EP3986635A1

EP3986635A1 - Verfahren zur herstellung einer gussform und mit dem verfahren hergestellte gussform

Info

Publication number: EP3986635A1
Application number: EP20736585.9A
Authority: EP
Inventors: Daniel GÜNTHER; Florian Ettemeyer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2022-04-27
Also published as: WO2020254656A1; CN114286727B; CN114286727A; US20220355368A1; DE102019209047A1; DE102019209047B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Gussform (201, 204), bei dem zunächst wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier, fünf, mehr als fünf oder mehr als zehn Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401) der Gussform getrennt voneinander hergestellt und danach zur Bildung der Gussform zu einem oder mehreren Stapeln (1100) zusammengefügt werden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Gussform und mit dem Verfahren hergestellte

Gussform

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mechanik, des Maschinenbaus und der Gießereitechnik. Sie ist mit besonderem Vorteil bei der Herstellung von

Gussformen verwendbar, wobei der Einsatz sowohl bei großen Gussformen, beispielsweise beim Bau von Häusern, Hausteilen oder anderen Großbau teilen, ebenso denkbar ist wie bei Gussformen für Kleinteile. Zudem ist die Verwendung der hergestellten Gussformen für Gießverfahren mit vielen verschiedenen Gießwerkstoffen einsetzbar.

Grundsätzlich sind als Gussformen für die Erzeugung von Gussbauteilen sogenannte verlorene Formen und Dauerformen mit und ohne Kerne be kannt. Verlorene Formen ermöglichen besonders komplexe Gusserzeugnisse aufgrund des Entformungsprozesses, der auf der Zerstörung der Formen basiert. Innenstrukturen der Gussformen können dabei durch Kerne realisiert werden, die während des Gießens Hohlräume definieren und nach der Erstarrung des Gussmaterials durch verschiedene Verfahren zerstört und entfernt werden können. Entsprechende Gussformen und Kerne können beispielsweise im Sandformverfahren hergestellt werden, in dem ein Sand mit einem Binder vermischt und mithilfe eines Werkzeugs geformt wird.

Für die Herstellung von Gussformen sind ebenso additive Fertigungsverfahren bekannt, die im schichtweisen Aufbau die Formung auch von komplexen Körpern mit großer Gestaltungsfreiheit erlauben. Dabei werden schichtweise Partikel auf eine Plattform aufgetragen und selektiv verfestigt, beispielsweise durch gezieltes Hinzufügen von Bindermaterial oder durch Lasersintern. Der Nachteil solcher Verfahren zur Herstellung von Gussformen liegt in den hohen Kosten und der langen Produktionsdauer.

Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Gussform und eine Gussform auszubilden, die möglichst einfach strukturiert, wenig aufwendig und kostengünstig sind und dabei die Herstellung von komplexen Gussformen erlauben.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Gussform mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 14 zeigen Ausgestaltungen eines solchen Verfahrens auf. Der Patentanspruch 15 bezieht sich auf eine nach dem Verfahren hergestellte Gussform.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Gussform, bei dem zunächst wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier, fünf, mehr als fünf oder mehr als zehn Schichtkörper der Gussform getrennt voneinander hergestellt und danach zur Bildung der Gussform zu einem oder mehreren Stapeln zusammengefügt werden.

Das genannte Verfahren erlaubt die Herstellung auch von komplexen Guss formen, die sich schichtweise aus Schichtkörpern zusammensetzen lassen, wobei die Herstellung der einzelnen Schichtkörper in verschiedenen Ver fahren mit geringem Aufwand möglich ist. Es kann somit das Modell einer Gussform zunächst in Schichten zerlegt werden, und die Schichtkörper, die die einzelnen Schichten bilden, können einzeln und getrennt voneinander hergestellt werden. Die Schichtkörper werden danach so zusammengesetzt, dass jeweils Hohlräume in den einzel nen Schichtkörpern gemeinsam das Innere, d. h. den mit einem Gusswerkstoff zu füllenden Form-Hohlraum der Gussform, definieren. Durch die Aufteilung der Gussform in Schichtkörper können auch komplexe Gussformen aus Schichtkörpern mit jeweils einfach gestalteten Hohlräumen oder Öffnungen zusammengesetzt werden.

Zur Ausbildung der Gussform werden die einzelnen Schichtkörper zu einem Stapel zusammengefügt. Die Stapelrichtung ist dabei die Richtung, in der der Stapel jeweils durch Hinzufügen weiterer Schichtkörper wächst. Als Stapel richtung kann auch die Richtung bezeichnet werden, die senkrecht auf den Grenzflächen zwischen den einzelnen zusammengefügten Schichtkörpern steht.

Eine Gussform kann aus einem einzelnen Stapel von Schichtkörpern zu sammengesetzt sein, jedoch können auch mehrere Stapel von Schichtkörpern zu einer Gussform verbunden sein oder werden, wobei die verschiedenen Stapel beispielsweise nebeneinander, hintereinander oder aufeinander/ übereinander angeordnet sein können oder auch ein Stapel innerhalb eines Hohlraums eines anderen Stapels angeordnet sein kann.

Eine Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass nach dem Zusammen setzen zur Gussform mehrere Schichtkörper, insbesondere jeder Schicht körper mit Ausnahme der End-Schichtkörper eines Stapels, jeweils den mit einem Gießwerkstoff zu füllenden Hohlraum der Gussform ringförmig umgeben. Beispielsweise kann eine Gussform für eine Kugel aus einer Vielzahl von Schichtkörpern derart zusammengesetzt werden, dass die Gussform in ihrer Außenkontur würfelförmig gestaltet ist, wobei jede Schicht des Würfels eine kreisrunde, durchgehende Ausnehmung aufweist und die Ausnehmungen nach Zusammensetzen der Gussform gemeinsam den kugelförmigen Hohl raum definieren. In jedem Schichtkörper wird die kreisförmige Ausnehmung von einer ringförmigen Wand umgeben, die auf ihrer Innenseite eine an nähernd zylindrische Kontur und auf der Außenseite gerade Begrenzungs- wände aufweist. Die End-Schichtkörper des Stapels, der die beschriebene Form definiert, weisen dann keine durchgehenden Ausnehmungen, sondern nur kalottenförmige Vertiefungen auf, die den kugelförmigen Hohlraum begrenzen.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung des Verfahrens kann vorsehen, dass mehrere Schichtkörper, insbesondere jeder Schichtkörper mit Ausnahme der End-Schichtkörper eines Stapels, jeweils wenigstens eine, den Schichtkörper vollständig durchsetzende Öffnung a ufwe i st/a ufwe i se n, die von einer um laufenden Schichtkörperwand umgeben ist. Je nach der Gestalt der einzelnen Schichtkörper und der Form des Hohlraums für den eigentlichen Gießling haben die Schichtkörperwände umlaufend variierende Dicke. Beispielsweise können die Schichtkörper in Form von Quadern oder ebenen oder gebogenen Platten vorliegen, wobei die Platten beispielsweise rund, viereckig, quadra tisch oder polygonal gestaltet sein können.

Das Verfahren kann auch dadurch ausgestaltet sein, dass die Schichtkörper beim Zusammenfügen zu einem Stapel an einem gemeinsamen Ausricht körper oder durch an jedem der Schichtkörper vorgesehene, miteinander verzahnte Erhebungen und Ausnehmungen ausgerichtet werden. Durch diese Gestaltung der Schichtkörper und gegebenenfalls eines Ausrichtkörpers kann gewährleistet werden, dass die Schichtkörper mit ihren Ausnehmungen derart zueinander positioniert werden, dass die Ausnehmungen insgesamt die Gießform, d. h. auch den mit dem Gusswerkstoff zu füllenden Form- Hohlraum, definieren.

