WO2017207618A1 - Vorrichtung zum herstellen von bauteilen sowie herstellungsverfahren - Google Patents

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    • G05B2219/30—Nc systems
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Definitions

  • the pasty mass used is thus at least partially cured, the support structures are removed again. This can be done mechanically by appropriate force or by the dissolution of the support structures in a liquid substance. However, this procedure is not only time-consuming and cost-intensive. In addition, it may be necessary to dispose of the removed materials as hazardous waste.
  • the aim of the present invention is thus to provide an apparatus and a method to produce workpieces in a flexible manner, but with reduced time and cost.
  • the present invention has the advantage that components can be manufactured by means of a hybrid method. Thus, it is possible to enable the creation of complex structures with a shorter production time. In particular, sections of the components with prefabricated workpieces be created, which, for example, do not require free-form process. Furthermore, such prefabricated workpieces can be used to create undercuts, shoulders, protrusions or the like, which would not be possible with an additive method alone.
  • the invention has the advantage that at a certain point of a workpiece, a three-dimensional body created or this can be connected to the workpiece. It is accordingly no longer necessary to pre-fabricate the possibly three-dimensional body having a complex structure and to attach or fasten it manually or by machine to the workpiece. Rather, the manufacturing process for the three-dimensional body can be linked with its connection to a workpiece.
  • a pasty mass is used in the context of the additive process.
  • the unit for forming a three-dimensional body is preferable arranged to handle a pasty mass and / or apply and / or apply.
  • a material for creating a three-dimensional body by means of an additive method comprises a biological polymer, which in particular comprises lignin and / or natural fibers, wherein the natural fibers are more preferably formed from wood, flax, hemp, sisal, jute and / or other plant fibers ,
  • Handling device preferably adapted to receive a plate-shaped workpiece to lift and / or move.
  • the handling device may have suction cups or a workpiece gripper as a handling unit.
  • the handling device is a robot arm.
  • the handling device can be connected to the workpiece holder, in particular the machine bed / machine table, or be arranged next to it.
  • the unit for forming a three-dimensional body with the machine bed / machine table be connected, or arranged next to this.
  • the unit for forming a three-dimensional body is an extruder. It is preferable that the extruder has an extruder screw accommodated in a main body. Thus, the additive manufacturing of a three-dimensional body can be carried out comparatively inexpensively. In particular, a granulate for its production is available at low cost.
  • the extruder may be arranged to convey a filament. The heated filament is used to form a three-dimensional body.
  • the extruder is arranged to convey a foam material. In this case, the foam material is used to form the three-dimensional body.
  • the unit for forming a three-dimensional body is movable in a vertical direction and in a horizontal direction.
  • the unit for forming the three-dimensional body is pivotable about an axis, more preferably about two or more axes. In this way, the variability is further increased.
  • Handling device attached to a first movable unit, in particular a boom or a portal, and / or the unit for forming a three-dimensional body is attached to a second movable unit, in particular a boom or a portal.
  • Machine bed is movable or are.
  • the device according to this embodiment can be operated flexibly. It is also possible to handle larger workpieces and / or edit.
  • the workpiece holder on, preferably flat, workpiece support surface for receiving a particular plate-shaped workpiece. It is provided in particular that the workpiece support surface has suction openings to hold a particular plate-shaped workpiece on the workpiece support surface.
  • workpieces can be recorded, which were produced in the nesting process, or it can also be larger workpieces recorded and possibly edited.
  • Workpiece support surface for example, a conveyor element, in particular a conveyor belt, one or more conveyor belts, one or more conveyor chains or movable holding elements.
  • a movable workpiece support surface can advantageously be used, for example, in the nesting process.
  • the workpiece holder comprises carrier elements (consoles) with clamping elements, in particular vacuum tensioners.
  • a method is provided.
  • a device according to one of the preceding aspects can be used in the context of the method.
  • the method comprises the steps of: providing a workpiece, wherein the workpiece is preferably plate-shaped, Creating a three-dimensional body by means of an additive method, in particular using a pasty mass, wherein the three-dimensional body is formed on the workpiece or is connected to this.
  • the additive method is a
  • the workpiece has a holding structure, in particular a recess, a through-hole or a projection,
  • a hybrid method can be realized in a particularly advantageous manner.
  • a through hole is provided on a workpiece into which a body produced by an additive method is introduced in sections.
  • a body produced by an additive method is introduced in sections.
  • another body with an additive method in the field of Through hole made such that a connection between the two bodies and the plate-shaped workpiece is preferably prepared.
  • the three-dimensional body has free-form surfaces in sections and / or the workpiece is machined out of a preferably plate-shaped starting workpiece, in particular cut out or milled out.
  • semifinished products can be used in a cost-effective manner.
  • first of all one or more three-dimensional bodies are created and subsequently on the one three-dimensional body or the plurality of three-dimensional bodies, a further layer of the pasty mass is applied to connect the three-dimensional body with a workpiece.
  • the following steps may be provided; Creating a three-dimensional body, subsequently providing the, preferably plate-shaped, workpiece and connecting the workpiece to the three-dimensional body (for example by using a pasty mass of the three-dimensional body, and subsequently creating another three-dimensional body on the workpiece another three-dimensional body another workpiece is attached.
  • the process steps can be continued alternately.
  • a multi-hybrid method is presented.
  • a workpiece When working out, in particular cutting out, several workpieces can be obtained from a starting work piece.
  • a workpiece By means of the handling device, a workpiece can be selected and moved from the plurality of workpieces.
