JP7421663B2 - 冷却管システムを有する部品を製造するための方法 - Google Patents

Description

本願発明は、冷却管システムを有する部品を製造するための方法に関する。

工業的製造で頻繁に用いられる方法には、例えば、射出成形加工方法がある。射出成形加工方法では、圧下で液状の材料が加成形用の金型インサート又は射出成形加工工具に注入され、そこで冷却され、固化した凝集状態に戻る。

この一次的な形成処理は、塑性加工の分野で用いられることが多く、これにより製作される製品の複雑な成形を可能とする。材料を固化させるのに必要な冷却は、とりわけ、処理時間に対して決定的な影響を及ぼすので、そのような処理において特に重要である。

知られているのは、注入される材料のそのような冷却が、金型インサート又は射出成形加工工具を介して起こるのが有利であることである。通常、放熱のための冷却管が、金型インサート又は射出成形加工工具内に設けられる。適した冷却水がこれら冷却管を流れ、それにより、金型インサート又は射出成形加工工具を、したがって内部に位置する材料を冷却する。

原則的に、射出成形加工工具、形成工具、押出工具等、使用に際して高温に曝される工具の製作は複雑である。特に、工具内で延在する冷却管は通常、完成した工具内へ穿孔によってのみ導入できるので、冷却管を導入することは、工具の、通常非常に複雑である形状のために達成が容易ではないことが多い。

従来技術文書ＤＥ １０ ２００４ ０４０ ９２９ Ａ１には、例えば、付加的材料堆積製作処理により部品として、冷却水管を有する工具が製造される方法が記載されており、冷却水管は、付加的な構築の過程で工具内部に形成される。文書ＤＥ １０ ２００４ ０４０ ９２９ Ａ１に示される方法は、高度に個別化された部品、又は複雑な形状を有する部品のために特に用いられる付加的製作が可能であることを利用し、よって、付加的な構築の間に部品内に、とりわけ、凹部を設けることを可能とする。

しかし、このやり方で製作される部品を効率よく冷却することが可能であることについては限界がある。

よって本願発明の目的は、向上した放熱性を有する部品を製造するための方法を提供することである。

この目的を達成すべく、請求項１に係る冷却管システムを有する部品を製造するための方法が提案される。

さらに、そのような部品の構築のために構成された、請求項２０に係る、ソフトウェアでサポートされたコンピュータシステムが提案される。

それぞれの独立請求項は、本願発明に係る方法の、又は本願発明に係るデータ処理システムの好ましい実施形態に関し、それらは個別に提供されてもよいし、又は組み合わせて提供されてもよい。

本願発明の第１態様によると、冷却管システムを有する部品を製造するための方法は、－造形材料の付加的かつ一体接着的積層により部品の第１部分を造形することと、－部品の第１部分内へ開口部を有する第１キャビティを導入することとを備える。方法は、－被覆部により第１部分内の第１キャビティの開口部を被覆することと、－造形材料の付加的かつ一体接着的積層により部品の第２部分を造形することであって、造形材料は第１部分と被覆部とに積層されることと、－部品の第２部分内への第２キャビティを導入することと、－冷却管システムを形成するために、材料除去加工により部品内へ接続管を導入することであって、接続管は、第２部分の第２キャビティを、部品の第１部分の第１キャビティに接続することとをさらに備える。

オプションで、被覆部は、例えば付加的ビルドアップ溶接トラックを積層することにより、挿入後に堅固に固定されてよい。このことは、例えば、重力とは異なる方向に５軸加工されることになる被処理物へ複数の被覆部が挿入されるときに、それら複数の被覆部が外れるのを防ぐために必要となり得る。代替的に、被覆板が、スポット溶接により固定されてもよい。

本願発明に係る方法は、複雑な形状を有し、冷却管システムが内部で延在する部品を特に有利な方式で製造することを可能とする。冷却管システムは、冷却水を搬送するよう構成され、また複雑な形状を有する。

部品内で延在する冷却管システムの形成は、部品の個々の部分が、造形材料の付加的かつ一体接着的積層により造形される（＝付加的ビルドアップ）間に起こり、これにより、部品内のキャビティ及び接続管の位置により決定する冷却管システムの幾何学的配置が、製造されることになる部品の複雑な最終的な形状に有利に適応したものとなってよく、これにより冷却管システムは、少なくとも一部分で部品の外側輪郭表面に合うように延在し、つまり、冷却管システムは、少なくとも一部分でそれら外側輪郭表面に沿う。ここで、一部分において沿うとは、冷却管システムを流れる、又は搬送される冷却水の流れ方向が、部品の外側輪郭表面と本質的に平行に延びるような冷却管システムの配置を意味するものと理解される。

複雑な部品形状の場合、そのような内部冷却管システムの導入は概して、一次的な成形処理後に穴の形態で導入するだけでは可能ではない。

これまで従来の方法においては、部品形状のため及び穿孔処理の可能性のために、穴の導入には限界があり、これにより、幾何学的配置が過度に単純な冷却管システムのみ導入が可能であった。

本願発明に係る方法は、接続管を導入することも含め、内部で延在する冷却管システムを形成するのに、造形材料の付加的かつ一体接着的積層による造形（＝付加的ビルドアップ）と材料除去加工との相乗効果を活用する。

したがって本願発明に係る方法は、一連の交互に行われる付加的造形工程と材料除去加工工程とを有するハイブリッド型の製作方法である。

本願発明に係る方法は、特にニアネットコンターである冷却管システムを可能とし、その結果として、放熱性を、内部を流れる冷却水により大幅に向上させられる。

また、接続管より大きな断面をもつキャビティを導入することにより、部品の使用に際して特に熱的応力を受ける領域を、キャビティを流れる冷却水により効率よく冷却でき、有利である。

第１部分内の第１キャビティの開口部を、平らである、及び／又は平坦であるのが有利である被覆部で被覆することで、造形材料を積層することによる第２部分の付加的造形が可能となり、第１キャビティは、部品内部で全体的に閉じこめられ、第１キャビティは、第２部分に面した平らな境界面又は境界面形状を有する単純な形状を有する。

