WO2023232467A1 - Verfahren zur herstellung wenigstens eines bauteils mittels generativer fertigung, und kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2023232467A1
WO2023232467A1 PCT/EP2023/063196 EP2023063196W WO2023232467A1 WO 2023232467 A1 WO2023232467 A1 WO 2023232467A1 EP 2023063196 W EP2023063196 W EP 2023063196W WO 2023232467 A1 WO2023232467 A1 WO 2023232467A1
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WO
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component
virtual
reference plane
virtual reference
generative manufacturing
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PCT/EP2023/063196
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Inventor
André Staudenrauß
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/10—Additive manufacturing, e.g. 3D printing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing at least one component using generative manufacturing and a motor vehicle which has at least one component produced according to the method according to the invention.
  • the object to be produced is built up in layers from a shapeless, or powdery, material.
  • binder or thermal energy is introduced in certain areas for the purpose of solidification.
  • the existing powdery material that has not been solidified is then removed.
  • the alignment of a component during its generative manufacturing process can influence different component properties, such as strength along certain axes, due to the layered structure of the component. Different orientations of the same components therefore lead to different components, at least in terms of their strength properties.
  • US 2016 067 740 A1 discloses a method for printing a 3D object without the need to print a support structure for overhanging or cantilevered parts of the 3D object.
  • the 3D printer includes a tilt adjustment mechanism that tilts the build plate at least one axis tilts to align the top surface and the 3D object relative to the nozzle during extrusion of the printing material. Tilting may be performed such that a previously extruded portion of the print material is vertically aligned with the nozzle to receive the extruded print material to form an overhanging element of the 3D object.
  • US 2017291 372 A1 discloses a three-dimensional (3D) printing process, devices, systems and software that include rotating a partially formed 3D object during the formation of a requested 3D object.
  • the requested 3D object can include a cavity, an indentation, or a protrusion.
  • the rotation may occur along an axis other than a vertical axis.
  • a model of the desired 3D object can be oriented according to a specific orientation.
  • the alignment can be alignment with respect to the horizontal plane and/or the vertical plane.
  • the alignment can be with respect to a plane that is parallel to the platform and/or perpendicular to the gravity vector.
  • US 2019248 064 A1 teaches various methods for additive manufacturing (3D printing) of complex structures made of surfaces, at least some of which are orthogonal to one another. This also includes build orientations that are used to produce such complex metal structures with a build chamber of a printer for additive manufacturing.
  • the novel assembly orientations enable the production of components with a minimum of support structure.
  • the present invention is based on the object of providing a method for producing at least one component using generative manufacturing, which makes it possible to produce components with the same properties in a simple and cost-effective manner.
  • a motor vehicle which has at least one component produced according to the method according to the invention.
  • a first aspect of the invention is a method for producing at least one component using generative manufacturing, in which a virtual model of at least one component is created using numerical simulation, at least one virtual reference plane is defined in the virtual model and the virtual model is defined in relation to a virtual reference plane a manufacturing device for carrying out a generative manufacturing process is aligned in such a way that the virtual reference plane is plane-parallel to the virtual reference plane. Furthermore, a transfer of digital data of the virtual model to the manufacturing facility is carried out, and at least one real component is manufactured in accordance with the virtual model and its orientation to the virtual reference plane by means of generative manufacturing in relation to a real reference plane of the manufacturing facility.
  • the real component is therefore manufactured according to its virtual model and its virtual orientation, with the arrangement of the real reference plane in relation to the real reference plane being the same as the arrangement of the virtual reference plane in relation to the virtual reference plane.
  • a real reference plane of the component to be manufactured corresponding to the virtual reference plane, runs plane-parallel to a real reference plane corresponding to the virtual reference plane.
  • the respective reference planes and reference planes are parallel planes.
  • a component can also be understood here as a semi-finished product or a green compact of a finished end product.
  • the virtual model of the component is, for example, a digital model.
  • the generative manufacturing can, for example, be a 3D printing process, so that the device for carrying out a generative manufacturing process is a printing device. Accordingly, when printing the component, it is provided that before printing the virtual model of the component is positioned in a virtual printing space and aligned in such a way that the virtual reference plane is arranged plane-parallel to a virtual reference plane of the virtual printing device. The printing process is then carried out according to this orientation, so that, insofar as the body of the component has a plane that corresponds to the reference plane, the real reference plane also runs parallel to a real reference plane of the printing device.