  • Fig. 1 is a perspective view of a preferred embodiment
  • the support surface can be provided or formed according to a further modification with arranged on support elements (so-called console) vacuum suction.
  • the support elements and / or the vacuum suction can be designed to be movable.
  • a processing device 15 is provided on the movable unit 12 for processing workpieces as part of a nesting process.
  • a workpiece is cut out or milled out of a plate-shaped semifinished product.
  • a plurality of individual elements can be worked out of a plate-shaped workpiece.
  • two workpieces are provided in the present embodiment, namely a workpiece Wl and a workpiece W2, which were cut out of a common base workpiece.
  • the processing device 15 is accommodated in a tool holder (not shown in detail) of the movable unit 12. Further, after the traveling unit 12 includes a tool holder in which the processing device 15 is received, it is possible to move the processing device 15 against another
  • the extruder unit 22 comprises a motor 23 for driving an extruder screw and a main body 24 which receives the extruder screw.
  • the main body 24 extends in the vertical direction.
  • holes are provided on the plate-shaped workpiece Wl at its side facing the bearing surface 31 into which the pasty mass of the struts W3-W6 can penetrate. These can also be through-holes, which has an opening both on the top and bottom of the workpiece Wl.
  • the first plate-shaped workpiece W1 comprises a plurality of bores (possibly above through bores) on the main surface pointing upwards in the vertical direction. Starting from these bores, further struts W7-W10 are formed by means of the extruder unit 22 in a subsequent method step. The first gantry unit 10 is moved back to the starting position during this process (left-hand side in FIG. 1), so that the second gantry unit 20 can be moved over the plate-shaped workpiece W1.
  • Handling device 13 is received by the handling unit 14, placed on the other struts W7-W10 and pressed. When the last-applied melt layer is cured, an adhesive bond is produced between the second plate-shaped workpiece W2 and the struts W7-W10.
  • Fig. 4a The table thus produced is shown in Fig. 4a.
  • the pasty mass for forming the struts W3-W10 is further used as an adhesive to establish a connection between the corresponding elements.
  • a first, rod-shaped workpiece Bl by means of a Melt layer process produced and subsequently placed a plate-shaped workpiece B2 on this and connected thereto.
  • a further three-dimensional body B3 can be produced with a melt layer method, which is formed dome-shaped starting from the plate-shaped workpiece B2.
  • a step can be made. The paragraph can be made only with difficulty by conventional methods.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit der/dem Bauteile gefertigt werden können, die beispielweise im Bereich Möbel- und Bauelementeindustrie Verwendung finden. Rein beispielhaft kann es sich bei den genannten Bauteilen um Tische, Stühle, Schränke, Möbelfronten, Rahmenelemente oder Ähnliches handeln.

Description

Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen sowie
Herstellungsverfahren
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit der/dem Bauteile gefertigt werden können, die beispielweise im Bereich Möbel- und Bauelementeindustrie Verwendung finden. Rein beispielhaft kann es sich bei den genannten Bauteilen um Tische, Stühle, Schränke, Möbelfronten, Rahmenelemente oder Ähnliches handeln.
Stand der Technik
Bei der Herstellung von Werkstücken im Bereich der Möbel- und Bauelementeindustrie ist es üblich, dass Ausgangswerkstücke aus Holz- oder Holzwerkstoffen miteinander verbunden werden. Die verschiedenen Ausgangswerkstücke können hierbei mit unterschiedlichen Verfahren gefertigt und verarbeitet werden, und diese ggf- unterschiedlich hergestellten
Ausgangswerkstücke werden mittels Leim oder anderen Verbindungsmitteln, wie Dübeln, Nägeln, Schrauben oder Ähnlichem, miteinander verbunden. Das Verbinden einzelner Werkstückelemente kann verbraucherseitig stattfinden, wenn bspw. ein Schrank oder ein Tisch aus einzelnen Elementen zusammengefügt wird. Ferner können jedoch auch Bauteile herstellerseitig aneinander angebracht werden. Im Bereich der Möbel- und Bauelementeindustrie gewinnen 3D- Druckverfahren (bspw. Schmelzschichtverfahren) zunehmend an Bedeutung. Generell ist es bei Schmelzschichtverfahren bekannt, Überhänge an herzustellenden Werkstücken mit einem Winkel unter 45° mit Stützstrukturen zu unterfüttern. Ohne derartige Stützstrukturen wäre es nicht möglich, mittels eines 3-Achs-Druckkopfs zu arbeiten. Nachdem die Herstellung des Werkstücks mittels Schmelzschichtverfahren unter Einsatz der genannten Stützstrukturen abgeschlossen wurde, die verwendete pastöse Masse also zumindest teilweise ausgehärtet ist, werden die Stützstrukturen wieder entfernt. Dies kann mechanisch durch entsprechende Krafteinwirkung oder durch das Auflösen der Stützstrukturen in einer flüssigen Substanz erfolgen. Allerdings ist dieses Vorgehen nicht nur zeit- und kostenintensiv. Darüber hinaus kann es erforderlich sein, die entfernten Materialien als Sondermüll zu entsorgen.
Gegenstand der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, um Werkstücke in flexibler Weise, jedoch mit verringertem Zeit- und Kostenaufwand, zu fertigen.
