EP4244752A2 - Method for providing a digital printed model, and method for additively manufacturing a component - Google Patents

Method for providing a digital printed model, and method for additively manufacturing a component

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Publication number
EP4244752A2
EP4244752A2 EP21810334.9A EP21810334A EP4244752A2 EP 4244752 A2 EP4244752 A2 EP 4244752A2 EP 21810334 A EP21810334 A EP 21810334A EP 4244752 A2 EP4244752 A2 EP 4244752A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
model
deformation
component
cad model
cad
Prior art date
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Pending
Application number
EP21810334.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Shahrooz Sadeghi Borujeni
Sven Crull
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4244752A2 publication Critical patent/EP4244752A2/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10Geometric CAD
    • G06F30/17Mechanical parametric or variational design
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/27Design optimisation, verification or simulation using machine learning, e.g. artificial intelligence, neural networks, support vector machines [SVM] or training a model
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00Details relating to the application field
    • G06F2113/10Additive manufacturing, e.g. 3D printing

Definitions

  • the invention relates to a method by means of which a digital printing model is provided, by means of which a component can be produced additively. Furthermore, the invention according to patent claim 9 relates to a method for the additive manufacturing of a component.
  • additive manufacturing methods are used in particular to produce components whose geometric shape cannot be realized or can only be realized with the use of particularly great effort using conventional, for example metal-cutting, manufacturing methods. Furthermore, the additive manufacturing processes are becoming more and more profitable with increasing further development, which is why more and more additive manufacturing processes are currently finding their way into the series production of components.
  • the additive manufacturing method can be embodied, for example, as 3D printing, in particular as a binder jetting printing method.
  • a production unit is designed as a 3D printer, for example.
  • the manufacturing unit by means of which the binder jetting method is used to produce components, is configured to apply directly alternating layers of a binder and a material powder to a printing bed of the 3D printer in a printing process.
  • a first layer which is applied to the printing bed by means of the 3D printer, is a binder layer in order to prevent the object to be printed from slipping on the printing bed in an undesirable manner.
  • the material powder is, for example, a metallic powder, the material powder and the binder, which can be a liquid, being designed or selected in such a way that two adjacent material powder layers are connected to one another by means of a binder layer.
  • a first layer of material powder is applied to the print bed.
  • a binder layer is then applied to this first layer of material powder at certain points (determined by a construction plan, such as a model of the component to be printed).
  • This is followed by applying another material powder layer to the binder layer.
  • the two material powder layers are connected to one another by means of the binder layer, glued for example.
  • the first material powder layer consisting of individual powder elements is solidified by the individual powder elements being connected to one another by the application of the binder layer, since the binder penetrates into the material powder layer between the powder elements and connects the powder elements to one another.
  • the production unit is provided with the digital print model, with the production unit being designed to use the digital print model to arrange the alternating layers of binding agent or material powder on the print bed.
  • the intermediate product or green part is heat-treated, for example sintered in a sintering furnace.
  • the component is therefore produced in that the green part is heat-treated, in particular sintered.
  • deformations occur on the component resulting from the green part, in particular due to gravitation, friction of the powder elements and anisotropic material properties of the material powder and/or the binder, etc.
  • the binder loses volume and/or partially escapes from the green part/component or is expelled. In addition, porosity reductions occur.
  • the green part shrinks and/or warps non-linearly during the heat treatment, so that a final geometry of the sintered component, which was produced by sintering the green part, is deformed in relation to a target geometry of the component due to the non-linear deformations. Due to the non-linearity of the deformations, hot spots or "focal points" occur on/in the component, at which the deformations are particularly pronounced and/or the deformations cannot be compensated for.
  • a simulation of the heat treatment is known, whereby an expected shrinkage and / or Warping behavior of the green part can be determined.
  • a geometry of the digital print model is to be changed or modified in such a way that the deformations caused during the heat treatment of the green part result in the component having the final geometry that corresponds as closely as possible to the target geometry.
  • US 2017 372 480 A1 discloses a system for compensating for thermal deformation during the manufacture of an object.
  • a computing unit is designed to receive a model of the object.
  • the computing unit is also designed to extract nodes that have a position and characterize a surface of the object.
  • the processing unit is further configured to simulate the production of the object and to determine changes in the position of the nodes.
  • the computing unit is set up to compensate for the thermal deformation by applying a trained neural network by modifying the object in accordance with the position changes, said trained neural network having been trained with previous manufacturing simulations.
  • the computing unit is also designed to output a modified model of the object.
  • this conventional system is particularly complex and not very efficient in order to compensate for the thermal deformation.
  • the object of the present invention is to reduce the effort involved in additively manufacturing a component with particularly advantageous dimensional tolerances.
  • a method for providing a digital print model wherein the print model provided or that can be provided by means of the method can be used or is used for the additive manufacturing of the component.
  • the component is, for example, a metallic component that can be produced or is produced by means of an additive manufacturing method.
  • the component is in particular a component that is used in the field of machine and/or plant construction, for example as a vehicle component, as a component of a production unit for vehicles, etc.
  • the component can be used, for example, in motor vehicle construction, in particular series motor vehicle construction, or be used, for example as a tool, component, semi-finished product, etc. or as a component thereof.
  • a CAD model (CAD: computer-aided design) of the component.
  • the CAD model has a target geometry of the component, ie information or data that characterizes a shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component.
  • the target geometry corresponds to a final geometry which the finished component should have—as precisely as possible.
  • the component has the target geometry of the CAD model as the end geometry when the component has been completely manufactured.
  • the finished component and the CAD model correspond to one another.
  • this is not readily possible, particularly if heat treatment is required to produce the component. This is the case, for example, when a green part is first produced when the component is produced by means of a binder jetting printing process, and the green part is then subjected to a heat treatment in order to finish producing the component.
  • a heat treatment is simulated using the CAD model, as a result of which a digital deformation model of the component to be manufactured is generated.
  • the deformation model is thus generated or provided by, for example by means of a computer simulation, simulating the exposure of the CAD model to thermal energy occurring during the heat treatment.
  • the deformation model has a deformation geometry or a deformed geometry of the component, in particular an intermediate product or the green part, where the deformation geometry and the target or end geometry differ from one another due to deformations.
  • the deformation geometry has information or data that characterizes a shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component that the component would have if it had been manufactured using the unmodified CAD model.
  • the deformation geometry is undesirable as the target or end geometry of the component.
  • the method has a further (for example third) step S3, in which the CAD model is compared with the deformation model, as a result of which local deviation amounts between the CAD model and the deformation model are determined.
  • the respective local deviation amount is, for example, an amount of a linear measure that characterizes the local deviation as a straight distance between corresponding geometric elements (such as points, edges, surfaces, etc.) of the CAD model and the deformation model.
  • the local amount of deviation can be an amount of an angular measure that characterizes the local deviation as an angle of deviation between the mutually corresponding geometric elements of the CAD model and the deformation model.
  • the straight distance and/or the angle of deviation between the corresponding geometric elements is/are related in particular to one or more of the three spatial directions x, y, z. If the CAD model and the deformation model are each available as a networked component model - e.g. in order to examine a probable component behavior under load using an FEM analysis - the respective local deviation amount between a network node of the CAD model and a corresponding network node of the deformation model can be determined .
  • the method also includes a further (e.g. fourth) step S4, in which the CAD model and the deformation model are aligned with one another in such a way that a total deviation amount, which is formed from the local deviation amounts between the CAD model and the deformation model, becomes minimal.
  • the process of aligning the CAD model and the deformation model with one another is carried out by moving/translating the two models relative to one another or one of the two models relative to the other of the models in a translatory and/or rotary manner. In this case, local deviation amounts are determined/calculated at predetermined/predeterminable points of the models, which are then added to the total deviation amount.
  • the two models are said to be most aligned when the total variance amount, i.e.
  • the two models in question are aligned in particular by means of a so-called best-fit algorithm (best-fit: best possible adjustment).
  • best-fit best possible adjustment
  • the print model of the component to be manufactured is generated by the CAD model being changed or modified using the local deviation amounts.
  • the digital print model is therefore based on the CAD model, which was changed/modified using the local deviation amounts. If, for example, the deformation model has a smaller dimension between two points than the CAD model, the print model is created on the basis of the CAD model, with the dimension of the CAD model being extended by the amount of deviation at the corresponding points of the print model. If the deformation model between the two points has a larger size than the CAD model, the size of the CAD model is reduced by the amount of deviation at the corresponding points of the pressure model when/for creating the print model.
  • the procedure for creating the print model is analogous in order to compensate for angular deviations: If, for example, a surface or edge of the deformation model is tilted by a deviation angle against a corresponding surface or edge of the CAD model, the corresponding surface/edge is tilted when/for creating the print model of the pressure model are tilted in opposite directions by the amount of deviation angle.
  • the CAD model and the deformation model are aligned with one another with at least one condition, according to which a predetermined special geometry element of the CAD model and a special geometry element corresponding thereto of the deformation model are arranged next to one another, in particular congruently.
  • Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the special geometry elements which correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another. Consequently, the total deviation amount formed from the local deviation amounts becomes minimal when this condition is met.
  • the total amount of deviation formed while meeting the condition may be greater than the total amount of deviation that would be formed without the condition.
  • the process in which the CAD model and the Deformation model are aligned with each other while complying with the condition preferred according to the invention, since this process has a particularly advantageous ratio between effort and benefit.
  • the digital print model and consequently the finished component includes at least the specified special geometry element, which is of particular importance for the production and/or for the functionality of the component.
  • the respective special geometry element is in particular predetermined or specified in that a designer of the component identifies the special geometry elements as such when creating the corresponding CAD model and marks them as such in the CAD model, for example.
  • the respective special geometry element is, for example, a respective point, a respective (even or odd) edge, a respective corner and/or a respective (even or uneven) surface of the component or the CAD model.
  • the effort required to provide the print model is reduced, in particular the effort required to align the CAD model with the deformation model or vice versa.
  • the printing model is created or provided more efficiently in the method, as a result of which the additive manufacturing of the component can be carried out particularly easily and/or with little effort.
  • the zero deformation point When the component is actually manufactured, there is a point on/in the component at which a particularly low degree of deviation occurs during sintering or heat treatment. In particular, this point is free from deviation. So this point has zero deformation, which is why this point is called the zero deformation point.
  • the zero deformation point and a footprint over which the green part for heat treatment is placed coincide. In other words, with respect to a height of the green part, the zero deformation point is at the same height as the footprint.
  • the zero deformation point is congruent with the center of gravity of the green part in relation to a width and a length of the green part.
  • the zero deformation point lies in a contact plane of the component and is congruent with the component's center of gravity in relation to a width and a length of the component. Accordingly, the green part at the zero deformation point is not deformed or only deformed to a particularly small extent by the heat treatment. To put it simply, the green part deforms or shrinks “towards the zero deformation point” or “around the zero deformation point” as a result of sintering.
  • the zero deformation point of the CAD model and a corresponding zero deformation point of the deformation model are determined in order to align the CAD model and the deformation model in order to -Align the model and the deformation model at the zero deformation points.
  • the respective geometry special element can be the respective zero deformation point.
  • the CAD model has the special geometry element configured as the zero deformation point, with the deformation model having a special geometry element corresponding to the special geometry element, which is configured as the zero deformation point of the deformation model.
  • the zero deformation point of the CAD model and the zero deformation point of the deformation model are first ascertained or determined. Thereafter, the CAD model and the deformation model are aligned with one another, so that the zero deformation point of the CAD model and the zero deformation point of the deformation model coincide. Since a positional arrangement of the zero deformation point does not change by sintering, the zero deformation point can be regarded as a common point of the CAD model and the deformation model. Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the zero deformation points which correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another.
  • the zero deformation point of the CAD model and the zero deformation point of the deformation model must not fall apart or deviate from each other can be the or another condition that is met for aligning the CAD model and the deformation model with one another. Consequently, the condition according to which the predetermined special geometry element of the CAD model and the predetermined special geometry element of the deformation model are arranged next to one another, in particular congruently, is met if the zero deformation point of the CAD model and the zero deformation point of the deformation model are at or during the alignment of the CAD model and the deformation model coincide or remain arranged next to one another or congruently. Furthermore, the condition is met when the zero deformation points coincide due to the alignment of the CAD model and the deformation model. The condition that the zero deformation points do not fall apart or do not deviate from one another during alignment further reinforces the effect that the effort involved in providing the print model, in particular the effort involved in aligning the CAD model and the deformation model with one another, is reduced.
  • a functional element of the CAD model that characterizes a functionality of the component and a functional element of the deformation model that corresponds thereto are determined in order to match the CAD model and the deformation model align the functional elements with each other.
  • the special geometry element can alternatively or additionally be the functional element of the component.
  • the special geometry element is of particular importance for the functionality that is to be provided by the component.
  • the functional element of the component or the special geometry element is a surface, such as a surface used to form a material, positive and/or non-positive connection device, etc.
  • the functional element can also be a hole, in particular a unthreaded and/or provided with an internal thread through or blind hole, around a groove etc.
  • the functional element is designed as a material projection, which serves, for example, to form a material, form and/or force-fitting device, for example as an unthreaded and/or provided with an external thread pin or as another correspondingly designed material elevation.
  • the functional element of the CAD model and the functional element of the deformation model are thus first ascertained or determined.
  • the CAD model and the deformation model are then aligned with one another, with the functional element of the CAD model and the functional element of the deformation model coinciding.
  • Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the functional elements which correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another.
  • Another condition can be that the functional element of the CAD model and the functional element of the deformation model must not fall apart or deviate from one another. Consequently, this further condition, according to which the predetermined geometry feature of the CAD model and the predetermined Special geometry element of the deformation model are arranged next to one another, in particular congruently, if the functional element of the CAD model and the functional element of the deformation model coincide for or during the alignment of the CAD model and the deformation model or remain arranged next to one another or congruently. Furthermore, the further or second condition is met if the two functional elements coincide due to the alignment of the CAD model and the deformation model.
  • This condition can be specified as an alternative or in addition to the condition or the other conditions. Since the CAD model and the deformation model are aligned with one another under the condition that the functional elements do not fall apart or differ from one another during alignment, the provision of the print model, in particular the effort involved in aligning the CAD model and the deformation model with one another, is particularly simple or low-effort.
  • an auxiliary production element of the CAD model and a corresponding auxiliary production element of the deformation model are determined in order to align the CAD model and the deformation model with one another, in order to align the CAD model and the deformation model with one another at the auxiliary production elements.
  • the special geometry element can alternatively or additionally be the auxiliary production element of the component.
  • the special geometry element is of particular importance for the production of the component.
  • the production aid element or a multiplicity of production aid elements is provided on the green part in order to promote the production of the component.
  • the (respective) production aid element can be a support structure in order to support the green part or at least elements thereof during or after the application of the material powder and binder layers.
  • the green part can have a (for example horizontal) material projection which, due to its own mass, would break off from the green part or at least be deformed without additional support.
  • the support structure which is also called a support structure
  • such a material projection can be supported on the contact level, for example on the printing bed or a surface of a heat treatment furnace.
  • this material projection can be supported during the application of the material powder and binding agent layers and/or during the heat treatment.
  • the support structure or Support structure is removed after the heat treatment of the component, for example by means of a material-separating or cutting separation process. This means that the auxiliary printing element or the support structure is no longer important for the functionality of the finished component.
  • the desired functionalities are provided by the component when the component has been freed from the corresponding auxiliary production element.
  • Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the auxiliary production elements that correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another.
  • Another condition can be that the auxiliary production element of the CAD model and the auxiliary production element of the deformation model must not fall apart or deviate from one another. Consequently, this further condition, according to which the predetermined geometrical element of the CAD model and the predetermined geometrical element of the deformation model are arranged next to one another, in particular congruently, is met if the auxiliary production element of the CAD model and the auxiliary production element of the deformation model are used for or during the alignment of the CAD Model and the deformation model coincide or remain arranged congruently or together. Furthermore, this condition is met if the auxiliary production elements coincide due to the alignment of the CAD model and the deformation model.
  • This condition can be specified as an alternative or in addition to the condition or the other conditions.
  • step S4 takes place, in which
  • reducing the local deviation amounts at the predetermined geometry minutiae is prioritized higher than reducing the local deviation amounts away from the special geometry elements, for example on other geometry elements.
  • a respective local deviation is characterized in particular by a corresponding deviation amount.
  • a first priority is therefore assigned to reducing the local deviations occurring on the special geometry elements--for or when aligning the CAD model to the deformation model--a second priority being assigned to reducing the local deviations away from the special geometry elements.
  • the first priority is higher than the second priority. Due to such a prioritization of the alignment, it follows that the CAD model and the deformation model are aligned with each other primarily - i.e. according to the first priority - on the special geometry elements and subordinately - i.e.
  • a deviation amount that is formed from the local deviation amounts at the special geometry elements is primarily minimized by the alignment, with another deviation amount sum that is formed from the local deviation amounts at the other geometry elements is formed, is minimized subordinately when aligning.
  • a (first) permissible tolerance amount is specified for the respective local deviation amount at least between the respective predetermined special geometry element of the CAD model and the corresponding special geometry element of the deformation model.
  • a loop comprising steps S2, S3 and S4 is carried out iteratively until the respective local deviation amount at the respective predetermined special geometry element corresponds to the (first) permissible tolerance amount.
  • a first iteration model of the component is generated for this purpose before the print model is generated--for example in a step S4a--by the CAD model being changed or modified on the basis of the local deviation amounts.
  • the iteration model is fed to step S2 for a first repetition and for further repetitions of the loop.
  • the loop involves simulating the heat treatment against the iteration model, creating an iteration deformation digital model of the part to be manufactured.
  • the loop also includes comparing the CAD model with the iteration deformation model, whereby the local deviation amounts between the iteration deformation model and the CAD model are determined.
  • the loop includes aligning the iteration deformation model and the CAD model, thereby minimizing the total error amount formed from the local error amounts between the iteration deformation model and the CAD model.
  • the loop of the method also includes step S4a, in which a further iteration model of the component is generated by changing or modifying the first iteration deformation model based on the local deviation amounts. The further iteration model is then fed to step S2 of the loop for a further repetition of the loop, etc.
  • the permissible tolerance amount is specified for the entire component, that is to say over the entire CAD model.
  • the external dimensions of the component correspond to the permissible tolerance amount after its heat treatment.
  • a further or second permissible tolerance amount which is larger, is specified for the respective local deviation amount at least between one of the other geometric elements of the CAD model and the other geometric element of the deformation model that corresponds to it than the first allowable tolerance amount.
  • the second, larger amount of tolerance is allowed between the other geometry features (which are generally not geometry features herein), with the first, smaller or tighter amount of tolerance being allowed between the geometry features.
  • the effort involved in aligning the CAD model and the deformation model and, as a result, in providing the print model is again advantageously reduced.
  • the special geometry elements are of primary importance for the functionality and/or for the production of the component, a complex and particularly precise alignment of the models apart from the special geometry elements can be carried out - i.e for example on the other geometric elements - can be dispensed with in order to increase the efficiency of the process. Nevertheless, simple manufacturability and the functionalities provided by the component remain guaranteed.
  • the CAD model is generated based on an expected or .probable deformation scaled.
  • a scaled CAD model is generated before the simulative heat treatment or before the simulative sintering—for example in a step S1a.
  • the scaling takes place, in particular, translationally along one or more of the three spatial directions x, y, z.
  • a scaling factor, by which the CAD model is scaled, emerges, for example, from internal experiments, for example from previous heat treatments of at least similarly designed green parts with similar or the same parameters (temperature, duration, etc.) of the corresponding heat treatment.
  • the outlay for the method is further reduced since, due to the scaling of the CAD model, the deformations are already roughly compensated for before the heat treatment is simulated.
  • Step S1a can be part of the iteratively executable loop S10 (see above).
  • a method for additively manufacturing a component is proposed.
  • a material of the component to be manufactured is arranged according to a digital print model of the component.