  • the virtual reference plane can be defined by a surface in the or virtual model. In an alternative embodiment, it is provided that the virtual reference plane is defined by three contact points that are located in one plane.
  • the virtual reference plane is part of a virtual reference element of the body of the virtual model of the component, which corresponds to an otherwise functional component of the generatively produced real component.
  • Such an otherwise functional component of the real component is a component that, in addition to the function of forming the reference plane, has another function, such as. B. a strength function, a force application function, a blocking function or Similar.
  • the reference element can be a body element such as a shoulder or a projection or a recess.
  • the virtual reference plane may have a virtual marker that identifies it as a virtual reference plane.
  • This virtual marking can be a visually recognizable marking, such as a specific color, a pattern or even an additional shape element.
  • the virtual reference plane is part of an additional virtual reference element of the body of the virtual model of the component, which only has the function of forming the virtual reference plane.
  • the reference plane is formed on an additional body element or reference element of the body of the virtual model, which only has the function of forming the reference plane.
  • the method for producing at least one component using generative manufacturing can be carried out in such a way that the additional reference element is not or not completely produced in the generative manufacturing process.
  • the virtual model of the component has a reference element such as a body element with the reference plane, based on which the virtual model is aligned in the virtual manufacturing space and consequently the alignment of the component to be manufactured also takes place in the real manufacturing space, the component In generative manufacturing it is not manufactured with this reference element and therefore not with the reference surface.
  • the reference element can be an integral part of the body of the virtual model of the component, or can be a component of the virtual model that is separate from the body of the virtual model of the component.
  • the virtual model comprises two units, namely a virtual model of the body of the component to be produced, and a separate reference element in virtual space, which forms at least one reference plane.
  • the alignment of the virtual model of the body to the separate reference element, which forms the virtual reference plane, is firmly defined.
  • the real reference plane can be a plane formed by the surface of a print bed of a printing device designed as a device for carrying out a generative manufacturing process.
  • the component can be built up layer by layer in several levels, with the virtual model being aligned in such a way that the virtual reference plane is aligned at a defined angle to the planes of the layered structure. Accordingly, the layered structure of the component runs in planes that are aligned at a defined angle to the virtual and therefore also real reference plane.
  • the virtual reference plane is aligned parallel to the planes of the layered structure, or that the layered structure of the component runs in planes that are aligned parallel to the virtual reference plane. In this way, the strength properties of the component can be influenced in an advantageous manner.
  • the virtual model can have several bodies of components.
  • This virtual model also defines a virtual reference plane, which is used to align the virtual model in relation to the virtual reference plane and thus also to the real reference plane and the component is manufactured accordingly. This enables a space-saving positioning, in particular of several components, in the printing space in the orientation according to the invention and therefore efficient printing production, since this allows optimal utilization of the printing space.
  • Real reference planes of the component to be manufactured corresponding to the virtual reference planes run parallel to the real reference planes corresponding to the virtual reference planes.
  • At least one component is then manufactured according to the virtual model using generative manufacturing in the manufacturing facility.
  • the virtual model is aligned and positioned in relation to the virtual reference plane of the manufacturing device for carrying out a generative manufacturing method in such a way that the virtual reference plane rests on the virtual reference plane.
  • the virtual reference plane is not attached to the virtual reference plane, but rather a parallel complaint.
  • the invention is supplemented by a motor vehicle, in particular a passenger car, which has at least one component produced according to the method according to the invention for producing at least one component by means of generative manufacturing.
  • a motor vehicle in particular a passenger car
  • the invention is explained below using the exemplary embodiment shown in the accompanying drawings.
  • Fig. 1 a virtual model of a component to be manufactured in a side view
  • Fig. 2 a section of the virtual model shown in Figure 1
  • Fig. 3 a partial area of a actually manufactured component in a perspective view.
  • Figure 1 shows a virtual model 10 of a component to be produced in a virtual space 1.
  • This can be, for example, the virtual model 10 of a plastic coat hook to be produced using 3D printing.
  • a virtual reference element 20 is formed as a body element, which is an integral part of the model of the body of the component.
  • This virtual reference element 20 forms a first virtual reference plane 21, in the form of a surface.
  • a virtual marking 24 is provided, here in the form of a letter combination YZ, which is intended to indicate that the first virtual reference plane 21 is to be arranged parallel to a YZ plane.
  • the virtual reference element 20 also has a second virtual reference plane 22 and a third virtual reference plane 23, with all three virtual reference planes 21, 22, 23 being arranged perpendicular to one another.