（被覆部なしで）造形材料の純粋に付加的な積層により全体的に完成部品内部に存在するキャビティの開口部を閉じることは、この目的のために構成されるある境界面形状に準拠した場合にのみ可能である。そのような境界面形状は通常平らではない。処理に関連した理由から、（被覆部なしで）平らな境界面の形態で境界面形状を造形することは可能ではない。このことが、付加的積層により、例えば屋根の形態でピラミッド型又は円錐形状の境界面形状が通常造形される理由である。

キャビティのそのような平らではない境界面形状は、多くの点で不利であることがわかっている。

一方で、そのような境界面形状は、冷却管システムを流れる冷却水にとって望ましくない滞留点を表しており、したがって、冷却水により作用が発揮される放熱性の低下も引き起こされる。

他方、そのような多くの場合、尖った境界面形状（ピラミッド型又は円錐形状）は、所定の破壊点（切欠係数）の意味で潜在的に弱い点を表しており、部品に対する力学的負荷が起こったときには部品内でそれらの点において過度な応力のピークが発生し得、その結果として、対応する点において部品が機能しなくなり得る（クラック、破砕、塑性変形等）。

本願発明によれば、部分から部品が造形されるので、接続管は、部品の全体的な付加的ビルドアップ後では可能ではないであろう方式で導入され得る。

ここで、第２部分が造形された後に部品内に配置された第１キャビティへの接続を確立するために、したがって冷却管システムを形成するために、第１部分の第１キャビティの方向に、部品の第２部分内の第２キャビティから開始して接続管を導入するのが有利である。

この目的のために、材料除去加工のために構成された工具のアクセスは、第２部分の第２キャビティの開口部を介して起こるのが有利である。例えば、チップ除去加工のために構成されたドリルヘッドが第２キャビティに損傷を加えることなく第２キャビティ内の開口部を通じて部品に入ることができるように、第２キャビティは、工具が接続管を導入するのを妨げない対応する形状を有するのが好ましい。

材料除去加工に少なくとも部分的に基づく接続管の導入は、付加的ビルドアップにより製造される他の表面と比べて、接続管に隣接する部品の表面の、より表面構造が平滑な、より高い表面品質を生むことができるので有利である。

概して、造形材料の一体接着的な積層による付加的ビルドアップにより作成される表面は、材料除去加工、特にチップ除去加工によって作成される表面の場合よりも粗面度がより高く、表面品質がより低い表面構造又は表面品質を有する。

表面構造が平滑な、又は粗面度がより低い接続管の高い表面品質によって、その部分における流れ抵抗がより低くなるので、接続管を流れる冷却水の搬送が向上する。流動のための管又は流路が粗面である場合、それら表面の領域において乱流が発生し、したがって、流れ抵抗の上昇が発生し、このことはそれらに対応して流れを妨げる。

付加的ビルドアップのみにより製造される接続管と比べて、材料除去加工に基づく接続管を導入することにより、内部を流れる冷却水の流れ抵抗を大幅に低減でき、このことは転じて、より低い流れ抵抗とその他の面では同じ境界条件（圧力差、管断面）とにより、内部を流れる冷却水のより多い流量又はより高い流速が達成することができるので、放熱性に対するプラスの影響を及ぼす。

しかし、原則的に、材料が積層されるときに対応する領域を省略することにより、付加的方法を用いて部分において接続管を導入することも可能である。

本願発明に係る方法は、単なる第１部分内の第１キャビティ、及び／又は単なる第２部分内の第２キャビティに限定されるわけでは決してない。製造されることになる部品の形状に応じて、対応する数の接続管を介して部分を跨いで互いに接続されて冷却管システムを形成し得る複数のキャビティが、部品の個々の部分に導入され得る。よって、冷却管システムを形成するために、複数の接続管が単一のキャビティ内へと開口することも可能である。

したがって、例えば、第２部分が造形された後に２つの接続管を導入することにより、第２部分に導入されるキャビティに接続されることになる第１部分内へ２つの別個のキャビティを導入することが可能である。この場合、それら２つの接続管はいずれも第２部分のキャビティ内へと開口し、そのキャビティを第１部分内の２つのキャビティに接続する。

代替的に、例えば、第１部分内へキャビティを導入し２つの接続管を導入することにより、そのキャビティを第２部分に導入された２つのキャビティに接続することも可能である。

部品の放熱性の向上は、とりわけ、例えば製作処理における工具として、熱応力下で部品が使用されるときにおける部品の冷却率／冷却速度の上昇を意味し、これにより、より短い処理時間又はクロックタイムを達成することができる。熱は冷却管システムを流れる冷却水により放散され、冷却管システムは、部品を通じて伝導する熱を吸収し、外方へ、又はそこから離れるように熱を伝導させる。

方法の好ましい実施形態において、それぞれの部分が造形された後に、少なくとも一部分で材料除去加工により第１及び／又は場合によっては更なるキャビティが導入される。

方法の特に好ましい実施形態において、第１及び／又は第２キャビティを導入するための材料除去加工はチップ除去加工である。

チップ除去加工によるキャビティの導入は特に有益である。特に、造形材料の純粋に付加的な積層によって形成れる表面と比べて、キャビティに隣接する部品の表面が高い表面品質を有し、したがって、冷却管システム内の流れ抵抗を低減するからである。

方法の別の好ましい実施形態において、第１及び／又は第２キャビティは、造形材料の付加的かつ一体接着的積層の間に対応する領域を省略することにより、それぞれの部分のビルドアップの過程で導入される。

構築材料を積層するときの省略により、それぞれの部分のビルドアップの過程で既にキャビティが導入され有利となり得、したがって、製造コスト及び製造時間の削減と、造形材料の節約とにつながる。

方法の特に好ましい実施形態において、部分の構築の過程で導入されるキャビティに隣接する部分の表面は、チップ除去加工により再処理される。

表面のチップ除去再処理は、特に、造形材料の純粋に付加的な積層によって作成される表面と比べて、それらの表面品質を向上させ、その結果として、冷却管システム内の流れ抵抗を低減することができる。

付加的ビルドアップの間の事前の省略なしで材料除去加工のみでキャビティのうちの１つを導入することと対照的に、工具コストの削減もできる。１つの面のみが加工され、キャビティ自体の全体が材料除去加工により導入されるわけではないからである。

方法の特に好ましい実施形態において、このことはまた、被覆部により第２部分の第２キャビティの開口部を部分的に又は全体的に被覆することと、造形材料の付加的かつ一体接着的積層により部品の更なる部分を造形することであって、造形材料は、第２部分上、及び第２キャビティの開口部の被覆部上に積層されることとを含む。