  • the material is joined to form the component by means of heat treatment, in particular by means of sintering.
  • the digital print model is provided using a method designed according to the above description.
  • an intermediate product or green part of the component is produced using binder jetting 3D printing.
  • the invention also includes developments of the production method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the method according to the invention for providing the digital print model. For this reason, the corresponding developments of the manufacturing method according to the invention are not presented again here.
  • the invention also includes the combinations of features of the described embodiments.
  • FIG. 1 shows a flowchart to clarify a method for providing a digital print model, wherein a component can be produced additively using the print model;
  • FIG. 2 is a schematic view of a CAD model
  • FIG. 3 shows a schematic view of a deformation model
  • FIG. 4 is a schematic view of a process in which the CAD model and the deformation model are compared with each other;
  • FIG. 5 shows a schematic view of the comparison from FIG. 4 in a detailed view V;
  • Fig. 6 is a schematic view of the pressure model
  • FIG. 7 shows a schematic view of a process in which the CAD model and the manufactured component are compared with one another.
  • the exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention.
  • the described components of the embodiment each represent individual features of the invention to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and thus also individually or in a combination other than that shown Part of the invention are to be considered.
  • the embodiment described can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • FIG. 1 shows a flowchart to illustrate a method A for providing a digital print model 1 (see FIG. 6), it being possible for a component 2 (see FIG. 7) to be produced additively using the print model 1.
  • a method B for additively manufacturing the component 2 is illustrated by the flowchart in FIG. 1 .
  • method A is considered a part of method B. Procedures A, B are described together. Where necessary, the differences between methods A and B are discussed. If reference is only made to “a method” or “the method” (without a reference number), the associated statements apply to methods A and B considered individually or in combination.
  • an intermediate product is first produced by means of 3D printing, in particular by means of binder jetting 3D printing, using the digital printing model 1.
  • the intermediate product which can also be referred to as a green part, is produced by alternately arranging material powder layers and binder layers, with the respective binder layer being applied selectively to a respective material powder layer according to the printing model 1 .
  • the result is the intermediate product or green part, which is made up of alternating layers of material powder or binder. Accordingly, the material powder layers are bonded to one another by means of the binder. Next, powder elements of the respective material powder layer are glued together.
  • a material connection is formed directly between the material powder layers and not only indirectly, that is to say not only by means of the binder.
  • the intermediate product is heat-treated.
  • the green part is sintered, creating a direct material connection between the powder elements of the respective material powder layer and a direct material connection between the material powder layers.
  • the binder is at least partially dissolved or expelled from the intermediate product by sintering, for example by liquefaction, evaporation or sublimation. As a result, the intermediate product is deformed / deformed.
  • a component produced in this way does not correspond or does not correspond sufficiently to specifications that are specified by the target Geometry or by a CAD model 3 of the component 2 are specified. This is where procedure(s) A and/or B intervene.
  • a first step S1 of the (respective) method the digital CAD model 3 is provided, which is shown in a schematic view in FIG. 2 .
  • a designer uses suitable software or a CAD program to create the CAD model 3, which in this case has a target geometry of the component 2, i.e. information or data that indicates a desired shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component 2 characterize.
  • a heat treatment is simulated using the CAD model 3, as a result of which a digital deformation model 4 of the component 2 to be manufactured is generated, which is shown in a schematic view in FIG.
  • the deformation model 4 has a deformation geometry or a deformed geometry of the component 2, the deformation geometry and the target geometry differing from one another due to deformations.
  • the result of the simulative heat treatment are the deformations that would occur in reality on the component 2 if the intermediate product were printed using the CAD model 3 and then sintered.
  • the method has a further step S1a before step S2, in which a scaled CAD model 3a is generated.
  • a scaling factor by which the CAD model 3 is scaled emerges from internal experiments, by means of which previous heat treatments of at least similarly designed green parts were examined.
  • the scaling factor is greater than one, that is to say the scaled CAD model 3a is larger than the CAD model 3.
  • the scaling takes place, for example, translationally along one or more of the three spatial directions x, y, z.
  • a separate scaling factor is determined for each of the spatial directions x, y, z, it being possible for the respective separate scaling factor to be greater than one, smaller than one or equal to one.
  • the CAD model 3 can be scaled in the respective spatial direction x, y, z with a different scaling factor, as a result of which the scaled CAD model 3a is created.
  • the scaling or the generation of the scaled CAD model 3a includes a respective rotation about one or more of the three spatial directions x, y, z.
  • the method steps described below can be used in relation to the CAD model 3 and/or in relation to the scaled CAD model 3a. Therefore, for the following description no longer explicitly differentiates between the CAD model 3 and the scaled CAD model 3a.
  • a step S3 of the method the CAD model 3 and the deformation model 4 are compared with one another.
  • 4 shows a schematic view of a process in which the CAD model 3 and the deformation model 4 are compared with one another, as a result of which local deviations 5 between the CAD model 3 and the deformation model 4 are determined.
  • the local deviations 5 are shown schematically in the detailed view V or in FIG.
  • the respective deviation 5 has a deviation amount 6, for example a straight deviation length 7 and/or a deviation angle 8.
  • the CAD model 3 and the deformation model 4 are, for example, roughly superimposed, for example using the CAD program.
  • a further step S4 of the method follows, in which the CAD model 3 and the deformation model 4 are aligned with one another in such a way that a total deviation amount, which is formed by adding the local deviation amounts 6, becomes minimal.
  • the deformation model 4 is moved translationally and/or rotationally in relation to the CAD model 3 until the total amount of deviation has become as small as possible.
  • a best-fit algorithm is used here.
  • the two models 3, 4 are considered to be best aligned with one another when the total amount of deviation, ie a sum of all local amounts of deviation 6, is minimal. To this extent, the total amount of deviation is reduced or minimized by aligning the models 3, 4 with one another—in particular using the best-fit algorithm.
  • the alignment of the CAD model 3 and the deformation model 4 with one another takes place here with at least one condition 100, according to which a predetermined special geometry element 9 of the CAD model 3 and a corresponding special geometry element 10 of the deformation model are arranged particularly close to one another—if possible congruently.
  • Step S4 of the method is therefore carried out in such a way that the special geometry elements 9, 10 which correspond to one another remain arranged close to one another, in particular aligned with one another, with condition 100 being/is fulfilled. Consequently, the total deviation amount formed from the local deviation amounts 6 becomes minimal while complying with this condition 100.
  • the digital print model 1 and consequently the finished component 2 comprises at least the specified special geometry element 9, 10, which is of particular importance for the production and/or for the functionality of the component 2.
  • the respective special geometry element 9, 10 is specified here, for example by the designer of the component 2 identifying and marking the special geometry elements 9, 10 as such when creating the CAD model 3.
  • the respective special geometry element 9, 10 is, for example, a respective point 11, a respective (even or odd) edge 12, a respective corner 13 and/or a respective (even or uneven) surface 14 of the component 2 or .of the CAD model 3.
  • a zero deformation point 15 of the component 2 and the respective model 3, 4 is shown.
  • a particularly low degree of deviation occurs at the zero deformation point 15 during sintering or heat treatment.
  • the zero deformation point 15 is free from deviation.
  • the zero deformation point 15 is therefore at the same height as the contact plane 16 in relation to a height of the green part.
  • the zero deformation point 15 is congruent with the center of gravity of the green part in relation to a width and a length of the green part.
  • the zero deformation point 15 lies in a contact plane 16 of the component 2 and is congruent with the center of gravity of the component 2 with regard to a width and a length of the component 2. This applies to the CAD model 3 as well as for the deformation model 4. Accordingly, the zero deformation point 15 can be regarded as a common point of the component 2.
  • the condition 100 can have a further condition 101, according to which the zero deformation point 15 of the CAD model 3 and the zero deformation point 15 of the deformation model 4 must not fall apart or deviate from one another when the models 3, 4 are aligned.
  • the zero deformation point 15 can be considered as a special geometry element 9, 10. Consequently, condition 100, according to which the predetermined special geometry element 9, 10 of the CAD model 3 and the corresponding special geometry element 9, 10 of the deformation model 4 are arranged next to one another, can be condition 101. It is also conceivable that condition 101 is part of condition 100 .
  • the condition 101 is met when the zero deformation points 15 coincide due to the alignment of the CAD model 3 and the deformation model 4 .
  • condition 100 has a further condition 102 or is formed by condition 102 .
  • Condition 102 determines that when the models 3, 4 are aligned, a functional element 17 of the CAD model 3 characterizing a functionality of the component 2 and a functional element 18 of the deformation model 4 corresponding thereto are determined in order to determine the CAD model 3 and the deformation model 4 to the functional elements 17, 18 to align with each other.
  • the special geometry element 9, 10 is designed as the functional element 17, 18.
  • the special geometry element 9, 10 or the functional element 17, 18 is of particular importance for the functionality of the finished component 2.
  • the functional element 17, 18 is the surface 14.
  • the functional element 17, 18 can be a hole or other material recess 23, such as a through hole or blind hole without a thread and/or provided with an internal thread, a Groove, etc. It is also conceivable that the functional element 17, 18 is designed as a cylindrical or polyhedral material projection, for example as a threadless and/or externally threaded pin or as another correspondingly designed material elevation.
  • the functional element 17, 18 acts in the finished component 2 as a material, form and/or force-fitting element to form a material, form-fitting and/or force-fitting device, for example between the component 2 and another component, around the component 2 and to connect the other component materially, positively and/or non-positively to one another.
  • condition 102 the functional elements 17, 18 must not fall apart or deviate from one another when the models 3, 4 are aligned with one another.
  • Condition 100 according to which the predetermined special geometry element 9, 10 of the CAD model 3 and the corresponding special geometry element 9, 10 of the deformation model 4 are arranged next to one another, can be condition 102. It is also conceivable that condition 102 is part of condition 100 . Condition 102 is met when, due to the alignment of CAD model 3 and deformation model 4, functional elements 17, 18 that correspond to one another coincide.
  • a further condition 103 is provided, according to which an auxiliary production element 19 of the CAD model 3 and a corresponding auxiliary production element 20 of the deformation model 4 are determined in order to align the CAD model 3 and the deformation model 4 with one another, in order to attach the models 3, 4 to the Manufacturing auxiliary elements 19, 20 to align with each other.
  • the respective Auxiliary production element 19, 20 is produced, for example, during 3D printing of the intermediate product, in particular layered on from the same material powder as the intermediate product or component 2 itself.
  • the respective auxiliary production element 19, 20 is designed as an auxiliary printing element or as a so-called support structure, on the basis of which material projections, in particular material overhangs, can be produced by means of 3D printing.
  • these material projections or overhangs do not break off during the sintering of the green part or intermediate product and/or do not deform if the material projections or overhangs are supported by the auxiliary production elements 19, 20.
  • the production aid element 19, 20 is therefore of particular importance for the production of the component 2.
  • the special geometry element 9, 10 can be designed as the production aid element 19, 20.
  • condition 103 the auxiliary production elements 19, 20 must not fall apart or deviate from one another when the models 3, 4 are aligned.
  • Condition 100 according to which the predetermined special geometry element 9, 10 of the CAD model 3 and the corresponding special geometry element 9, 10 of the deformation model 4 are arranged next to one another, can be condition 103. It is also conceivable that condition 103 is part of condition 100 . The condition 103 is met when, due to the alignment of the models 3, 4 with one another, the auxiliary production elements 19, 20 which correspond to one another coincide.
  • the conditions 100, 101, 102, 103 are applicable individually or in any combination of one or more of the conditions 100, 101, 102, 103 simultaneously or sequentially in any order in the method to minimize a burden of step S4, in which the models 3, 4 are aligned with each other.
  • the respective condition 100, 101, 102, 103 already defining at least one respective point or at least one respective section of the two models 3, 4 to be aligned with one another, the effort for aligning the CAD model 3 with the deformation model 4 and thereby an effort to provide the print model 1.
  • the CAD model 3 and the deformation model 4 are only aligned with one another to the extent that the at least one condition 100, 101, 102, 103 is met.
  • the total amount of deviation is only minimized to the extent that the at least one condition 100, 101, 102, 103 is met.
  • reducing the deviations 5 or deviation amounts 6 in the special geometry elements 9, 10 is assigned a first, high priority.
  • a second, lower priority is assigned to reducing the local deviations 5 away from the special geometry elements 9, 10—in particular on other geometry elements 21, 22.
  • the CAD model 3 and the deformation model 4 are primarily aligned with one another—according to the first or high priority—at the special geometry elements 9 , 10 and secondarily—according to the second, low priority—at the other geometry elements 21 , 22 .
  • the other geometry elements 21, 22 are elements of the CAD model 3 that are of very little, in particular no, importance for the manufacture and for the functionality of the component 2.
  • a deviation amount sum, which is formed from the local deviation amounts 6 on the special geometry elements 9, 10, is primarily minimized or reduced by the alignment, with another deviation amount sum, which is formed from the local deviation amounts 6 on the other geometry elements 21, 22, when Align is minimized or reduced subordinate.
  • a first permissible tolerance amount is specified for the respective amount of deviation 6 at least between the respective special geometry element 9 of the CAD model 3 and the corresponding special geometry element 10 of the deformation model 4 .
  • a second permissible tolerance amount is specified for the respective local deviation amount 6 between the other geometric elements 21 of the CAD model 3 and the corresponding other geometric element 22 of the deformation model 4 .
  • the second allowable tolerance amount is greater than the first allowable tolerance amount. Consequently, when aligning the models 3, 4, a higher tolerance is permitted on the other geometric elements 21, 22 than on the special geometry elements 9, 10 others due to the different allowable tolerance amounts.
  • the method has a loop S10, which includes at least steps S2, S3 and S4.
  • Loop S10 is repeated at least once, that is to say it is run through at least once more after it has been run through for the first time, with step S2, for example, following step S4 for repeating steps S2, S3, S4.
  • the loop S10 is carried out iteratively until the respective deviation amount 6 at the special geometry elements 9, 10 corresponds to the first permissible tolerance amount.
  • the method has a step S4a before the generation of the pressure model 1, in which, after step S4 has been run through for the first time, a first iteration model of the component 2 is generated by the CAD model 3 being changed or modified using the deviation amounts 6 .
  • loop S10 has steps S1a, S2, S3, S4 and S4a, step S1a following step S4a for repeating steps S1a, S2, S3, S4 and S4a.
  • step S4a the first iteration model generated in step S4a is fed to step S1a of loop S10, in which the first iteration model is optionally scaled to form a scaled first iteration model.
  • the first (possibly scaled) iteration model is then provided to step S2 of loop S10, in which the first iteration model is heat-treated or sintered in a simulative manner.
  • a first iteration deformation model is thereby generated, which is compared with the CAD model 3 in step S3 of the loop S10 and the deviation amounts between the CAD model 3 and the iteration deformation model are determined.
  • step S4 of loop S10 the iteration deformation model and the CAD model 3 are aligned with one another, with the total deviation amount formed from the deviation amounts 6 between the iteration deformation model and the CAD model 3 becoming minimal. In this case, one or more of the conditions 100, 101, 102, 103 are met.
  • Loop S10 also includes step S4a, in which a second iteration model is created for a second repetition of loop S10 by changing or modifying the first iteration deformation model using local deviation amounts 6 . The second iteration model is then fed to step S1a of the loop for one more iteration of the loop.
  • step S10 For the iterative execution of loop S10, this includes--for example as a sub-step of step S4a--a test in which the respective amount of deviation 6 at the special geometry elements 9, 10 is checked for compliance with the first permissible tolerance amount.
  • the test includes checking the respective amount of deviation 6 away from the special geometry elements 9, 10—ie, for example, on the other geometric elements 21, 22—for compliance with the second permissible tolerance amount. If the check establishes that at least the first tolerance amount is complied with, loop S10 is terminated and the method, for example after step S4, is continued with a further step S5. In step S5 of the method, the print model 1 of the component 2 to be manufactured is now generated.
  • the CAD model 3 is changed or modified using the local deviation amounts 6 .
  • the digital print model 1 is therefore based on the CAD model 3 , which was changed/modified using the deviation amounts 6 that occurred between the CAD model 3 and the deformation model 4 . If loop S10 was run through or executed at least once before step S5, digital print model 1 is based on CAD model 3, which was changed/modified using deviation amounts 6 that occurred between CAD model 3 and the iteration deformation model.
  • Fig. 6 shows a schematic view of the print model 1, which is deformed compared to the CAD model 3 and compared to the deformation model 4 in such a way that when the intermediate product that has been produced according to the print model 1 is sintered, the intermediate product or green part deformed so that the shape of the component 2 is formed.
  • Method B differs from method A in a step S6, in which the digital print model 1 is provided to a production unit, in particular a binder jetting 3D printer. The intermediate product or green part of the component 2 is then actually produced by means of the 3D printer and using the print model 1 .
  • Step S6 also includes the (real) sintering of the green part, as a result of which the component 2 is produced.
  • FIG. 7 shows a process, for example a quality assurance process, in a schematic view, in which the CAD model 3 and the manufactured component 2 are compared with one another.
  • the component 3 is checked, for example measured, to what extent the actually produced component 2 corresponds to the shape stored in the CAD model 3 .
  • the component 2 follows the CAD model 3 particularly precisely at the special geometry elements 9, that is to say has particularly small tolerances.
  • the component 2 follows the CAD model 3 less precisely on the other geometric elements 21, since a larger tolerance was allowed on the other geometric elements 21 than on the special geometric elements 9.
  • the invention shows how particularly efficiently and precisely a deformation occurring on important elements of the component 2 as a result of a heat treatment is compensated for.
  • the method focuses on the compensation of special geometric elements of the component 2, namely the special geometric elements 9, 10.
  • method A, B has been described here in connection with an additive manufacturing method, it should be understood that method A, B can also be used for other manufacturing methods in which heat is introduced into the corresponding component or into a corresponding intermediate product, such as when welding.
  • the invention is based on the idea of not specifying a particularly complex and precise tolerance at points on the component 2 that are unimportant for the production and the functionality of the component 2 . Instead, a distinction is made between the (important) special geometric elements 9, 10 and the (less important or unimportant) other geometric elements 21, 22 in the design and/or production of the component 2. A particularly narrow tolerance range is then specified only for the important special geometry elements 9, 10, while larger tolerances are permitted for the other unimportant geometric elements 21, 22.

Abstract

The invention relates to a method (A) for providing a digital printed model (1) and an additive manufacturing method (B) for a component (2), wherein a CAD model (3) of the component (2) is provided; a thermal treatment is simulated, as a result of which a digital deformation model (4) of the component (2) is produced; the CAD model (3) is compared with the deformation model (3), as a result of which local deviation amounts (6) between the models (3, 4) are determined; the models (3, 4) are aligned with each other in such a way that a total deviation amount formed from the deviation amounts (6) becomes minimal; and the printed model (1) is produced by modifying the CAD model (3) on the basis of the deviation amounts (6). According to the invention, the models (3, 4) are aligned with each other according to a condition (100, 101, 102, 103) according to which special geometric elements (9, 10) of the component (2) that correspond to one another are arranged in such a way that the total deviation amount formed from the deviation amounts (6) becomes minimal while satisfying this condition (100, 101, 102, 103).

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells sowie Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils Method for providing a digital print model and method for additively manufacturing a component
Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Verfahren, mittels dessen ein digitales Druckmodell bereitgestellt wird, anhand dessen ein Bauteil additiv herstellbar ist. Weiter betrifft die Erfindung gemäß Patentanspruch 9 ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils. According to patent claim 1, the invention relates to a method by means of which a digital printing model is provided, by means of which a component can be produced additively. Furthermore, the invention according to patent claim 9 relates to a method for the additive manufacturing of a component.