  • the virtual reference element 20 is therefore designed like an area of a cube.
  • Figure 2 shows an enlarged view of the virtual reference element 20 with its three reference planes 21, 22, 23. It can also be seen here that the first virtual reference plane 21 is aligned parallel to a virtual reference plane 25.
  • the virtual space 1 it is ensured that a level parallelism between the first virtual reference level 21 and the virtual reference level 25 is realized, so that by transmitting the data representing the virtual model 10 to a manufacturing facility, such as a 3-D -Printing device the component to be produced can be manufactured with a corresponding orientation, and thus component properties can be influenced, such as strengths along certain axes.
  • a corresponding state is shown in FIG. 3, which represents a real component 50 in a real production space 40, which corresponds to the virtual model. It can be seen here that the virtual reference element 20 was also transferred into a real reference element 60 with the same geometry.
  • the real component 50 also has a first real reference plane 61 in the form of a surface, as well as a second real reference plane 62 and a third real reference plane 63 running perpendicularly in this regard.
  • the virtual marking 24 shown in FIGS. 1 and 2 has also been transferred into a real marking 64.
  • the first virtual reference plane 21 shown in Figure 2 runs parallel to the virtual reference plane 25
  • the first real reference plane 61 also runs parallel to the real reference plane 65 in the real manufacturing space 40.
  • the real component 50 is aligned in the real manufacturing space 40 according to the virtual one Model and its alignment are realized so that the real component can be manufactured in the desired way, for example parallel to application levels using 3D printing processes.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels generativer Fertigung sowie Kraftfahrzeug umfassend wenigstens eines mittels generativer Fertigung hergestellten Bauteils, wobei mittels numerischer Simulation ein virtuelles Modell (10) des Bauteils erstellt wird, im virtuellen Modell (10) wenigstens eine virtuelle Referenzebene (21, 22, 23) definiert wird und wobei das virtuelle Modell (10) in Bezug zu einer virtuellen Bezugsebene (25) einer Fertigungseinrichtung zur Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens derart ausgerichtet wird, dass die virtuelle Referenzebene (21, 22, 23) Ebenen-parallel zu der virtuellen Bezugsebene (25) ist; weiterhin wird ein Transfer von digitalen Daten des virtuellen Modells (10) zu der Fertigungseinrichtung durchgeführt, und es wird wenigstens ein reales Bauteil (50) gemäß dem virtuellen Modell (10) und seiner Ausrichtung zur virtuellen Bezugsebene (25) mittels generativer Fertigung in Bezug zu einer realen Bezugsebene (65) der Fertigungseinrichtung gefertigt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung, und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung und ein Kraftfahrzeug, welches wenigstens ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil aufweist.
Bei der Herstellung von Gegenständen oder Teilen von Gegenständen mittels generativer bzw. additiver Herstellungsverfahren wird der herzustellende Gegenstand schichtweise aus einem formlosen, beziehungsweise pulverförmigen, Material aufgebaut. In einer jeweiligen Schicht wird zwecks Verfestigung bereichsweise Bindemittel oder thermische Energie eingebracht. Danach wird das vorhandene pulverförmige Material, das nicht verfestigt wurde, entfernt.
Um die Produktivität derartiger Verfahren zu erhöhen, stehen zunehmend kontinuierliche Prozesskonzepte im Mittelpunkt der technischen Entwicklung. Die herzustellenden Gegenstände sollen die vorgesehenen Produktionsschritte überwiegend automatisiert durchlaufen, wobei der jeweilige Transport zu den einzelnen Bearbeitungsstationen kontinuierlich durch entsprechend automatisierte Transporteinrichtungen erfolgen soll.
Die Ausrichtung eines Bauteils bei dessen generativen Herstellungsprozess kann aufgrund des schichtweisen Aufbaus des Bauteils Einfluss nehmen auf unterschiedliche Bauteil- Eigenschaften, wie zum Beispiel Festigkeiten entlang bestimmter Achsen. Unterschiedliche Ausrichtungen gleicher Bauteile führen demzufolge zumindest in den Festigkeitseigenschaften zu unterschiedlichen Bauteilen.
Entsprechend ist ein erhöhter Aufwand hinsichtlich der Qualitätsprüfung dieser unterschiedlichen Bauteile nötig, um eine Serienfertigung mit gewünschten Eigenschaften der Bauteile zu gewährleisten.
