine Negativform eines zu gießenden Gussstücks ausbildet ist und die Stützstruktur (9) an der Außenseite der Gussform (6) angeordnet ist.
14. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gleichartige oder unterschied- liche Gussformen (6) traubenförmig mit einem Angusssystem (1 ) ver- bunden sind.
15. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (6) mittels 3-D-Druck schichtweise aufgebaut ist.
16. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (9) von der Innenseite zu der Außenseite der Gussform (6) gröber ausgebildet ist, insbeson- dere von der Innenseite zu der Außenseite der Gussform (6) zuneh- mend größere Hohlräume (12,15) aufweist.
17. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (12,15) abgerundet und/oder eckig, insbesondere in Form von Poren, Waben und/oder Quadern, sind.
18. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (9) von der Innenseite zu der Außenseite der Gussform (6) mit dünner werdenden Wandstär- ken (W) ausgebildet ist.
19. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite der Gussform (6) ei- ne Oberflächenstruktur mit sehr geringer Rauheit (Rz<100pm) ausge- bildet ist.
20. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (W) der Stützstruktur (9) und/oder einer Stützwand (13) der Stützstruktur (9) zwischen 0,1 und 75 mm beträgt.
21. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (6) eine Einkristallguss form ist.
22. Gussform nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (6) mit einem schlicker- basierten generative Fertigungsverfahren hergestellt ist.
EP19712975.2A 2018-03-21 2019-03-20 Verfahren zur herstellung einer gussform zum einfüllen von schmelze sowie gussform Pending EP3768447A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018106725.9A DE102018106725A1 (de) 2018-03-21 2018-03-21 Verfahren zur Herstellung einer Gussform zum Einfüllen von Schmelze sowie Gussform
DE102018115087 2018-06-22
PCT/EP2019/056987 WO2019180095A1 (de) 2018-03-21 2019-03-20 Verfahren zur herstellung einer gussform zum einfüllen von schmelze sowie gussform

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3768447A1 true EP3768447A1 (de) 2021-01-27

Family

ID=65904417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19712975.2A Pending EP3768447A1 (de) 2018-03-21 2019-03-20 Verfahren zur herstellung einer gussform zum einfüllen von schmelze sowie gussform

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20210031257A1 (de)
EP (1) EP3768447A1 (de)
JP (1) JP2021518271A (de)
CN (1) CN112041102A (de)
BR (1) BR112020019166A2 (de)
CA (1) CA3094276A1 (de)
WO (1) WO2019180095A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019219132A1 (de) * 2019-12-09 2021-06-10 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Gusskerns und ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils sowie ein Kraftfahrzeug
CN113263135B (zh) * 2021-05-24 2023-02-17 沈阳铸造研究所有限公司 一种3d打印砂型的空间网格化打印方法
CN114799061A (zh) * 2022-03-21 2022-07-29 上海交通大学 熔模铸造模壳及其拼接方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6397922B1 (en) * 2000-05-24 2002-06-04 Massachusetts Institute Of Technology Molds for casting with customized internal structure to collapse upon cooling and to facilitate control of heat transfer
US7087109B2 (en) * 2002-09-25 2006-08-08 Z Corporation Three dimensional printing material system and method
US6796366B2 (en) * 2002-10-30 2004-09-28 Ford Motor Company Method for producing a freeze-cast substrate
DE10317473B3 (de) 2003-04-16 2005-02-03 Daimlerchrysler Ag Keramische Gussformen für den Metallguss und deren Herstellungsverfahren
DE102004061948A1 (de) * 2004-12-22 2006-07-27 Münstermann, Simon Werkzeug für das Thixoforming hochschmelzender metallischer Werkstoffe und dessen Verwendung
US9486852B2 (en) * 2013-03-14 2016-11-08 Hitchiner Manufacturing Co., Inc. Radial pattern assembly
FR3017061B1 (fr) * 2014-01-31 2019-06-07 Safran Aircraft Engines Moule chemise pour coulee centrifuge
CN106132654B (zh) * 2015-02-03 2019-05-17 飞利浦照明控股有限公司 用于成型和复制对象的基于熔融沉积成型的模具、用于其制造的方法以及熔融沉积成型3d打印机
CN105499492B (zh) * 2015-12-15 2017-08-11 清华大学 非密实结构新铸型
US20170246679A1 (en) * 2016-02-29 2017-08-31 General Electric Company Casting with graded core components
CN106513572B (zh) * 2016-09-30 2018-10-19 共享智能装备有限公司 3d打印砂型及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112041102A (zh) 2020-12-04
WO2019180095A1 (de) 2019-09-26
JP2021518271A (ja) 2021-08-02
BR112020019166A2 (pt) 2021-01-05
CA3094276A1 (en) 2019-09-26
US20210031257A1 (en) 2021-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60311824T2 (de) Giessverfahren
EP1098725B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines metallischen hohlkörpers
EP1065026B1 (de) Verfahren zur Herstellung oder zur Reparatur von Kühlkanälen in einstristallinen Komponenten von Gasturbinen
EP3349928B1 (de) Verfahren und einrichtung zur additiven herstellung
EP3768447A1 (de) Verfahren zur herstellung einer gussform zum einfüllen von schmelze sowie gussform
DE102014220787A1 (de) Gasturbinenbauteil mit Innenmodul und Verfahren zu seiner Herstellung unter Verwendung von Selektivem Laserschmelzen
DE3322424C2 (de)
DE102007023152A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, Gussform und damit hergestelltes Gussteil
DE3702642A1 (de) Entlueftete giessformen und verfahren zu deren herstellung
EP3253514B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur additiven herstellung von bauteilen, und durch dieses verfahren hergestellte bauteile
EP1354651B1 (de) Metallschaum enthaltender Leichtbauteil, sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung
EP0872295A1 (de) Giessform und Verfahren zum Herstellen von metallischen Hohlgiesslingen sowie Hohlgiesslinge
DE102007017690A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Gussteils
DE19636968B4 (de) Verfahren zur Herstellung von metallischen Prototypen
DE102018106725A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Gussform zum Einfüllen von Schmelze sowie Gussform
DE102013015431A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines gegossenen metallischen Bauteiles und gegossenes metallisches Bauteil
DE10221074B4 (de) Gießform zur Herstellung eines Gußteils unter Verwendung von Formgrundstoff und Verwendung einer solchen Gießform
DE102014001947B4 (de) Druckgussform
DE102004034802B4 (de) Metallische Dauerform zur Herstellung von Großgussteilen aus Metalllegierungen
DE102014207791A1 (de) Verfahren zum Feingießen von metallischen Bauteilen
DE102011011574A1 (de) Verfahren zum Gießen eines Schaufelrads
DE102014118178A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer metallischen Struktur
DE2837286C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer aus mehreren Teilen zusammengesetzten Maskenform
DE102018130181A1 (de) Zusammengesetzte Gussform, Einzelform und Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten Gussform
DE1805240A1 (de) Kern zum Giessen von hohlen Metallgegenstaenden sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20201008

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: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20211022