その結果、第２キャビティの開口部が造形材料により閉じられ、これにより部品は、全体がその内部に位置する冷却管システムを有することとなる。

方法の特に好ましい実施形態において、方法は以下の工程をさらに備える。

ＺＳ１：部品の予め造形された部分のうちの１つへ開口部を有する少なくとも１つの更なるキャビティを導入することであって、更なるキャビティは、予め造形された部分のビルドアップの後に材料除去加工により、又は、予め造形された部分のビルドアップの過程で造形材料の付加的かつ一体接着的積層の間に省略することにより導入されること。

ＺＳ２：材料除去加工により部品内へ１又は複数の接続管を導入して冷却管システムをさらに形成することであって、接続管は工程ＺＳ１における更なるキャビティを、部品の予め造形された部分内の予め導入された１つのキャビティ又は複数のキャビティと接続すること。

ＺＳ３：被覆部により、工程ＺＳ１における更なるキャビティの開口部を少なくとも部分的に被覆すること。

ＺＳ４：造形材料の付加的かつ一体接着的積層により部品の１又は複数の更なる部分を造形することであって、造形材料は、予め造形された部分のうち１又は複数に、及び、１つ前の工程ＺＳ３の被覆部に積層されること。

オプションで、工程ＺＳ３における挿入の後、被覆部は、例えば付加的ビルドアップ溶接トラックを積層することにより、堅固に固定されてよい。このことは、例えば、重力とは異なる方向に５軸加工されることになる被処理物へ複数の被覆部が挿入されるときに、それら複数の被覆部が外れるのを防ぐために必要となり得る。代替的に、被覆板が、スポット溶接により固定されてもよい。

方法の特に好ましい実施形態において、これら工程は幾度か繰り返すことができ、これにより方法工程の一連のＺＳ１～ＺＳ４の幾度かの繰り返しを通じて、複数のキャビティ及び複数のキャビティを接続するための複数の接続管を含む冷却管システムが内部に形成された、複数の部分を有する部品が製造される。

その結果、複雑な形状、特に複雑な外形を有し、その複雑な形状に有利に適応した冷却管システムが内部で延在する部品を製造することができる。

ここで、部品の１つの部分あたりのキャビティの数は１つに限られず、これにより個々の部分が、冷却管システムの有利な形成に役立つ複数の導入されたキャビティを有してもよい。

方法の特に好ましい実施形態において、接続管を導入するための材料除去加工は、チップ除去加工である。

特に造形材料の純粋に付加的な積層によって作成される表面と比べて、チップ除去加工は接続管に隣接する部品の作成された表面の高い表面品質を達成し得、したがって冷却管システム内の流れ抵抗を低減し得る。

方法の特に好ましい実施形態において、造形材料の付加的かつ一体接着的積層は、レーザ又はアークビルドアップ溶接により実行される。

方法の特に好ましい実施形態において、造形材料は、ビルドアップ溶接による積層の間に粉末及び／又はワイヤの形態で供給される。

方法の特に好ましい実施形態において、それぞれの部分内のキャビティのうち１又は複数の開口部付近の領域において、それぞれの開口部を被覆するためのそれぞれの被覆部が適切な位置でぴったり合った状態で保持されるように、それぞれの開口部を被覆するよう構成されたそれぞれの被覆部の形状に材料除去加工により適応した凹んだ肩部が形成される。

このことにより、それぞれの被覆部が部品に対して適切な位置で保持され、所望されない振動などでずれないので、開口部を被覆する被覆部の挿入と、それぞれの被覆部上での後に続く付加的ビルドアップとが容易になる。

方法の特に好ましい実施形態において、被覆部のうち１又は複数は、円形板金ブランク又は板金カバーである。

方法の特に好ましい実施形態において、キャビティの形状は、キャビティの所定の標準形状の群から選択される。

その結果、随意的にキャビティの形状が選択されるのではなく、モジュール原理に従った所定の標準形状の群から選択がなされるので、格段に標準化された製造を可能とすることができる。このやり方で達成される標準化により、処理の特に好ましい実施形態においては同様にキャビティの標準形状に幾何学的に適応した事前作製された被覆部の群から選択される被覆部の構成に関して特に、更なる方法工程の最適化が可能となる。

したがって、被覆部は大量に事前作製することができ、モジュールの原理にしたがって、標準形状を有するキャビティを被覆するよう直接使用することができる。

このことは、製作コストの削減につながる。被覆部を個別に製作する必要がなく、さらには、部品を製作するための製作時間を、本願発明に係る方法により削減できるからである。

特に好ましい実施形態において、キャビティの標準形状は略円筒形状である。

これら比較的単純な形状は、材料除去加工により、特にチップ除去加工により迅速かつ容易に導入することができ、これにより製造時間をさらに削減することができる。

本願発明に係る方法の特に好ましい実施形態において、方法は、材料除去加工により部品内に冷却管システムのための少なくとも１つの供給管及び少なくとも１つの吐出管を導入することであって、供給管及び吐出管は、冷却管システムが供給管から吐出管まで連続的に延在するよう導入されることをさらに備える。

このことにより、供給管を通じて部品外から供給される冷却水が部品内部で冷却管システムを通じて吐出管へと流れることができる連続的な冷却管システムが提供され、したがって、部品からの熱を冷却するための、又は放散するための冷却回路を設けることができる。

方法の特に好ましい実施形態において、方法はまた、造形材料から造形された部品の外側輪郭表面のうちの一部に耐摩耗性外層の付加的かつ一体接着的積層をすることを備える。

したがって、より大きな力学的応力に耐えることもできる耐摩耗性を有する（好ましくは、工具鋼製の）表面を、例えば、他の製作及び／又は製造方法における工具としての部品の後の使用に適応した方式で形成することができる。

方法の特に好ましい実施形態において、耐摩耗性外層の付加的かつ一体接着的積層は、レーザ又はアークビルドアップ溶接により実行され、耐摩耗性外層を造形するのに使用される材料は、粉末及び／又はワイヤの形態で供給される。