Der Ausrichtkörper kann beispielsweise durch eine gerade Stange oder Platte gebildet sein, an die die Außenkonturen der Schichtkörper angelegt werden. Die Schichtkörper können beispielsweise auch durchgehende Bohrungen aufweisen, durch die ein Ausrichtkörper hindurchgesteckt werden kann. Die Erhebungen und Ausnehmungen an den Schichtkörpern können beispiels weise als Nuten und Stege oder Bohrungen und Zapfen ausgebildet sein, um jeweils benachbarte Schichtkörper aneinander auszurichten.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens kann vorsehen, dass die Schicht körper beim Zusammenfügen zu einem Stapel jeweils an den aneinander angrenzenden Grenzflächen miteinander verbunden werden und entweder untereinander in Stapelrichtung jeweils dieselbe Schichtdicke oder unter schiedliche Schichtdicken aufweisen. Da die Schichtkörper separat vonein ander hergestellt werden, müssen sie anders als bei den bekannten additiven Fertigungsverfahren nach der Herstellung miteinander verbunden werden. In einigen Fällen kann dabei ein formschlüssiges Zusammenfügen mit Ausricht körpern ausreichen, während in anderen Fällen die Schichtkörper miteinander verklebt oder verschweißt werden. Auch ein magnetisches Anhaften anein ander oder andere bekannte Fügetechniken zwischen den Schichtkörpern sind denkbar. Letztlich können die Schichtkörper auch miteinander durch Federn oder Klammern verspannt werden, um auf diese Weise kraftschlüssig mit einander verbunden zu werden.

Die Schichtkörper können jeweils gleiche Dicken aufweisen, wodurch die Herstellung der Schichtkörper in größerer Zahl erleichtert wird. Es kann jedoch auch sinnvoll sein, in einem Stapel innerhalb einer Gussform ver schiedene Schichtkörper oder Schichtkörpergruppen mit unterschiedlichen Schichtdicken zu verarbeiten, um auf diese Weise die richtigen Maße für die Gussform oder auch für Teile der Gussform einzustellen. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, bestimmte Abschnitte der Gussform mit möglichst wenigen Schichtkörpern zu bilden, währende andere Teile/Abschnitte der Gussform aus einer größeren Anzahl von Schichtkörpern mit geringerer Schichtdicke zusammengesetzt werden. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Maße der Gussform in Stapelrichtung in einigen Abschnitten sehr stark variieren und in anderen Abschnitten weniger stark.

Das Verfahren kann zudem beispielsweise dadurch ausgestaltet werden, dass die Schichtkörper beim Zusammenfügen durch Kleben, Schweißen oder durch eine kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung miteinander verbunden werden.

Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die Schichtkörper durch ein Extrusi onsverfahren, ein Walzverfahren, ein Gießverfahren, ein Kernschussverfahren oder ein additives Fertigungsverfahren hergestellt werden. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Schichtkörper als Voll körper hergestellt werden und dass danach in mehrere Schichtkörper, insbe sondere in jeden der Schichtkörper, eine diesen durchsetzende Ausnehmung eingebracht wird.

Als Materialien für die Schichtkörper kommen grundsätzlich alle bearbeit baren Materialien in Frage. Beispielsweise können die Schichtkörper aus einem Kunststoff, einem Metall oder auch aus einem gebundenen Sandwerk stoff hergestellt werden, wie er üblicherweise bei der Herstellung verlorener Gießformen verwendet wird. In Abhängigkeit von den verwendeten Mate rialien werden dann die Bearbeitungsverfahren angepasst, die eingesetzt werden, um Ausnehmungen in den Schichtkörpern zu erzeugen, die später jeweils einen Teil der Gussform / des Hohlraums für den Gießwerkstoff bilden.

Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in die Schichtkörper diese durchsetzende Ausnehmungen mittels eines subtraktiven , insbesondere eines spanenden Verfahrens, durch Stanzen, Laserschneiden, Wasserschnei den oder durch ein chemisches Verfahren eingebracht werden. Als Methode der spanenden Bearbeitung ist außer Sägen beispielsweise auch Fräsen denkbar. Auch die Bearbeitung durch Bohren, Schleifen, Hobeln, Brenn schneiden, Druckluftstrahlen, Sandstrahlen oder Erodieren ist möglich. Wenn der Zusammenhalt von Partikeln der Schichtkörper geeignet eingestellt ist, können auch Teile der Schichtkörper durch Anwendung von Unterdrück/ Einsaugen entfernt werden. Auch eine gezielte Ummagnetisierung kann bei Verwendung von magnetischen Partikeln als Grundmaterial für die Schicht körper den Prozess der subtraktiven Bearbeitung zumindest erleichtern.

Bezüglich der Form der Schichtkörper und/oder des Stapels von Schicht körpern kann vorgesehen sein, dass die Schichtkörper scheibenförmig oder als planparallele Platten ausgebildet sind.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die jeweils an benachbarte Schichtkörper angrenzenden Flächen der Schichtkörper eines Stapels koplanar sind.

Der Maximalwinkel, den zwei einander gegenüberliegende Grenzflächen eines Schichtkörpers miteinander einschließen, sollte begrenzt sein und weniger als 30°, insbesondere weniger als 10°, weiter insbesondere weniger als 1° be tragen, damit die Stapelrichtung bzw. die Ausrichtung der einzelnen Schicht körper über die Höhe des Stapels nicht zu stark variiert und ein Zusammenhalt der Schichtkörper in einfacher Weise ermöglicht werden kann. In manchen Konstellationen kann es vorteilhaft sein, eine Anzahl von keilförmigen Schicht körpern vorzusehen, die im Stapel in entgegengesetzter Keilrichtung oder abwechselnder Keilrichtung aufeinander folgen.

Bei dem Verfahren kann zudem vorgesehen sein, dass jeder der Schichtkörper in der Stapelrichtung hinterschneidungsfrei ist. Die Herstellung der einzelnen Schichtkörper wird auf diese Weise erleichtert, da beispielsweise eine spanende Bearbeitung von einer Seite des Schichtkörpers her in einfacher Weise folgen kann. Sollen in dem Hohlraum der Gussform Hinterschneidun gen in Stapelrichtung vorgesehen werden, so können diese wenigstens teil weise durch die Grenzflächen der Schichtkörper realisiert sein.

Es kann beispielsweise bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Schicht körper derart gestaltet und zusammengefügt werden, dass in der Stapel richtung wenigstens eine Hinterschneidung in dem mit einem Gießwerkstoff zu füllenden Hohlraum der Gussform vorgesehen und durch eine Grenzfläche eines Schichtkörpers gebildet ist.