Heutzutage werden additive Fertigungsverfahren insbesondere eingesetzt, um Bauteile herzustellen, deren geometrische Gestalt nicht oder nur unter Einsatz besonders großen Aufwands mittels herkömmlicher, zum Beispiel spanabhebender Fertigungsmethoden realisierbar sind. Des Weiteren werden die additiven Fertigungsverfahren mit zunehmender Weiterentwicklung immer rentabler, weswegen derzeit immer mehr additive Fertigungsverfahren Einzug in eine Serienproduktion von Bauteilen finden. Nowadays, additive manufacturing methods are used in particular to produce components whose geometric shape cannot be realized or can only be realized with the use of particularly great effort using conventional, for example metal-cutting, manufacturing methods. Furthermore, the additive manufacturing processes are becoming more and more profitable with increasing further development, which is why more and more additive manufacturing processes are currently finding their way into the series production of components.
Das additive Fertigungsverfahren kann beispielsweise als ein 3D-Drucken ausgebildet sein, insbesondere als ein Binder-Jetting-Druckverfahren. Dementsprechend ist eine Fertigungseinheit zum Beispiel als ein 3D-Drucker ausgebildet. Die Fertigungseinheit, mittels derer das Binder-Jetting-Verfahren zum Herstellen von Bauteilen eingesetzt wird, ist dazu konfiguriert, in einem Druckprozess sich direkt abwechselnden Schichten eines Bindemittels und eines Materialpulvers auf ein Druckbett des 3D-Druckers aufzuschichten. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine erste Schicht, die mittels des 3D-Druckers auf das Druckbett aufgetragen wird, eine Bindemittelschicht ist, um ein unerwünschtes Verrutschen des zu druckenden Gegenstands auf dem Druckbett zu vermeiden. Das Materialpulver ist zum Beispiel ein metallisches Pulver, wobei das Materialpulver und das Bindemittel, bei welchem es sich um eine Flüssigkeit handeln kann, derart ausgebildet oder gewählt sind, dass mittels einer Bindemittelschicht zwei zueinander benachbarte Materialpulverschichten miteinander verbunden sind. Das bedeutet, dass beim Binder-Jetting-3D-Drucken eine erste Materialpulverschicht auf das Druckbett aufgetragen wird. Auf diese erste Materialpulverschicht wird dann an bestimmten Stellen (bestimmt durch einen Bauplan, etwa ein Modell des zu druckenden Bauteils) eine Bindemittelschicht aufgetragen. Darauf folgt ein Aufträgen einer weiteren Materialpulverschicht auf die Bindemittelschicht. So werden die beiden Materialpulverschichten zum einen mittels der Bindemittelschicht miteinander verbunden, beispielsweise verklebt. Zum anderen wird die aus einzelnen Pulverelementen bestehende erste Materialpulverschicht verfestigt, indem die einzelnen Pulverelemente durch das Aufträgen der Bindemittelschicht miteinander verbunden werden, da das Bindemittel in die Materialpulverschicht zwischen die Pulverelemente eindringt und die Pulverelemente miteinander verbindet. The additive manufacturing method can be embodied, for example, as 3D printing, in particular as a binder jetting printing method. Accordingly, a production unit is designed as a 3D printer, for example. The manufacturing unit, by means of which the binder jetting method is used to produce components, is configured to apply directly alternating layers of a binder and a material powder to a printing bed of the 3D printer in a printing process. In this case, it can be provided, for example, that a first layer, which is applied to the printing bed by means of the 3D printer, is a binder layer in order to prevent the object to be printed from slipping on the printing bed in an undesirable manner. The material powder is, for example, a metallic powder, the material powder and the binder, which can be a liquid, being designed or selected in such a way that two adjacent material powder layers are connected to one another by means of a binder layer. This means that in binder jet 3D printing, a first layer of material powder is applied to the print bed. A binder layer is then applied to this first layer of material powder at certain points (determined by a construction plan, such as a model of the component to be printed). This is followed by applying another material powder layer to the binder layer. The two material powder layers are connected to one another by means of the binder layer, glued for example. On the other hand, the first material powder layer consisting of individual powder elements is solidified by the individual powder elements being connected to one another by the application of the binder layer, since the binder penetrates into the material powder layer between the powder elements and connects the powder elements to one another.
Durch ein derartiges Drucken bzw. Herstellen „wächst“ mit steigender Anzahl der Schichten ein Zwischenerzeugnis - ein sogenanntes Grünteil - entlang einer zum Beispiel vertikalen Druckachse, wobei ein digitales Druckmodell eine Geometrie des Zwischenerzeugnisses bzw. Grünteils umfasst und insbesondere die Stellen, auf die das Bindemittel aufgetragen wird, charakterisiert. Mit anderen Worten wird der Fertigungseinheit das digitale Druckmodell bereitgestellt, wobei die Fertigungseinheit dazu ausgebildet ist, anhand des digitalen Druckmodells die abwechselnden Schichten aus Bindemittel bzw. Materialpulver auf dem Druckbett anzuordnen. As a result of such printing or production, an intermediate product - a so-called green part - "grows" with an increasing number of layers along a vertical printing axis, for example, with a digital print model including a geometry of the intermediate product or green part and in particular the points on which the binder is applied, characterized. In other words, the production unit is provided with the digital print model, with the production unit being designed to use the digital print model to arrange the alternating layers of binding agent or material powder on the print bed.
Um die mechanische Eigenschaften (etwa eine Festigkeit etc.) des Zwischenerzeugnisses bzw. Grünteils zu verbessern und das entsprechende Bauteil herzustellen, wird das Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil wärmebehandelt, etwa in einem Sinterofen gesintert. Es wird also das Bauteil hergestellt, indem das Grünteil wärmebehandelt, insbesondere gesintert wird. Beim Wärmebehandeln bzw. Sintern entstehen - insbesondere aufgrund von Gravitation, Reibung der Pulverelemente und anisotropen Materialeigenschaften des Materialpulvers und/oder des Bindemittels etc. - Deformationen an dem aus dem Grünteil entstehenden Bauteil. Weiter verliert beim Wärmebehandeln bzw. Sintern das Bindemittel an Volumen und/oder tritt teilweise aus dem Grünteil/Bauteil aus oder wird ausgetrieben. Überdies treten Porositätsreduzierung auf. Aufgrund dessen schrumpft und/oder verzieht sich das Grünteil beim Wärmebehandeln nichtlinear, sodass eine End-Geometrie des gesinterten Bauteils, das mittels des Sinterns des Grünteils hergestellt wurde, in Bezug zu einer Soll-Geometrie des Bauteils aufgrund der nichtlinearen Deformationen verformt ist. Durch die Nichtlinearität der Deformationen kommt es an/in dem Bauteil zu Hot-Spots bzw. „Brennpunkten“, an welchen die Deformationen besonders stark ausgeprägt sind und/oder die Deformationen nicht kompensierbar sind. In order to improve the mechanical properties (such as strength, etc.) of the intermediate product or green part and to produce the corresponding component, the intermediate product or green part is heat-treated, for example sintered in a sintering furnace. The component is therefore produced in that the green part is heat-treated, in particular sintered. During the heat treatment or sintering, deformations occur on the component resulting from the green part, in particular due to gravitation, friction of the powder elements and anisotropic material properties of the material powder and/or the binder, etc. Furthermore, during heat treatment or sintering, the binder loses volume and/or partially escapes from the green part/component or is expelled. In addition, porosity reductions occur. Because of this, the green part shrinks and/or warps non-linearly during the heat treatment, so that a final geometry of the sintered component, which was produced by sintering the green part, is deformed in relation to a target geometry of the component due to the non-linear deformations. Due to the non-linearity of the deformations, hot spots or "focal points" occur on/in the component, at which the deformations are particularly pronounced and/or the deformations cannot be compensated for.
Demnach besteht für das additive Herstellen des Bauteils der Bedarf, die durch das Wärmebehandeln auftretenden Deformationen bereits beim Druckprozess zu berücksichtigen und zumindest teilweise zu kompensieren. Hierfür ist zum Beispiel ein Simulieren der Wärmebehandlung bekannt, wodurch ein voraussichtliches Schrumpf- und/oder Verzugsverhalten des Grünteils ermittelbar ist. Auf Basis von entsprechenden Simulationsergebnissen soll eine Geometrie des digitalen Druckmodells derart verändert oder modifiziert werden, dass durch die beim Wärmebehandeln des Grünteils verursachten Deformationen das Bauteil mit der End-Geometrie erreicht wird, die der Soll-Geometrie möglichst genau entspricht. Accordingly, for the additive manufacturing of the component, there is a need to take into account and at least partially compensate for the deformations that occur as a result of the heat treatment during the printing process. For this purpose, for example, a simulation of the heat treatment is known, whereby an expected shrinkage and / or Warping behavior of the green part can be determined. On the basis of corresponding simulation results, a geometry of the digital print model is to be changed or modified in such a way that the deformations caused during the heat treatment of the green part result in the component having the final geometry that corresponds as closely as possible to the target geometry.
Jedoch ist ein derartiges Simulieren des Wärmebehandelns besonders aufwändig, da die nichtlinearen Deformationen besonders schwierig effizient kompensierbar sind. Denn an/in dem Bauteil treten in einigen Bereichen des Bauteils die nichtlinearen Deformationen auf, wodurch Abweichungen zwischen der End-Geometrie und der Soll-Geometrie nur besonders schwierig zu berechnen bzw. zu kompensieren sind. However, such a simulation of the heat treatment is particularly complex, since the non-linear deformations are particularly difficult to efficiently compensate. This is because the non-linear deformations occur on/in the component in some areas of the component, as a result of which deviations between the final geometry and the target geometry are particularly difficult to calculate or to compensate for.
Aus der US 2017 372 480 A1 ist ein System zum Kompensieren eines thermischen Deformierens während eines Herstellens eines Objekts als bekannt zu entnehmen. Hierbei ist eine Recheneinheit dazu ausgebildet, ein Modell des Objekts zu empfangen. Weiter ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, Knoten zu extrahieren, welche eine Position haben und eine Oberfläche des Objekts charakterisieren. Die Recheneinheit ist weiter dazu konfiguriert, das Herstellen des Objekts zu simulieren und Positionsänderungen der Knoten zu bestimmen. Darüber hinaus ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, durch ein Anwenden eines trainierten neuronalen Netzwerks das thermische Deformieren zu kompensieren, indem das Objekt in Übereinstimmung mit den Positionsänderungen modifiziert wird, wobei besagtes trainiertes neuronales Netzwerk mit vorangegangenen Herstellungssimulationen trainiert wurde. Die Recheneinheit ist darüber hinaus dazu ausgebildet, ein modifiziertes Modell des Objekts auszugeben. US 2017 372 480 A1 discloses a system for compensating for thermal deformation during the manufacture of an object. In this case, a computing unit is designed to receive a model of the object. The computing unit is also designed to extract nodes that have a position and characterize a surface of the object. The processing unit is further configured to simulate the production of the object and to determine changes in the position of the nodes. Furthermore, the computing unit is set up to compensate for the thermal deformation by applying a trained neural network by modifying the object in accordance with the position changes, said trained neural network having been trained with previous manufacturing simulations. The computing unit is also designed to output a modified model of the object.
Insbesondere aufgrund des Einsatzes des neuronalen Netzwerks und des Trainingsbedarfs desselben ist dieses herkömmliche System besonders aufwändig und nur wenig effizient, um das thermische Deformieren zu kompensieren. In particular due to the use of the neural network and the need for training thereof, this conventional system is particularly complex and not very efficient in order to compensate for the thermal deformation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Aufwand zum additiven Herstellen eines Bauteils mit besonders vorteilhaften Maßtoleranzen zu verringern. The object of the present invention is to reduce the effort involved in additively manufacturing a component with particularly advantageous dimensional tolerances.
Diese Aufgabe wird durch ein gemäß Patentanspruch 1 ausgebildetes Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells, anhand dessen ein Bauteil additiv herstellbar ist, gelöst. Ferner wird diese Aufgabe durch ein gemäß Patentanspruch 9 ausgebildetes Verfahren zum additiven Herstellen des Bauteils gelöst. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen des digitalen Druckmodells sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zum additiven Herstellen des Bauteils anzusehen und umgekehrt. This object is achieved by a method designed according to patent claim 1 for providing a digital printing model, based on which a component can be produced additively. Furthermore, this object is achieved by a method designed according to patent claim 9 for additively manufacturing the component. Features, Benefits and Beneficial Configurations of the method according to the invention for providing the digital print model are to be regarded as features, advantages and advantageous configurations of the method for additively manufacturing the component and vice versa.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells vorgeschlagen, wobei das mittels des Verfahrens bereitgestellte bzw. bereitstellbare Druckmodell zum additiven Herstellen des Bauteils einsetzbar ist oder eingesetzt wird. Bei dem Bauteil handelt es sich beispielsweise um ein metallisches Bauteil, das mittels eines additiven Herstellungsverfahrens herstellbar ist oder hergestellt wird. Bei dem Bauteil handelt es sich insbesondere um ein Bauteil, das im Bereich Maschinen- und/oder Anlagenbau eingesetzt wird, etwa als ein Fahrzeugbauteil, als ein Bauteil einer Fertigungseinheit für Fahrzeuge etc. Das Bauteil kann zum Beispiel im Kraftfahrzeugbau, insbesondere Serienkraftfahrzeugbau, eingesetzt oder angewendet werden, etwa als Werkzeug, Bauelement, Halbzeug etc. oder als Komponente davon. According to a first aspect of the invention, a method for providing a digital print model is proposed, wherein the print model provided or that can be provided by means of the method can be used or is used for the additive manufacturing of the component. The component is, for example, a metallic component that can be produced or is produced by means of an additive manufacturing method. The component is in particular a component that is used in the field of machine and/or plant construction, for example as a vehicle component, as a component of a production unit for vehicles, etc. The component can be used, for example, in motor vehicle construction, in particular series motor vehicle construction, or be used, for example as a tool, component, semi-finished product, etc. or as a component thereof.
In einem (beispielsweise ersten) Schritt S1 des Verfahrens wird ein CAD-Modell (CAD: computer-aided design - rechnerunterstütztes Konstruieren) des Bauteils bereitgestellt. Das CAD-Modell weist hierbei eine Soll-Geometrie des Bauteils auf, das heißt Informationen bzw. Daten, die eine Gestalt sowie Abmessungen oder relative Abmessungsverhältnisse des Bauteils charakterisieren. Die Soll-Geometrie entspricht einer End-Geometrie, welche das fertig hergestellte Bauteil - möglichst genau - aufweisen soll. Idealerweise weist das Bauteil also als End-Geometrie die Soll-Geometrie des CAD-Modells auf, wenn das Bauteil fertig hergestellt wurde. Anders ausgedrückt ist vorgesehen, dass das fertig hergestellte Bauteil und das CAD- Modell einander entsprechen. Dies ist jedoch - wie eingangs dargelegt - nicht ohne Weiteres möglich, insbesondere wenn zum Herstellen des Bauteils eine Wärmebehandlung erforderlich ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn beim Herstellen des Bauteils mittels eines Binder- Jetting-Druckverfahrens zunächst ein Grünteil hergestellt wird, und das Grünteil anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um das Bauteil fertig herzustellen. In a (for example first) step S1 of the method, a CAD model (CAD: computer-aided design) of the component is provided. In this case, the CAD model has a target geometry of the component, ie information or data that characterizes a shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component. The target geometry corresponds to a final geometry which the finished component should have—as precisely as possible. Ideally, the component has the target geometry of the CAD model as the end geometry when the component has been completely manufactured. In other words, it is provided that the finished component and the CAD model correspond to one another. However, as explained at the outset, this is not readily possible, particularly if heat treatment is required to produce the component. This is the case, for example, when a green part is first produced when the component is produced by means of a binder jetting printing process, and the green part is then subjected to a heat treatment in order to finish producing the component.
In einem weiteren (beispielsweise zweiten) Schritt S2 des Verfahrens wird eine Wärmebehandlung anhand des CAD-Modells simuliert, wodurch ein digitales Deformationsmodell des zu fertigenden Bauteils erzeugt wird. Das Deformationsmodell wird also erzeugt bzw. bereitgestellt, indem, beispielsweise mittels einer Computersimulation, das CAD-Modell simulativ einer beim Wärmebehandeln auftretenden Wärmeenergie ausgesetzt wird. Das Deformationsmodell weist eine Deformationsgeometrie bzw. eine deformierte Geometrie des Bauteils, insbesondere eines Zwischenerzeugnisses bzw. des Grünteils, auf, wobei sich die Deformationsgeometrie und die Soll- bzw. End-Geometrie aufgrund von Deformationen voneinander unterscheiden. Insofern weist die Deformationsgeometrie Informationen bzw. Daten auf, die eine Gestalt sowie Abmessungen oder relative Abmessungsverhältnisse des Bauteils charakterisieren, die das Bauteil hätte, wenn es anhand des unveränderten CAD-Modells gefertigt worden wäre. Die Deformationsgeometrie ist als Soll- bzw. End Geometrie des Bauteils aber unerwünscht. In a further (for example second) step S2 of the method, a heat treatment is simulated using the CAD model, as a result of which a digital deformation model of the component to be manufactured is generated. The deformation model is thus generated or provided by, for example by means of a computer simulation, simulating the exposure of the CAD model to thermal energy occurring during the heat treatment. The deformation model has a deformation geometry or a deformed geometry of the component, in particular an intermediate product or the green part, where the deformation geometry and the target or end geometry differ from one another due to deformations. In this respect, the deformation geometry has information or data that characterizes a shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component that the component would have if it had been manufactured using the unmodified CAD model. However, the deformation geometry is undesirable as the target or end geometry of the component.
Das Verfahren weist einen weiteren (beispielsweise dritten) Schritt S3 auf, in welchem das CAD-Modell mit dem Deformationsmodell verglichen wird, wodurch lokale Abweichungsbeträge zwischen dem CAD-Modell und dem Deformationsmodell ermittelt werden. Bei dem jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag handelt es sich zum Beispiel um einen Betrag eines Längenmaßes, welches die lokale Abweichung als gerade Entfernung zwischen miteinander korrespondierenden Geometrieelementen (etwa Punkten, Kanten, Flächen etc.) des CAD- Modells und des Deformationsmodells charakterisiert. Ferner kann es sich bei dem lokalen Abweichungsbetrag um einen Betrag eines Winkelmaßes handeln, welches die lokale Abweichung als Abweichungswinkel zwischen den miteinander korrespondierenden Geometrieelementen des CAD-Modells und des Deformationsmodells charakterisiert. Hierbei werden/wird die gerade Entfernung und/oder der Abweichungswinkel zwischen den entsprechenden Geometrieelementen insbesondere auf eine oder mehr der drei Raumrichtungen x, y, z bezogen. Liegen das CAD-Modell und das Deformationsmodell jeweils als vernetztes Bauteilmodell vor - etwa um ein voraussichtliches Bauteilverhalten unter Belastung mittels einer FEM-Analyse zu untersuchen -, kann der jeweilige lokale Abweichungsbetrag zwischen einem Netzknoten des CAD-Modells und einem korrespondierenden Netzknoten des Deformationsmodells ermittelt werden. The method has a further (for example third) step S3, in which the CAD model is compared with the deformation model, as a result of which local deviation amounts between the CAD model and the deformation model are determined. The respective local deviation amount is, for example, an amount of a linear measure that characterizes the local deviation as a straight distance between corresponding geometric elements (such as points, edges, surfaces, etc.) of the CAD model and the deformation model. Furthermore, the local amount of deviation can be an amount of an angular measure that characterizes the local deviation as an angle of deviation between the mutually corresponding geometric elements of the CAD model and the deformation model. In this case, the straight distance and/or the angle of deviation between the corresponding geometric elements is/are related in particular to one or more of the three spatial directions x, y, z. If the CAD model and the deformation model are each available as a networked component model - e.g. in order to examine a probable component behavior under load using an FEM analysis - the respective local deviation amount between a network node of the CAD model and a corresponding network node of the deformation model can be determined .