方法の特に好ましい実施形態において、造形材料はまた、耐摩耗性外層の熱伝導率より高い熱伝導率を有する。

したがって、向上した放熱特性及び高い耐摩耗性を有する部品を、効率的な方式で提供することができる。高められた熱伝導率によって、外層を介して部品に入る熱エネルギーは、造形材料に隣接する外層の表面から冷却管システムへ迅速に伝導され、これにより部品内全体で向上した放熱性を達成することができる。

本願発明に係る方法により製造される部品の向上した放熱性は、冷却率を高めることのみが目的ではなく、例えば、特に大きな熱応力を受ける部品の領域において本願発明に係る方法の過程で設置されるキャビティに特に起因して、部品の冷却の局所的な均一性を達成することも目的としている。

例えば、部品が例えば工具として使用されるとき、局所的に異なる冷却率により引き起こされる望ましくない変形を、信頼性高く回避できる。

例えば、局所的な摩耗が増えるのを防ぐために、射出成形加工されたパーツのための冷却時間を削減することができ、高温の形成工具のための冷却を向上させることができる。

本願発明の更なる態様によると、ソフトウェアでサポートされたコンピュータシステムが提案される。コンピュータシステムは、本願発明に係る方法を用いて製造されることになる部品の構築計画のために構成され、この目的のため、冷却管システムを有する部品の部品形状を規定するための少なくとも１つの手段を備える。

特に好ましい実施形態において、コンピュータシステムは、部品の製造のための数値制御工作機械及び／又は数値制御加工センターが実行できる連続的な加工工程を決定するための手段と、加工工程を実行するために数値制御工作機械及び／又は数値制御加工センターが使用する制御命令を導出するための手段と、部品を製造するための加工工程を実行するよう構成された、工作機械及び／又は加工センターへ制御命令を送信するための手段とをさらに備える。

特に好ましい実施形態において、コンピュータシステムはＣＡＤ及び／又はＣＡＭシステムをさらに備える。

更なる態様及びそれらの利点、並びに上述した態様及び特徴のより具体的な例示的な実施形態が、添付図面に示される図面を用いて以下に記載される。

本願発明に係る方法を用いた冷却管システムを有する部品の工程毎の製造を例示的な断面で示す。 本願発明に係る方法を用いた冷却管システムを有する部品の工程毎の製造を例示的な断面で示す。 本願発明に係る方法を用いた冷却管システムを有する部品の工程毎の製造を例示的な断面で示す。 本願発明に係る方法を用いた冷却管システムを有する部品の工程毎の製造を例示的な断面で示す。 本願発明に係る方法を用いた冷却管システムを有する部品の工程毎の製造を例示的な断面で示す。 本願発明に係る方法を用いた冷却管システムを有する部品の工程毎の製造を例示的な断面で示す。 複数のキャビティ及び接続管を含む冷却管システムを有する部品を斜視透視図で示す。 図２に示す冷却管システムを有する部品の異なる部分領域の拡大図を示す。 図２に示す冷却管システムを有する部品の異なる部分領域の拡大図を示す。 図２に示される部品の中央部分領域を斜視断面図で示す。 冷却管システムを有する部品を製造するための本願発明に係る方法の例示的な実施形態を示す。

図１ａは、造形材料の付加的かつ一体接着的積層により（＝付加的ビルドアップ）本願発明に係る方法の過程で実行される、第１部分１０のビルドアップの後の例示的な部品１００を断面で示す。

示されている例において、付加的ビルドアップは、造形方向ｘに沿って起こる。

第１キャビティ１１が第１部分１０の外側表面１５に向かう開口部を有するように、第１キャビティ１１が第１部分１０に導入される。

第１キャビティ１１の導入は、該当する点における凹部により、第１部分１０の付加的ビルドアップの過程で実行され得る。表面品質を向上させ、したがって冷却管システム内の流れ抵抗を低減させるために、第１キャビティ１１に隣接する第１部分の表面は、材料除去加工により、特にチップ除去加工により再処理される。

代替的に、第１キャビティ１１は、第１部分１０の付加的ビルドアップに続いて中実材料内へ材料除去加工により、特にチップ除去加工により直接導入され得る。

さらに、外側表面１５上の第１キャビティ１１の開口部において、肩部１２が、材料除去加工により第１部分１０に導入される。肩部１２は、後の被覆部１３の挿入のために使用される（図１ｂ参照）。

図１ｂは、被覆部１３により第１キャビティ１０の開口部を被覆する工程の後の部品を断面で示す。

被覆部１３は、平坦かつ平らであり、他の寸法と比べて小さい厚さを有するのが有利である。被覆部は、第１キャビティの開口部を全体的に閉じる。

平坦な被覆部１２の表面が、第１部分の外側表面１５と同一面に位置し、好ましくはそれらが一緒になって平坦表面を形成するよう、形状の観点から、第１キャビティ１０において第１部分１０に導入される肩部１２と被覆部１３とは互いに適応しているのが有利である。好ましくは、被覆部１３は導入される肩部１２により、ぴったりと合った状態で保持される。

図１ｃは、第２部分２０の付加的ビルドアップのための続く方法工程の後の部品１００を断面で示す。

第２部分２０の付加的ビルドアップは、第１部分１０の外側表面１５から開始して第１部分１０上で実行される。第１キャビティ１１の被覆部１３の表面は、ビルドアップ方向ｘに沿って外側表面１５と同一面に位置する。

第１キャビティ１１の開口部を被覆することにより、第２部分２０の付加的ビルドアップは被覆部１３上で実行されてもよい。このことは、複雑なピラミッド型又は円錐形状を用いた純粋に付加的な積層によって第１キャビティ１１を閉じることは省略することができ、したがって第１キャビティ１１は、実質的に平行な対向し合う側面、又は頂面及び底面を有する形状を有することを意味する。

第２部分２０の付加的ビルドアップは、例示的な部品１００に関して、第１部分１０の外側表面全体１５から、及び外側表面１５と同一面に位置する被覆部１３の表面から開始して図１ｃに示されるように実行される。このことは、本願発明に係る方法の限定と理解されるべきではない。概して第２部分は、部品１００の第１部分１０の外側表面１５の（外側表面全体ではない）一部のみにビルドアップされてもよい。

キャビティ、第２キャビティ２１も、第１キャビティ１１の導入の過程で既に記載した方法（付加的ビルドアップでの凹部及び材料除去後加工又は材料除去加工による全体的導入）のうち１つを用いた材料除去加工により部品１００の第２部分２０に導入される。