Der Gegenstand des Anspruchs 1 stellt eine entsprechende Vorrichtung bereit. Im unabhängigen Verfahrensanspruch wird zur Lösung ein entsprechendes Verfahren aufgezeigt. Die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten bevorzugten Ausführungsformen können jeweils unabhängig mit Merkmalen der Verfahrens- und/oder Vorrichtungsansprüche kombiniert werden.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass Bauteile mittels eines hybriden Verfahrens gefertigt werden können. Somit ist es möglich, das Erstellen komplexer Strukturen bei kürzerer Herstellungszeit zu ermöglichen. Insbesondere können Abschnitte der Bauteile mit vorgefertigten Werkstücken erstellt werden, welche bspw. kein Freiformverfahren erfordern. Ferner können solche vorgefertigten Werkstücke verwendet werden, um Hinterschneidungen, Absätze, Vorsprünge oder ähnliches zu erstellen, die alleine mit einem additiven Verfahren nicht möglich wären.
Ferner hat die Erfindung den Vorteil, dass an einer bestimmten Stelle eines Werkstücks ein dreidimensionaler Körper erstellt oder dieser mit dem Werkstück verbunden werden kann. Es ist demnach nicht mehr notwendig, den ggf. eine komplexe Struktur aufweisenden dreidimensionalen Körper vorab zu fertigen und manuell oder maschinell am Werkstück anzubringen bzw. zu befestigen. Vielmehr kann das Herstellungsverfahren für den dreidimensionalen Körper mit dessen Verbindung an einem Werkstück verknüpft werden.
Darüber hinaus wird gemäß bevorzugten Ausführungsformen gewährleistet, dass ein Material zum Erstellen eines dreidimensionalen Körpers mittels eines additiven Verfahrens, welches insbesondere eine pastöse Masse umfasst, eine starke Haftwirkung zum Werkstück entfaltet. Somit können zwei üblicherweise voneinander getrennte Prozesse miteinander kombiniert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen, insbesondere von Möbelstücken, bereit, wobei die Vorrichtung aufweist: eine
Werkstückaufnahme, insbesondere einen Maschinentisch oder ein Maschinenbett, zur Aufnahme eines Werkstücks, eine Handhabungsvorrichtung, die eine Handhabungseinheit zum Aufnehmen, Anheben und/oder Bewegen eines Werkstücks aufweist, und eine Einheit zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers mittels eines additiven Verfahrens.
Dabei ist es bevorzugt, dass im Rahmen des additiven Verfahrens eine pastöse Masse eingesetzt wird. Die Einheit zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers ist bevorzugt eingerichtet, eine pastöse Masse zu handhaben und/oder auszubringen und/oder aufzutragen.
Gemäß einer Modifikation umfasst ein Material zum Erstellen eines dreidimensionalen Körpers mittels eines additiven Verfahrens einen Schaum, insbesondere PU-Schaum, Metallschaum oder Holzschaum.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Material zum Erstellen eines dreidimensionalen Körpers mittels eines additiven Verfahrens ein biologisches Polymer, welches insbesondere Lignin und/oder Naturfasern aufweist, wobei die Naturfasern weiter bevorzugt aus Holz, Flachs, Hanf, Sisal, Jute und/oder anderen Pflanzenfasern gebildet sind.
Gemäß einer Modifikation weist ein Material zum Erstellen eines dreidimensionalen Körpers mittels eines additiven Verfahrens eine metallische oder mineralische Paste und/oder eine pastöse, insbesondere thermoplastische oder duroplastische, Kunststoffmasse auf, wobei die
Kunststoffmasse weiter bevorzugt Fasern umfasst.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Werkstück ein plattenförmiges Werkstück ist. Somit ist die
Handhabungsvorrichtung bevorzugt eingerichtet, ein plattenförmiges Werkstück aufzunehmen, anzuheben und/oder zu bewegen. Beispielsweise kann die Handhabungsvorrichtung als Handhabungseinheit Saugnäpfe oder einen Werkstückgreifer aufweisen .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Handhabungsvorrichtung um einen Roboterarm.
Die Handhabungsvorrichtung kann mit der Werkstückaufnahme, insbesondere dem Maschinenbett/Maschinentisch, verbunden sein, oder neben diesem angeordnet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einheit zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers mit dem Maschinenbett/Maschinentisch, verbunden sein, oder neben diesem angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Einheit zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers ein Extruder ist. Dabei ist es bevorzugt, dass der Extruder eine in einem Hauptkörper aufgenommene Extruderschnecke aufweist. Somit kann das additive Herstellen eines dreidimensionalen Körpers vergleichsweise kostengünstig durchgeführt werden. Insbesondere ist ein Granulat zu dessen Herstellung kostengünstig verfügbar. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Extruder eingerichtet sein, ein Filament zu fördern. Das erwärmte Filament wird zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers verwendet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Extruder eingerichtet, ein Schaummaterial zu fördern. In diesem Fall wird das Schaummaterial zur Ausbildung des dreidimensionalen Körpers verwendet .
Ferner ist bevorzugt, dass die Einheit zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers in einer vertikalen Richtung und in einer horizontalen Richtung bewegbar ist. In einer weiteren Modifikation ist es bevorzugt, dass die Einheit zur Ausbildung des dreidimensionalen Körpers um eine Achse, weiter bevorzugt um zwei oder mehr Achsen, schwenkbar ist. Auf diese Weise wird die Variabilität weiter gesteigert.
Die Handhabungseinheit kann einen Saugspanner oder einen Werkstückgreifer umfassen, so dass Werkstücke, oder auch dreidimensionale Körper, zügig aufgenommen werden können. Ein Saugspanner kann ein Werkstück bevorzugt an einer Seite des Werkstücks aufnehmen.