Ferner umfasst das Verfahren einen weiteren (beispielsweise vierten) Schritt S4, wobei das CAD-Modell und das Deformationsmodell derart aneinander ausgerichtet werden, dass ein Gesamtabweichungsbetrag minimal wird, welcher aus den lokalen Abweichungsbeträgen zwischen dem CAD-Modell und dem Deformationsmodell gebildet wird. Der Vorgang, um das CAD-Modell und das Deformationsmodell aneinander auszurichten, erfolgt, indem die beiden Modelle relativ zueinander oder eines der beiden Modelle in Bezug zu dem anderen der Modelle translatorisch und/oder rotatorisch bewegt/verschoben werden. Hierbei werden an vorgegebenen/vorgebbaren Stellen der Modelle lokale Abweichungsbeträge bestimmt/berechnet, welche dann zu dem Gesamtabweichungsbetrag addiert werden. Die beiden Modelle gelten als am besten aneinander ausgerichtet, wenn der Gesamtabweichungsbetrag, das heißt eine Summe aus allen lokalen Abweichungsbeträgen, minimal geworden ist. Dementsprechend erfolgt das Ausrichten der beiden betreffenden Modelle insbesondere mittels eines sogenannten Best-Fit-Algorithmus (Best-Fit: bestmögliche Anpassung). Das Ausrichten wird ohne ein reales Herstellen der beteiligten Modelle durchgeführt, zum Beispiel simulativ. The method also includes a further (e.g. fourth) step S4, in which the CAD model and the deformation model are aligned with one another in such a way that a total deviation amount, which is formed from the local deviation amounts between the CAD model and the deformation model, becomes minimal. The process of aligning the CAD model and the deformation model with one another is carried out by moving/translating the two models relative to one another or one of the two models relative to the other of the models in a translatory and/or rotary manner. In this case, local deviation amounts are determined/calculated at predetermined/predeterminable points of the models, which are then added to the total deviation amount. The two models are said to be most aligned when the total variance amount, i.e. a sum of all local variance amounts, has become minimal. Accordingly, the two models in question are aligned in particular by means of a so-called best-fit algorithm (best-fit: best possible adjustment). The alignment is carried out without actually producing the models involved, for example in a simulative manner.
In einem weiteren (beispielsweise fünften) Schritt S5 des Verfahrens wird das Druckmodell des zu fertigenden Bauteils erzeugt, indem das CAD-Modell anhand der lokalen Abweichungsbeträge verändert oder modifiziert wird. Das digitale Druckmodell basiert also auf dem CAD-Modell, welches anhand der lokalen Abweichungsbeträge verändert/modifiziert wurde. Weist das Deformationsmodell zwischen zwei Punkten beispielsweise ein kleineres Maß auf als das CAD-Modell, wird auf Basis des CAD-Modells das Druckmodell erstellt, wobei an den korrespondierenden Punkten des Druckmodells das Maß des CAD-Modells um den Abweichungsbetrag verlängert wird. Sollte das Deformationsmodell zwischen den zwei Punkten ein größeres Maß aufweisen als das CAD-Modell, wird beim/zum Erstellen des Druckmodells an den korrespondierenden Punkten des Druckmodells das Maß des CAD-Modells um den Abweichungsbetrag verkürzt. In analoger Weise wird beim Erstellen des Druckmodells vorgegangen, um Winkelabweichungen zu kompensieren: Ist beispielsweise eine Fläche oder Kante des Deformationsmodells gegen eine korrespondierende Fläche oder Kante des CAD- Modells um einen Abweichungswinkel gekippt, wird beim/zum Erstellen des Druckmodells die korrespondierende Fläche/Kante des Druckmodells um den Abweichungswinkelbetrag gegenläufig gekippt. In a further (for example fifth) step S5 of the method, the print model of the component to be manufactured is generated by the CAD model being changed or modified using the local deviation amounts. The digital print model is therefore based on the CAD model, which was changed/modified using the local deviation amounts. If, for example, the deformation model has a smaller dimension between two points than the CAD model, the print model is created on the basis of the CAD model, with the dimension of the CAD model being extended by the amount of deviation at the corresponding points of the print model. If the deformation model between the two points has a larger size than the CAD model, the size of the CAD model is reduced by the amount of deviation at the corresponding points of the pressure model when/for creating the print model. The procedure for creating the print model is analogous in order to compensate for angular deviations: If, for example, a surface or edge of the deformation model is tilted by a deviation angle against a corresponding surface or edge of the CAD model, the corresponding surface/edge is tilted when/for creating the print model of the pressure model are tilted in opposite directions by the amount of deviation angle.
Um nun einen Aufwand zum additiven Herstellen des Bauteils mit besonders vorteilhaften Maßtoleranzen zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells mit wenigstens einer Bedingung erfolgt, gemäß welcher ein vorbestimmtes Geometriespezialelement des CAD-Modells und ein damit korrespondierendes Geometriespezialelement des Deformationsmodells aneinander, insbesondere deckungsgleich, angeordnet werden. Der Schritt S4 des Verfahrens wird also unter der Prämisse ausgeführt, dass die miteinander korrespondierenden Geometriespezialelemente aneinander angeordnet, insbesondere aneinander ausgerichtet, bleiben. Folglich wird der aus den lokalen Abweichungsbeträgen gebildete Gesamtabweichungsbetrag unter Einhaltung dieser Bedingung minimal. In order to reduce the effort involved in additively manufacturing the component with particularly advantageous dimensional tolerances, it is provided according to the invention that the CAD model and the deformation model are aligned with one another with at least one condition, according to which a predetermined special geometry element of the CAD model and a special geometry element corresponding thereto of the deformation model are arranged next to one another, in particular congruently. Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the special geometry elements which correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another. Consequently, the total deviation amount formed from the local deviation amounts becomes minimal when this condition is met.
Es ist zu verstehen, dass der Gesamtabweichungsbetrag, der unter Einhalten der Bedingung gebildet wird, größer sein kann, als der Gesamtabweichungsbetrag, der ohne die Bedingung gebildet werden würde. Dennoch wird der Vorgang, bei welchem das CAD-Modell und das Deformationsmodell unter Einhalten der Bedingung aneinander ausgerichtet werden, gemäß der Erfindung bevorzugt, da so dieser Vorgang ein besonders vorteilhaftes Verhältnis zwischen Aufwand und Nutzen aufweist. It is to be understood that the total amount of deviation formed while meeting the condition may be greater than the total amount of deviation that would be formed without the condition. However, the process in which the CAD model and the Deformation model are aligned with each other while complying with the condition, preferred according to the invention, since this process has a particularly advantageous ratio between effort and benefit.
Das digitale Druckmodell und folglich das fertig hergestellte Bauteil umfasst zumindest das vorgegebene Geometriespezialelement, welches für das Herstellen und/oder für die Funktionalität des Bauteils von besonderer Bedeutung ist. Hierbei wird das jeweilige Geometriespezialelement insbesondere vorbestimmt oder vorgegeben, indem ein Konstrukteur des Bauteils beim Erstellen des entsprechenden CAD-Modells die Geometriespezialelemente als solche identifiziert und zum Beispiel im CAD-Modell als solche markiert. Bei dem jeweiligen Geometriespezialelement handelt es sich beispielsweise um einen jeweiligen Punkt, um eine jeweilige (gerade oder ungerade) Kante, um eine jeweilige Ecke und/oder um eine jeweilige (ebene oder unebene) Fläche des Bauteils bzw. des CAD-Modells. The digital print model and consequently the finished component includes at least the specified special geometry element, which is of particular importance for the production and/or for the functionality of the component. In this case, the respective special geometry element is in particular predetermined or specified in that a designer of the component identifies the special geometry elements as such when creating the corresponding CAD model and marks them as such in the CAD model, for example. The respective special geometry element is, for example, a respective point, a respective (even or odd) edge, a respective corner and/or a respective (even or uneven) surface of the component or the CAD model.
Indem durch die vorgegebene Bedingung bereits wenigstens eine jeweilige Stelle oder wenigstens ein jeweiliger Abschnitt der beiden aneinander auszurichtenden Modelle festgelegt wird, verringert sich ein Aufwand zum Bereitstellen des Druckmodells, insbesondere ein Aufwand zum Ausrichten des CAD-Modells an dem Deformationsmodell bzw. umgekehrt. So wird bei dem Verfahren effizienter das Druckmodell erstellt bzw. bereitgestellt, wodurch das additive Herstellen des Bauteils besonders einfach und/oder aufwandsarm durchführbar ist. Since at least one respective point or at least one respective section of the two models to be aligned with one another is already defined by the predefined condition, the effort required to provide the print model is reduced, in particular the effort required to align the CAD model with the deformation model or vice versa. In this way, the printing model is created or provided more efficiently in the method, as a result of which the additive manufacturing of the component can be carried out particularly easily and/or with little effort.
Beim realen Herstellen des Bauteils gibt es einen Punkt an/in dem Bauteil, an welchem beim Sintern bzw. beim Wärmebehandeln eine besonders niedriges Abweichungsmaß auftritt. Insbesondere ist dieser Punkt frei von einer Abweichung. Dieser Punkt weist also eine Deformation gleich null auf, weshalb dieser Punkt als Nulldeformationspunkt bezeichnet wird. Der Nulldeformationspunkt und eine Aufstandsebene, über welche das Grünteil für die Wärmebehandlung aufgestellt wird, fallen zusammen. Mit anderen Worten liegt der Nulldeformationspunkt in Bezug auf eine Höhe des Grünteils auf der gleichen Höhe, wie die Aufstandsebene. Zudem liegt der Nulldeformationspunkt in Bezug auf eine Breite und eine Länge des Grünteils deckungsgleich mit dem Schwerpunkt des Grünteils. Gleiches gilt, wenn das fertig gesinterte bzw. wärmebehandelte Bauteil betrachtet wird: Der Nulldeformationspunkt liegt in einer Aufstandsebene des Bauteils und ist in Bezug auf eine Breite und einer Länge des Bauteils deckungsgleich mit dem Schwerpunkt des Bauteils. Demnach wird das Grünteil am Nulldeformationspunkt durch das Wärmebehandeln nicht oder nur besonders wenig verformt. Vereinfacht ausgedrückt verformt oder schrumpft das Grünteil durch das Sintern „zum Nulldeformationspunkt hin“ bzw. „um den Nulldeformationspunkt herum“. Da der Nulldeformationspunkt des entsprechenden Modells bekannt bzw. einfach ermittelbar ist, werden - einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zufolge - zum Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells der Nulldeformationspunkt des CAD-Modells und ein damit korrespondierender Nulldeformationspunkt des Deformationsmodells ermittelt, um das CAD-Modell und das Deformationsmodell an den Nulldeformationspunkten aneinander auszurichten. Das bedeutet, dass es sich bei dem jeweiligen Geometriespezialelement um den jeweiligen Nulldeformationspunkt handeln kann. Anders ausgedrückt weist das CAD-Modell das als der Nulldeformationspunkt ausgebildete Geometriespezialelement auf, wobei das Deformationsmodell ein mit dem Geometriespezialelement korrespondierendes Geometriespezialelement aufweist, welches als der Nulldeformationspunkt des Deformationsmodells ausgebildet ist. When the component is actually manufactured, there is a point on/in the component at which a particularly low degree of deviation occurs during sintering or heat treatment. In particular, this point is free from deviation. So this point has zero deformation, which is why this point is called the zero deformation point. The zero deformation point and a footprint over which the green part for heat treatment is placed coincide. In other words, with respect to a height of the green part, the zero deformation point is at the same height as the footprint. In addition, the zero deformation point is congruent with the center of gravity of the green part in relation to a width and a length of the green part. The same applies when the finished sintered or heat-treated component is considered: the zero deformation point lies in a contact plane of the component and is congruent with the component's center of gravity in relation to a width and a length of the component. Accordingly, the green part at the zero deformation point is not deformed or only deformed to a particularly small extent by the heat treatment. To put it simply, the green part deforms or shrinks “towards the zero deformation point” or “around the zero deformation point” as a result of sintering. Since the zero deformation point of the corresponding model is known or can be easily determined, according to a further advantageous embodiment of the method, the zero deformation point of the CAD model and a corresponding zero deformation point of the deformation model are determined in order to align the CAD model and the deformation model in order to -Align the model and the deformation model at the zero deformation points. This means that the respective geometry special element can be the respective zero deformation point. In other words, the CAD model has the special geometry element configured as the zero deformation point, with the deformation model having a special geometry element corresponding to the special geometry element, which is configured as the zero deformation point of the deformation model.
Bei dem Verfahren werden also zunächst der Nulldeformationspunkt des CAD-Modells und der Nulldeformationspunkt des Deformationsmodells ermittelt bzw. bestimmt. Hiernach werden das CAD-Modell und das Deformationsmodell aneinander ausgerichtet, sodass der Nulldeformationspunkt des CAD-Modells und der Nulldeformationspunkt des Deformationsmodells zusammenfallen. Da sich eine positionelle Anordnung des Nulldeformationspunkts nicht durch das Sintern ändert, kann der Nulldeformationspunkt als gemeinsamer Punkt des CAD-Modells und des Deformationsmodells betrachtet werden. Der Schritt S4 des Verfahrens wird also unter der Prämisse ausgeführt, dass die miteinander korrespondierenden Nulldeformationspunkte aneinander angeordnet, insbesondere aneinander ausgerichtet, bleiben. In the method, therefore, the zero deformation point of the CAD model and the zero deformation point of the deformation model are first ascertained or determined. Thereafter, the CAD model and the deformation model are aligned with one another, so that the zero deformation point of the CAD model and the zero deformation point of the deformation model coincide. Since a positional arrangement of the zero deformation point does not change by sintering, the zero deformation point can be regarded as a common point of the CAD model and the deformation model. Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the zero deformation points which correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another.
Dass der Nulldeformationspunkt des CAD-Modells und der Nulldeformationspunkt des Deformationsmodells nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen dürfen, kann die oder eine weitere Bedingung sein, die zum Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells eingehalten wird. Folglich ist die Bedingung, nach welcher das vorbestimmte Geometriespezialelement des CAD-Modells und das vorbestimmte Geometriespezialelement des Deformationsmodells aneinander, insbesondere deckungsgleich, angeordnet werden, erfüllt, wenn der Nulldeformationspunkt des CAD-Modells und der Nulldeformationspunkt des Deformationsmodells zum oder beim Ausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells zusammenfallen bzw. aneinander oder deckungsgleich angeordnet verbleiben. Des Weiteren ist die Bedingung erfüllt, wenn aufgrund des Ausrichtens des CAD-Modells und des Deformationsmodells die Nulldeformationspunkte zusammenfallen. Durch die Bedingung, dass die Nulldeformationspunkte beim Ausrichten nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen, wird der Effekt, dass sich ein Aufwand zum Bereitstellen des Druckmodells, insbesondere ein Aufwand zum Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells verringert, nochmals verstärkt. That the zero deformation point of the CAD model and the zero deformation point of the deformation model must not fall apart or deviate from each other can be the or another condition that is met for aligning the CAD model and the deformation model with one another. Consequently, the condition according to which the predetermined special geometry element of the CAD model and the predetermined special geometry element of the deformation model are arranged next to one another, in particular congruently, is met if the zero deformation point of the CAD model and the zero deformation point of the deformation model are at or during the alignment of the CAD model and the deformation model coincide or remain arranged next to one another or congruently. Furthermore, the condition is met when the zero deformation points coincide due to the alignment of the CAD model and the deformation model. The condition that the zero deformation points do not fall apart or do not deviate from one another during alignment further reinforces the effect that the effort involved in providing the print model, in particular the effort involved in aligning the CAD model and the deformation model with one another, is reduced.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zum Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells ein eine Funktionalität des Bauteils charakterisierendes Funktionselement des CAD-Modells und ein damit korrespondierendes Funktionselement des Deformationsmodells ermittelt werden, um das CAD- Modell und das Deformationsmodell an den Funktionselementen aneinander auszurichten. According to a further advantageous embodiment of the method, it is provided that, in order to align the CAD model and the deformation model with one another, a functional element of the CAD model that characterizes a functionality of the component and a functional element of the deformation model that corresponds thereto are determined in order to match the CAD model and the deformation model align the functional elements with each other.
Demnach kann es sich bei dem Geometriespezialelement alternativ oder zusätzlich um das Funktionselement des Bauteils handeln. In diesem Fall ist das Geometriespezialelement für die Funktionalität, welche durch das Bauteil bereitgestellt werden soll, von besonderer Bedeutung. Beispielsweise handelt es sich beim dem Funktionselement des Bauteils bzw. bei dem Geometriespezialelement um eine Fläche, etwa eine einem Bilden eines Stoff-, Form- und/oder Kraftschlusseinrichtung dienende Fläche etc. Ferner kann es sich bei dem Funktionselement um ein Loch handeln, insbesondere ein gewindeloses und/oder mit einem Innengewinde versehenes Durchgangs- oder Sackloch, um eine Nut etc. Weiter ist es denkbar, dass das Funktionselement als ein Materialvorsprung ausgebildet ist, welcher zum Beispiel einem Bilden eines Stoff-, Form- und/oder Kraftschlusseinrichtung dient, etwa als ein gewindeloser und/oder mit einem Außengewinde versehener Zapfen oder als eine sonstige entsprechend ausgebildete Materialerhebung. Accordingly, the special geometry element can alternatively or additionally be the functional element of the component. In this case, the special geometry element is of particular importance for the functionality that is to be provided by the component. For example, the functional element of the component or the special geometry element is a surface, such as a surface used to form a material, positive and/or non-positive connection device, etc. The functional element can also be a hole, in particular a unthreaded and/or provided with an internal thread through or blind hole, around a groove etc. It is also conceivable that the functional element is designed as a material projection, which serves, for example, to form a material, form and/or force-fitting device, for example as an unthreaded and/or provided with an external thread pin or as another correspondingly designed material elevation.
Es werden also zunächst das Funktionselement des CAD-Modells und das Funktionselement des Deformationsmodells ermittelt bzw. bestimmt. Hiernach werden das CAD-Modell und das Deformationsmodell aneinander ausgerichtet, wobei das Funktionselement des CAD-Modells und das Funktionselement des Deformationsmodells zusammenfallen. Der Schritt S4 des Verfahrens wird also unter der Prämisse ausgeführt, dass die miteinander korrespondierenden Funktionselemente aneinander angeordnet, insbesondere aneinander ausgerichtet, bleiben. The functional element of the CAD model and the functional element of the deformation model are thus first ascertained or determined. The CAD model and the deformation model are then aligned with one another, with the functional element of the CAD model and the functional element of the deformation model coinciding. Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the functional elements which correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another.
Dass das Funktionselement des CAD-Modells und das Funktionselement des Deformationsmodells nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen dürfen, kann die oder eine weitere Bedingung sein. Folglich ist diese weitere Bedingung, nach welcher das vorbestimmte Geometriespezialelement des CAD-Modells und das vorbestimmte Geometriespezialelement des Deformationsmodells aneinander, insbesondere deckungsgleich, angeordnet werden, erfüllt, wenn das Funktionselement CAD-Modells und das Funktionselement des Deformationsmodells zum oder beim Ausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells zusammenfallen bzw. aneinander oder deckungsgleich angeordnet verbleiben. Des Weiteren ist die weitere oder zweite Bedingung erfüllt, wenn aufgrund des Ausrichtens des CAD-Modells und des Deformationsmodells die beiden Funktionselemente zusammenfallen. Another condition can be that the functional element of the CAD model and the functional element of the deformation model must not fall apart or deviate from one another. Consequently, this further condition, according to which the predetermined geometry feature of the CAD model and the predetermined Special geometry element of the deformation model are arranged next to one another, in particular congruently, if the functional element of the CAD model and the functional element of the deformation model coincide for or during the alignment of the CAD model and the deformation model or remain arranged next to one another or congruently. Furthermore, the further or second condition is met if the two functional elements coincide due to the alignment of the CAD model and the deformation model.