図１ｃの描画は、第１キャビティ１１及び第２キャビティ２１が、寸法が同じか又は同様である同じか又は同様の形状を有することを示唆しているが、このことは、本願発明に係る方法の場合全般に関して必須というわけではない。

第２部分２２内の第２キャビティ２１は、第２部分２０の外側表面２５に向かって開口している。

さらに、第１キャビティ１１の場合の手順と類似の方式で、肩部２２が、材料除去加工により外側表面２５上の第２キャビティ２１の開口部に導入される。

図１ｄは、接続管９０を導入する続く方法工程の後の部品１００を断面で示す。

接続管９０は、第１部分１０の第１キャビティ１１を第２部分２０の第２キャビティ２１へ接続するよう、材料除去加工により部品１００に導入される。

２つのキャビティ１１及び２１が接続管９０で接続されて冷却管システムを形成するとき、材料も必ず、付加的ビルドアップの過程で部品内に閉じこめられた被覆部１３から除去される。そうしなければ、キャビティ１１とキャビティ２１との間で接続を確立できないからである。

接続管９０の導入のための材料除去加工は、特にレーザ加工又はチップ除去加工により、例えば、フライス工具又はドリルヘッドを用いて実行することができる。このやり方で導入された表面の高い表面品質のためにもチップ除去加工が好ましい。

材料除去加工、例えばドリルヘッドの挿入は、第２キャビティ２２から開始して実行される。第２キャビティ２１の断面が接続管９０の断面より大きいことによって、例えば第２キャビティ２１付近の領域での第２部分２０との衝突など望ましくない方式で部品１００に損傷を加えることなく、部品１００を通じて例示的なドリルヘッドを第１キャビティ１１へ容易に導くことができる。

さらに、第２キャビティ２２が比較的大きいことにより、例示的なドリルヘッドを、外側表面２５の垂線に対してある角度で部品に導入することができる。（望ましくない方式で第２部分２０に損傷を与えることなく）外側表面２５の垂線に対して対応する傾斜角で接続管９０を導入できることにより、結果として、部品１００内の冷却管システムの形成により高い自由さが生まれる。

したがって、接続管９０は、外側表面２５の垂線に対して大きな傾斜角でも小さな傾斜角でも導入され得るので有利である。

したがって、接続管９０は、図１ｄにおける描画によると、部品１００の部分領域内において部品１００の更なる外側表面２６と平行に（又はほぼ平行に）配置され得る。この結果、そのような部分的領域において、更なる外側表面２６の異なる表面点同士が、同じ（又はほぼ同じ）接続管９０からの距離を有する。外側輪郭の近くを通るように冷却管システムを配置でき、したがって、更なる外側表面２６を通じて部品１００に入る熱の、例えば冷却水が流れる冷却管システムによる放散を増やすことができるように、この距離はできる限り小さくなるよう選択されるべきであり、そうすることが有利である。冷却管システムの一部としての接続管９０のそのような導入により、この部分領域において部品１００は更なる外側表面２６と接続管９０との間で概ね一定の材料厚さを有し、このことはまた、該当する部分領域において局所間で均一な放熱性を達成することもできることを意味している。

図１ｅは、例示的な部品１００を完成させるための更なる（第３）部分３０の付加的ビルドアップの後の部品１００を断面で示す。

本願発明に係る方法によると、第２部分２０の外側表面２５上の第２キャビティ２１の開口部は、肩部２２に適応した被覆部２３により被覆され閉じられ、被覆部の一方の面が、ここでも外側表面２５と同一面に位置して終端している。

第３部分３０の付加的ビルドアップは、第２部分２０の外側表面２５から開始して第２部分２０上で実行される。第２キャビティ２１の被覆部２３の表面は、構築方向ｘに沿って外側表面２５と同一面に位置して延在する。

図１ｆは、冷却管システムが、供給管９１及び吐出管９２を導入することにより完成した後の部品１００を断面で示す。

供給管９１及び吐出管９２の導入は、材料除去加工により実行される。供給管９１及び吐出管９２は、入口Ｚから開始する、キャビティ２１，２２と接続管９０と供給管９１及び吐出管９２とを含む冷却管システムを介した出口Ａまでの冷却水の後段の通過が可能であるように、部品１００に導入される。

冷却水のための入口Ｚ及び出口Ａの位置は概して固定されていないが、オプションで、入れ替えられてもよく、これにより冷却管システムを流れる冷却水の流れ方向は、図１ｆに示される流れ方向と反対となる。

供給管９１及び吐出管９２は、放熱性を向上させるために、少なくとも一部分で部品１００の外側表面に沿うよう部品１００内で配置されてもよい。

供給管９１及び吐出管９２は、部品１００の冷却管システム内の冷却水のための入口Ｚ及び出口Ａが１つの外側表面又は複数の外側表面上に位置するように導入されるのが有利である（Ａ及びＺは、部品の同じ表面又は側面に必ずしも配置されない）。

完成した冷却管システムを有する図１ｆに示される部品１００から明らかなのは、そのような複雑な幾何学構造を有する冷却管システムは、材料除去加工、例えばここでは３つの部分１０，２０及び３０を有する部品１００の全体的なビルドアップに続く穿孔では決して作ることができず、本願発明に係る方法によってのみ達成可能であるということである。

さらに、内部冷却管システムに隣接する、部品１００の表面は、材料除去加工により、特にチップ除去加工により導入される、又は少なくとも再処理されるのが有利である。このやり方で、特に純粋に付加的なビルドアップによって作成される表面と比較して低い粗面度をもつ高い表面品質を達成できる。このやり方で、そのような冷却管システムを流れる冷却水の流れ抵抗を大幅に低減することができ、これにより、特に純粋に付加的なビルドアップにより（すなわち、材料除去加工／再処理なしで）製造される、それ自体がより低い表面品質を有し、したがって冷却水に対するより高い流れ抵抗を有するであろう冷却管システムと比較して、より高い流速又はより多い流量を達成することができる。