Es ist bevorzugt, dass die Handhabungsvorrichtung mehrgelenkig und/oder um mindestens eine Achse, bevorzugt zwei Achsen, schwenkbar ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Variabilität der Vorrichtung weiter gesteigert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die
Handhabungsvorrichtung an einer ersten verfahrbaren Einheit, insbesondere einem Ausleger oder einem Portal, angebracht, und/oder die Einheit zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers ist an einer zweiten verfahrbaren Einheit, insbesondere einem Ausleger oder einem Portal, angebracht.
Dabei ist es ferner bevorzugt, dass die erste verfahrbare Einheit und/oder die zweite verfahrbare Einheit entlang einer Führung der Werkstückaufnahme, insbesondere des
Maschinenbetts, verfahrbar ist oder sind. Somit kann die Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform flexibel betrieben werden. Auch ist es möglich, größere Werkstücke zu handhaben und/oder zu bearbeiten.
Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ferner eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem Werkzeug zur spanenden Bearbeitung umfasst, insbesondere einem Fräser, einer Säge oder einem Bohrer, wobei bevorzugt ist, dass die Bearbeitungsvorrichtung an einer ersten verfahrbaren Einheit angebracht ist. Ferner kann es bevorzugt sein, dass die Handhabungsvorrichtung an der ersten verfahrbaren Einheit ferner die Handhabungsvorrichtung angebracht ist oder von dieser aufgenommen wird. Somit werden mehrere Funktionen in vorteilhafter Weise in einer Vorrichtung vereint.
Beispielsweise kann mit der Bearbeitungsvorrichtung ein Werkstück aus einem Ausgangswerkstück im sogenannten Nesting- Verfahren herausgearbeitet, insbesondere herausgetrennt werden. Beim Herausarbeiten, insbesondere Heraustrennen, können mehrere Werkstücke aus einem Ausgangswerkstück erhalten werden. Mittels der Handhabungsvorrichtung kann aus den mehreren Werkstücken ein Werkstück ausgewählt und entnommen werden. Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Variante kann die Bearbeitungsvorrichtung zur Nachbearbeitung verwendet werden, beispielsweise zur Kantennachbearbeitung, insbesondere Schleifen oder Fräsen, Glätten der Oberfläche, usw..
Bevorzugt weist die Werkstückaufnahme eine, bevorzugt ebene, Werkstückauflagefläche zur Aufnahme eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks auf. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Werkstückauflagefläche Ansaugöffnungen aufweist, um ein insbesondere plattenförmiges Werkstück an der Werkstückauflagefläche zu halten. Somit können bspw. Werkstücke aufgenommen werden, die im Nestingverfahren hergestellt wurden, oder es können auch größere Werkstücke aufgenommen und ggf. bearbeitet werden.
Gemäß einer weiteren Variante kann die
Werkstückauflagefläche, oder Abschnitte hiervon, bewegbar sein. Ausführungsformen einer bewegbaren
Werkstückauflagefläche sind beispielsweise ein Förderelement, insbesondere ein Förderband, ein oder mehrere Förderriemen, ein oder mehrere Förderketten oder bewegbare Halteelemente. Eine bewegbare Werkstückauflagefläche kann beispielsweise beim Nestingverfahren vorteilhaft eingesetzt werden.
Gemäß einer Modifikation umfasst die Werkstückaufnahme Trägerelemente (Konsolen) mit Spannelementen, insbesondere Vakuumspannern .
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt. Gemäß einer Variante kann im Rahmen des Verfahrens eine Vorrichtung gemäß einer der vorangegangenen Aspekte zum Einsatz kommen.
Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Werkstücks, wobei das Werkstück bevorzugt plattenförmig ist, Erstellen eines dreidimensionalen Körpers mittels eines additiven Verfahrens, insbesondere unter Einsatz einer pastösen Masse, wobei der dreidimensionale Körper am Werkstück ausgebildet wird oder mit diesem verbunden wird.
Wenn der dreidimensionale Körper mit dem Werkstück verbunden wird, kann dieser Schritt derart durchgeführt werden, dass zunächst der dreidimensionale Körper erstellt und nachfolgend das Werkstück mit diesem Verbunden wird, oder der dreidimensionale Körper wird am Werkstück aufgebracht oder aufgedruckt .
Bevorzugt ist das additive Verfahren ein
Schmelzschichtverfahren, welches eine relative hohe Prozesssicherheit aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das Werkstück eine Haltestruktur, insbesondere eine Ausnehmung, eine Durchgangsbohrung oder einen Vorsprung, aufweist,
Ferner kann es vorgesehen sein, dass der mittels eines additiven Verfahrens erstellte, dreidimensionale Körper ausgehend von der Haltestruktur des Werkstücks erstellt wird, oder das Werkstück und der dreidimensionale Körper derart gegeneinander gedrückt werden, dass der dreidimensionalen Körpers, insbesondere eine pastöse Masse des dreidimensionalen Körpers, zumindest teilweise um die Haltestruktur des Werkstücks ausgebildet wird oder in diese eindringt. Auf diese Weise lässt sich in besonders vorteilhafter Weise ein hybrides Verfahren realisieren.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass an einem Werkstück eine Durchgangsbohrung vorgesehen ist, in die ein mit einem additiven Verfahren hergestellter Körper abschnittsweise eingeführt wird. An der dem genannten Körper gegenüberliegenden Seite des Werkstücks wird ein weiterer Körper mit einem additiven Verfahren im Bereich der Durchgangsbohrung derart hergestellt, dass eine Verbindung zwischen den zwei Körpern und dem bevorzugt plattenförmigen Werkstück hergestellt wird.