Diese Bedingung ist alternativ oder zusätzlich zur der Bedingung oder den anderen Bedingungen vorgebbar. Indem das Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells unter der Bedingung erfolgt, dass die Funktionselemente beim Ausrichten nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen, stellt sich das Bereitstellen des Druckmodells, insbesondere der Aufwand zum Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells, besonders einfach bzw. aufwandsarm dar. This condition can be specified as an alternative or in addition to the condition or the other conditions. Since the CAD model and the deformation model are aligned with one another under the condition that the functional elements do not fall apart or differ from one another during alignment, the provision of the print model, in particular the effort involved in aligning the CAD model and the deformation model with one another, is particularly simple or low-effort.
Einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zufolge, werden zum Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells ein Herstellungshilfselement des CAD-Modells und ein damit korrespondierendes Herstellungshilfselement des Deformationsmodells ermittelt, um das CAD-Modell und das Deformationsmodell an den Herstellungshilfselementen aneinander auszurichten. According to a further advantageous embodiment of the method, an auxiliary production element of the CAD model and a corresponding auxiliary production element of the deformation model are determined in order to align the CAD model and the deformation model with one another, in order to align the CAD model and the deformation model with one another at the auxiliary production elements.
Demnach kann es sich bei dem Geometriespezialelement alternativ oder zusätzlich um das Herstellungshilfselement des Bauteils handeln. In diesem Fall ist das Geometriespezialelement für das Herstellen des Bauteils von besonderer Bedeutung. Beispielsweise wird das Herstellungshilfselement oder eine Vielzahl von Herstellungshilfselementen an dem Grünteil vorgesehen, um das Herstellen des Bauteils zu begünstigen. So kann es sich bei dem (jeweiligen) Herstellungshilfselement zum Beispiel um eine Stützstruktur handeln, um das Grünteil oder zumindest Elemente desselben während oder nach dem Aufragen der Materialpulver- und Bindemittelschichten zu stützen. So kann das Grünteil etwa einen (zum Beispiel horizontalen) Materialvorsprung aufweisen, welcher aufgrund seiner Eigenmasse vom Grünteil ohne zusätzliche Abstützung abbrechen oder sich zumindest verformen würde. Mittels der Stützstruktur, die auch Support-Struktur genannt wird, ist ein solcher Materialvorsprung auf der Aufstandsebene, etwa auf dem Druckbett oder einer Oberfläche eines Wärmebehandlungsofens, abstützbar. Hierbei ist dieser Materialvorsprung während des Aufragens der Materialpulver- und Bindemittelschichten und/oder während der Wärmebehandlung abstützbar. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Stützstruktur oder Support-Struktur nach dem Wärmebehandeln von dem Bauteil abgenommen wird, beispielsweise mittels eines materialtrennenden oder spanenden Trennverfahrens. Das bedeutet, dass das Druckhilfselement bzw. die Stützstruktur für die Funktionalität des fertig hergestellten Bauteils nicht weiter von Bedeutung ist. Ferner ist es denkbar, dass durch das Bauteil die gewünschten Funktionalitäten bereitgestellt werden, wenn das Bauteil von dem entsprechenden Herstellungshilfselement befreit wurde. Accordingly, the special geometry element can alternatively or additionally be the auxiliary production element of the component. In this case, the special geometry element is of particular importance for the production of the component. For example, the production aid element or a multiplicity of production aid elements is provided on the green part in order to promote the production of the component. For example, the (respective) production aid element can be a support structure in order to support the green part or at least elements thereof during or after the application of the material powder and binder layers. For example, the green part can have a (for example horizontal) material projection which, due to its own mass, would break off from the green part or at least be deformed without additional support. By means of the support structure, which is also called a support structure, such a material projection can be supported on the contact level, for example on the printing bed or a surface of a heat treatment furnace. In this case, this material projection can be supported during the application of the material powder and binding agent layers and/or during the heat treatment. It is particularly provided that the support structure or Support structure is removed after the heat treatment of the component, for example by means of a material-separating or cutting separation process. This means that the auxiliary printing element or the support structure is no longer important for the functionality of the finished component. Furthermore, it is conceivable that the desired functionalities are provided by the component when the component has been freed from the corresponding auxiliary production element.
Es werden also zunächst das Herstellungshilfselement des CAD-Modells und das Herstellungshilfselement des Deformationsmodells ermittelt bzw. bestimmt. Hiernach werden das CAD-Modell und das Deformationsmodell aneinander ausgerichtet, wobei das Herstellungshilfselement des CAD-Modells und das Herstellungshilfselement des Deformationsmodells zusammenfallen. Der Schritt S4 des Verfahrens wird also unter der Prämisse ausgeführt, dass die miteinander korrespondierenden Herstellungshilfselemente aneinander angeordnet, insbesondere aneinander ausgerichtet, bleiben. First of all, the auxiliary production element of the CAD model and the auxiliary production element of the deformation model are ascertained or determined. Thereafter, the CAD model and the deformation model are aligned with one another, with the production aid element of the CAD model and the production aid element of the deformation model coinciding. Step S4 of the method is therefore carried out on the premise that the auxiliary production elements that correspond to one another remain arranged on one another, in particular aligned with one another.
Dass das Herstellungshilfselement des CAD-Modells und das Herstellungshilfselement des Deformationsmodells nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen dürfen, kann eine weitere Bedingung sein. Folglich ist diese weitere Bedingung, nach welcher das vorbestimmte Geometrieelement des CAD-Modells und das vorbestimmte Geometrieelement des Deformationsmodells aneinander, insbesondere deckungsgleich, angeordnet werden, erfüllt, wenn das Herstellungshilfselement des CAD-Modells und das Herstellungshilfselement des Deformationsmodells zum oder beim Ausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells zusammenfallen bzw. aneinander oder deckungsgleich angeordnet verbleiben. Ferner ist diese Bedingung erfüllt, wenn aufgrund des Ausrichtens des CAD-Modells und des Deformationsmodells die Herstellungshilfselemente zusammenfallen. Another condition can be that the auxiliary production element of the CAD model and the auxiliary production element of the deformation model must not fall apart or deviate from one another. Consequently, this further condition, according to which the predetermined geometrical element of the CAD model and the predetermined geometrical element of the deformation model are arranged next to one another, in particular congruently, is met if the auxiliary production element of the CAD model and the auxiliary production element of the deformation model are used for or during the alignment of the CAD Model and the deformation model coincide or remain arranged congruently or together. Furthermore, this condition is met if the auxiliary production elements coincide due to the alignment of the CAD model and the deformation model.
Diese Bedingung ist alternativ oder zusätzlich zur der Bedingung oder den anderen Bedingungen vorgebbar. Indem das Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells unter der Bedingung erfolgt, dass die Herstellungshilfselemente beim Ausrichten nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen, stellt sich das Bereitstellen des Druckmodells, insbesondere der Aufwand zum Aneinanderausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells, noch einfacher bzw. weniger aufwändig dar. This condition can be specified as an alternative or in addition to the condition or the other conditions. By aligning the CAD model and the deformation model with one another under the condition that the auxiliary manufacturing elements do not fall apart or deviate from one another during alignment, the provision of the print model, in particular the effort involved in aligning the CAD model and the deformation model with one another, becomes even easier or less complex.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt der Schritt S4, in welchem dasAccording to an advantageous development of the method, step S4 takes place, in which
CAD-Modell und das Deformationsmodell aneinander ausgerichtet werden, indem einCAD model and the deformation model are aligned to each other by a
Verringern der lokalen Abweichungsbeträge an den vorbestimmten Geometriespezialelementen höherpriorisiert ist als ein Verringern der lokalen Abweichungsbeträge abseits der Geometriespezialelemente, zum Beispiel an anderen Geometrieelementen. Eine jeweilige lokale Abweichung ist insbesondere durch einen entsprechenden der Abweichungsbetrag charakterisiert. Es wird also - zum oder beim Ausrichten des CAD-Modells an dem Deformationsmodell - dem Verringern der an den Geometriespezialelementen auftretenden lokalen Abweichungen eine erste Priorität zugewiesen, wobei dem Verringern der lokalen Abweichungen abseits der Geometriespezialelemente eine zweite Priorität zugewiesen wird. Hierbei ist die erste Priorität höher als die zweite Priorität. Aufgrund einer solchen Priorisierung des Ausrichtens ergibt sich, dass das CAD-Modell und das Deformationsmodell vorrangig - das heißt gemäß der ersten Priorität - an den Geometriespezialelementen aneinander ausgerichtet werden und nachrangig - das heißt gemäß der zweiten Priorität - an den anderen Geometrieelementen aneinander ausgerichtet werden. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass, beispielsweise mittels des Best-Fit-Algorithmus, eine Abweichungsbetragssumme, die aus den lokalen Abweichungsbeträge an den Geometriespezialelementen gebildet wird, vorrangig durch das Ausrichten minimiert wird, wobei eine andere Abweichungsbetragssumme, die aus den lokalen Abweichungsbeträgen an den anderen Geometrieelementen gebildet wird, beim Ausrichten nachrangig minimiert wird. reducing the local deviation amounts at the predetermined geometry minutiae is prioritized higher than reducing the local deviation amounts away from the special geometry elements, for example on other geometry elements. A respective local deviation is characterized in particular by a corresponding deviation amount. A first priority is therefore assigned to reducing the local deviations occurring on the special geometry elements--for or when aligning the CAD model to the deformation model--a second priority being assigned to reducing the local deviations away from the special geometry elements. Here, the first priority is higher than the second priority. Due to such a prioritization of the alignment, it follows that the CAD model and the deformation model are aligned with each other primarily - i.e. according to the first priority - on the special geometry elements and subordinately - i.e. according to the second priority - on the other geometric elements are aligned with each other. In other words, it is provided that, for example by means of the best-fit algorithm, a deviation amount that is formed from the local deviation amounts at the special geometry elements is primarily minimized by the alignment, with another deviation amount sum that is formed from the local deviation amounts at the other geometry elements is formed, is minimized subordinately when aligning.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die Geometriespezialelemente, welche für die Funktionalität und/oder für das Herstellen des Bauteils von besonderer Bedeutung sind, besonders genau bzw. präzise aneinander, insbesondere deckungsgleich, angeordnet werden. This results in the advantage that the special geometry elements, which are of particular importance for the functionality and/or for the production of the component, are arranged particularly accurately or precisely on one another, in particular congruently.
Es hat sich bei dem Verfahren weiter als vorteilhaft herausgestellt, wenn für den jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag zumindest zwischen dem jeweiligen vorbestimmten Geometriespezialelement des CAD-Modells und dem damit korrespondierenden Geometriespezialelement des Deformationsmodells ein (erster) zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben wird. Weiter wird eine die Schritte S2, S3 und S4 umfassende Schleife iterativ durchgeführt, bis der jeweilige lokale Abweichungsbetrag an dem jeweiligen vorbestimmten Geometriespezialelement dem (ersten) zulässigen Toleranzbetrag entspricht. Insbesondere wird hierzu vor dem Erzeugen des Druckmodells - beispielsweise in einem Schritt S4a - ein erstes Iterationsmodell des Bauteils erzeugt, indem das CAD-Modell anhand der lokalen Abweichungsbeträge verändert oder modifiziert wird. Für eine erste Wiederholung und für weitere Wiederholungen der Schleife wird das Iterationsmodell dem Schritt S2 zugeführt. Das bedeutet, dass die Schleife für die erste Wiederholung das Simulieren der Wärmebehandlung anhand des Iterationsmodells umfasst, wodurch ein digitales Iterationsdeformationsmodell des zu fertigenden Bauteils erzeugt wird. Ferner umfasst die Schleife das Vergleichen des CAD- Modells mit dem Iterationsdeformationsmodell, wodurch die lokalen Abweichungsbeträge zwischen dem Iterationsdeformationsmodell und dem CAD-Modell ermittelt werden. Darüber hinaus umfasst die Schleife das Aneinanderausrichten des Iterationsdeformationsmodells und des CAD-Modells, wodurch der Gesamtabweichungsbetrag minimal wird, welcher aus den lokalen Abweichungsbeträgen zwischen dem Iterationsdeformationsmodell und dem CAD- Modell gebildet wird. Die Schleife des Verfahrens umfasst weiter den Schritt S4a, in welchem ein weiteres Iterationsmodell des Bauteils erzeugt wird, indem das erste Iterationsdeformationsmodell anhand der lokalen Abweichungsbeträge verändert oder modifiziert wird. Das weitere Iterationsmodell wird dann für eine weitere Wiederholung der Schleife dem Schritt S2 der Schleife zugeführt usw. It has also proven to be advantageous in the method if a (first) permissible tolerance amount is specified for the respective local deviation amount at least between the respective predetermined special geometry element of the CAD model and the corresponding special geometry element of the deformation model. Furthermore, a loop comprising steps S2, S3 and S4 is carried out iteratively until the respective local deviation amount at the respective predetermined special geometry element corresponds to the (first) permissible tolerance amount. In particular, a first iteration model of the component is generated for this purpose before the print model is generated--for example in a step S4a--by the CAD model being changed or modified on the basis of the local deviation amounts. The iteration model is fed to step S2 for a first repetition and for further repetitions of the loop. This means that for the first iteration, the loop involves simulating the heat treatment against the iteration model, creating an iteration deformation digital model of the part to be manufactured. The loop also includes comparing the CAD model with the iteration deformation model, whereby the local deviation amounts between the iteration deformation model and the CAD model are determined. In addition, the loop includes aligning the iteration deformation model and the CAD model, thereby minimizing the total error amount formed from the local error amounts between the iteration deformation model and the CAD model. The loop of the method also includes step S4a, in which a further iteration model of the component is generated by changing or modifying the first iteration deformation model based on the local deviation amounts. The further iteration model is then fed to step S2 of the loop for a further repetition of the loop, etc.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der zulässige Toleranzbetrag für das gesamte Bauteil, das heißt über das gesamte CAD-Modell hinweg, vorgegeben wird. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass Außenabmessungen des Bauteils nach dessen Wärmebehandlung dem zulässigen Toleranzbetrag entsprechen. Indem die Schleife des Verfahrens iterativ ausgeführt wird, bis die lokalen Abweichungen dem zulässigen Toleranzbetrag entsprechen, werden das CAD-Modell und das Deformationsmodell besonders genau aneinander ausgerichtet. In this case, it is provided in particular that the permissible tolerance amount is specified for the entire component, that is to say over the entire CAD model. In other words, it is provided that the external dimensions of the component correspond to the permissible tolerance amount after its heat treatment. By executing the loop of the method iteratively until the local deviations correspond to the allowable tolerance amount, the CAD model and the deformation model are aligned particularly precisely.
In diesem Zusammenhang hat es sich für das Verfahren als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn für den jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag zumindest zwischen einem der anderen Geometrieelemente des CAD-Modells und dem damit korrespondierenden anderen Geometrieelement des Deformationsmodells ein weiterer bzw. zweiter zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben wird, welcher größer als der erste zulässige Toleranzbetrag ist. Demnach wird der zweite, größere Toleranzbetrag zwischen den anderen Geometrieelementen (bei welchen es sich hierin generell nicht um Geometriespezialelemente handelt) zugelassen, wobei der erste, kleinere bzw. engere Toleranzbetrag zwischen den Geometriespezialelementen zugelassen wird. Das bedeutet, dass das CAD-Modell und das Deformationsmodell (oder eventuell das Iterationsdeformationsmodell) an den Geometriespezialelementen genauer aneinander ausgerichtet werden als abseits der Geometriespezialelemente. In this context, it has proven to be particularly advantageous for the method if a further or second permissible tolerance amount, which is larger, is specified for the respective local deviation amount at least between one of the other geometric elements of the CAD model and the other geometric element of the deformation model that corresponds to it than the first allowable tolerance amount. Thus, the second, larger amount of tolerance is allowed between the other geometry features (which are generally not geometry features herein), with the first, smaller or tighter amount of tolerance being allowed between the geometry features. This means that the CAD model and the deformation model (or possibly the iteration deformation model) are aligned more precisely at the geometry features than off the geometry features.
Hierdurch wird der Aufwand für das Ausrichten des CAD-Modells und des Deformationsmodells und infolgedessen für das Bereitstellen des Druckmodells nochmals in vorteilhafter weise verringert. Denn da für die Funktionalität und/oder für das Herstellen des Bauteils die Geometriespezialelemente von vorrangiger Bedeutung sind, kann auf ein aufwändiges besonders präzises Ausrichten der Modelle abseits der Geometriespezialelemente - das heißt beispielsweise an den anderen Geometrieelementen - zur Effizienzsteigerung des Verfahrens verzichtet werden. Dennoch bleiben eine einfache Herstellbarkeit und die durch das Bauteil bereitgestellten Funktionalitäten gewährleistet. As a result, the effort involved in aligning the CAD model and the deformation model and, as a result, in providing the print model is again advantageously reduced. Since the special geometry elements are of primary importance for the functionality and/or for the production of the component, a complex and particularly precise alignment of the models apart from the special geometry elements can be carried out - i.e for example on the other geometric elements - can be dispensed with in order to increase the efficiency of the process. Nevertheless, simple manufacturability and the functionalities provided by the component remain guaranteed.
Weiter wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vor dem Schritt S2, in welchem die Wärmebehandlung anhand des CAD-Modells simuliert und das Deformationsmodell (oder gegebenenfalls das Iterationsdeformationsmodell) des zu fertigenden Bauteils erzeugt wird, das CAD-Modell basierend auf einer zu erwartenden bzw. voraussichtlichen Deformation skaliert. Mit anderen Worten wird vor der simulativen Wärmebehandlung bzw. vor dem simulativen Sintern - beispielsweise in einem Schritt S1a - ein skaliertes CAD-Modell erzeugt. Hierbei erfolgt die Skalierung insbesondere translatorisch entlang einer oder mehr der drei Raumrichtungen x, y, z. Ein Skalierungsfaktor, um welchen das CAD-Modell skaliert wird, geht beispielsweise aus internen Experimenten hervor, etwa aus vorhergehenden Wärmebehandlungen von zumindest ähnlich ausgebildeten Grünteilen mit ähnlichen oder gleichen Parametern (Temperatur, Dauer etc.) der entsprechenden Wärmebehandlung. Auf diese Weise wird der Aufwand für das Verfahren nochmals verringert, da aufgrund der Skalierung des CAD-Modells bereits vor dem Simulieren der Wärmebehandlung eine grobe Kompensation der Deformationen erfolgt. Furthermore, according to a further advantageous embodiment of the method, before step S2, in which the heat treatment is simulated using the CAD model and the deformation model (or possibly the iteration deformation model) of the component to be manufactured is generated, the CAD model is generated based on an expected or .probable deformation scaled. In other words, before the simulative heat treatment or before the simulative sintering—for example in a step S1a—a scaled CAD model is generated. In this case, the scaling takes place, in particular, translationally along one or more of the three spatial directions x, y, z. A scaling factor, by which the CAD model is scaled, emerges, for example, from internal experiments, for example from previous heat treatments of at least similarly designed green parts with similar or the same parameters (temperature, duration, etc.) of the corresponding heat treatment. In this way, the outlay for the method is further reduced since, due to the scaling of the CAD model, the deformations are already roughly compensated for before the heat treatment is simulated.
Folglich sinkt der Aufwand, insbesondere Rechen- bzw. Simulationsaufwand, zum Erzeugen des Deformationsmodells bzw. des Iterationsdeformationsmodells. Des Weiteren sinkt der Aufwand zum Ermitteln der Abweichungsbeträge sowie zum Aneinanderausrichten des CAD- Modells und des Deformationsmodells. Demnach sinkt der Aufwand zum Bereitstellen des Druckmodells insgesamt. Der Schritt S1a kann Teil der iterativ ausführbaren Schleife S10 (siehe oben) sein. As a result, the effort, in particular the computing or simulation effort, for generating the deformation model or the iteration deformation model is reduced. Furthermore, the effort involved in determining the deviation amounts and in aligning the CAD model and the deformation model with one another is reduced. Accordingly, the effort involved in providing the print model is reduced overall. Step S1a can be part of the iteratively executable loop S10 (see above).