Es sind unterschiedliche Ansätze zur generativen Herstellung von Bauteilen bekannt, die es ermöglichen, aufgrund spezieller Ausrichtungen oder auch Bewegungen des Bauteils und/oder eines Druckkopfes auf die Bauteileigenschaften Einfluss zu nehmen.
Die US 2016 067 740 A1 offenbart ein Verfahren zum Drucken eines 3D-0bjekts ohne die Notwendigkeit, eine Stützstruktur für überhängende oder freitragende Teile des 3D-0bjekts zu drucken. Der 3D-Drucker umfasst einen Neigungseinstellmechanismus, der die Bauplatte um mindestens eine Achse neigt, um die obere Oberfläche und das 3D-Objekt während des Extrudierens des Druckmaterials relativ zu der Düse auszurichten. Das Neigen kann so durchgeführt werden, dass ein zuvor extrudierter Abschnitt des Druckmaterials vertikal mit der Düse ausgerichtet ist, um das extrudierte Druckmaterial aufzunehmen, um ein überhängendes Element des 3D-Objekts zu bilden.
Der US 2017291 372 A1 sind ein dreidimensionales (3D) Druckverfahren, Vorrichtungen, Systeme und Software entnehmbar, die das Drehen eines teilweise geformten 3D-0bjekts während der Bildung eines angeforderten 3D-0bjekts umfassen. Das angeforderte 3D-0bjekt kann einen Hohlraum, einen Einbruch oder einen Vorsprung umfassen. Die Drehung kann entlang einer anderen Achse als einer vertikalen Achse erfolgen. Ein Modell des gewünschten 3D-0bjekts kann gemäß einer spezifischen Orientierung ausgerichtet werden. Das Ausrichten kann ein Ausrichten bezüglich der horizontalen Ebene und/oder der vertikalen Ebene sein. Die Ausrichtung kann in Bezug auf eine Ebene erfolgen, die parallel zur Plattform verläuft und/oder senkrecht zum Gravitationsvektor.
Die US 2019248 064 A1 lehrt verschiedene Verfahren zur additiven Fertigung (3D-Druck) von komplexen Strukturen aus Oberflächen, von denen zumindest einige orthogonal zueinander sind. Dabei werden auch Bauorientierungen genannt, die verwendet werden, um solche komplexen Metallstrukturen mit einer Baukammer eines Druckers für die additive Fertigung herzustellen. Die neuartigen Aufbauorientierungen ermöglichen die Herstellung von Komponenten mit einem Minimum an Stützstruktur.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung zur Verfügung zu stellen, welches es in einfacher und kostengünstiger Weise ermöglicht, Bauteile mit gleichen Eigenschaften herzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2-13 angegeben.
Ergänzend wird ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welches wenigstens ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil aufweist.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung, bei dem mittels numerischer Simulation ein virtuelles Modell wenigstens eines Bauteils erstellt wird, im virtuellen Modell wenigstens eine virtuelle Referenzebene definiert wird und das virtuelle Modell in Bezug zu einer virtuellen Bezugsebene einer Fertigungseinrichtung zur Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens derart ausgerichtet wird, dass die virtuelle Referenzebene Ebenen-parallel zu der virtuellen Bezugsebene ist. Weiterhin wird ein Transfer von digitalen Daten des virtuellen Modells zu der Fertigungseinrichtung durchgeführt, und es wird wenigstens ein reales Bauteil gemäß dem virtuellen Modell und seiner Ausrichtung zur virtuellen Bezugsebene mittels generativer Fertigung in Bezug zu einer realen Bezugsebene der Fertigungseinrichtung gefertigt.
In der Fertigung wird demzufolge das reale Bauteil gemäß seinem virtuellen Modell und seiner virtuellen Ausrichtung gefertigt, wobei die Anordnung der realen Referenzebene in Bezug zur realen Bezugsebene gleich der Anordnung der virtuellen Referenzebene in Bezug zur virtuellen Bezugsebene ist. Insofern das Bauteil selbst die Referenzebene aufweist, verläuft bei der Fertigung eine der virtuellen Referenzebene entsprechende reale Referenzebene des herzustellenden Bauteils Ebenen-parallel zu einer der virtuellen Bezugsebene entsprechenden realen Bezugsebene. Das heißt, dass die jeweiligen Referenzebenen und Bezugsebenen Parallelebenen sind. Unter einem Bauteil können hier auch ein Halbzeug oder ein Grünling eines fertigen Endprodukts verstanden werden. Das virtuelle Modell des Bauteils ist beispielsweise ein digitales Modell.