図２は、全体的に本願発明に係る方法により製造され、複数のキャビティ及び多数の複数の管を有する冷却管システムを備えた別の部品を斜視透視図で示す。

図１ａ～１ｆでの描画と対照的に図２は、外形がより複雑であり、内部で延在する冷却管システムの形状がより複雑な部品１００を示す。

部品１００は、本願発明に係る方法を用いて製造される。交互に行われる付加的ビルドアップ工程と材料除去加工工程とを含む方法のハイブリッド的な性質によって部品１００内の冷却管システムを形成することができ、このことにより、（冷却水が流れを有する）部品は、向上した放熱特性を有する。

部品は、部品１０１のベース本体１０１上への造形材料の付加的かつ一体接着的積層により造形される。

本願発明に係る方法の過程で、第１キャビティ１１と第２キャビティ２１と２つの更なるキャビティ、第３キャビティ３１及び第４キャビティ４１とが、部品に導入されるのが有利である。これらキャビティのそれぞれは、チップ除去加工により導入される。また、キャビティ１１，２１，３１及び４１に隣接する表面は、表面品質を向上させるべく、例えば更なる材料除去加工により再処理され得る。

キャビティの形状は、標準形状の群から選択されるのが有利である。形状は、考えられる多様な寸法の単純な円筒形状、及び／又は略円筒形状を備えるのが好ましい。略円筒形状とは、任意の形状（例えば、円、楕円、多角形等）の基底面の、押出軸に沿った押し出しにより形成される形状と理解されるものとする。

第２、第３及び第４キャビティ２１，３１及び４１は、円状断面の円筒形状を有する。個々のキャビティの円筒形状の寸法は、円状断面の半径と円筒の高さの両方の点で異なる。

他方、第１キャビティ１１は、非円状断面の略円筒形状を有する。

本願発明に係る方法を用いた部品の製造の過程で、キャビティ１１，２１，３１及び４１は互いに接続されて、材料除去加工により、特にチップ除去加工により部品１００に導入される接続管９０ａ，９０ｂ及び９０ｃにより冷却管システムを形成する。

接続管９０ａは第１キャビティ１１を第２キャビティ２１に接続し、接続管９０ｂは第１キャビティ１１を第３キャビティ３１に接続し、接続管９０ｃは第３キャビティ３１を第４キャビティ４１に接続する。

よって、冷却管システムを流れる冷却水の流れ方向は、次の順序の何れかである。第２キャビティ２１－＞接続管９０ａ－＞第１キャビティ１１－＞接続管９０ｂ－＞第３キャビティ３１－＞接続管９０ｃ－＞第４キャビティ４１
又は、これを逆にした順序である。

部品１００のベース本体１０１から開始して、冷却水のための供給管９１及び吐出管９２は、冷却管システムを完成させるために材料除去加工により部品１０１に導入される。

供給管９１及び吐出管９２の決定、したがって供給管９１から吐出管９２への流れ方向の決定は、冷却水がこの反対の流れ方向で冷却管システムを流れてもよいので、絶対的なものと理解されるものではない。

図３ａは、図２における部品の中央部分領域の斜視部分を示す。

この部分は、キャビティ１１，２１及び３１を接続するための接続管９０ａ及び９０ｂが少なくとも一部分で部品１００の外側輪郭又は外側輪郭表面に沿うよう、すなわちこれらと平行に又は略平行に延在し、したがってニアネットコンター（ニアネット外形）となるよう形成されるよう、部品１００に導入されることを示す。

図３ｂは、図３ａに中央部分領域が示される図２における部品の部分を側面図で示す。

この側面図は、キャビティ１１，２１及び３１を接続するための接続管９０ａ及び９０ｂに加えて、冷却管システムの吐出管９２も少なくとも一部分で部品１００の外側輪郭又は外側輪郭表面に沿うよう、すなわちそれに平行に又は略平行に延在するよう、部品１００に導入されることを示す。

図３ｂに示される描画において、冷却管システムの吐出管９２はベース本体１０１に向かって開口し、そこから冷却管システムが、冷却管システムに供給するよう構成された冷却水供給ユニットに接続する。

図３ｃは、部品を製造するための本願発明に係る方法の中間工程の後の、図２における部品の斜視部分の上側部分領域を示す。

示される描画において、第４キャビティ４１の導入に続く、被覆部４３（ここでは図示せず。図３ｄ参照）により外側表面４５上の第４キャビティ４１の開口部を被覆する方法工程、及び、外側表面４５上の図２に示される部品１００の最後の部分の付加的ビルドアップは、まだ実行されていない。

ここで、外側表面４５は、前の方法工程の過程で形成される外側表面でしかなく、提示される場合において完成部品の外側表面ではない。

ここで、部品の付加的ビルドアップは、外側表面４５まで起こっている。

さらに、外側表面４５上の第４キャビティ４１の開口部において、被覆部４３（ここでは図示せず）を受けるよう構成された肩部４２が、材料除去加工により、特にチップ除去加工により導入される。

肩部４２の形状は、第４キャビティの円筒形状に適応したものであり、続く方法工程の過程で設置される被覆部４３がぴったりと合った状態で適切な位置で保持されるように構成される。

図３ｄは、部品を製造するための本願発明に係る方法の更なる中間工程の後の、図２における部品の斜視部分の上側部分領域を示す。

本願発明に係る製作方法の過程で図３ｃに示される部品の状態に続き、外側表面４５上の第４キャビティ４１の開口部は、肩部４２に適応した被覆部４３に被覆されている。

被覆部４３は、第４キャビティを被覆するよう肩部４２に挿入することができ、ぴったりと合った状態でそこに位置するように（肩部４２に合わせて）構成され、被覆部４２の一方の面は、部品の外側表面４５に対して僅かに凹んでいる。

したがって、続く方法工程の過程で図２に示される部品の最後の部分の付加的ビルドアップが起こり得る区画された終端が形成される。

本願発明に係る方法の過程で用いられる被覆部、ここでは被覆部４３は好ましくは、キャビティの標準形状に幾何学的に適応した事前作製された被覆部の群から選択される。

第４キャビティ４１の円筒形状に対応して、被覆部４３はそれに適応した円形平坦形状を有し、好ましくは薄い平坦な板金ブランクとして構成される。

図４は、図２に示される部品の中央部分領域を斜視断面図で示す。

描画は、冷却管システムを有する部品１００の異なる材料構造を示す。

本願発明に係る方法の過程で製造される部品は、冷却管システムが内部に形成された造形材料から作られた芯体１０２を有する。

さらに、耐摩耗性外層１０３が、更なる材料の付加的かつ一体接着的積層により芯体１０２の外側輪郭表面上に形成される。更なる材料の耐摩耗性は、芯体１０２を形成するのに用いられる造形材料の耐摩耗性より高い。