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils vorgeschlagen. Bei diesem Herstellungsverfahren wird ein Material des zu fertigenden Bauteils gemäß einem digitalen Druckmodell des Bauteils angeordnet. Ferner wird bei dem Herstellungsverfahren das Material mittels einer Wärmebehandlung, insbesondere mittels eines Sinterns, zu dem Bauteil gefügt. Das digitale Druckmodell wird mittels eines gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Verfahrens bereitgestellt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil des Bauteils unter Einsatz eines Binder- Jetti ng-3D- Druckens gefertigt wird. Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen des digitalen Druckmodells beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens hier nicht noch einmal dargelegt. According to a second aspect of the invention, a method for additively manufacturing a component is proposed. In this manufacturing method, a material of the component to be manufactured is arranged according to a digital print model of the component. Furthermore, in the manufacturing process, the material is joined to form the component by means of heat treatment, in particular by means of sintering. The digital print model is provided using a method designed according to the above description. In particular, it is provided that an intermediate product or green part of the component is produced using binder jetting 3D printing. The invention also includes developments of the production method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the method according to the invention for providing the digital print model. For this reason, the corresponding developments of the manufacturing method according to the invention are not presented again here.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. The invention also includes the combinations of features of the described embodiments.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: An exemplary embodiment of the invention is described below. For this shows:
Fig. 1 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung eines Verfahrens zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells, wobei anhand des Druckmodells ein Bauteil additiv herstellbar ist; 1 shows a flowchart to clarify a method for providing a digital print model, wherein a component can be produced additively using the print model;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines CAD-Modells; 2 is a schematic view of a CAD model;
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Deformationsmodells; 3 shows a schematic view of a deformation model;
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Vorgangs, in welchem das CAD-Modell und das Deformationsmodell miteinander verglichen werden; 4 is a schematic view of a process in which the CAD model and the deformation model are compared with each other;
Fig. 5 eine schematische Ansicht des Vergleichens aus Fig. 4 in einer Detailansicht V; FIG. 5 shows a schematic view of the comparison from FIG. 4 in a detailed view V; FIG.
Fig. 6 eine schematische Ansicht des Druckmodells und Fig. 6 is a schematic view of the pressure model and
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Vorgangs, in welchem das CAD-Modell und das hergestellte Bauteil miteinander verglichen werden. 7 shows a schematic view of a process in which the CAD model and the manufactured component are compared with one another.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and thus also individually or in a combination other than that shown Part of the invention are to be considered. Furthermore, the embodiment described can also be supplemented by further features of the invention already described.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Elements with the same function are each provided with the same reference symbols in the figures.
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung eines Verfahrens A zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells 1 (siehe Fig. 6), wobei anhand des Druckmodells 1 ein Bauteil 2 (siehe Fig. 7) additiv herstellbar ist. Ferner ist durch das Flussdiagramm der Fig. 1 ein Verfahren B zum additiven Herstellen des Bauteils 2 verdeutlicht. Für das Folgende wird das Verfahren A als ein Teil des Verfahrens B betrachtet. Die Verfahren A, B werden gemeinsam beschrieben. Wo erforderlich wird auf die Unterschiede zwischen den Verfahren A, B eingegangen. Wird lediglich auf „ein Verfahren“ oder „das Verfahren“ (ohne Bezugszeichen) bezuggenommen, gelten die zugehörigen Ausführungen für die Verfahren A und B einzeln oder in Kombination betrachtet. FIG. 1 shows a flowchart to illustrate a method A for providing a digital print model 1 (see FIG. 6), it being possible for a component 2 (see FIG. 7) to be produced additively using the print model 1. Furthermore, a method B for additively manufacturing the component 2 is illustrated by the flowchart in FIG. 1 . For the following, method A is considered a part of method B. Procedures A, B are described together. Where necessary, the differences between methods A and B are discussed. If reference is only made to “a method” or “the method” (without a reference number), the associated statements apply to methods A and B considered individually or in combination.
Für das Herstellen des Bauteils 2, beispielsweise mittels des Verfahrens B, ist vorgesehen, dass mittels eines 3D-Druckens, insbesondere mittels eines Binder-Jetting-3D-Druckens, anhand des digitalen Druckmodells 1 zunächst ein Zwischenerzeugnis hergestellt wird. Das Zwischenerzeugnis, das auch als Grünteil bezeichnet werden kann, wird durch ein abwechselndes Anordnen von Materialpulverschichten und Bindemittelschichten erzeugt, wobei die jeweilige Bindemittelschicht gemäß dem Druckmodell 1 selektiv auf eine jeweilige Materialpulverschicht aufgetragen wird. Es entsteht so das Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil, das aus sich abwechselnden Schichten Materialpulver bzw. Bindemittel aufgebaut ist. Demnach werden die Materialpulverschichten mittels des Bindemittels miteinander verklebt. Weiter werden Pulverelement der jeweiligen Materialpulverschicht miteinander verklebt. For the production of the component 2, for example by means of method B, it is provided that an intermediate product is first produced by means of 3D printing, in particular by means of binder jetting 3D printing, using the digital printing model 1. The intermediate product, which can also be referred to as a green part, is produced by alternately arranging material powder layers and binder layers, with the respective binder layer being applied selectively to a respective material powder layer according to the printing model 1 . The result is the intermediate product or green part, which is made up of alternating layers of material powder or binder. Accordingly, the material powder layers are bonded to one another by means of the binder. Next, powder elements of the respective material powder layer are glued together.
Es ist bevorzugt, wenn direkt zwischen den Materialpulverschichten ein Stoffschluss gebildet wird und nicht nur indirekt, das heißt nicht nur mittels des Bindemittels. Hierzu ist vorgesehen, dass das Zwischenerzeugnis wärmebehandelt wird. Beispielsweise wird das Grünteil gesintert, wodurch ein unmittelbarer Stoffschluss zwischen den Pulverelementen der jeweiligen Materialpulverschicht sowie ein unmittelbarer Stoffschluss zwischen den Materialpulverschichten erzeugt wird. Ferner wird durch das Sintern das Bindemittel zumindest teilweise - etwa durch Verflüssigen, Verdampfen oder Sublimieren - aus dem Zwischenerzeugnis gelöst bzw. ausgetrieben. Hierdurch wird das Zwischenerzeugnis verformt/deformiert. Ein so hergestelltes Bauteil (nicht dargestellt) entspricht aufgrund der durch das Sintern aufgetretenen Deformationen nicht oder ungenügend Vorgaben, die durch die Soll- Geometrie bzw. durch ein CAD-Modell 3 des Bauteils 2 vorgegeben sind. Hier greifen/greift die/das Verfahren A und/oder B ein. It is preferred if a material connection is formed directly between the material powder layers and not only indirectly, that is to say not only by means of the binder. For this purpose it is provided that the intermediate product is heat-treated. For example, the green part is sintered, creating a direct material connection between the powder elements of the respective material powder layer and a direct material connection between the material powder layers. Furthermore, the binder is at least partially dissolved or expelled from the intermediate product by sintering, for example by liquefaction, evaporation or sublimation. As a result, the intermediate product is deformed / deformed. Due to the deformations caused by sintering, a component produced in this way (not shown) does not correspond or does not correspond sufficiently to specifications that are specified by the target Geometry or by a CAD model 3 of the component 2 are specified. This is where procedure(s) A and/or B intervene.
In einem ersten Schritt S1 des (jeweiligen) Verfahrens wird das digitale CAD-Modell 3 bereitgestellt, welches in Fig. 2 in schematischer Ansicht dargestellt ist. Beispielsweise erstellt ein Konstrukteur mittels einer geeigneten Software bzw. mittels eines CAD-Programms das CAD-Modell 3, welches hierbei eine Soll-Geometrie des Bauteils 2 aufweist, das heißt Informationen bzw. Daten, die eine erwünschte Gestalt sowie Abmessungen oder relative Abmessungsverhältnisse des Bauteils 2 charakterisieren. In a first step S1 of the (respective) method, the digital CAD model 3 is provided, which is shown in a schematic view in FIG. 2 . For example, a designer uses suitable software or a CAD program to create the CAD model 3, which in this case has a target geometry of the component 2, i.e. information or data that indicates a desired shape and dimensions or relative dimensional ratios of the component 2 characterize.
In einem weiteren Schritt S2 wird eine Wärmebehandlung anhand des CAD-Modells 3 simuliert, wodurch ein digitales Deformationsmodell 4 des zu fertigenden Bauteils 2 erzeugt wird, welches in schematischer Ansicht in Fig. 3 gezeigt ist. Das Deformationsmodell 4 weist eine Deformationsgeometrie bzw. eine deformierte Geometrie des Bauteils 2 auf, wobei die Deformationsgeometrie und die Soll-Geometrie sich aufgrund von Deformationen voneinander unterscheiden. Ergebnis der simulativen Wärmebehandlung sind die Deformationen, die in der Realität an dem Bauteil 2 auftreten würden, wenn das Zwischenerzeugnis anhand des CAD- Modells 3 gedruckt und anschließend gesintert werden würde. In a further step S2, a heat treatment is simulated using the CAD model 3, as a result of which a digital deformation model 4 of the component 2 to be manufactured is generated, which is shown in a schematic view in FIG. The deformation model 4 has a deformation geometry or a deformed geometry of the component 2, the deformation geometry and the target geometry differing from one another due to deformations. The result of the simulative heat treatment are the deformations that would occur in reality on the component 2 if the intermediate product were printed using the CAD model 3 and then sintered.
Es ist denkbar, dass vor dem Simulieren der Wärmebehandlung (also vor dem Schritt S2) das CAD-Modell 3 grob skaliert wird. Hierzu weist das Verfahren vor dem Schritt S2 einen weiteren Schritt S1a auf, in welchem ein skaliertes CAD-Modell 3a erzeugt wird. Ein Skalierungsfaktor, um welchen das CAD-Modell 3 skaliert wird, geht aus internen Experimenten hervor, mittels derer vorhergehende Wärmebehandlungen von zumindest ähnlich ausgebildeten Grünteilen untersucht wurden. Insbesondere ist der Skalierungsfaktor größer als eins, das heißt das skalierte CAD-Modell 3a ist größer als das CAD-Modell 3. Die Skalierung erfolgt zum Beispiel translatorisch entlang einer oder mehr der drei Raumrichtungen x, y, z. Ferner ist es denkbar, dass für die jede einzelne der Raumrichtungen x, y, z ein separater Skalierungsfaktor bestimmt wird, wobei der jeweilige separate Skalierungsfaktor größer als eins, kleiner als eins oder gleich eins sein kann. Mit anderen Worten kann das Skalieren des CAD-Modells 3 an der jeweiligen Raumrichtung x, y, z mit unterschiedlichem Skalierungsfaktor erfolgen, wodurch das skalierte CAD-Modell 3a entsteht. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Skalieren bzw. das Erzeugen des skalierten CAD-Modells 3a ein jeweiliges Rotieren um eine oder mehr der drei Raumrichtungen x, y, z. Die folgend beschriebenen Verfahrensschritte sind in Bezug auf das CAD-Modell 3 und/oder in Bezug auf das skalierte CAD-Modell 3a anwendbar. Daher wird für die folgende Beschreibung nicht mehr explizit zwischen dem CAD-Modell 3 und dem skalierten CAD-Modell 3a unterschieden. It is conceivable that the CAD model 3 is roughly scaled before the heat treatment is simulated (ie before step S2). For this purpose, the method has a further step S1a before step S2, in which a scaled CAD model 3a is generated. A scaling factor by which the CAD model 3 is scaled emerges from internal experiments, by means of which previous heat treatments of at least similarly designed green parts were examined. In particular, the scaling factor is greater than one, that is to say the scaled CAD model 3a is larger than the CAD model 3. The scaling takes place, for example, translationally along one or more of the three spatial directions x, y, z. It is also conceivable that a separate scaling factor is determined for each of the spatial directions x, y, z, it being possible for the respective separate scaling factor to be greater than one, smaller than one or equal to one. In other words, the CAD model 3 can be scaled in the respective spatial direction x, y, z with a different scaling factor, as a result of which the scaled CAD model 3a is created. Alternatively or additionally, the scaling or the generation of the scaled CAD model 3a includes a respective rotation about one or more of the three spatial directions x, y, z. The method steps described below can be used in relation to the CAD model 3 and/or in relation to the scaled CAD model 3a. Therefore, for the following description no longer explicitly differentiates between the CAD model 3 and the scaled CAD model 3a.
In einem Schritt S3 des Verfahrens werden das CAD-Modell 3 und das Deformationsmodell 4 miteinander verglichen. Hierzu zeigt Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Vorgangs, in welchem das CAD-Modell 3 und das Deformationsmodell 4 miteinander verglichen werden, wodurch lokale Abweichungen 5 zwischen dem CAD-Modell 3 und dem Deformationsmodell 4 ermittelt werden. Die lokalen Abweichungen 5 sind in der Detailansicht V bzw. in Fig. 5 schematisch dargestellt. Die jeweilige Abweichung 5 weist einen Abweichungsbetrag 6 auf, zum Beispiel eine gerade Abweichungslänge 7 und/oder einen Abweichungswinkel 8. Zum Bestimmen oder Ermitteln der Abweichungsbeträge 6 werden das CAD-Modell 3 und das Deformationsmodell 4 zum Beispiel grob übereinandergelegt, etwa mittels des CAD- Programms. In a step S3 of the method, the CAD model 3 and the deformation model 4 are compared with one another. 4 shows a schematic view of a process in which the CAD model 3 and the deformation model 4 are compared with one another, as a result of which local deviations 5 between the CAD model 3 and the deformation model 4 are determined. The local deviations 5 are shown schematically in the detailed view V or in FIG. The respective deviation 5 has a deviation amount 6, for example a straight deviation length 7 and/or a deviation angle 8. To determine or determine the deviation amounts 6, the CAD model 3 and the deformation model 4 are, for example, roughly superimposed, for example using the CAD program.
Es folgt ein weiterer Schritt S4 des Verfahrens, in welchem das CAD-Modell 3 und das Deformationsmodell 4 derart aneinander ausgerichtet werden, dass ein Gesamtabweichungsbetrag minimal wird, der durch Aufaddieren der lokalen Abweichungsbeträge 6 gebildet wird. Beispielsweise wird hierzu das Deformationsmodell 4 translatorisch und/oder rotatorisch in Bezug zu dem CAD-Modell 3 bewegt, bis der Gesamtabweichungsbetrag möglichst gering geworden ist. Hierbei kommt insbesondere ein Best-Fit-Algorithmus zum Einsatz. Die beiden Modelle 3, 4 gelten als am besten aneinander ausgerichtet, wenn der Gesamtabweichungsbetrag, das heißt eine Summe aus allen lokalen Abweichungsbeträgen 6, minimal ist. Insofern wird also der Gesamtabweichungsbetrag verringert oder minimiert, indem die Modelle 3, 4 - insbesondere mittels des Best-Fit- Algorithmus - aneinander ausgerichtet werden. A further step S4 of the method follows, in which the CAD model 3 and the deformation model 4 are aligned with one another in such a way that a total deviation amount, which is formed by adding the local deviation amounts 6, becomes minimal. For example, for this purpose the deformation model 4 is moved translationally and/or rotationally in relation to the CAD model 3 until the total amount of deviation has become as small as possible. In particular, a best-fit algorithm is used here. The two models 3, 4 are considered to be best aligned with one another when the total amount of deviation, ie a sum of all local amounts of deviation 6, is minimal. To this extent, the total amount of deviation is reduced or minimized by aligning the models 3, 4 with one another—in particular using the best-fit algorithm.
Das Aneinanderausrichten des CAD-Modells 3 und des Deformationsmodells 4 erfolgt hierbei mit wenigstens einer Bedingung 100, gemäß welcher ein vorbestimmtes Geometriespezialelement 9 des CAD-Modells 3 und ein damit korrespondierendes Geometriespezialelement 10 des Deformationsmodells besonders nah aneinander- wenn möglich deckungsgleich - angeordnet werden. Der Schritt S4 des Verfahrens wird also so ausgeführt, dass die miteinander korrespondierenden Geometriespezialelemente 9, 10 nah aneinander angeordnet, insbesondere aneinander ausgerichtet, bleiben, wobei die Bedingung 100 erfüllt wird/ist. Folglich wird der aus den lokalen Abweichungsbeträgen 6 gebildete Gesamtabweichungsbetrag unter Einhaltung dieser Bedingung 100 minimal. Das digitale Druckmodell 1 und folglich das fertig hergestellte Bauteil 2 umfasst zumindest das vorgegebene Geometriespezialelement 9, 10, welches für das Herstellen und/oder für die Funktionalität des Bauteils 2 von besonderer Bedeutung ist. Hierbei wird das jeweilige Geometriespezialelement 9, 10 vorgegeben, beispielsweise indem der Konstrukteur des Bauteils 2 beim Erstellen des CAD-Modells 3 die Geometriespezialelemente 9, 10 als solche identifiziert und markiert. Bei dem jeweiligen Geometriespezialelement 9, 10 handelt es sich beispielsweise um einen jeweiligen Punkt 11 , um eine jeweilige (gerade oder ungerade) Kante 12, um eine jeweilige Ecke 13 und/oder um eine jeweilige (ebene oder unebene) Fläche 14 des Bauteils 2 bzw. des CAD-Modells 3. The alignment of the CAD model 3 and the deformation model 4 with one another takes place here with at least one condition 100, according to which a predetermined special geometry element 9 of the CAD model 3 and a corresponding special geometry element 10 of the deformation model are arranged particularly close to one another—if possible congruently. Step S4 of the method is therefore carried out in such a way that the special geometry elements 9, 10 which correspond to one another remain arranged close to one another, in particular aligned with one another, with condition 100 being/is fulfilled. Consequently, the total deviation amount formed from the local deviation amounts 6 becomes minimal while complying with this condition 100. The digital print model 1 and consequently the finished component 2 comprises at least the specified special geometry element 9, 10, which is of particular importance for the production and/or for the functionality of the component 2. The respective special geometry element 9, 10 is specified here, for example by the designer of the component 2 identifying and marking the special geometry elements 9, 10 as such when creating the CAD model 3. The respective special geometry element 9, 10 is, for example, a respective point 11, a respective (even or odd) edge 12, a respective corner 13 and/or a respective (even or uneven) surface 14 of the component 2 or .of the CAD model 3.
In Fig. 3 und in Fig. 4 ist ein Nulldeformationspunkt 15 des Bauteils 2 bzw. des jeweiligen Modells 3, 4 dargestellt. An dem Nulldeformationspunkt 15 tritt beim Sintern bzw. beim Wärmebehandeln eine besonders niedriges Abweichungsmaß auf. Insbesondere ist der Nulldeformationspunkt 15 frei von einer Abweichung. Der Nulldeformationspunkt 15 und eine Aufstandsebene 16, über welche das Grünteil zum Beispiel für die Wärmebehandlung aufgestellt wird, fallen zusammen. Der Nulldeformationspunkt 15 liegt also in Bezug auf eine Höhe des Grünteils auf der gleichen Höhe, wie die Aufstandsebene 16. Zudem liegt der Nulldeformationspunkt 15 in Bezug auf eine Breite und eine Länge des Grünteils deckungsgleich mit dem Schwerpunkt des Grünteils. Gleiches gilt, wenn das fertig gesinterte bzw. wärmebehandelte Bauteil 2 betrachtet wird: Der Nulldeformationspunkt 15 liegt in einer Aufstandsebene 16 des Bauteils 2 und ist in Bezug auf eine Breite und eine Länge des Bauteils 2 deckungsgleich mit dem Schwerpunkt des Bauteils 2. Dies gilt für das CAD-Modell 3 als auch für das Deformationsmodell 4. Demnach kann der Nulldeformationspunkt 15 als gemeinsamer Punkt des Bauteils 2 betrachtet werden. In Fig. 3 and in Fig. 4, a zero deformation point 15 of the component 2 and the respective model 3, 4 is shown. A particularly low degree of deviation occurs at the zero deformation point 15 during sintering or heat treatment. In particular, the zero deformation point 15 is free from deviation. The zero deformation point 15 and a contact plane 16, over which the green part is set up, for example for the heat treatment, coincide. The zero deformation point 15 is therefore at the same height as the contact plane 16 in relation to a height of the green part. In addition, the zero deformation point 15 is congruent with the center of gravity of the green part in relation to a width and a length of the green part. The same applies when the finished sintered or heat-treated component 2 is considered: The zero deformation point 15 lies in a contact plane 16 of the component 2 and is congruent with the center of gravity of the component 2 with regard to a width and a length of the component 2. This applies to the CAD model 3 as well as for the deformation model 4. Accordingly, the zero deformation point 15 can be regarded as a common point of the component 2.