Gemäß einer Modifikation weist der dreidimensionale Körper abschnittsweise Freiformflächen auf und/oder das Werkstück wird aus einem bevorzugt plattenförmigen Ausgangswerkstück herausgearbeitet, insbesondere herausgeschnitten oder herausgefräst. Somit können in kostengünstiger Weise Halbzeuge zum Einsatz kommen.
Das Werkstück kann eine Spanplatte, eine MDF-Platte, eine HDF-Platte, eine Leichtbauplatte, eine Metallschaumplatte, eine Kunststoffplatte oder eine Verbundmaterialplatte sein. Derartige Halbzeuge sind relativ kostengünstig verfügbar und lassen sich besonders vorteilhaft in beispielsweise Möbelteile oder Bauteile aus dem Bereich der Bauelementeindustrie integrieren .
Gemäß einer Variante ist es vorgesehen, dass zunächst ein oder mehrere dreidimensionale Körper erstellt werden und nachfolgend an dem einen dreidimensionalen Körper oder den mehreren dreidimensionalen Körpern eine weitere Schicht der pastösen Masse aufgetragen wird, um den dreidimensionalen Körper mit einem Werkstück zu verbinden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens können die folgenden Schritte vorgesehen sein; Erstellen eines dreidimensionalen Körpers, nachfolgend Bereitstellen des, bevorzugt plattenförmigen, Werkstücks und Verbinden des Werkstücks mit dem dreidimensionalen Körper (beispielsweise unter Einsatz einer pastösen Masse des dreidimensionalen Körpers, und nachfolgend Erstellen eines weiteren dreidimensionalen Körpers am Werkstück. Ferner kann es vorgesehen sein, dass am weiteren dreidimensionalen Körper ein weiteres Werkstück angebracht wird. Die Verfahrensschritte können alternierend fortgesetzt werden. Somit wird ein mehrfach hybrides Verfahren dargestellt .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird, zum Schritt des Bereitstellens des Werkstücks, das Werkstück aus einem Ausgangswerkstück herausgearbeitet, insbesondere herausgetrennt. Das Herausarbeiten, insbesondere
Heraustrennen, des Werkstücks aus einem Ausgangswerkstück kann im sogenannten Nesting-Verfahren stattfinden. Somit wird das Einsatzspektrum des Verfahrens nochmals erweitert.
Beim Herausarbeiten, insbesondere Heraustrennen, können mehrere Werkstücke aus einem Ausgangswerkstück erhalten werden. Mittels der Handhabungsvorrichtung kann aus den mehreren Werkstücken ein Werkstück ausgewählt und bewegt werden .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Verfahrensstadium beim Einsatz der Vorrichtung gemäß Fig. 1
Fig. 3 ist eine Ansicht, mit der ein weiteres
Verfahrensstadium dargestellt wird.
Fig. 4a und 4b sind Beispiele der mit der Vorrichtung gemäß Figuren 1-3 hergestellten Bauteile.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Figuren eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen können jeweils einzeln miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden.
In Fig. 1 wird anhand einer schematischen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bearbeitungsmaschine dargestellt. Die Bearbeitungsmaschine umfasst einen Maschinenbett/Maschinentisch 30
(Werkstückaufnahme) , der eine Auflagefläche 31 aufweist, auf der Werkstücke aufgelegt und bearbeitet werden können. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Auflagefläche 31 zur Veranschaulichung als ebene Fläche dargestellt, welche gemäß einer Variante der hier beschriebenen Ausführungsform mit Vakuumöffnungen versehen ist.
Die Auflagefläche kann jedoch gemäß einer weiteren Modifikation mit auf Trägerelementen (sogenannte Konsole) angeordneten Vakuumsaugern vorgesehen oder ausgebildet sein. Die Trägerelemente und/oder die Vakuumsauger können bewegbar ausgestaltet sein.
Obwohl die anhand der Figuren beschriebene Ausführungsform auf eine stationäre Auflagefläche 31 gerichtet ist, können im Rahmen weiterer Ausführungsformen eine bewegbare Auflagefläche oder ein Förderelement, insbesondere ein Förderband, ein oder mehrere Förderriemen, ein oder mehrere Förderketten oder bewegbare Halteelemente anstelle der Auflagefläche am Maschinenbett 30 vorgesehen sein.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung auch eine Ausführungsform, bei der an der Auflagefläche 31 Spannelemente angebracht oder aufgesetzt werden können, um die nachfolgend beschriebenen Werkstücke aufzunehmen und ggf. zu halten. Auch kann die Auflagefläche 31 mehrere Bereiche aufweisen, die unterschiedliche Auflageflächen oder unterschiedliche Halte- bzw. Klemmmechanismen aufweisen, um Werkstücke aufzunehmen und ggf. zu halten. Entlang des Maschinenbetts 30 sind in der vorliegenden Ausführungsform zwei Portaleinheiten vorgesehen, nämlich eine erste Portaleinheit 10 und eine zweite Portaleinheit 20. Beide Portaleinheiten 10, 20 sind entlang des Maschinenbetts 30 verfahrbar.
Es ist ersichtlich, dass anstelle einer Portaleinheit (oder beider Portaleinheiten) auch eine Auslegereinheit eingesetzt werden kann, die lediglich an einer Längsseite des Maschinenbetts 30 angebracht ist. Dies betrifft sowohl die in der vorliegenden Ausführungsform dargestellte erste Portaleinheit 10 als auch die zweite Portaleinheit 20.