他方、芯体１０２を形成するのに用いられる造形材料の熱伝導率は、耐摩耗性外層１０３を形成するのに用いられる更なる材料の熱伝導率より高いことが好ましい。

その結果得られる組み合わせは、冷却管システムが内部に形成された芯体１０２のより良好な熱伝導特性と、耐摩耗性外層１０３の高い耐摩耗性とを組み合わせた有利なものとなる。

考えられる実施形態においては、熱伝導性造形材料は銅又は銅合金であり、耐摩耗性外層は工具鋼から形成される。

材料除去加工により、本願発明に係る方法の過程で冷却管システムが芯体１０２に導入されるので、加工の手間と加工のコストを削減することもできる。より熱伝導性の高い芯体１０２、例えば銅合金は通常、耐摩耗性外層１０３の更なる材料、例えば工具鋼より強度が低く、したがって芯体に対する材料除去加工が単純化されるからである。

冷却管システムを有する部品を製造するための本願発明に係る方法の例示的な実施形態が、図５に概略的に示される。

工程Ｓ１において、部品の第１部分が、造形材料の付加的かつ一体接着的積層により造形される。

工程Ｓ２において、開口部を有する第１キャビティが、部品の第１部分に導入される。

工程Ｓ３において、第１部分における第１キャビティの開口部が、被覆部により部分的に又は全体的に被覆される。

工程Ｓ４において、部品の第２部分が、造形材料の付加的かつ一体接着的積層により造形される。造形材料は、第１部分上、及び少なくとも被覆部上に、また適切であれば追加的に第１部分上に積層される。

工程Ｓ５において、第２キャビティが、部品の第２部分に導入される。

工程Ｓ６において、冷却管システムを形成するために、接続管が、材料除去加工により少なくとも一部分で部品に導入される。接続管は、第２部分の第２キャビティを、部品の第１部分の第１キャビティに接続する。

この例示的な実施形態において、２つのキャビティが、材料の積層の間に対応する領域を省略することにより導入される。

２つのキャビティを接続するための接続管は、チップ除去加工により導入される。

示される例示的な実施形態の特定の実施形態において、方法は工程Ｓ７も含み、対応する領域を省略することによって作成される第２部分の第２キャビティ内の開口部も、被覆部により部分的に又は全体的に被覆される。

それから、工程Ｓ８において、部品の更なる部分が、造形材料の付加的かつ一体接着的積層により造形される。より良好な一体接着的な接続を達成し開口部の終端を確実に行うために、造形材料は、少なくとも第２キャビティの開口部の被覆部上に、また場合によっては第２部分上にも積層される。

上記したように、これら工程は、このやり方でキャビティを有する更なる部分を連続的に造形するためにさらに繰り返され得、それから続いてそれらキャビティは、接続管を導入することにより接続され得る。本願発明によれば、接続管は少なくとも部分的に材料除去加工により製造され、他方、本願発明によれば、本願発明の範囲内で、キャビティは少なくとも部分的に造形材料の付加的かつ一体接着的積層により造形される。

本願発明の例示的な実施形態、及びそれらの利点を、上記にて添付図面を参照し詳細に説明してきた。

しかし、本願発明は、上記した例示的な実施形態、及びそれらの実装特徴には決して限定されず、述べられている例示的な実施形態の変形、特に独立請求項の範囲内での記載されている例示的な実施形態の１又は複数の特徴の変形及び／又は組み合わせの結果生じるものも含む。

１０ 第１部分
１１ 第１キャビティ
１２ 第１キャビティの開口部の肩部
１３ 第１キャビティを被覆するための被覆部
１５ 第１部分の外側表面
２０ 第２部分
２１ 第２キャビティ
２２ 第２キャビティの開口部の肩部
２３ 第２キャビティを被覆するための被覆部
２５ 第２部分の外側表面
２６ 第２部分の更なる外側表面
３１ 第３キャビティ
４１ 第４キャビティ
４２ 第４キャビティの開口部の肩部
４３ 第４キャビティを被覆するための被覆部
４５ 外側表面
９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ 接続管
９１ 供給管
９２ 吐出管
１００ 部品
１０１ 部品の本体
１０２ 部品の芯体
１０３ 耐摩耗性外層
Ｚ 入口
Ａ 出口
ｘ 造形方向

Claims (22)