Die generative Fertigung kann beispielsweise ein 3D-Druckverfahren sein, so dass entsprechend die Einrichtung zur Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens eine Druckeinrichtung ist. Entsprechend ist bei einem Drucken des Bauteils vorgesehen, dass vor dem Drucken das virtuelle Modell des Bauteils in einem virtuellen Druckraum positioniert und derart ausgerichtet wird, dass die virtuelle Referenzebene Ebenen-parallel zu einer virtuellen Bezugsebene der virtuellen Druckeinrichtung angeordnet ist. Gemäß dieser Ausrichtung wird dann auch der Druckvorgang ausgeführt, so dass, insofern der Körper des Bauteils eine Ebene aufweist, die der Referenzebene entspricht, auch die reale Referenzebene parallel zu einer realen Bezugsebene der Druckeinrichtung verläuft.
Die virtuelle Referenzebene kann durch eine Fläche im oder virtuellen Modell definiert sein. In alternativer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die virtuelle Referenzebene durch drei Anlagepunkte definiert ist, die sich in einer Ebene befinden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die virtuelle Referenzebene Bestandteil eines virtuellen Referenzelements des Körpers des virtuellen Modells des Bauteils ist, welches einem anderweitig funktionalen Bestandteil des generativ hergestellten realen Bauteils entspricht.
Ein derartiger anderweitig funktionaler Bestandteil des realen Bauteils ist ein Bestandteil, der neben der Funktion der Ausbildung der Referenzebene noch eine weitere Funktion aufweist, wie z. B. eine Festigkeitsfunktion, eine Kraftausübungsfunktion, eine Blockadefunktion oder Ähnliches. Entsprechend kann das Referenzelement ein Körperelement wie z.B. ein Absatz oder ein Vorsprung oder eine Aussparung sein.
Die Verwendung eines solchen Referenzelementes lässt auch nach der Fertigung des Bauteils erkennen, in welcher Bauteillage das Bauteil während des Herstellungsprozesses im Bauraum angeordnet gewesen ist, da die Druckrichtung immer parallel zur Oberfläche eines Druckbetts verläuft. Durch den Verlauf der einzelnen gedruckten Schichten im Referenzelement lässt sich nachvollziehen in welcher Bauraumlage das Bauteil gedruckt wurde. Um gleichbleibende mechanische Eigenschaften und Festigkeiten des Bauteils zu erreichen ist die Voraussetzung, dass das Bauteil in gleichbleibender Bauteillage gedruckt wird. Bei einem abweichenden Verlauf der gedruckten Schichten im Referenzelement, könnte daher darauf geschlossen werden, dass das Bauteil in einer anderen Bauteillage als ursprünglich im virtuellen Modell definiert hergestellt wurde. Die Verwendung des Referenzelementes dient demnach auch als Maßnahme zur Qualitätssicherung und Kopierschutz.
Die virtuelle Referenzebene kann eine virtuelle Markierung aufweisen, die sie als virtuelle Referenzebene ausweist. Diese virtuelle Markierung kann eine optisch erkennbare Markierung sein, wie z.B. eine bestimmte Farbe, ein Muster oder auch ein zusätzliches Formelement.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die virtuelle Referenzebene Bestandteil eines zusätzlichen virtuellen Referenzelements des Körpers des virtuellen Modells des Bauteils ist, welches lediglich die Funktion der Ausbildung der virtuellen Referenzebene hat. Beispielsweise ist die Referenzebene an einem zusätzlichen Körperelement bzw. Referenzelement des Körpers des virtuellen Modells ausgebildet, welches lediglich die Funktion der Ausbildung der Referenzebene hat.
Das Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung kann derart ausgeführt werden, dass das zusätzliche Referenzelement nicht oder nicht vollständig im generativen Fertigungsverfahren erzeugt wird.
Entsprechend ist hier vorgesehen, dass zwar das virtuelle Modell des Bauteils ein Referenzelement wie z.B. ein Körperelement mit der Referenzebene aufweist, anhand derer das virtuelle Modell im virtuellen Fertigungsraum ausgerichtet wird und demzufolge auch die Ausrichtung des herzustellenden Bauteils im realen Fertigungsraum erfolgt, dass jedoch das Bauteil in der generativen Fertigung nicht mit diesem Referenzelement und demzufolge auch nicht mit der Referenzfläche gefertigt wird. Das Referenzelement kann ein integraler Bestandteil des Körpers des virtuellen Modells des Bauteils sein, oder ein vom Körper des virtuellen Modells des Bauteils separierter Bestandteil des virtuellen Modells sein.