Das Verfahren kann außer den unmittelbar zur Herstellung der Schichtkörper und der Gussform dienenden Ve rfa h re nssch ritte n auch einen Planungsschritt umfassen, wobei der Planung ein Modell der Gussform zugrunde liegt und dieses versuchsweise in mehreren Stapelrichtungen in einen oder mehrere Stapel von Schichtkörpern aufgeteilt wird. Die Auswahl der Stapelrichtung und gegebenenfalls auch der Schichtdicke der Schichtkörper kann nach verschiedenen Optimierungskriterien erfolgen. Beispielsweise kann die Zahl der Schichtkörper in der Gussform minimiert werden, oder die durch die Grenzflächen zwischen den Schichtkörpern in der Gussform entstehenden Unebenheiten können minimiert werden. Auch die Lage der Hinterschneidun gen in der Gussform kann auf diese Weise optimiert werden.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Modell der Gussform nach einander in verschiedenen Stapelrichtungen in Schichten aufgeteilt wird und die Stapelrichtung mit der geringsten Anzahl an Hinterschneidungen ausge wählt wird und dass insbesondere danach die Schichtdicken der Schichtkörper so aufgeteilt werden, dass alle Hinterschneidungen an den Grenzflächen zwischen jeweils zwei Schichtkörpern liegen. Sollte es nicht sinnvoll oder möglich sein, alle Hinterschneidungen an den Grenzflächen zwischen jeweils zwei verschiedenen Schichtkörpern zu lokalisieren, kann zumindest darauf abgezielt werden, eine möglichst große Anzahl von Hinterschneidungen an den Grenzflächen zu lokalisieren, so dass nur in wenigen der Schichtkörper Hinterschneidungen erzeugt werden müssen.

Letztlich bezieht sich die Erfindung nicht nur auf ein Verfahren zum Herstellen einer Gussform, sondern auch auf eine mit dem Verfahren hergestellte Guss form.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht ein Gussbauteil,

Fig. 2 schematisch in einem Querschnitt eine Gussform für ein

Gussbauteil gemäß Figur 1,

Fig. 3 im Schnitt eine Gussform ähnlich der in Figur 2 dargestellten, welche aus einer Anzahl von Schichtkörpern durch Stapelung geformt ist,

Fig. 4 eine Gussform im Querschnitt, die durch Schichtkörper mit variabler Schichtdicke geformt ist,

Fig. 5 einen Schichtkörper mit zwei Ausnehmungen, die nach dem

Zusammensetzen der Gussform jeweils einen Teil des mit Gusswerkstoff zu füllenden Hohlraums bilden,

Fig. 6a einen Schichtkörper im Querschnitt mit einer schematischen

Darstellung der in diesen einzubringenden Ausnehmungen, Fig. 6b einen Schichtkörper im Querschnitt mit einem schematisch da rgeste Ilten Fräser in einer Ausrichtung der Fräsachse senk recht zu den Grenzflächen des Schichtkörpers,

Fig. 6c eine Darstellung wie in Figur 6b mit schräggestelltem Fräser,

Fig. 6d eine Darstellung wie in Figur 6c mit zwei Fräsern, die ohne eine

Schrägstellung die Ausnehmung im Schichtkörper stufenartig von beiden Seiten her erzeugen,

Fig. 7a die Herstellung eines Schichtkörpers durch ein Walzverfahren,

Fig. 7b, 7c die Herstellung eines Schichtkörpers in einem Press- oder

Kernschießverfahren,

Fig. 8 das Zusammenfügen und Verpressen verschiedener Schicht körper,

Fig. 9 ein Gießverfahren, bei dem ein Stapel von Schichtkörpern

durch Gewichtskraft zusammengehalten wird,

Fig. 10 ein Gießverfahren, bei dem die Schichtkörper eines Stapels miteinander verspannt sind,

Fig. 11 eine Gussform, die aus verschiedenen Stapeln von Schicht körpern zusammengesetzt ist,

Fig. 12 eine Gussform ähnlich der in Figur 3 dargestellten, wobei

jedoch die Stapelrichtung der Schichtkörper um 90° gedreht ist,

Fig. 13 im Querschnitt einen Stapel von Schichtkörpern mit mehreren keilförmigen Schichtkörpern,

Fig. 14 im Querschnitt einen Stapel von Schichtkörpern mit Aus

nehmungen für Ausrichtkörper sowie Fig. 15 in perspektivischer Ansicht einen Schichtkörper mit Erhebun gen zur Verzahnung mit dem benachbarten Schichtkörper.

Im Folgenden werden verschiedene Verfahren zur Fierstellung von Formen für gießtechnisch erzeugte Bauteile durch einen schichtweise arbeitenden Aufbauprozess beschrieben, wobei jeweils eine Schicht in Form eines Schicht körpers vorbereitet wird, Flohlräume in den Schichtkörper gemäß dem Guss teilquerschnitt eingebracht werden und die derart erzeugten Schichtkörper gestapelt werden, solange bis die gewünschte Form vollständig aufgestapelt ist. Dadurch wird ein Aufbauprozess für Gießformen bereitgestellt, der auch werkzeuglos möglich ist und der die wirtschaftliche Produktion auch größerer Serien von Bauteilen ermöglicht.

Ein typisches als Gussteil herstellbares Bauteil 100 ist in perspektivischer Ansicht in Figur 1 dargestellt. Durch das Verfahren werden Gießformen hergestellt, die für kleine Teile im Maßstab von wenigen Litern , Volumen aber auch für Großbauteile geeignet sind. Der Gusswerkstoff ist nicht beschränkt und kann aus den Gruppen Metalle, Keramiken, Polymere, Naturstoffe und deren Mischungen stammen.

Die über Formen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten Bauteile 100 entsprechen in einer Ausführungsform dem in der Technik bekannten unbearbeiteten Rohguss. Sie stellen in diesem Fall einen Zwischen zustand dar und müssen meist durch einen weiteren Verarbeitungsschritt, beispielsweise Fräsen oder Schleifen an den Funktionsflächen, fertiggestellt werden.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung von Formen zur Ver fügung zu stellen, das es ermöglicht, gegossene Bauteile 100 in kurzer Zeit, insbesondere werkzeuglos, wirtschaftlich und mit sehr geringen Einschrän kungen bei der Formgebung herzustellen.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Gussformen können in der Technik breit eingesetzt werden. Dabei reicht die Anwendung vom Gießen großer Einzelstücke hin zu Großserien im Automobilbau. Es können Metalle flüssig vergossen werden, darüber hinaus aber auch Werkstoffe wie Kunststoffe, Beton oder keramische Schlicker.

Die Verfahrensführung kann beim Gießen stark unterschiedlich sein: Der Druck kann wie beim Schwerkraftguss durch das Gewicht der Schmelze hervorgerufen werden. Es sind aber auch Verfahren im Einsatz, die durch deutlich erhöhten Druck die Formfüllung begünstigen. Dies ist beispielsweise beim Druckguss der Fall, wenn besonders dünne Wandstärken erzielt werden sollen.

Wichtig ist bei allen Gießprozessen die Formgebung durch ein Werkzeug in Form einer Gussform, wie sie beispielhaft in Figur 2 dargestellt ist. Die dort dargestellte Gussform kann etwa zur Fierstellung eines in Figur 1 dargestellten Bauteils dienen. Die Gussform, zusammengesetzt aus einer Form 201, 204 (Außenkontur) und einem Kern 202, kann für einmaligen Gebrauch (verlorene Form) oder für viele Abgüsse (Kokille) verwendet werden. Es ist in der Guss form außer dem Formhohlraum 200, dem Flohlraum zur Aufnahme des Gießwerkstoffs, auch ein Angusssystem mit Tümpel und Anschnitt 203 vor zusehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Schichtbauverfahren, das eine Gussform 201, 204 für ein Gießverfahren und gegebenenfalls auch einen oder mehrere Kerne liefert. Dabei werden, wie in der Figur 3 gezeigt, Schichtkörper 300 einzeln vorbreitet und übereinandergestapelt. Das erfindungsgemäße Verfahren weist in einer Ausführungsform folgende Schritte auf:

Im ersten Schritt wird das herzustellende Gussbauteil 100 virtuell im Bauraum platziert. Dabei wird ermittelt, welche Baulage mit dem Verfahren am besten abbildbar ist. Dann wird über ein Programm das Bauteil 100 versuchsweise in mögliche Schichtkörper 300 aufgeteilt, und je nach Schichterzeugungsmecha nismus und Stapelrichtung wird ein Bearbeitungsbild für jeden Schichtkörper 300 erzeugt. Das verwendete Reche nverfah re n minimiert die Entstehung von Artefakten durch die Digitalisierung und reduziert deren Folgen auf die Gestalt der angestrebten Form. Die Stapelrichtung entspricht dabei der Richtung, in der die Schichtkörper übereinander angeordnet werden. Als Stapelrichtung kann auch die Richtung bezeichnet werden, die senkrecht auf den Grenz- flächen zwischen den Schichtkörpern steht oder, falls beispielsweise einige keilförmige Schichtkörper vorgesehen sind, eine gemittelte Richtung aller Senkrechten auf den Grenzflächen zwischen benachbarten Schichtkörpern.