1. 冷却管システムを有する部品（１００）を製造するための方法であって、
   －造形材料の付加的かつ一体接着的積層により前記部品（１００）の第１部分（１０）を造形することと、
   －前記部品（１００）の前記第１部分（１０）内へ開口部を有する第１キャビティ（１１）を導入することと
   を備え、
   －被覆部（１３）により前記第１部分（１０）内の前記第１キャビティ（１１）の前記開口部を部分的に又は全体的に被覆することと、
   －前記造形材料の前記付加的かつ一体接着的積層により前記部品（１００）の第２部分（２０）を造形することであって、前記造形材料は少なくとも前記被覆部（１３）に、かつ、積層可能であれば追加的に前記第１部分（１０）に積層されることと、
   －前記部品の前記第２部分（２０）内へ第２キャビティ（２１）を導入することと、
   －材料除去加工により少なくとも一部分で前記部品（１００）内へ接続管（９０；９０ａ）を導入して前記冷却管システムを形成することであって、前記接続管は前記第２部分（２０）の前記第２キャビティ（２１）を前記部品（１００）の前記第１部分（１０）の前記第１キャビティ（１１）に接続することと
   をさらに備える、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第１キャビティ（１１）及び／又は前記第２キャビティ（２１）を導入すること、及び／又は、前記接続管を導入することは、それぞれの前記部分（１０；２０）を造形することに続いて少なくとも一部分で材料除去加工により実行される、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記第１キャビティ（１１）及び／又は前記第２キャビティ（２１）及び／又は前記接続管を導入するための前記材料除去加工は、チップ除去加工である、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第１キャビティ（１１）及び／又は前記第２キャビティ（２１）を導入すること、及び／又は、前記接続管を導入することは、前記造形材料の前記付加的かつ一体接着的積層の間における省略によりそれぞれの前記部分（１０，２０）を造形する過程で少なくとも一部分で実行される、方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、
   前記部分（１０；２０）を造形する過程で導入される前記キャビティ（１１；２１）に隣接する前記部分（１０；２０）の表面は、チップ除去加工により再処理される、方法。
6. 請求項１から５のうち一項に記載の方法であって、
   －被覆部（２３）により前記第２部分（２０）の前記第２キャビティ（２１）の開口部を部分的に又は全体的に被覆することと、
   －前記造形材料の前記付加的かつ一体接着的積層により前記部品（１００）の更なる部分（３０；４０）を造形することであって、前記造形材料は少なくとも前記第２キャビティ（２１）の前記開口部の前記被覆部（２３）に、かつ、積層可能であれば前記第２部分（２０）に積層されることと
   をさらに備える、方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   ＺＳ１：前記部品（１００）の予め造形された前記部分（１０；２０）のうちの１つへ開口部を有する更なるキャビティ（３１；４１）を導入することであって、前記更なるキャビティ（３１；４１）を導入することは、前記予め造形された部分（１０；２０）を造形することに続く材料除去加工により、又は、前記予め造形された部分（１０；２０）を造形する過程で前記造形材料の前記付加的かつ一体接着的積層の間における省略により実行されることと、
   ＺＳ２：材料除去加工により前記部品（１００）内へ１又は複数の接続管（９０；９０ａ；９０ｂ；９０ｃ）を導入して前記冷却管システムをさらに形成することであって、前記接続管（９０；９０ａ；９０ｂ；９０ｃ）は工程ＺＳ１における前記更なるキャビティ（３１；４１）を、前記部品（１００）の前記予め造形された部分（１０；２０）内の予め導入された前記キャビティ（１１；２１）のうち１又は複数と接続することと、
   ＺＳ３：被覆部（４３）により、工程ＺＳ１における前記更なるキャビティ（３１；４１）のうち１又は複数の前記開口部を部分的に又は全体的に被覆することと、
   ＺＳ４：前記造形材料の前記付加的かつ一体接着的積層により前記部品（１００）の１又は複数の更なる部分を造形することであって、前記造形材料は、前記予め造形された部分のうち１又は複数に、及び、１つ前の工程ＺＳ３の前記被覆部（４３）に積層されることと
   をさらに備える、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   －複数のキャビティ（１１；２１；３１；４１）及び前記複数のキャビティを接続するための複数の接続管（９０；９０ａ；９０ｂ；９０ｃ；９０ｄ）を含む冷却管システムが内部に形成された、複数の部分（１０，２０）を有する部品（１００）を製造するための、一連の方法工程ＺＳ１からＺＳ４の複数回の繰り返しをさらに備える、方法。
9. 請求項１から８のうち一項に記載の方法であって、
   前記接続管（９０；９０ａ；９０ｂ；９０ｃ）を導入するための前記材料除去加工はチップ除去加工である、方法。
10. 請求項１から９のうち一項に記載の方法であって、
    前記造形材料の前記付加的かつ一体接着的積層は、レーザ溶接又はアークビルドアップ溶接により実行される、方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記造形材料は、粉末及び／又はワイヤの形態で供給される、方法。
12. 請求項１から１１のうち一項に記載の方法であって、
    それぞれの前記部分内の前記キャビティ（１１；２１；３１；４１）のうち１又は複数の前記開口部付近の領域において、それぞれの前記開口部を被覆するためのそれぞれの前記被覆部（１３；２３；４３）が適切な位置でぴったり合った状態で保持されるように、それぞれの前記開口部を被覆するよう構成された前記被覆部（１３；２３；４３）の形状に材料除去加工により適応した凹んだ肩部（１２；２２；４２）が形成される、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記被覆部（１３；２３；４３）のうち１又は複数は、円形板金ブランク又は板金カバーである、方法。
14. 請求項１から１３のうち一項に記載の方法であって、
    前記キャビティ（１１；２１；３１；４１）の形状は、前記キャビティの所定の標準形状の群から選択される、方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記キャビティの前記標準形状は円筒形状を有する、方法。
16. 請求項１４及び１５のうち一項に記載の方法であって、
    前記被覆部（１３；２３；４３）は、前記キャビティの前記標準形状に幾何学的に適応した事前に作製された被覆部の群から選択される、方法。
17. 請求項１から１６のうち一項に記載の方法であって、
    －材料除去加工により前記部品（１００）内に前記冷却管システムのための少なくとも１つの供給管（９１）及び少なくとも１つの吐出管（９２）を導入することであって、前記供給管（９１）及び前記吐出管（９２）は、前記冷却管システムが前記供給管（９１）から前記吐出管（９２）まで連続的に延在するよう導入されることをさらに備える、方法。
18. 請求項１から１７のうち一項に記載の方法であって、
    －前記部品（１００）の前記造形材料とは異なる耐摩耗性を有する異なる材料の付加的かつ一体接着的積層をさらに備える、方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記冷却管システムの周囲の前記造形材料は、耐摩耗性外層（１０３）の熱伝導率より高い熱伝導率を有する、方法。
20. ソフトウェアでサポートされたコンピュータシステムであって、前記コンピュータシステムは、請求項１から１９のうち一項に記載の方法により製造される部品（１００）の構築計画のために構成され、この目的のために少なくとも、
    －規定済みの幾何学的に所定のキャビティの群から冷却管部分の形状を特に選択することにより、冷却管システムを有する前記部品（１００）の部品形状を規定するための手段を備える、コンピュータシステム。
21. 請求項２０に係るソフトウェアでサポートされたコンピュータシステムであって、
    －前記部品（１００）の前記製造のための数値制御工作機械及び／又は数値制御マシニングセンタが実行できる連続的な加工工程を決定するための手段と、
    －前記加工工程を実行するために前記数値制御工作機械及び／又は前記数値制御マシニングセンタが使用する制御命令を導出するための手段と、
    －前記部品（１００）を製造するための前記加工工程を実行するよう構成された前記制御命令を前記工作機械及び／又は前記マシニングセンタへ送信するための手段と
    をさらに備える、コンピュータシステム。
22. 請求項２０又は２１うちの１つに係るソフトウェアでサポートされたコンピュータシステムであって、ＣＡＤ及び／又はＣＡＭシステムを備える、コンピュータシステム。

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