Im letztgenannten Fall umfasst das virtuelle Modell zwei Einheiten, nämlich ein virtuelles Modell des Körpers des herzustellenden Bauteils, sowie ein im virtuellen Raum separates Referenzelement, welches wenigstens eine Referenzebene ausbildet. Die Ausrichtung des virtuellen Modells des Körpers zum separaten Referenzelement, welches die virtuelle Referenzebene ausbildet, ist dabei fest definiert.
Die reale Bezugsebene kann eine von der Oberfläche eines Druckbetts einer als Einrichtung zur Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens ausgebildeten Druckeinrichtung ausgebildete Ebene sein.
Des Weiteren kann beim generativen Herstellungsverfahren ein schichtweiser Aufbau des Bauteils in mehreren Ebenen erfolgen, wobei das virtuelle Modell derart ausgerichtet wird, dass die virtuelle Referenzebene in einem definierten Winkel zu den Ebenen des schichtweisen Aufbaus ausgerichtet ist. Entsprechend verläuft der schichtweise Aufbau des Bauteils in Ebenen, die in einem definierten Winkel zur virtuellen und demzufolge auch realen Referenzebene ausgerichtet sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die virtuelle Referenzebene parallel zu den Ebenen des schichtweisen Aufbaus ausgerichtet ist, bzw. dass entsprechend der schichtweise Aufbau des Bauteils in Ebenen verläuft, die parallel zur virtuellen Referenzebene ausgerichtet sind. Derart kann in vorteilhafter Weise Einfluss auf Festigkeitseigenschaften des Bauteils genommen werden.
Weiterhin kann das virtuelle Modell mehrere Körper von Bauteilen aufweisen. Auch dieses virtuelle Modell definiert eine virtuelle Referenzebene, anhand derer das virtuelle Modell in Bezug zur virtuellen Bezugsebene und somit auch zur realen Bezugsebene ausgerichtet wird und das Bauteil entsprechend gefertigt wird. Das ermöglicht eine platzsparende Positionierung insbesondere mehrerer Bauteile im Druckraum in erfindungsgemäßer Ausrichtung und daher eine effiziente Druck-Fertigung, da damit eine optimale Ausnutzung des Druckraums erfolgen kann.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass im virtuellen Modell mehrere, winklig zueinander verlaufende virtuelle Referenzebenen definiert werden und das virtuelle Modell in Bezug zu mehreren virtuellen Bezugsebenen der Fertigungseinrichtung zur Durchführung des generativen Fertigungsverfahrens derart ausgerichtet wird, dass die virtuellen Referenzebenen Ebenen-parallel zu den virtuellen Bezugsebenen sind. Es erfolgt ein Transfer von digitalen Daten des virtuellen Modells zu der Fertigungseinrichtung, und wenigstens ein Bauteil wird gemäß dem virtuellen Modell und seiner Ausrichtung zu den virtuellen Bezugsebenen mittels generativer Fertigung in der Fertigungseinrichtung gefertigt.
Den virtuellen Referenzebenen entsprechende reale Referenzebenen des herzustellenden Bauteils verlaufen Ebenen-parallel zu den den virtuellen Bezugsebenen entsprechenden realen Bezugsebenen.
Dabei können im virtuellen Modell mehrere senkrecht zueinander verlaufende virtuelle Referenzebenen definiert sein, so dass beispielsweise als Referenzelement bzw. als Körperelement im virtuellen Modell ein Würfel vorhanden ist. In alternativer Ausgestaltung kann ein solches Körperelement aber auch ein anderes geometrisches Element wie z.B. eine Pyramide eingesetzt werden.
Entsprechend dieser Ausrichtung wird dann wenigstens ein Bauteil gemäß dem virtuellen Modell mittels generativer Fertigung in der Fertigungseinrichtung gefertigt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass drei zueinander senkrechte virtuelle Referenzebenen vorhanden sind, und entsprechend auch drei zueinander senkrechte virtuelle Bezugsebenen, wobei jede der virtuellen Referenzebenen eindeutig einer jeweiligen virtuellen Bezugsebene zugeordnet sein kann.
Auch in dieser Ausführung ist es sinnvoll, Markierungen anzuordnen, um eine eindeutige Zuordnung der Referenzebenen zu den Bezugsebenen zu realisieren.