Die Portaleinheit 10 umfasst einen Portalträger 11, der sich über das Maschinenbett 30 erstreckt. An dem Portalträger 11 ist eine erste verfahrbare Einheit 12 angebracht, die in der vorliegenden Ausführungsform eine Handhabungsvorrichtung 13 aufweist, welche entsprechend einem Roboterarm mehrgelenkig ausgebildet ist. Die Handhabungsvorrichtung 13 umfasst ferner eine Handhabungseinheit 14, bspw. einen Saugspanner, eines Werkstückgreifers, oder dergleichen, um, wie nachfolgend beschrieben, Werkstücke aufzunehmen, anzuheben und/oder zu bewegen .
Ferner ist an der verfahrbaren Einheit 12 eine Bearbeitungsvorrichtung 15 vorgesehen, um Werkstücke im Rahmen eines Nesting-Verfahrens zu bearbeiten. Hierbei wird aus einem plattenförmigen Halbzeug ein Werkstück herausgeschnitten bzw. herausgefräst. Auch können aus einem plattenförmigen Werkstück mehrere Einzelelemente herausgearbeitet werden. Entsprechend sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Werkstücke vorgesehen, nämlich ein Werkstück Wl und ein Werkstück W2 , die aus einem gemeinsamen Ausgangswerkstück herausgeschnitten wurden. Das Bearbeitungsvorrichtung 15 ist in einer Werkzeugaufnahme (nicht im Detail dargestellt) der verfahrbaren Einheit 12 aufgenommen. Nachdem die verfahrbare Einheit 12 eine Werkzeugaufnahme umfasst, in der die Bearbeitungsvorrichtung 15 aufgenommen ist, ist es ferner möglich, die Bearbeitungsvorrichtung 15 gegen eine andere
Bearbeitungsvorrichtung auszutauschen. Auf diese Weise können bspw. Bohrungen mit einem bestimmten Durchmesser in einem Werkstück hergestellt werden.
Die zweite Portaleinheit 20 umfasst einen Träger 21, der sich über das Maschinenbett 30 erstreckt. An diesem Träger ist eine Extrudereinheit 22 angebracht, mit der eine pastöse Masse ausgebracht und im Zuge eines Schmelzschichtverfahrens ein dreidimensionaler Körper erzeugt werden kann.
Die Extrudereinheit 22 umfasst einen Motor 23 zum Antrieb einer Extruderschnecke sowie einen Hauptkörper 24, der die Extruderschnecke aufnimmt. Der Hauptkörper 24 erstreckt sich in vertikaler Richtung. An einem zum Maschinenbett 30 weisenden Endabschnitt des Hauptkörpers 24 ist eine Düse 25 angebracht, welche Düse 25 eine Öffnung aufweist. Aus der Öffnung der Düse tritt die pastöse Masse aus.
Anhand der Figuren 1-3 soll nachfolgend ein beispielhafter Verfahrensablauf erläutert werden.
Zunächst wird ein in den Figuren nicht dargestelltes Ausgangswerkstück an der Auflagefläche 31 des Maschinenbetts 30 aufgelegt und mittels der Bearbeitungsvorrichtung 15 in plattenförmige Werkstücke Wl und W2 geteilt. Dieses Vorgehen wird im Rahmen eines Nesting-Verfahrens durchgeführt. Alternativ ist es auch möglich, mehrere Ausgangswerkstücke zur Herstellung der plattenförmigen Werkstücke Wl und W2 zu verwenden, oder die plattenförmigen Werkstücke Wl und W2 bereits mit der in den Figuren dargestellten Kontur an der Ablagefläche 31 des Maschinenbetts 30 aufzulegen. Mittels der Extrudereinheit 22 werden in einem weiteren Bereich der Auflagefläche 31 mehrere dreidimensionale Körper W3-W6 hergestellt, die im hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel Zwischenstreben eines Tisches darstellen. Auf Grund des verwendeten 3D-Druckverfahrens (hier: Schmelzschichtverfahrens) können die Streben W3-W6 als Freiformkörper ausgebildet werden. Eine Fixierung der Streben W3-W6 kann an einer oder mehreren Platten (nicht dargestellt) angedruckt/angebracht werden.
Nachfolgend wird die Handhabungsvorrichtung 13 eingesetzt, um zunächst das erste plattenförmige Werkstück Wl mittels der Handhabungseinheit 14 aufzunehmen und auf die Streben W3-W6 aufzusetzen. Hierzu wird zunächst das plattenförmige Werkstück Wl aufgenommen, dann die erste Portaleinheit 10 in Richtung der zweiten Portaleinheit 20 bewegt und nachfolgend das erste plattenförmige Werkstück Wl an Endabschnitte der Streben W3-W6 aufgelegt.
Dies geschieht idealerweise, nachdem in einem abschließenden Verfahrensschritt an jeder der Streben W3-W6 nochmals eine Schicht der pastösen Masse aufgebracht wurde, die sich zum Zeitpunkt des Auflegens des ersten plattenförmigen Werkstücks Wl in einem noch nicht ausgehärteten Zustand befindet. Somit wird, nachdem das Aushärten der pastösen Masse nach dem Aufbringen des plattenförmigen Werkstücks Wl erfolgt, eine Haftverbindung zwischen dem plattenförmigen Werkstück Wl und den Streben W3-W6 hergestellt.