Nach der Einteilung der Gussform werden die Schichtkörper 300 erzeugt.

Diese werden aus einem dem geplanten Gießwerkstoff angepassten Formstoff als geschlossene Platten erzeugt. Als Ergebnis dieses Prozessschrittes liegen verdichtete Formstoffplatten vor.

Diese werden in einem weiteren Schritt bearbeitet, und die Konturen des Bauteils in der jeweiligen Schnitthöhe, in der der jeweilige Schichtkörper in der Gussform positioniert ist, werden in Form von Ausnehmungen in den jeweiligen Schichtkörper eingebracht. Dies ist gut in Figur 5 erkennbar.

Die Gussform 201, 204 wird jetzt durch ein Stapeln und Verbinden der einzel nen Schichtkörper fertiggestellt und kann in einem konventionellen Gieß prozess verwendet werden.

Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Verfahren ist das Bauteil 100 mit einer für einen Gießprozess verwendbaren Gusskonstruktion. Diese sieht üblicherweise ein Anschnittsystem, Luftkanäle, Speiser und ein System zum Eingießen der Flüssigkeit vor. Ein solches System wird gemäß dem Stand der Technik vor der Fertigung der Form 201, 204 über eine Simulation ermittelt und getestet.

Diese virtuelle Konstruktion wird für die Verarbeitung im erfindungsgemäßen Verfahren in einem automatisierten Verfahren in einer Datenverarbeitungs einrichtung analysiert und in einer Simulation getestet. Dabei wird die Eigen schaft des Verfahrens berücksichtigt, dass Schichten nicht wie bei konven tionellen 3 D-D ruckverfahren dort erzeugt werden, wo sie bei der späteren Verwendung platziert sind, sondern außerhalb des eigentlichen Bauraumes der Maschine als Schichtkörper vorbereitet und dann in einen Bauraum transferiert werden. Dabei optimiert der Algorithmus die einzelnen Schichten so, dass keine losen Schichtteile entstehen. Zum zweiten kann der Algorith mus gewisse Baulagen, in denen die Schichtstufung in relevanten Bereichen reduziert ausfällt, bevorzugen. Diese Optimierung kann nicht nur auf der Basis der Drehung der Stapelrich tung gegenüber dem Bauteil 100 stattfinden. Ebenso können, wie in Figur 4 dargestellt, innerhalb eines Stapels unterschiedliche Schichtstärken, d. h. unterschiedliche Höhen der Schichtkörper, zum Einsatz kommen. So können Bereiche, die beispielsweise durch starke Krümmungen der Form eine hohe Auflösung benötigen, mit dünnen Schichtkörpern 300, 400, 401 abgebildet werden. Ebenso kann das Programm dem Benutzer Vorschläge unterbreiten, die Kompromisse aus Herstelldauer, Bauteilgüte und Ressourcenverbrauch darstellen.

Die digitale Erzeugung der Schichten kann bei einem Bauteil 100, wie in Figur 11 gezeigt, mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Stapelrichtungen er geben. Diese Bereiche können Würfel- oder spatförmig ausgebildet sein. Die Stapel 1100 selbst können verschiedene Stapelrichtungen aufweisen, um negative Auswirkungen der Stapelrichtung auf die zu gießende Bauteilober fläche zu reduzieren. Die Stapelrichtung des inneren Stapels 1100 ist in der Figur 11 mit 1100a bezeichnet, während die Stapelrichtung des äußeren Stapels mit 300a bezeichnet ist.

Die Schichtkörper 300, 400, 401 selbst müssen für die Verlagerung in den Bauraum transportabel sein. Hierfür kommen bei bekannten Formstoffen für verschiedene Gießverfahren in vielen Fällen Schichten in Frage, die eine Dicke größer als 1 mm aufweisen. Eine obere Grenze der Dicke der Schichten ist nicht gegeben und in der Praxis nur durch das Schichtbearbeitungsverfahren gesetzt.

Basis des Verfahrens stellen Schichtkörper aus Formstoff dar. Die Schicht körper können für das Verfahren vorproduziert werden, aber auch in einer Produktionslinie mit den für das Verfahren notwendigen Prozessschritten individuell erzeugt werden. Die Schichterzeugung kann hochparallel und hochautomatisiert erfolgen und hohe Durchsätze erreichen.

Der Werkstoff der Schichtkörper ist abhängig vom angestrebten Gießver fahren: Ein einfacher Werkstoff und günstig verfügbarer Abfallstoff sind zum Beispiel Sägespäne. Diese können für Formen 201 für Verfahren mit geringer Hitzebildung genutzt werden. Für eine solche Anwendung kommen ebenso andere Stoffe wie Plastikabfälle, Stroh, Papierreste oder Hackschnitzel in Frage. Werden höhere Anforderungen an den Formstoff gestellt, können andere Stoffe verwendet werden; beispielsweise können Metallpulver oder Metallgranulate als Formstoff eingesetzt werden. Je nach Gusswerkstoff ergeben sich hier verschiedene Vor- und Nachteile. Bei starken Temperatur einwirkungen wie beim Eisen- und Stahlguss kommen Formsand, keramische Sande und Sonderformstoffe zum Einsatz. Ebenso kann Graphit für Werkstoffe mit hoher Schmelztemperatur verwendet werden.

Die Form der Partikel kann von einer freien Kornverteilung bis hin zu geo metrisch definierten Partikeln variiert werden. Ein Extremfall wäre eine natürliche Schüttung in der Formstoffschicht, die aus einer Partikelmischung mit einer bestimmten Korngrößenverteilung besteht. Ein anderes Extrem wäre ein Schichtkörper aus puzzleteilartigen Elementen, die miteinander verbunden werden können.

Die Herstellung der Schichtkörper kann einzeln oder als Strang erfolgen. Der Strang kann über ein Förderband laufen und mit Hilfe von sogenannten fliegenden Werkzeugen bearbeitet oder abgelängt werden oder auf ein vorgegebenes Format gebracht werden.