Die Bedingung 100 kann eine weitere Bedingung 101 aufweisen, nach welcher der Nulldeformationspunkt 15 des CAD-Modells 3 und der Nulldeformationspunkt 15 des Deformationsmodells 4 beim Ausrichten der Modelle 3, 4 aneinander nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen dürfen. Hierbei kann der Nulldeformationspunkt 15 als eine Geometriespezialelement 9, 10 betrachtet werden. Folglich kann es sich bei der Bedingung 100, nach welcher das vorbestimmte Geometriespezialelement 9, 10 des CAD-Modells 3 und das korrespondierende Geometriespezialelement 9, 10 des Deformationsmodells 4 aneinander angeordnet werden, um die Bedingung 101 handeln. Ferner ist es denkbar, dass die Bedingung 101 Teil der Bedingung 100 ist. Die Bedingung 101 ist erfüllt, wenn aufgrund des Ausrichtens des CAD-Modells 3 und des Deformationsmodells 4 die Nulldeformationspunkte 15 zusammenfallen. Die Bedingung 100 weist vorliegend eine weitere Bedingung 102 auf oder ist durch die Bedingung 102 gebildet. Durch die Bedingung 102 wird bestimmt, dass beim Ausrichten der Modelle 3, 4 ein eine Funktionalität des Bauteils 2 charakterisierendes Funktionselement 17 des CAD-Modells 3 und ein damit korrespondierendes Funktionselement 18 des Deformationsmodells 4 ermittelt werden, um das CAD-Modell 3 und das Deformationsmodell 4 an den Funktionselementen 17, 18 aneinander auszurichten. Insbesondere ist das Geometriespezialelement 9, 10 als das Funktionselement 17, 18 ausgebildet. Das Geometriespezialelement 9, 10 bzw. das Funktionselement 17, 18 ist beim fertig hergestellten Bauteil 2 für dessen Funktionalität von besonderer Bedeutung. Beispielsweise handelt es sich beim dem Funktionselement 17, 18 um die Fläche 14. Ferner kann es sich bei dem Funktionselement 17, 18 um ein Loch oder sonstige Materialaussparung 23 handeln, wie ein gewindeloses und/oder mit einem Innengewinde versehenes Durchgangs- oder Sackloch, eine Nut etc. Weiter ist es denkbar, dass das Funktionselement 17, 18 als ein zylindrischer oder polyedrischer Materialvorsprung ausgebildet ist, beispielsweise als ein gewindeloser und/oder mit einem Außengewinde versehener Zapfen oder als eine sonstige entsprechend ausgebildete Materialerhebung. Insbesondere fungiert das Funktionselement 17, 18 beim fertig hergestellten Bauteil 2 als Stoff-, Form- und/oder Kraftschlusselement zum Bilden einer Stoff-, Form- und/oder Kraftschlusseinrichtung, beispielsweise zwischen dem Bauteil 2 und einem weiteren Bauteil, um das Bauteil 2 und das weitere Bauteil Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig miteinander zu verbinden. The condition 100 can have a further condition 101, according to which the zero deformation point 15 of the CAD model 3 and the zero deformation point 15 of the deformation model 4 must not fall apart or deviate from one another when the models 3, 4 are aligned. Here, the zero deformation point 15 can be considered as a special geometry element 9, 10. Consequently, condition 100, according to which the predetermined special geometry element 9, 10 of the CAD model 3 and the corresponding special geometry element 9, 10 of the deformation model 4 are arranged next to one another, can be condition 101. It is also conceivable that condition 101 is part of condition 100 . The condition 101 is met when the zero deformation points 15 coincide due to the alignment of the CAD model 3 and the deformation model 4 . In the present case, condition 100 has a further condition 102 or is formed by condition 102 . Condition 102 determines that when the models 3, 4 are aligned, a functional element 17 of the CAD model 3 characterizing a functionality of the component 2 and a functional element 18 of the deformation model 4 corresponding thereto are determined in order to determine the CAD model 3 and the deformation model 4 to the functional elements 17, 18 to align with each other. In particular, the special geometry element 9, 10 is designed as the functional element 17, 18. The special geometry element 9, 10 or the functional element 17, 18 is of particular importance for the functionality of the finished component 2. For example, the functional element 17, 18 is the surface 14. Furthermore, the functional element 17, 18 can be a hole or other material recess 23, such as a through hole or blind hole without a thread and/or provided with an internal thread, a Groove, etc. It is also conceivable that the functional element 17, 18 is designed as a cylindrical or polyhedral material projection, for example as a threadless and/or externally threaded pin or as another correspondingly designed material elevation. In particular, the functional element 17, 18 acts in the finished component 2 as a material, form and/or force-fitting element to form a material, form-fitting and/or force-fitting device, for example between the component 2 and another component, around the component 2 and to connect the other component materially, positively and/or non-positively to one another.
Nach der Bedingung 102 dürfen die Funktionselemente 17, 18 beim Ausrichten der Modelle 3, 4 aneinander nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen. Bei der Bedingung 100, nach welcher das vorbestimmte Geometriespezialelement 9, 10 des CAD-Modells 3 und das korrespondierende Geometriespezialelement 9, 10 des Deformationsmodells 4 aneinander angeordnet werden, kann es sich um die Bedingung 102 handeln. Ferner ist es denkbar, dass die Bedingung 102 Teil der Bedingung 100 ist. Die Bedingung 102 ist erfüllt, wenn aufgrund des Ausrichtens des CAD-Modells 3 und des Deformationsmodells 4 die miteinander korrespondierenden Funktionselemente 17, 18 zusammenfallen. According to condition 102, the functional elements 17, 18 must not fall apart or deviate from one another when the models 3, 4 are aligned with one another. Condition 100, according to which the predetermined special geometry element 9, 10 of the CAD model 3 and the corresponding special geometry element 9, 10 of the deformation model 4 are arranged next to one another, can be condition 102. It is also conceivable that condition 102 is part of condition 100 . Condition 102 is met when, due to the alignment of CAD model 3 and deformation model 4, functional elements 17, 18 that correspond to one another coincide.
Alternativ oder zusätzlich ist eine weitere Bedingung 103 vorgesehen, wonach zum Aneinanderausrichten des CAD-Modells 3 und des Deformationsmodells 4 ein Herstellungshilfselement 19 des CAD-Modells 3 und ein damit korrespondierendes Herstellungshilfselement 20 des Deformationsmodells 4 ermittelt werden, um die Modelle 3, 4 an den Herstellungshilfselementen 19, 20 aneinander auszurichten. Das jeweilige Herstellungshilfselement 19, 20 wird beispielsweise beim 3D-Drucken des Zwischenerzeugnisses erzeugt, insbesondere aus dem gleichen Materialpulver aufgeschichtet, wie das Zwischenerzeugnis bzw. das Bauteil 2 selbst. Hierbei wird im Bereich des jeweiligen Herstellungshilfselements 19, 20 auf das Aufträgen von Bindemittelschichten verzichtet. Vorliegend wird das jeweilige Herstellungshilfselement 19, 20 als ein Druckhilfselement bzw. als eine sogenannte Supportstruktur ausgebildet, aufgrund derer Materialvorsprünge, insbesondere Materialüberhänge mittels des 3D-Druckens herstellbar sind. Weiter brechen diese Materialvorsprünge bzw. -Überhänge beim Sintern des Grünteils bzw. Zwischenerzeugnisses nicht ab und/oder verformen sich nicht, wenn die Materialvorsprünge bzw. -Überhänge durch die Herstellungshilfselemente 19, 20 gestützt werden. Daher ist das Herstellungshilfselement 19, 20 für das Herstellen des Bauteils 2 von besonderer Bedeutung. Das Geometriespezialelement 9, 10 kann als das Herstellungshilfselement 19, 20 ausgebildet sein. Alternatively or additionally, a further condition 103 is provided, according to which an auxiliary production element 19 of the CAD model 3 and a corresponding auxiliary production element 20 of the deformation model 4 are determined in order to align the CAD model 3 and the deformation model 4 with one another, in order to attach the models 3, 4 to the Manufacturing auxiliary elements 19, 20 to align with each other. The respective Auxiliary production element 19, 20 is produced, for example, during 3D printing of the intermediate product, in particular layered on from the same material powder as the intermediate product or component 2 itself. In the present case, the respective auxiliary production element 19, 20 is designed as an auxiliary printing element or as a so-called support structure, on the basis of which material projections, in particular material overhangs, can be produced by means of 3D printing. Furthermore, these material projections or overhangs do not break off during the sintering of the green part or intermediate product and/or do not deform if the material projections or overhangs are supported by the auxiliary production elements 19, 20. The production aid element 19, 20 is therefore of particular importance for the production of the component 2. The special geometry element 9, 10 can be designed as the production aid element 19, 20.
Nach der Bedingung 103 dürfen die Herstellungshilfselemente 19, 20 beim Ausrichten der Modelle 3, 4 aneinander nicht auseinanderfallen bzw. nicht voneinander abweichen. Bei der Bedingung 100, nach welcher das vorbestimmte Geometriespezialelement 9, 10 des CAD- Modells 3 und das korrespondierende Geometriespezialelement 9, 10 des Deformationsmodells 4 aneinander angeordnet werden, kann es sich um die Bedingung 103 handeln. Ferner ist es denkbar, dass die Bedingung 103 Teil der Bedingung 100 ist. Die Bedingung 103 ist erfüllt, wenn aufgrund des Ausrichtens der Modelle 3, 4 aneinander die miteinander korrespondierenden Herstellungshilfselemente 19, 20 zusammenfallen. According to condition 103, the auxiliary production elements 19, 20 must not fall apart or deviate from one another when the models 3, 4 are aligned. Condition 100, according to which the predetermined special geometry element 9, 10 of the CAD model 3 and the corresponding special geometry element 9, 10 of the deformation model 4 are arranged next to one another, can be condition 103. It is also conceivable that condition 103 is part of condition 100 . The condition 103 is met when, due to the alignment of the models 3, 4 with one another, the auxiliary production elements 19, 20 which correspond to one another coincide.
Die Bedingungen 100, 101, 102, 103 sind einzeln oder in beliebiger Kombination von einer oder mehr der Bedingungen 100, 101, 102, 103 gleichzeitig oder nacheinander in beliebiger Reihenfolge bei dem Verfahren anwendbar, um einen Aufwand des Schritts S4 zu minimieren, in welchem die Modelle 3, 4 aneinander ausgerichtet werden. Indem durch die jeweilige Bedingung 100, 101 , 102, 103 bereits wenigstens eine jeweilige Stelle oder wenigstens ein jeweiliger Abschnitt der beiden aneinander auszurichtenden Modelle 3, 4 festgelegt wird, verringert sich der Aufwand zum Ausrichten des CAD-Modells 3 an dem Deformationsmodell 4 und dadurch ein Aufwand zum Bereitstellen des Druckmodells 1. Hierzu werden das CAD- Modell 3 und das Deformationsmodell 4 nur insoweit aneinander ausgerichtet, als die wenigstens eine Bedingung 100, 101 , 102, 103 eingehalten ist. Anders ausgedrückt wird beim Ausrichten oder aufgrund des Ausrichtens der Gesamtabweichungsbetrag nur insoweit minimiert, als die wenigstens eine Bedingung 100, 101 , 102, 103 eingehalten ist. Alternativ oder zusätzlich zu der jeweiligen Bedingung 100, 101 , 102, 103 wird dem Verringern der Abweichungen 5 bzw. Abweichungsbeträge 6 an den Geometriespezialelementen 9, 10 eine erste, hohe Priorität zugewiesen. Dem Verringern der lokalen Abweichungen 5 abseits der Geometriespezialelemente 9, 10 - insbesondere an anderen Geometrieelementen 21 , 22 - wird eine zweite, niedrige Priorität zugewiesen. Demnach werden das CAD-Modell 3 und das Deformationsmodell 4 vorrangig - gemäß ersten bzw. hohen Priorität - an den Geometriespezialelementen 9, 10 aneinander ausgerichtet und nachrangig - gemäß der zweiten, niedrigen Priorität - an den anderen Geometrieelementen 21 , 22 ausgerichtet. Bei den anderen Geometrieelementen 21, 22 handelt es sich um Elemente des CAD-Modells 3, die nur besonders wenig, insbesondere keine Bedeutung für das Herstellen und für die Funktionalität des Bauteils 2 haben. So wird vorrangig eine Abweichungsbetragssumme, die aus den lokalen Abweichungsbeträgen 6 an den Geometriespezialelementen 9, 10 gebildet wird, durch das Ausrichten minimiert oder verringert, wobei eine andere Abweichungsbetragssumme, die aus den lokalen Abweichungsbeträgen 6 an den anderen Geometrieelementen 21 , 22 gebildet wird, beim Ausrichten nachrangig minimiert bzw. verringert wird. The conditions 100, 101, 102, 103 are applicable individually or in any combination of one or more of the conditions 100, 101, 102, 103 simultaneously or sequentially in any order in the method to minimize a burden of step S4, in which the models 3, 4 are aligned with each other. By the respective condition 100, 101, 102, 103 already defining at least one respective point or at least one respective section of the two models 3, 4 to be aligned with one another, the effort for aligning the CAD model 3 with the deformation model 4 and thereby an effort to provide the print model 1. For this purpose, the CAD model 3 and the deformation model 4 are only aligned with one another to the extent that the at least one condition 100, 101, 102, 103 is met. In other words, during the alignment or as a result of the alignment, the total amount of deviation is only minimized to the extent that the at least one condition 100, 101, 102, 103 is met. As an alternative or in addition to the respective condition 100, 101, 102, 103, reducing the deviations 5 or deviation amounts 6 in the special geometry elements 9, 10 is assigned a first, high priority. A second, lower priority is assigned to reducing the local deviations 5 away from the special geometry elements 9, 10—in particular on other geometry elements 21, 22. Accordingly, the CAD model 3 and the deformation model 4 are primarily aligned with one another—according to the first or high priority—at the special geometry elements 9 , 10 and secondarily—according to the second, low priority—at the other geometry elements 21 , 22 . The other geometry elements 21, 22 are elements of the CAD model 3 that are of very little, in particular no, importance for the manufacture and for the functionality of the component 2. A deviation amount sum, which is formed from the local deviation amounts 6 on the special geometry elements 9, 10, is primarily minimized or reduced by the alignment, with another deviation amount sum, which is formed from the local deviation amounts 6 on the other geometry elements 21, 22, when Align is minimized or reduced subordinate.
Insbesondere wird für den jeweiligen Abweichungsbetrag 6 zumindest zwischen dem jeweiligen Geometriespezialelement 9 des CAD-Modells 3 und dem korrespondierenden Geometriespezialelement 10 des Deformationsmodells 4 ein erster zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben. Ferner wird im vorliegenden Beispiel des Weiteren für den jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag 6 zwischen den anderen Geometrieelementen 21 des CAD-Modells 3 und dem korrespondierenden anderen Geometrieelement 22 des Deformationsmodells 4 ein zweiter zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben. Der zweite zulässige Toleranzbetrag ist größer als der erste zulässige Toleranzbetrag. Folglich wird beim Ausrichten der Modelle 3, 4 eine höhere Toleranz an den anderen Geometrieelementen 21 , 22 zugelassen als an den Geometriespezialelementen 9, 10. Dies wird zum einen durch das niedrigpriorisierte Verringern der entsprechenden Abweichungsbeträge 6 an den anderen Geometrieelementen 21 , 22 realisiert und zum anderen durch die unterschiedlichen zulässigen Toleranzbeträge. In particular, a first permissible tolerance amount is specified for the respective amount of deviation 6 at least between the respective special geometry element 9 of the CAD model 3 and the corresponding special geometry element 10 of the deformation model 4 . Furthermore, in the present example, a second permissible tolerance amount is specified for the respective local deviation amount 6 between the other geometric elements 21 of the CAD model 3 and the corresponding other geometric element 22 of the deformation model 4 . The second allowable tolerance amount is greater than the first allowable tolerance amount. Consequently, when aligning the models 3, 4, a higher tolerance is permitted on the other geometric elements 21, 22 than on the special geometry elements 9, 10 others due to the different allowable tolerance amounts.
Das Verfahren weist eine Schleife S10 auf, welche zumindest die Schritte S2, S3 und S4 umfasst. Die Schleife S10 wird wenigstens einmal wiederholt, das heißt nach einem erstmaligen Durchlaufen wenigstens noch einmal durchlaufen, wobei sich für das Wiederholen der Schritte S2, S3, S4 beispielsweise an den Schritt S4 zum Beispiel der Schritt S2 anschließt. Insbesondere wird die Schleife S10 iterativ durchgeführt, bis der jeweilige Abweichungsbetrag 6 an den Geometriespezialelementen 9, 10 dem ersten zulässigen Toleranzbetrag entspricht. Hierzu weist das Verfahren vor dem Erzeugen des Druckmodells 1 einen Schritt S4a auf, in welchem nach dem erstmaligen Durchlaufen des Schritts S4 ein erstes Iterationsmodell des Bauteils 2 erzeugt wird, indem das CAD-Modell 3 anhand der Abweichungsbeträge 6 verändert oder modifiziert wird. Dann wird beim Ausführen der Schleife S10 das Iterationsmodell dem Schritt S2 zugeführt. Insbesondere weist die Schleife S10 die Schritte S1a, S2, S3, S4 und S4a auf, wobei sich für das Wiederholen der Schritte S1a, S2, S3, S4 und S4a an den Schritt S4a der Schritt S1a anschließt. The method has a loop S10, which includes at least steps S2, S3 and S4. Loop S10 is repeated at least once, that is to say it is run through at least once more after it has been run through for the first time, with step S2, for example, following step S4 for repeating steps S2, S3, S4. In particular, the loop S10 is carried out iteratively until the respective deviation amount 6 at the special geometry elements 9, 10 corresponds to the first permissible tolerance amount. For this purpose, the method has a step S4a before the generation of the pressure model 1, in which, after step S4 has been run through for the first time, a first iteration model of the component 2 is generated by the CAD model 3 being changed or modified using the deviation amounts 6 . Then, when executing loop S10, the iteration model is fed to step S2. In particular, loop S10 has steps S1a, S2, S3, S4 and S4a, step S1a following step S4a for repeating steps S1a, S2, S3, S4 and S4a.