Vorteilhafterweise sind am plattenförmigen Werkstück Wl an dessen zur Auflagefläche 31 weisenden Seite Bohrungen vorgesehen, in die die pastöse Masse der Streben W3-W6 eindringen kann. Diese können auch Durchgangsbohrungen sein, welche sowohl an der Ober- als auch Unterseite des Werkstücks Wl eine Öffnung aufweist. Das erste plattenförmige Werkstück Wl umfasst in der dargestellten Ausführungsform mehrere Bohrungen (ggf. obige Durchgangsbohrungen) an der in vertikaler Richtung nach oben weisenden Hauptfläche. Ausgehend von diesen Bohrungen werden in einem nachfolgenden Verfahrensschritt weitere Streben W7- W10 mittels der Extrudereinheit 22 ausgebildet. Die erste Portaleinheit 10 wird während dieses Vorgangs wieder in die Ausgangsstellung zurückgefahren (linke Seite in Fig. 1), sodass die zweite Portaleinheit 20 über das plattenförmige Werkstück Wl bewegt werden kann.
Nachdem die weiteren Streben W7-W10 in einem Schmelzschichtverfahren hergestellt wurden, wird an deren in vertikaler Richtung nach oben weisenden Endabschnitten nochmals eine Schmelzschicht aufgebracht, die beim Aufbringen des zweiten plattenförmigen Werkstücks W2 noch nicht vollständig ausgehärtet wird. Somit wird das zweite plattenförmige Werkstück, welches durch die
Handhabungsvorrichtung 13 mittels der Handhabungseinheit 14 aufgenommen wird, auf die weiteren Streben W7-W10 aufgelegt und aufgedrückt. Bei Aushärten der zuletzt aufgebrachten Schmelzschicht wird eine haftende Verbindung zwischen dem zweiten plattenförmigen Werkstück W2 und den Streben W7-W10 hergestellt .
Der derart hergestellte Tisch ist in Fig. 4a dargestellt. Dieser konnte somit durch ein hybrides Verfahren gefertigt werden, bei dem Freiformkörper (Streben W3-W10) mittels eines Schmelzschichtverfahrens hergestellt werden, wohingegen einfache Elemente (die plattenförmigen Werkstücke Wl und W2 ) mit den Streben verbunden werden. Hierbei wird die pastöse Masse zur Ausbildung der Streben W3-W10 ferner als Haftmittel verwendet, um eine Verbindung zwischen den entsprechenden Elementen herzustellen.
In Fig. 4b wird ein weiteres Beispiel dargestellt. Hierbei wird ein erstes, stangenförmiges Werkstück Bl mittels eines Schmelzschichtverfahrens hergestellt und nachfolgend ein plattenförmiges Werkstück B2 auf dieses aufgesetzt und mit diesem verbunden. Ausgehend vom plattenförmigen Werkstück B2 kann ein weiterer dreidimensionaler Körper B3 mit einem Schmelzschichtverfahren erzeugt werden, der ausgehend vom plattenförmigen Werkstück B2 kuppeiförmig ausgebildet ist. Nachdem das plattenförmige Werkstück B2 einen größeren Durchmesser besitzt als das erste, stangenförmige Werkstück Bl, kann ein Absatz hergestellt werden. Der Absatz kann mit konventionellen Verfahren nur aufwendig hergestellt werden.
Auch wenn im Rahmen der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Einsatz der pastösen Masse als Haftmittel beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass für diesen Verfahrensschritt auch andere Verbindungstechniken oder Verbindungsmittel eingesetzt werden können. Beispielsweise können an den plattenförmigen Werkstücken Stifte mit einer Hinterschneidung oder einer Haltestruktur eingebracht werden, die nachfolgend von der pastösen Masse umformt werden. Auch ist es möglich, ein Haftmittel einzusetzen, um ein plattenförmiges Werkstück mit einer Strebe oder einem anderen im
Schmelzschichtverfahren hergestellten Werkstück zu verbinden.
Die Art und Ausgestaltung der beschriebenen Werkstücke Wl-WlO bzw. B1-B3 ist beispielhaft. Neben plattenförmigen Werkstücken können auch Werkstücke verwendet werden, die mit einem spanenden Verfahren bearbeitet wurden, um bereits eine Struktur auszubilden.

Claims

Ansprüche
Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen, insbesondere von Möbelstücken, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Werkstückaufnahme (30), insbesondere ein Maschinenbett (30), zur Aufnahme eines Werkstücks, eine Handhabungsvorrichtung (13), die eine Handhabungseinheit (14) zum Aufnehmen, Anheben und/oder Bewegen eines an der Werkstückaufnahme (30) vorgesehenen, bevorzugt plattenförmigen, Werkstücks (Wl, W2 ; B2) aufweist, und eine Einheit (22) zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers (W3-W10; Bl, B3) mittels eines additiven Verfahrens, bevorzugt unter Einsatz einer pastösen Masse .
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (22) zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers (W3-W10; Bl, B3) ein Extruder ist, wobei bevorzugt ist, dass der Extruder eine in einem Hauptkörper (24) aufgenommene Extruderschnecke aufweist, bevorzugt ist, dass der Extruder eingerichtet ist, ein Filament zu fördern, oder bevorzugt ist, dass der Extruder eingerichtet ist, ein Schaummaterial zu fördern .
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (22) zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers (W3-W10; Bl, B3) in einer vertikalen Richtung und in einer horizontalen Richtung relativ zur Werkstückaufnahme (30) bewegbar ist, wobei ferner bevorzugt ist, dass die Einheit (22) zur Ausbildung des dreidimensionalen Körpers um eine Achse, weiter bevorzugt um zwei oder mehr Achsen, schwenkbar ist .
4. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungseinheit (14) einen Saugspanner oder einen Werkstückgreifer umfasst.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungsvorrichtung (13) mehrgelenkig und/oder um mindestens eine Achse, bevorzugt zwei Achsen, schwenkbar ausgebildet ist.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungsvorrichtung (13) an einer ersten verfahrbaren Einheit (10), insbesondere einem Ausleger oder einem Portal, angebracht ist, und/oder die Einheit (22) zur Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers an einer zweiten verfahrbaren Einheit (20), insbesondere einem Ausleger oder einem Portal, angebracht ist, wobei bevorzugt ist, dass die erste und/oder zweite Einheit entlang einer an der Werkstückaufnahme (30) vorgesehenen oder angebrachten Führung bewegbar ist oder sind .
7. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Bearbeitungsvorrichtung (15) mit einem Werkzeug zur bevorzugt spanenden Bearbeitung umfasst, insbesondere einen Fräser, eine Säge oder einen Bohrer, wobei bevorzugt ist, dass die Bearbeitungsvorrichtung (15) an einer ersten verfahrbaren Einheit (12) angebracht ist, wobei ferner bevorzugt ist, dass die
Handhabungsvorrichtung (13) an der ersten verfahrbaren Einheit (12) angebracht ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme (30) eine Werkstückauflagefläche (31) zur Aufnahme eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks aufweist, wobei bevorzugt ist, dass die Werkstückauflagefläche (31) Ansaugöffnungen aufweist, um ein insbesondere plattenförmiges Werkstück an der Werkstückauflagefläche (31) zu halten.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Möbelstücks, bevorzugt unter Einsatz einer Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Werkstücks (Wl, W2 ; B2), wobei das Werkstück bevorzugt plattenförmig ist,
Erstellen eines dreidimensionalen Körpers (W3-W10; Bl, B3) mittels eines additiven Verfahrens, wobei der dreidimensionale Körper am Werkstück (Wl, W2 ; B2) ausgebildet wird oder mit diesem verbunden wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das additive Verfahren ein Schmelzschichtverfahren ist.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9-10, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (Wl, W2) eine Haltestruktur, insbesondere eine Ausnehmung, eine Durchgangsbohrung oder einen Vorsprung, aufweist, wobei bevorzugt ist, dass der dreidimensionale Körper (W7-W10) ausgehend von der Haltestruktur des Werkstücks (W2) erstellt wird, oder bevorzugt ist, dass das Werkstück (W2) und der dreidimensionale Körper (W3- W6) derart gegeneinander gedrückt werden, dass der dreidimensionale Körper (W3-W7), insbesondere eine pastöse Masse des dreidimensionalen Körpers, zumindest teilweise um die Haltestruktur des Werkstücks (Wl) ausgebildet wird oder in diese eindringt.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass der dreidimensionale Körper (W3- W10; Bl, B3) abschnittsweise Freiformflächen aufweist und/oder das Werkstück (Wl, W2 ; B2) aus einem bevorzugt plattenförmigen Ausgangswerkstück herausgearbeitet, insbesondere herausgeschnitten, wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (Wl, W2 ; B2) eine Spanplatte, eine MDF-Platte, eine HDF-Platte, eine Leichtbauplatte, eine Metallschaumplatte, eine Kunststoffplatte oder eine Verbundmaterialplatte ist.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material zum Erstellen des dreidimensionalen Körpers (W3-W10; Bl, B3) mittels eines additiven Verfahrens ein biologisches Polymer umfasst, welches insbesondere Lignin und/oder Naturfasern aufweist, wobei die Naturfasern weiter bevorzugt aus Holz, Flachs, Hanf, Sisal, Jute und/oder anderen Pflanzenfasern gebildet sind, oder ein Material zum Erstellen des dreidimensionalen Körpers (W3-W10; Bl, B3) mittels eines additiven Verfahrens eine metallische oder mineralische Paste und/oder eine pastöse, insbesondere thermoplastische oder duroplastische, Kunststoffmasse aufweist, wobei die Kunststoffmasse weiter bevorzugt Fasern aufweist, oder ein Material zum Erstellen des dreidimensionalen Körpers (W3-W10; Bl, B3) mittels eines additiven Verfahrens einen Schaum umfasst, insbesondere PU-Schaum, Metallschaum oder Holzschaum.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein oder mehrere dreidimensionale Körper erstellt werden und nachfolgend an dem einen dreidimensionalen Körper oder den mehreren dreidimensionalen Körpern eine weitere Schicht des Material zum Erstellen des dreidimensionalen Körpers, insbesondere der pastösen Masse, aufgetragen wird, um den dreidimensionalen Körper mit einem Werkstück zu verbinden .
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9-15, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erstellen des dreidimensionalen Körpers (W3-W6) mittels eines additiven Verfahrens, nachfolgend Bereitstellen des, bevorzugt plattenförmigen, Werkstücks (Wl; B2) und Verbinden des Werkstücks mit dem dreidimensionalen Körper, und nachfolgend Erstellen eines weiteren dreidimensionalen Körpers (W7-W10; B3) am Werkstück (Wl; B2), wobei ferner bevorzugt ist, dass am weiteren dreidimensionalen Körper (W7-W10) ein weiteres Werkstück (W2) angebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9-16, bei dem, zum Bereitstellen des Werkstücks (Wl, W2 ; B2), das Werkstück (Wl, W2 ; B2) aus einem Ausgangswerkstück herausgearbeitet, insbesondere herausgetrennt, wird.
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