Der Schichtkörper 300 selbst kann aus einem losen, formbaren Formstoff und einem Bindesystem zusammengesetzt sein. Das Bindesystem kann auf unter schiedlichen Mechanismen beruhen: Beispielweise kann ein Sand mit einem tonhaltigen Bindemittel versetzt werden, das mit Wasser quellfähig ist. Ein solches System kann durch rein mechanische Verdichtung zu einem trag fähigen Schichtkörper 300 geformt werden. Für die Verdichtung kommen Stampfen, Einblasen oder Walzen in Frage. Aus der Metallgießereitechnik sind ebenso chemische Bindemittel bekannt. Diese werden dem Sand zugegeben und härten ihn über eine Polymerisationsreaktion aus. Hierbei sind ebenso Formstoffbinder bekannt, bei denen eine physikalische Härtung über Ab trocknen erfolgt. Das Einmischen des Bindersystems kann über mechanische Mischer vor der Formung zu Platten erfolgen. Ebenso ist es möglich, den Binder über Sprühsysteme oder Tintenstrahldruckköpfe flächig aufzubringen. Sonderformen der Bindung sind magnetische Partikel oder die oben bereits beschriebene mechanische Verbindung über eine gezielte Partikelgeometrie. Je nach Feuchtigkeitsgehalt kann es sinnvoll sein, die Schichtkörper 300 über das Gießen eines flüssigen Formstoffmaterials zu erzeugen.

In den Figuren 4a bis 4c sind schematisch verschiedene Verfahren zur Er zeugung von Rohlingen für Schichtkörper gezeigt.

In Figur 4a ist ein Walzverfahren dargestellt, bei dem ein Werkstoff aus einer Schussdüse 701 austritt und an einer Walze 700 vorbeigeführt wird, so dass hinter der Walze eine geglättete Schicht vorliegt.

In der Figur 4b ist ein Pressvorgang gezeigt, bei dem ein Werkstoff durch Krafteinwirkung unter einer Presse 704 in die Form einer Platte gepresst wird.

Die Figur 4c zeigt ein Schießverfahren, bei dem Druckluft und Form Stoff 707 durch eine Schussdüse 705 unter eine Schließplatte 706 in einen Kasten geschossen wird, in dem eine Platte gebildet wird. Die Druckluft 708 kann durch Abluftöffnungen entweichen.

In Vorbereitung auf das Bearbeitungsverfahren der einzelnen Schichtkörper kann es notwendig sein, eine Struktur in den Schichtkörpern 300 vorzusehen, die es ermöglicht, Schichtkörper zu transferieren und zu handhaben, bei denen durch die Bearbeitung lose oder freie Bereiche entstehen können, die mit dem jeweiligen Schichtkörper nicht unmittelbar Zusammenhängen, durch diesen aber in der Gussform gehalten und positioniert werden sollen. Eine solche Struktur kann beispielweise ein Netz oder ein Draht sein, das/der in die Schichtkörper 300 bei der Fierstellung eingelegt wird. Je nach Bearbeitungs verfahren der Schichtkörper 300 kann es sinnvoll sein, ein solches Netz oder einen Draht in der Mitte der Schichtkörper 300 oder an ihren Rändern zu positionieren.

Das Netz / der Draht kann aus verschiedenen Materialien bestehen. Beispiels weise können Netz bzw. Draht so gestaltet werden, dass sie mit dem Guss werkstoff eine Einheit bilden, da sie aus demselben Werkstoff oder einer ähnlichen Zusammensetzung bestehen wie das herzustellende Gussteil. Es ist aber ebenso denkbar, dass das Netz oder die Struktur aus einem Werkstoff besteht, der den Gusskörper armiert oder aussteift.

Die so geformten Schichtkörper sind plattenförmig und weisen je nach Lage und Einsatz im Bauraum senkrechte oder schiefe Kanten auf.

Im folgenden Schritt wird der Formhohlraum 200 in dem jeweiligen Schicht körper 300 geschaffen. Dazu kommen subtraktive Verfahren zum Einsatz, wie beispielhaft anhand der Figuren 6a bis 6d erläutert wird. Durch diese Ver fahren werden von dem vorproduzierten Schichtkörper 300 einzelne Bereiche entfernt. In Stapelrichtung gesehen oder in einer anderen Richtung, aus der der Schichtkörper, beispielsweise mit einem Fräser bearbeitet werden kann, ist der Schichtkörper vorteilhaft hinterschneidungsfrei.

Für die Bearbeitung sind alle denkbaren Verfahren geeignet, die Formstoff entfernen können und gleichzeitig automatisiert steuerbar sind. Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist das Fräsen. Hierbei können Form Stoffe bearbeitet werden, die ausgehärtet sind, also hohe Festigkeiten ausweisen.

Die Schichtkörper können im Bereich der Gussform, also im Bereich der Ausnehmungen, Strukturmerkmale wie Kerbungen und Entformschrägen aufweisen, die auch bei schwierigen Materialpaarungen ein sicheres Entfor- men des herzustellenden Gusskörpers aus der Form erlauben.

In Figur 6a ist beispielhaft ein Schichtkörper 300 dargestellt, in dem ein Teil des gestrichelt dargestellten Formhohlraums erzeugt werden soll. Das Fräsen kann, wie in Figur 6b gezeigt, mit einem zylindrischen Schaftfräser 600 senk recht erfolgen. Im Ergebnis können damit Schichten hergestellt werden, die im Wesentlichen prismatischen Extrusionen in Richtung der Stapelrichtung entsprechen.

Mit 601 sind in Figur 6b senkrechte Ausfräsungen bezeichnet. Um am end gültigen Gussteil bessere, auch schräge Oberflächen zu erreichen, ist es erfindungsgemäß ebenso zielführend, den Fräser 600, wie in Figur 6c gezeigt, gegen die Senkrechte zu verkippen. In Figur 6c sind schräge Ausfräsungen mit 603 bezeichnet. Die Schräge am Formhohlraum 200 bildet die Bauteilkontur dann wesentlich besser ab als eine gestuft mit einem geraden Fräser erzeugte Kontur. Dieser Effekt kann weiter verbessert werden, wenn der Schichtkörper 300 von oben und von unten bearbeitet wird.

In Figur 6d ist die Bearbeitung eines Schichtkörpers von oben und unten mittels eines senkrechten Fräsers dargestellt, wodurch eine gestufte Kontur 604 erzeugt werden kann. Eine weitere Verbesserung stellen Formfräser dar. Ebenso, aber mit größerem Aufwand verbunden, ist eine dreidimensionale Bahnsteuerung des Fräsers 600 möglich, um die Formkontur genauer abzu bilden.

Ebenso wie das Fräsen sind weitere aus der spanenden Formgebung bekannte Verfahren nutzbar. Hierzu zählen unter anderem Bohren, Sägen, Schleifen, Hobeln, Lasern, Brennschneiden, Wasserstrahlschneiden, Druckluftstrahlen, Sandstrahlen oder Erodieren. Bei dünnen und festen Formstoffplatten ist es ebenso möglich, die Formhohlräume über Stanzen oder Feinschneiden zu erzeugen. Im Fall von sehr losem oder noch ungehärtetem Formstoff kann das ungebundene Material auch gezielt abgesaugt werden. Ebenso können im Fall eines mechanischen Bindemechanismus Formstoffteile einfach über Unterdrück entfernt werden. Eine gezielte Ummagnetisierung ist bei der Verwendung magnetischen Grundmaterials zum Abtragen oder zur Unter stützung des Abtragens zielführend.