Das bedeutet, dass für die erste Wiederholung der Schleife S10 das in Schritt S4a erzeugte erste Iterationsmodell dem Schritt S1a der Schleife S10 zugeführt wird, in welchem das erste Iterationsmodell gegebenenfalls zu einem skalierten ersten Iterationsmodell skaliert wird. Hiernach wird das erste (eventuell skalierte) Iterationsmodell dem Schritt S2 der Schleife S10 bereitgestellt, in welchem das erste Iterationsmodell simulativ wärmebehandelt bzw. gesintert wird. Dadurch wird ein erstes Iterationsdeformationsmodell erzeugt, welches im Schritt S3 der Schleife S10 mit dem CAD-Modell 3 verglichen wird und die Abweichungsbeträge zwischen dem CAD-Modell 3 und dem Iterationsdeformationsmodell ermittelt werden. Im Schritt S4 der Schleife S10 werden das Iterationsdeformationsmodell und das CAD-Modell 3 aneinander ausgerichtet, wobei der aus den Abweichungsbeträgen 6 zwischen dem Iterationsdeformationsmodell und dem CAD-Modell 3 gebildete Gesamtabweichungsbetrag minimal wird. Hierbei wird eine oder mehr der Bedingungen 100, 101 , 102, 103 eingehalten. Weiter umfasst die Schleife S10 den Schritt S4a, in dem für eine zweite Wiederholung der Schleife S10 ein zweites Iterationsmodell erstellt wird, indem das erste Iterationsdeformationsmodell anhand der lokalen Abweichungsbeträge 6 verändert oder modifiziert wird. Das zweite Iterationsmodell wird dann für eine weitere Wiederholung der Schleife dem Schritt S1a der Schleife zugeführt. This means that for the first repetition of loop S10, the first iteration model generated in step S4a is fed to step S1a of loop S10, in which the first iteration model is optionally scaled to form a scaled first iteration model. The first (possibly scaled) iteration model is then provided to step S2 of loop S10, in which the first iteration model is heat-treated or sintered in a simulative manner. A first iteration deformation model is thereby generated, which is compared with the CAD model 3 in step S3 of the loop S10 and the deviation amounts between the CAD model 3 and the iteration deformation model are determined. In step S4 of loop S10, the iteration deformation model and the CAD model 3 are aligned with one another, with the total deviation amount formed from the deviation amounts 6 between the iteration deformation model and the CAD model 3 becoming minimal. In this case, one or more of the conditions 100, 101, 102, 103 are met. Loop S10 also includes step S4a, in which a second iteration model is created for a second repetition of loop S10 by changing or modifying the first iteration deformation model using local deviation amounts 6 . The second iteration model is then fed to step S1a of the loop for one more iteration of the loop.
Für das iterative Ausführen der Schleife S10 umfasst diese - beispielsweise als Teilschritt des Schritts S4a - eine Prüfung, in welcher der jeweilige Abweichungsbetrag 6 an den Geometriespezialelementen 9, 10 auf das Einhalten des ersten zulässigen Toleranzbetrags hin geprüft wird. Insbesondere umfasst die Prüfung das Überprüfen des jeweiligen Abweichungsbetrags 6 abseits der Geometriespezialelemente 9, 10 - also beispielsweise an den anderen Geometrieelementen 21, 22 - auf das Einhalten des zweiten zulässigen Toleranzbetrags hin. Wird mittels der Prüfung festgestellt, dass zumindest der erste Toleranzbetrag eingehalten ist, wird die Schleife S10 beendet und das Verfahren, beispielsweise nach Schritt S4, mit einem weiteren Schritt S5 fortgesetzt. In dem Schritt S5 des Verfahrens wird nun das Druckmodell 1 des zu fertigenden Bauteils 2 erzeugt. Hierzu wird das CAD-Modell 3 anhand der lokalen Abweichungsbeträge 6 verändert oder modifiziert. Das digitale Druckmodell 1 basiert also auf dem CAD-Modell 3, welches anhand der zwischen dem CAD-Modell 3 und dem Deformationsmodell 4 aufgetretenen Abweichungsbeträge 6 verändert/modifiziert wurde. Wurde vor dem Schritt S5 zumindest einmal die Schleife S10 durchlaufen bzw. ausgeführt, basiert das digitale Druckmodell 1 auf dem CAD-Modell 3, welches anhand der zwischen dem CAD-Modell 3 und dem Iterationsdeformationsmodell aufgetretenen Abweichungsbeträge 6 verändert/modifiziert wurde. For the iterative execution of loop S10, this includes--for example as a sub-step of step S4a--a test in which the respective amount of deviation 6 at the special geometry elements 9, 10 is checked for compliance with the first permissible tolerance amount. In particular, the test includes checking the respective amount of deviation 6 away from the special geometry elements 9, 10—ie, for example, on the other geometric elements 21, 22—for compliance with the second permissible tolerance amount. If the check establishes that at least the first tolerance amount is complied with, loop S10 is terminated and the method, for example after step S4, is continued with a further step S5. In step S5 of the method, the print model 1 of the component 2 to be manufactured is now generated. For this purpose, the CAD model 3 is changed or modified using the local deviation amounts 6 . The digital print model 1 is therefore based on the CAD model 3 , which was changed/modified using the deviation amounts 6 that occurred between the CAD model 3 and the deformation model 4 . If loop S10 was run through or executed at least once before step S5, digital print model 1 is based on CAD model 3, which was changed/modified using deviation amounts 6 that occurred between CAD model 3 and the iteration deformation model.
Fig. 6 zeigt in einer schematischen Ansicht das Druckmodell 1, das gegenüber dem CAD- Modell 3 und gegenüber dem Deformationsmodell 4 derart verformt ist, dass bei einem Sintern des Zwischenerzeugnisses, das gemäß dem Druckmodell 1 hergestellt worden ist, das Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil sich so verformt, dass die Gestalt des Bauteils 2 entsteht. Fig. 6 shows a schematic view of the print model 1, which is deformed compared to the CAD model 3 and compared to the deformation model 4 in such a way that when the intermediate product that has been produced according to the print model 1 is sintered, the intermediate product or green part deformed so that the shape of the component 2 is formed.
Das Verfahren B unterscheidet sich von dem Verfahren A durch einen Schritt S6, in welchem das digitale Druckmodell 1 einer Fertigungseinheit, insbesondere einem Binder-Jetting-3D- Drucker, bereitgestellt wird. Dann wird mittels des 3D-Druckers und anhand des Druckmodells 1 das Zwischenerzeugnis bzw. Grünteil des Bauteils 2 tatsächlich hergestellt. Weiter umfasst der Schritt S6 das (reale) Sintern des Grünteils, wodurch das Bauteil 2 hergestellt wird. Method B differs from method A in a step S6, in which the digital print model 1 is provided to a production unit, in particular a binder jetting 3D printer. The intermediate product or green part of the component 2 is then actually produced by means of the 3D printer and using the print model 1 . Step S6 also includes the (real) sintering of the green part, as a result of which the component 2 is produced.
Fig. 7 zeigt in schematischer Ansicht einen Vorgang, beispielsweise einen Qualitätssicherungsvorgang, in welchem das CAD-Modell 3 und das hergestellte Bauteil 2 miteinander verglichen werden. Das bedeutet, dass das Bauteil 3 dahingehend geprüft, zum Beispiel vermessen wird, inwieweit das real hergestellte Bauteil 2 der im CAD-Modell 3 hinterlegten Gestalt entspricht. Hierbei ist zu erkennen, dass das Bauteil 2 an den Geometriespezialelementen 9 dem CAD-Modell 3 besonders exakt folgt, das heißt besonders kleine Toleranzen hat. Weiter ist zu erkennen, dass das Bauteil 2 an den anderen Geometrieelementen 21 dem CAD-Modell 3 weniger exakt folgt, da an den anderen Geometrieelementen 21 eine größere Toleranz zugelassen wurde als an den Geometriespezialelementen 9. FIG. 7 shows a process, for example a quality assurance process, in a schematic view, in which the CAD model 3 and the manufactured component 2 are compared with one another. This means that the component 3 is checked, for example measured, to what extent the actually produced component 2 corresponds to the shape stored in the CAD model 3 . It can be seen here that the component 2 follows the CAD model 3 particularly precisely at the special geometry elements 9, that is to say has particularly small tolerances. It can also be seen that the component 2 follows the CAD model 3 less precisely on the other geometric elements 21, since a larger tolerance was allowed on the other geometric elements 21 than on the special geometric elements 9.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie besonders effizient und genau eine durch eine Wärmebehandlung auftretende Deformation an wichtigen Elementen des Bauteils 2 kompensiert wird. Hierbei konzentriert sich das Verfahren auf das Kompensieren an speziellen Geometrieelementen des Bauteils 2, nämlich an den Geometriespezialelementen 9, 10. Obwohl das Verfahren A, B hierin im Zusammenhang mit einem additiven Fertigungsverfahren beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass das Verfahren A, B auch für andere Fertigungsverfahren anwendbar ist, bei denen es zu einem Wärmeeintrag in das entsprechende Bauteil oder in ein korrespondierendes Zwischenerzeugnis kommt, etwa bei einem Schweißen. Overall, the invention shows how particularly efficiently and precisely a deformation occurring on important elements of the component 2 as a result of a heat treatment is compensated for. Here, the method focuses on the compensation of special geometric elements of the component 2, namely the special geometric elements 9, 10. Although method A, B has been described here in connection with an additive manufacturing method, it should be understood that method A, B can also be used for other manufacturing methods in which heat is introduced into the corresponding component or into a corresponding intermediate product, such as when welding.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, an Stellen des Bauteils 2, die für das Herstellen und die Funktionalität des Bauteils 2 unwichtig sind, darauf zu verzichten, eine besonders aufwändige und präzise Toleranz vorzugeben. Stattdessen wird bei der Auslegung und/oder Herstellung des Bauteils 2 zwischen den (wichtigen) Geometriespezialelementen 9, 10 und den (weniger wichtigen oder unwichtigen) anderen Geometrieelementen 21 , 22 unterschieden. Es wird dann nur für die wichtigen Geometriespezialelemente 9, 10 ein besonders enger Toleranzbereich vorgegeben, während für die unwichtigeren anderen Geometrieelemente 21 , 22 größere Toleranzen zugelassen werden. The invention is based on the idea of not specifying a particularly complex and precise tolerance at points on the component 2 that are unimportant for the production and the functionality of the component 2 . Instead, a distinction is made between the (important) special geometric elements 9, 10 and the (less important or unimportant) other geometric elements 21, 22 in the design and/or production of the component 2. A particularly narrow tolerance range is then specified only for the important special geometry elements 9, 10, while larger tolerances are permitted for the other unimportant geometric elements 21, 22.
Bezugszeichenhste reference number
A Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen DruckmodellsA Method of providing a digital print model
B Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils B Process for the additive manufacturing of a component
1 Druckmodell 1 print model
2 Bauteil 2 component
3 CAD-Modell 3 CAD model
3a skaliertes CAD-Modell 3a scaled CAD model
4 Deformationsmodell 4 deformation model
5 Abweichung 5 deviation
6 Abweichungsbetrag 6 Deviation Amount
7 Abweichungslänge 7 deviation length
8 Abweichungswinkel 8 deviation angles
9 Geometriespezialelement 9 geometry special element
10 Geometriespezialelement 10 geometry special element
11 Punkt/Netzknoten 11 point/node
12 Kante 12 edge
13 Ecke 13 corner
14 Fläche 14 area
15 Nulldeformationspunkt 15 zero deformation point
16 Aufstandsebene 16 insurgency level
17 Funktionselement 17 functional element
18 Funktionselement 18 functional element
19 Herstellungshilfselement 19 crafting aid element
20 Herstellungshilfselement 20 Crafting Aid Element
21 anderes Geometrieelement 21 other geometry element
22 anderes Geometrieelement 22 different geometry element
23 Materialaussparung 23 material recess
100 Bedingung 100 condition
101 Bedingung 101 condition
102 Bedingung 102 condition
103 Bedingung 51 Verfahrensschritt103 condition 51 process step
S1a VerfahrensschrittS1a method step
52 Verfahrensschritt52 process step
53 Verfahrensschritt53 process step
54 Verfahrensschritt54 process step
S4a VerfahrensschrittS4a method step
55 Verfahrensschritt55 process step
56 Verfahrensschritt56 process step
S10 Schleife S10 loop

Claims

PCT/EP2021/081182 PCT/EP2021/081182
Patentansprüche Verfahren (A) zum Bereitstellen eines digitalen Druckmodells (1), anhand dessen ein Bauteil (2) additiv herstellbar ist, wobei Claims Method (A) for providing a digital print model (1) on the basis of which a component (2) can be produced additively, wherein
51 ein CAD-Modell (3) des zu fertigenden Bauteils (2) bereitgestellt wird; 51 a CAD model (3) of the component (2) to be manufactured is provided;
52 eine Wärmebehandlung anhand des CAD-Modells (3) simuliert wird, wodurch ein digitales Deformationsmodell (4) des zu fertigenden Bauteils (2) erzeugt wird; 52 a heat treatment is simulated using the CAD model (3), whereby a digital deformation model (4) of the component (2) to be manufactured is generated;
53 das CAD-Modell (3) mit dem Deformationsmodell (4) verglichen wird, wodurch lokale Abweichungsbeträge (6) zwischen dem CAD-Modell (3) und dem Deformationsmodell (4) ermittelt werden; 53 the CAD model (3) is compared with the deformation model (4), whereby local deviation amounts (6) between the CAD model (3) and the deformation model (4) are determined;
54 das CAD-Modell (3) und das Deformationsmodell (4) derart aneinander ausgerichtet werden, dass ein Gesamtabweichungsbetrag minimal wird, welcher aus den lokalen Abweichungsbeträgen (6) zwischen dem CAD-Modell (3) und dem Deformationsmodell (4) gebildet wird; 54 the CAD model (3) and the deformation model (4) are aligned with one another in such a way that a total deviation amount, which is formed from the local deviation amounts (6) between the CAD model (3) and the deformation model (4), becomes minimal;
55 das Druckmodell (1) des zu fertigenden Bauteils (2) erzeugt wird, indem das CAD- Modell (3) anhand der lokalen Abweichungsbeträge (6) verändert wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Aneinanderausrichten des CAD-Modells (3) und des Deformationsmodells (4) mit einer Bedingung (100, 101 , 102, 103) erfolgt, gemäß welcher ein vorbestimmtes Geometriespezialelement (9) des CAD-Modells (3) und ein damit korrespondierendes Geometriespezialelement (10) des Deformationsmodells (4) aneinander angeordnet werden, derart, dass der aus den lokalen Abweichungsbeträgen (6) gebildete Gesamtabweichungsbetrag unter Einhaltung dieser Bedingung (100, 101 , 102, 103) minimal wird. Verfahren (A) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Nulldeformationspunkt (15) des CAD-Modells (3) und ein damit korrespondierender Nulldeformationspunkt (15) des Deformationsmodells (4) ermittelt werden, um das CAD- Modell (3) und das Deformationsmodell (4) an den Nulldeformationspunkten (15) aneinander auszurichten. Verfahren (A) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Funktionalität des Bauteils (2) charakterisierendes Funktionselement (17) des CAD-Modells (3) und ein damit korrespondierendes Funktionselement (18) des Deformationsmodells (4) ermittelt werden, um das CAD-Modell (3) und das Deformationsmodell (4) an den Funktionselementen (17, 18) aneinander auszurichten. Verfahren (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Herstellungshilfselement (19) des CAD-Modells (3) und ein damit korrespondierendes Herstellungshilfselement (20) des Deformationsmodells (4) ermittelt werden, um das CAD-Modell (3) und das Deformationsmodell (4) an den Herstellungshilfselementen (19, 20) aneinander auszurichten. Verfahren (A) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt S4, in welchem das CAD-Modell (3) und das Deformationsmodell (4) aneinander ausgerichtet werden, erfolgt, indem ein Verringern der lokalen Abweichungsbeträge (6) an den vorbestimmten Geometriespezialelementen (9, 10) höherpriorisiert ist als ein Verringern der lokalen Abweichungsbeträge (6) abseits der Geometriespezialelemente (9, 10). Verfahren (A) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag (6) zwischen dem jeweiligen vorbestimmten Geometriespezialelement (9) des CAD-Modells (3) und dem damit korrespondierenden Geometriespezialelement (10) des Deformationsmodells (4) ein zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben wird und eine die Schritte S2, S3 und S4 umfassende Schleife S10 iterativ durchgeführt wird, bis der jeweilige lokale Abweichungsbetrag (6) an dem jeweiligen vorbestimmten Geometriespezialelement (9, 10) dem zulässigen Toleranzbetrag entspricht. Verfahren (A) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den jeweiligen lokalen Abweichungsbetrag (6) zwischen anderen Geometrieelementen (21) des CAD-Modells (3) und dem damit korrespondierenden anderen Geometrieelement (22) des Deformationsmodells (4) ein weiterer zulässiger Toleranzbetrag vorgegeben wird, welcher größer als der zulässige Toleranzbetrag ist. Verfahren (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt S2, in welchem eine Wärmebehandlung anhand des CAD-Modells (3) simuliert wird, wodurch das digitales Deformationsmodell (4) des zu fertigenden Bauteils (2) erzeugt wird, das CAD-Modell (3) basierend auf einer zu erwartenden Deformation skaliert wird. Verfahren (B) zum additiven Herstellen eines Bauteils (2), wobei ein Material des zu fertigenden Bauteils (2) gemäß einem digitalen Druckmodell (1) des Bauteils (2) angeordnet wird, und das Material mittels einer Wärmebehandlung zu dem Bauteil (2) gefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Druckmodell (1) mittels eines nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildeten Verfahrens (A) bereitgestellt wird. 55 the print model (1) of the component (2) to be manufactured is generated by the CAD model (3) being modified on the basis of the local deviation amounts (6); characterized in that the alignment of the CAD model (3) and the deformation model (4) with a condition (100, 101, 102, 103) takes place, according to which a predetermined geometry special element (9) of the CAD model (3) and a so that the corresponding special geometry element (10) of the deformation model (4) is arranged next to one another in such a way that the total deviation amount formed from the local deviation amounts (6) is minimal while complying with this condition (100, 101, 102, 103). Method (A) according to Claim 1, characterized in that a zero deformation point (15) of the CAD model (3) and a zero deformation point (15) of the deformation model (4) corresponding thereto are determined in order to convert the CAD model (3) and the Align the deformation model (4) at the zero deformation points (15) with one another. Method (A) according to Claim 1 or 2, characterized in that a functional element (17) of the CAD model (3) characterizing a functionality of the component (2) and a functional element (18) of the deformation model (4) corresponding thereto are determined, in order to align the CAD model (3) and the deformation model (4) on the functional elements (17, 18) with one another. Method (A) according to one of the preceding claims, characterized in that an auxiliary production element (19) of the CAD model (3) and a corresponding auxiliary production element (20) of the deformation model (4) are determined in order to form the CAD model (3) and to align the deformation model (4) on the auxiliary production elements (19, 20) with one another. Method (A) according to Claim 3 or 4, characterized in that step S4, in which the CAD model (3) and the deformation model (4) are aligned with one another, takes place by reducing the local deviation amounts (6) to the predetermined geometry special elements (9, 10) has a higher priority than reducing the local deviation amounts (6) apart from the geometry special elements (9, 10). Method (A) according to one of Claims 3 to 5, characterized in that for the respective local deviation amount (6) between the respective predetermined special geometry element (9) of the CAD model (3) and the special geometry element (10) of the deformation model ( 4) a permissible tolerance amount is specified and a loop S10 comprising steps S2, S3 and S4 is iteratively executed until the respective local deviation amount (6) on the respective predetermined special geometry element (9, 10) corresponds to the permissible tolerance amount. Method (A) according to Claim 6, characterized in that for the respective local deviation amount (6) between other geometric elements (21) of the CAD model (3) and the other geometric element (22) of the deformation model (4) corresponding thereto, a further permissible Tolerance amount is specified, which is greater than the allowable tolerance amount. Method (A) according to one of the preceding claims, characterized in that before step S2, in which a heat treatment is simulated using the CAD model (3), whereby the digital deformation model (4) of the component (2) to be manufactured is generated , the CAD model (3) is scaled based on an expected deformation. Method (B) for the additive manufacturing of a component (2), wherein a material of the component (2) to be produced is arranged according to a digital printing model (1) of the component (2), and the material is formed into the component (2) by means of a heat treatment is joined, characterized in that the digital print model (1) is provided by means of a method (A) designed according to one of Claims 1 to 8.
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