In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung ist vorgesehen, dass das virtuelle Modell in Bezug zu der virtuellen Bezugsebene der Fertigungseinrichtung zur Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens derart ausgerichtet und positioniert wird, dass die virtuelle Referenzebene an der virtuellen Bezugsebene anliegt. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass keine Anlage der virtuellen Referenzebene an der virtuellen Bezugsebene erfolgt, sondern eine parallele Beanstandung.
Die Erfindung wird ergänzt durch ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, welches wenigstens ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung hergestelltes Bauteil aufweist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 : ein virtuelles Modell eines herzustellenden Bauteils in Seitenansicht;
Fig. 2: einen Ausschnitt aus dem in Figur 1 dargestellten virtuellen Modell, und
Fig. 3: einen Teilbereich eines real hergestellten Bauteils in perspektivischer Ansicht.
Figur 1 zeigt ein virtuelles Modell 10 eines herzustellenden Bauteils in einem virtuellen Raum 1. Dabei kann es sich zum Beispiel um das virtuelle Modell 10 eines in einem 3-D-Druck herzustellenden Kleiderhakens aus Kunststoff handeln.
Am Körper des virtuellen Modells 10 ein virtuelles Referenzelement 20 als ein Körperelement ausgebildet, welches ein integraler Bestandteil des Modells des Körpers des Bauteils ist.
Dieses virtuelle Referenzelement 20 bildet eine erste virtuelle Referenzebene 21 aus, in Form einer Fläche. In dieser Fläche bzw. in dieser ersten virtuellen Referenzebene 21 ist eine virtuelle Markierung 24 vorgesehen, hier in Form einer Buchstabenkombination YZ, die anzeigen soll, dass die erste virtuelle Referenzebene 21 parallel zu einer Y-Z- Ebene anzuordnen ist.
Das virtuelle Referenzelement 20 weist des Weiteren noch eine zweite virtuelle Referenzebene 22 und eine dritte virtuelle Referenzebene 23 auf, wobei alle drei virtuellen Referenzebenen 21 ,22, 23 senkrecht zueinander angeordnet sind. Das virtuelle Referenzelement 20 ist demzufolge wie ein Bereich eines Würfels ausgeführt.
Figur 2 zeigt in vergrößerter Ansicht das virtuelle Referenzelement 20 mit seinen drei Referenzebenen 21,22,23. Hier ist zudem ersichtlich, dass die erste virtuelle Referenzebene 21 parallel zu einer virtuellen Bezugsebene 25 ausgerichtet ist.
Entsprechend wird im virtuellen Raum 1 dafür gesorgt, dass eine Ebenen-Parallelität zwischen der ersten virtuellen Referenzebene 21 und der virtuellen Bezugsebene 25 realisiert ist, sodass durch Übertragung der das virtuelle Modell 10 repräsentierenden Daten an eine Fertigungseinrichtung, wie zum Beispiel an eine 3-D-Druckeinrichtung das herzustellenden Bauteil mit einer entsprechenden Ausrichtung gefertigt werden kann, und somit Einfluss genommen werden kann auf Bauteil-Eigenschaften, wie zum Beispiel Festigkeiten entlang bestimmter Achsen. Einen entsprechenden Zustand zeigt Figur 3, die in einem realen Fertigungsraum 40 ein reales Bauteil 50, welches dem virtuellen Modell entspricht, darstellt. Es ist hier ersichtlich, dass das virtuelle Referenzelement 20 auch in ein hinsichtlich der Geometrie gleich ausgeführtes reales Referenzelement 60 übertragen wurde.
Entsprechend weist auch das reale Bauteil 50 eine erste reale Referenzebene 61 in Form einer Fläche auf, sowie diesbezüglich senkrecht verlaufend eine zweite reale Referenzebene 62 und eine dritte reale Referenzebene 63.
Auch die in den Figuren 1 und 2 dargestellte virtuelle Markierung 24 ist in eine reale Markierung 64 übertragen worden.
Wie die in Figur 2 dargestellte erste virtuelle Referenzebene 21 parallel verläuft zur virtuellen Bezugsebene 25, so verläuft auch im realen Fertigungsraum 40 die erste reale Referenzebene 61 parallel zur realen Bezugsebene 65. Entsprechend ist eine Ausrichtung des realen Bauteils 50 im realen Fertigungsraum 40 gemäß dem virtuellen Modell und dessen Ausrichtung realisiert, sodass die Fertigung des realen Bauteils in gewünschter Weise, wie zum Beispiel parallel zu Aufbringung-Ebenen 3-D-Druckverfahren erfolgen kann.