Neben dem Einsatz von Netzstrukturen oder Draht im Inneren der Schicht 300 kann es zielführend sein, Strukturen einzubringen, die die Strukturfestigkeit der Schicht 300 zusätzlich steigern. Ein Beispiel können speziell geformte Netze, Gitter, Stangen oder sonstige Armierungen sein. Dies ist besonders bei großen Schichten und Formen erforderlich, die mehrere hundert Kilogramm oder mehrere Tonnen wiegen. Ebenso kann es sinnvoll sein, für die Schichten Transporthilfen vorzusehen. Diese können in Form von Ösen oder Stapler taschen ausgebildet sein. Wabenstrukturen oder Taschen können das Gewicht reduzieren und außerhalb des Bereiches des Formhohlraumes 200 in den Schichtkörpern 300 realisiert werden. Nach ihrer Herstellung werden die erzeugten Schichtkörper zu einer Gussform 201 gestapelt. Dazu werden sie entsprechend der richtigen Reihenfolge Fläche an Fläche gelegt. Diese Stapelung kann bevorzugt senkrecht zur Schwerkraft richtung erfolgen, so dass die Stapelrichtung parallel zur wirkenden Schwer kraftrichtung verläuft. Ebenso sind aber Stapel denkbar, die in einem be liebigen Winkel zur Schwerkraftrichtung stehen. Ebenso ist es ist auch, wie in Figur 11 dargestellt, möglich, ein Paket 1100 mit einer Schichtstapelung in ein Paket mit einer weiteren Schichtstapelung mit einer abweichenden

Schichtstapelungsrichtung einzulegen.

Um aus den Schichtkörpern eine Form 201 zusammenzufügen, können unter schiedliche Mechanismen verwendet werden. Die einfachste Methode ist es, die Schichtkörper übereinanderzulegen und die Schwerkraft als verbindende Kraft zu nutzen. Je nach Dichte des Formstoffes und des Gussmediums ist es gegebenenfalls nötig, die Form 201, wie in Figur 9 gezeigt, vor dem Gießen mit Gewichten 900 zu beschweren. Nach der Beschwerung kann ein flüssiger Gusswerkstoff / eine Schmelze 902 mittels eines Gießtiegels 901 über das Angusssystem in die Form eingegossen werden.

Ebenso können die verdichteten Schichtkörper 300, 401, wie in Figur 8 dargestellt, miteinander oder gemeinsam gegen eine Unterlage/Grundplatte 800 gepresst und damit zusammengefügt werden. Hier können zum Beispiel quellfähige Bindetone an der Oberfläche der Schichtkörper 300, 401 oder auch Klebstoffe genutzt werden.

Ebenso können Fasern auf den Oberflächen der Schichtkörper 300, 401 im Sinne eines Klettve rsch I usssyste ms verwendet werden.

Solche Systeme können während der Schichtkörperherstellung an der Ober und Unterseite der Schichtkörper 300, 401 angebracht werden.

Ebenso können die Schichtkörper über physikalische und chemische Binder verbunden werden. Wie bei der Bindung des Formstoffes sind hier viele Systeme bekannt und können beispielsweise der Technik des Metallgießens entlehnt werden. Ein Beispiel kann harzumhüllter Sand sein, dessen Hülle durch die Einwirkung von Wärme aufschmilzt. Der zu fügende Schichtkörper 300, 401 wird an seiner Unterseite flächig erwärmt und sofort mit dem darunterliegenden Schichtkörper 300, 401 verpresst. Bei der Abkühlung der Harzumhüllung verbinden sich die Schichtkörper. Ebenso können die Schicht körper aber auch mit einem chemisch härtenden Kleber besprüht werden und kann so ein Schichtverbund hergestellt werden.

Ebenso können die Schichtkörper verklammert werden, wie dies in der Figur 10 anhand der Niederspanner 1000 gezeigt ist. Dies kann schichtweise oder über eine größere Anzahl von Schichtkörpern erfolgen. So können ganze Schichtpakete oder die ganze Form 201 verbunden werden. Auch können Löcher in den Schichtkörpern Schrauben oder Bolzen aufnehmen, die in spezielle Dübel oder Gewindebohrungen der obersten und untersten Schicht körper greifen und somit ein Verschrauben zu einer Form zulassen.

Ähnlich wie Schichtpakete können während des Schichtstapelns Körper in die entstehende Form 201 eingelegt werden. Dies können verschiedene Armierungen, eingelegte Gussformen oder Kerne, funktionale Elemente (z. B. Steuerungen, Aktorik), Fasern, vorverarbeitete Konstruktionen, Kühl eisen, Gussteile oder Rohrsysteme sein.

In Figur 12 ist beispielhaft eine Gussform dargestellt, deren Stapelrichtung senkrecht auf der in Figur 9 dargestellten Gussform steht. Zudem ist in Figur 12 eine Schicht 1200 zur vertikalen Anlage der Schichtkörper als Ausrichtkörper dargestellt.

In Figur 13 ist im Querschnitt eine Gussform dargestellt, die außer mehreren plattenförmigen Schichtkörpern 300 auch zwei keilförmige Schichtkörper 301, 302 aufweist. Der keilförmige Schichtkörper 301, 302 definiert durch seine Grenzfläche eine Hinterschneidung 303 in der Gussform. Eine weitere Hinter schneidungsfläche 304 wird durch einen planen Schichtkörper 300 gebildet. Die Stapelrichtung ist in Figur 14 mit 300a bezeichnet.

Figur 14 zeigt eine Gussform mit einem kege Ist u m pffö rm ige n Formhohlraum. Die Schichtkörper 300 weisen jeweils zwei durchgehende Bohrungen 305, 306 auf, die miteinander fluchten und an den zapfenförmigen Ausrichtkörpern 307, 308 ausgerichtet werden, indem die Ausrichtkörper in die Bohrungen eingeführt werden.

In Figur 15 ist in perspektivischer Ansicht ein Schichtkörper 300 mit einer Ausnehmung und einer diese umgebenden Schichtkörperwand dargestellt, der auf der Schichtkörperwand zwei zapfenförmige Erhebungen 309, 310 zur Verzahnung mit einem benachbarten Schichtkörper hat, der entsprechen de Vertiefungen aufweist.

Um die Oberflächen zu verbessern, können bei großen Gussteilen die Formen nachbehandelt werden. Dies kann zum Beispiel über ein Abschleifen der an den Formen auftretenden Stufung erfolgen. Ebenso kann über Strahlmittel die Form 201 im Inneren geglättet werden.

Die so erzeugten Gussformen können in allen bekannten Gussverfahren ver wendet werden. Dazu zählt beispielsweise der Schwerkraftguss mit Metallen. Hier können Metalle wie Aluminium, Eisen oder Stahl verarbeitet werden. Ebenso ist aber auch das Gießen von Betonteilen oder eine Anwendung im Bereich von Kunststoffteilen möglich.

Anwendungsbeispiel

Für ein Gartenbauprojekt wird eine Brückengeometrie über einen Teich benötigt. Die Trittstufen sollen mit Hilfe von Brettern realisiert werden. Die Berandung links und rechts der Stufen wird über eine topologieoptimierte Leichtbaustruktur realisiert, wobei verschiedene Teile über einzelne Stütz streben miteinander verbunden sind. Der Bauraum dieses Bauwerks umfasst 900 x 600 x 600 mm³. Das Design der Brücke wurde über mathematische Optimierungsalgorithmen berechnet und ist nicht in Form 201 eines physi schen Modells vorhanden.

Die Brückenstruktur soll aus ästhetischen Gründen aus Bronze gefertigt werden. Aufgrund der sehr hohen Komplexität der Stützstrukturen wird ein Gießverfahren als Fertigungsverfahren ausgewählt. Die beauftragte Gießerei für dieses Projekt sieht den hohen Komplexitätsgrad und entscheidet sich aufgrund der günstigen Kostenstruktur für das oben beschriebene Verfahren.