Bezugszeichenliste
Virtueller Raum
Virtuelles Modell
Virtuelles Referenzelement
Erste virtuelle Referenzebene
Zweite virtuelle Referenzebene
Dritte virtuelle Referenzebene
Virtuelle Markierung
Virtuelle Bezugsebene
Realer Fertigungsraum
Reales Bauteil
Reales Referenzelement
Erste reale Referenzebene
Zweite reale Referenzebene
Dritte reale Referenzebene
Reale Markierung
Reale Bezugsebene

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung, bei dem mittels numerischer Simulation ein virtuelles Modell (10) wenigstens eines Bauteils erstellt wird, im virtuellen Modell (10) wenigstens eine virtuelle Referenzebene (21,22, 23) definiert wird und das virtuelle Modell (10) in Bezug zu einer virtuellen Bezugsebene (25) einer Fertigungseinrichtung zur Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens derart ausgerichtet wird, dass die virtuelle Referenzebene (21,22, 23) Ebenen-parallel zu der virtuellen Bezugsebene (25) ist, ein Transfer von digitalen Daten des virtuellen Modells (10) zu der Fertigungseinrichtung durchgeführt wird, und wenigstens ein reales Bauteil (50) gemäß dem virtuellen Modell (10) und seiner Ausrichtung zur virtuellen Bezugsebene (25) mittels generativer Fertigung in Bezug zu einer realen Bezugsebene (65) der Fertigungseinrichtung gefertigt wird. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Referenzebene (21,22,23) durch eine Fläche im virtuellen Modell (10) definiert ist. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Referenzebene (21,22,23) Bestandteil eines virtuellen Referenzelements (20) des Körpers des virtuellen Modells (10) des Bauteils ist, welches einem anderweitig funktionalen Bestandteil des generativ hergestellten realen Bauteils (50) entspricht. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Referenzebene (21,22,23) eine virtuelle Markierung (24) aufweist, die sie als virtuelle Referenzebene (21 ,22,23) ausweist. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Referenzebene (21,22,23) Bestandteil eines zusätzlichen virtuellen Referenzelements (20) des Körpers des virtuellen Modells (10) des Bauteils ist, welches lediglich die Funktion der Ausbildung der virtuellen Referenzebene (21 ,22,23) hat. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche virtuelle Referenzelement (20) nicht oder nicht vollständig im generativen Fertigungsverfahren erzeugt wird. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Referenzelement (20) ein integraler Bestandteil des Körpers des virtuellen Modells (10) des Bauteils ist. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Referenzelement (20) ein vom Körper des virtuellen Modells (10) des Bauteils separierter Bestandteil des virtuellen Modells (10) ist. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reale Bezugsebene (65) eine von der Oberfläche eines Druckbetts einer als Einrichtung zur Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens ausgebildeten Druckeinrichtung ausgebildete Ebene ist. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim generativen Herstellungsverfahren ein schichtweiser Aufbau des realen Bauteils (50) in mehreren Ebenen erfolgt, wobei das virtuelle Modell (10) derart ausgerichtet wird, dass die virtuelle Referenzebene (21 ,22,23) in einem definierten Winkel zu den Ebenen des schichtweisen Aufbaus ausgerichtet ist. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Modell (10) mehrere Körper von Bauteilen aufweist. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im virtuellen Modell (10) mehrere, winklig zueinander verlaufende virtuelle Referenzebenen (21 ,22,23) definiert werden und das virtuelle Modell (10) in Bezug zu mehreren virtuellen Bezugsebenen der Fertigungseinrichtung zur Durchführung des generativen Fertigungsverfahrens derart ausgerichtet wird, dass die virtuellen Referenzebenen (21 ,22,23) Ebenen-parallel zu den virtuellen Bezugsebenen sind, ein Transfer von digitalen Daten des virtuellen Modells zu der Fertigungseinrichtung erfolgt, und wenigstens ein Bauteil gemäß dem virtuellen Modell (10) und seiner Ausrichtung zu den virtuellen Bezugsebenen mittels generativer Fertigung in der Fertigungseinrichtung gefertigt wird. Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Modell (10) in Bezug zu der virtuellen Bezugsebene (25) der Fertigungseinrichtung zur Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens derart ausgerichtet und positioniert wird, dass die virtuelle Referenzebene (21,22,23) an der virtuellen Bezugsebene (25) anliegt. Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, umfassend wenigstens ein gemäß dem Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels generativer Fertigung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestelltes Bauteil.
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