Zur Vorbereitung der Formherstellung wird die Brückengeometrie in einem virtuellen Bauraum platziert und automatisiert so gedreht, dass beim Zertei len der Geometrie in einzelne Schichten alle Schichtkörper hinterschneidungs frei vorliegen und jeweils einen zusammenhängenden Körper bilden. Die Schichtkörper werden automatisiert so dick wie möglich und so dünn wie nötig ausgelegt. Der Drehwinkel und die Verkippung des Bauteils 100 im Bauraum wird der Gießerei aus dem Programm ausgeleitet, so dass für diese Geometrie ein Gießsystem ankonstruiert und simuliert werden kann. Das Gesamtmodell mit ankonstruiertem Gießsystem wird nochmals auf die Randbedingung der hinterschneidungsfreien Schichtkörper geprüft, und die Darstellungen der Einzelschichten werden jeweils als .dxf-Datei ausgeleitet.

Weiter wird der durch die Verdrehung des Bauteils 100 und das ankonstruier te Gießsystem benötigte Bauraum berechnet. Es ergibt sich ein Bauraum von 1200 x 800 x 800 mm³. Als Ergebnis für dieses Bauteil 100 ergibt sich eine vertikale Schichtteilung mit 21 Layern. Jeder Schichtkörper 300 wird in Form 201 einer Layernummer eindeutig bezeichnet. Das Brückensystem wird stehend gegossen und von innen heraus angeschnitten und gespeist.

Die digitalen Repräsentationen der Schichtkörper werden aus logistischen Gründen nach Layernummern geclustert und an das Produktionssystem geschickt. Jeweils sieben Schichtkörper bilden dabei einen Cluster und werden nach ansteigender Schichthöhe hintereinander für den Fierstellungsprozess positioniert.

Als Formgrundstoff wird Quarzsand verwendet. Die Verbindung zwischen den Sandkörnern wird durch ein selbsthärtendes chemisches System auf Basis von Furanharz gewährleistet. Die Dimensionen eines Schichtkörpers 300 sind standardmäßig 1200 mm x 800 mm als Grundmaß, wobei die Flöhe je nach berechneter Flöhe der einzelnen Schichtkörper individualisiert ist. Das Pro duktionssystem kann Schichtkörper bis zu 10 cm Flöhe im Endlosverfahren hersteilen. Dabei wird loser Grundformstoff, dessen Partikel bereits mit chemischem Bindemittel umhüllt wurden, auf das Förderband gelegt und über eine Rakel vorgeglättet.

Eine Walze 700 verdichtet die Formstoff-Schicht 300 und erzeugt gleichzeitig die benötigte Schichthöhe. Überschüssiges Material kann dabei links und rechts des Förderbandes herunterfallen. Direkt hinter der Walze 700 wird das Endlosband aus Formstoff an den Rändern mittels Bandsägen auf die Bau raumbreite von 800 mm beschnitten. Ist die erforderliche Länge erreicht, stoppt die Förderung, und mit einer beweglichen Säge wird der Schichtkörper 300 auf Maß abgelängt. Der Prozessablauf verläuft schichtköperweise inter mittierend.

Die Schichtkörper eines Clusters werden von kleinster zu größter Schicht stärke virtuell sortiert und von geringer hin zu größter Schichtkörperdicke produziert. Schichthöhenübergänge zwischen zwei Schichten werden über lineares Verfahren in vertikaler Richtung der Walze 700 realisiert. Somit ergibt sich bei Übergang von zwei Schichtstärken/Schichtkörperhöhen ein linearer Anstieg der Dicke der Rohlinge. Die Schichtkörper härten innerhalb eines Laufmeters auf dem Förderband zu einer Festigkeit aus, so dass ein mechani sches Handling ohne Beschädigung der Schichtkörper möglich ist.

Während auf der Produktionsmaschine an der Materialeingangsseite noch Rohlingsschichten hergestellt werden, wird an der auslaufenden Seite der Maschine mit der verfahrbaren Bandsäge eine Teilung der Endlosschicht auf eine Länge von 1200 mm in einzelne Schichtkörper durchgeführt. Die keil förmigen Verbindungsstücke zwischen zwei Schichtkörpern mit unterschied lichen Schichthöhen werden ebenfalls über das verfahrbare Sägesystem abgetrennt.

Nun liegen Schichtkörper mit dem Grundmaß 1200 mm x 800 mm vor, wobei die Schichthöhen zwischen den Schichtkörpern 300 variieren. Das Förderband schiebt die Schichtkörper auf einen im rechten Winkel zum ersten Band angeordneten Rollenförderer. Die abgetrennten Schichtübergänge werden vor dem Rollenförderer seitlich ausgestoßen und in den Regenerationskreis lauf rückgeführt. Während die Schichtkörper auf dem ersten Förderband noch nach ansteigen der Schichthöhe sortiert waren, werden diese bei Ablage auf dem Rollen förderer nun direkt in der Reihenfolge ihrer individuellen Layernummer und Position in der endgültigen Gussform sortiert. Dies kann über Verschieben der bereits auf dem Rollenförderer befindlichen Schichtkörper erfolgen. Liegen also beispielsweise bereits die Schichtkörper mit den Layernummern 3 und 7 auf dem Rollenförderer, so würde Layernummer 6 direkt zwischen den beiden bereits liegenden Schichtkörpern platziert werden, und der Schichtkörper mit der Layernummer 1 würde links von Layernummer 3 platziert werden.

Die Schichtkörper liegen nun mit standardisiertem Grundmaß und in indivi dueller Höhe von links nach rechts in aufsteigender Layernummer/Lagen- nummer auf dem Rollenförderer.

Auf der linken Seite dieses Rollenförderers ist eine computergesteuerte Fräse installiert, die 2D-Geometrien ausfräsen und als zusätzlichen Freiheitsgrad auch den Fräskopf mit einem Schaftfräser 600 schwenken kann. Die Schicht körper werden nach Layernummer auf dem Frästisch positioniert, und das individuelle Ausfräsen der benötigten Hohlräume/Ausnehmungen in dem jeweils vorliegenden Schichtkörper 300 wird durchgeführt. Der freiwerdende Formstoffstaub wird direkt von oben und unten abgesaugt, und die Kanten der Schichtkörper werden über nachlaufende Ketten direkt von Grat befreit. Dadurch ist kein weiterer Reinigungsaufwand an den Schichtkörpern 300 notwendig, und diese können nach erfolgreichem Fräsdurchgang über einen Roboter mit einem pneumatischen Sauggreifer abgehoben werden. Jeweils sieben Schichtkörper werden dabei auf einer Euro-Palette als Pa ket ver schnürt und bilden eine Versandeinheit.

Der Formstoff, der beim Herstellungsprozess als Verschnitt übrigbleibt, sowie die Formstoff-Reste aus dem Herstellungsprozess der Rohlinge werden direkt wieder zerkleinert und regeneriert.

Die einundzwanzig Schichtkörper werden in Form 201 dreier Euro-Paletten an die Kundengießerei ausgeliefert, welche die Schichtkörper mit ihrem Hallen kran direkt Übereinanderstapeln und mit Gewichten versehen kann. Der anschließende Gießprozess unterscheidet sich nicht von herkömmlichen Verfahren im Sandguss.

Es folgen Aspekte der Erfindung, die jeweils für sich, aber auch gemeinsam oder einzeln oder in Gruppen zusammen mit Patentansprüchen dieser An meldung eigenständige Erfindungen darstellen können.

1. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren, gekennzeichnet dadurch, dass die Gießform aus Schichten zusammengestellt wird, die außerhalb des Raumes erzeugt und strukturiert werden, in dem sie zur Gießform zusammengestellt werden.

2. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach Aspekt 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Schichten mit einem sub- traktiven Verfahren strukturiert werden.

3. Aspekt : Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach Aspekt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Schichten senkrecht zu ihrer Ausdehnungsebene im wesentlichen hinterschneidungsfrei sind.

4. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach Aspekt 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, dass unterschiedlich dicke Schichten zur Herstellung der Gießform verwendet werden können.

5. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach Aspekt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Bearbeitung durch mechanische Bearbeitungsverfahren wie Fräsen, Bohren, Sägen, Erodieren, Ultraschallbearbeitung, Laserschneiden, Plasmaschneiden, Wasserstrahl schneiden, Stanzen, Feinschneiden erfolgt.

6. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach einem der Aspekte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Bearbei tung im noch ungebundenen Zustand durch Absaugen, Abkratzen, Fräsen oder ähnlichen Verfahren erfolgt. 7. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach einem der Aspekte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Schichten aus Metallen, Keramiken, Kunststoffen oder Naturstoffen bestehen.

8. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach einem der Aspekte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass die Schichten aus Feststoffen, Partikelmaterialien, Suspensionen, Emulsionen, Dispersionen, Schlickern, Aerosolen geformt werden.

9. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach einem der Aspekte 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass als Partikelma terial Quarzsand, Kunstsand, Mullit, Rutilsand, Chromerzsand, Kerphalite, Cerabeads, Glasbeads, keramische Partikel, keramische Pulver, Stahlpartikel, Aluminiumpartikel, Kupferpartikel, Partikel aus Kupferlegierungen, metalli sche Partikel, Kunststoffpartikel oder -granulate oder Naturstoffpartikel oder - granulate verwendet werden.

10. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach einem der Aspekte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass die Partikel zu einer Schicht mit einer Haftkraft aus chemischer Bindung, physikalischer Trocknung, magnetischer Wechselwirkung, elektrostatischer Wechselwirkung oder Gravitationseinwirkung verbunden werden.

11. Aspekt: Verfahren zur Herstellung von Artikeln durch ein Gießverfahren nach einem der Aspekte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass als Binde mittel Bindeton, Furanharzbindemittel, ColdBox-Bindemittel, wasserglas basierte Bindemittel, Phenolharz-basierte Bindemittel, PepSet-Bindemittel, Formstoff oder Kernöle, Acrylharzbinder oder andere Klebesysteme zum Einsatz kommen.

12. Aspekt: Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Aspekte 1 bis 11.

13. Aspekt: Form für ein Gussbauteil, die mit einem Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 11 hergestellt wurde. Bezugszeichen

100 Bauteil/Gussteil

200 Formhohlraum

201 Form (Oberkasten)

202 Kern

203 Tümpel und Anschnitt

204 Form (Unterkasten)

300 Schicht

400 Schicht (veränderte Schichtstärke)

401 Schicht (starke Schichtstärke)

600 Fräser

601 senkrechte Ausfräsungen

602 winkelverste II barer Fräser

603 winkelige Ausfräsung

604 Ausfräsung mit Stufungen innerhalb einer Schicht

605 Fräser für die Bearbeitung der Unterseite

700 Glättwalze

701 Schussdüse

702 geglättete Schicht

704 Presse zur Schichtverdichtung

705 Schussdüse

706 Schließplatte

707 Druckluft mit Formstoff

708 Austritt von sandfreier Luft durch Düsen

800 Grundplatte

900 Beschwerung

901 Gießtiegel

902 Schmelze

1000 Niederspanner

1100 Schichten mit abweichender Orientierung

1200 Schicht zur vertikalen Anlage

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer Gussform (201, 204), bei dem zunächst wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier, fünf, mehr als fünf o- der mehr als zehn Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401) der Guss form getrennt voneinander hergestellt und danach zur Bildung der Gussform zu einem oder mehreren Stapeln (1100) zusammengefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht körper (300, 301, 302, 400, 401) derart gebildet werden, dass nach dem Zusammensetzen zur Gussform (201, 204) mehrere Schicht körper, insbesondere jeder Schichtkörper mit Ausnahme der End- Schichtkörper eines Stapels, jeweils den mit einem Gießwerkstoff zu füllenden Hohlraum (200) der Gussform ringförmig umgeben/umgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtkörper derart gebildet werden, dass mehrere Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401), insbesondere jeder Schichtkörper mit Aus nahme der End-Schichtkörper eines Stapels (1100), jeweils wenigstens eine, den Schichtkörper vollständig durchsetzende Öffnung (311) auf weist/aufweisen, die von einer umlaufenden Schichtkörperwand (312) umgeben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtkörper beim Zusammenfügen zu einem Stapel an einem gemeinsamen Ausrichtkörper (307, 308, 1200) oder durch an jedem der Schichtkörper vorgesehene, miteinander verzahnte Erhebungen (309, 310) und Ausnehmungen ausgerichtet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtkörper beim Zusammenfügen zu einem Stapel (1100) jeweils an den aneinander angrenzenden Grenzflächen miteinander verbunden werden und entweder untereinander in Stapelrichtung (300a, 1100a) jeweils dieselbe Schichtdicke oder unterschiedliche Schichtdicken aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht körper (300, 301, 302, 400, 401) beim Zusammenfügen durch Kleben, Schweißen oder durch eine kraftschlüssige oder formschlüssige Ver bindung miteinander verbunden werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401) durch ein Extrusions verfahren, ein Walzverfahren, ein Gießverfahren, ein Kernschussver fahren oder ein additives Fertigungsverfahren hergestellt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401) als Vollkörper herge stellt werden und dass danach in mehrere Schichtkörper, insbesondere in jeden der Schichtkörper, eine diesen durchsetzende Ausnehmung (311) eingebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401) diese durchsetzen de Ausnehmungen (311) mittels eines subtraktiven, insbesondere eines spanenden Verfahrens, durch Stanzen, Laserschneiden, Wasser schneiden oder durch ein chemisches Verfahren eingebracht werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401) scheibenförmig oder als planparallele Platten ausgebildet sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich net, dass die jeweils an benachbarte Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401) angrenzenden Flächen der Schichtkörper eines Stapels koplanar sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich net, dass jeder der Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401) in der Stapelrichtung (300a, 1100a) hinterschneidungsfrei ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die

Schichtkörper (300, 301, 302, 400, 401) derart gestaltet und zu sammengefügt werden, dass in der Stapelrichtung (300a, 1100a) wenigstens eine Hinterschneidung in dem mit einem Gießwerkstoff zu füllenden Hohlraum (200) der Gussform (201, 204) vorgesehen und durch eine Grenzfläche eines Schichtkörpers gebildet ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net, dass ein Modell der Gussform (201, 204) nacheinander in ver schiedenen Stapelrichtungen (300a, 1100a) in Schichten (300, 301, 302, 400, 401) aufgeteilt wird und die Stapelrichtung mit der ge ringsten Anzahl an Hinterschneidungen ausgewählt wird und dass insbesondere danach die Schichtdicken der Schichtkörper so aufgeteilt werden, dass alle Hinterschneidungen (303, 304) an den Grenzflächen zwischen jeweils zwei Schichtkörpern liegen.

15. Gussform, bestehend aus mehreren Schichtkörpern, die nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt ist.