-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten einer Oberfläche eines mittels eines generativen Fertigungsverfahrens schichtweise hergestellten Bauteils. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Glätten eines solchen Bauteils.
-
Der Einsatz von generativen Fertigungsverfahren zur schichtweisen Herstellung von Bauteilen kommt zunehmend zum Einsatz, um insbesondere Prototypen des Bauteils und/oder eine geringe Stückzahl von Bauteilen herzustellen. Ein solches Verfahren ist aus der
EP 0 690 780 B1 bekannt. Hierbei wird ein Bauteil durch aufeinanderfolgendes Verfestigen einzelner Schichten hergestellt.
-
Aus der
US 5 209 878 A ist es bekannt, Unterbrechungen an einer Oberfläche eines schichtweise hergestellten Bauteils durch dünnere Schichten in oberflächennahen Gebieten zu reduzieren.
-
Die
US 2005 0130117 A1 schlägt das schichtweise Herstellen eines Bauteils in mehreren Etappen vor, wobei das Bauteil zwischen den Etappen bewegt wird. Um das Bauteil bei der jeweiligen Etappe exakt positionieren zu können, kommt hierbei ein Scanner zum Einsatz.
-
Nachteilig bei mittels generativer Fertigungsverfahren schichtweise hergestellten Bauteilen ist, dass diese gewöhnlich eine Oberflächenrauheit und/oder Unregelmäßigkeit aufweisen, die sie insbesondere für den Einsatz in optisch oder haptisch zugänglichen Bereichen ungeeignet machen. Um derartige Bauteile auch in optisch bzw. haptisch zugänglichen Bereichen, beispielsweise in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs, einsetzen zu können, sind also nachträgliche Maßnahmen erforderlich, welche die Rauheit der Oberfläche des Bauteils reduzieren. Hierfür kommen gewöhnlich Spachteln und anschließendes Schleifen, Glattspanen, insbesondere in einer Trommel, beispielsweise Trowalisieren, zum Einsatz. Derartige Maßnahmen sind jedoch aufwändig und führen somit zu erhöhten Herstellungskosten der Bauteile. Zudem sind sie gewöhnlich nicht reproduzierbar, so dass sie sich in der Regel für identische Bauteile nicht eignen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zum Glätten einer Oberfläche eines mittels eines generativen Fertigungsverfahrens schichtweise hergestellten Bauteils sowie für eine Vorrichtung zum Glätten der Oberfläche eines solchen Bauteils verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Umsetzung und/oder reduzierte Kosten und/oder eine verbesserte Reproduzierbarkeit auszeichnen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Oberfläche eines mittels eines generativen Fertigungsverfahrens schichtweise hergestellten Bauteils mit Hilfe von Tinte zu glätten. Der Einsatz von Tinte zum Glätten einer solchen Oberfläche erfolgt durch das Ermitteln von unerwünschten Vertiefungen in der Oberfläche und deren zumindest teilweise Füllen mit Tinte. Somit kann das Glätten der Oberfläche vereinfacht, insbesondere ohne manuelle Verfahrensschritte, durchgeführt werden, wodurch das Glätten der Oberfläche vereinfacht wird und/oder kostengünstig durchgeführt werden kann. Zudem erlaubt die erfindungsgemäße Idee das reproduzierbare Glätten des Bauteils oder zumindest eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit. Dem Erfindungsgedanken entsprechend wird dabei das bereitgestellte Bauteil an der Oberfläche abgetastet, um Vertiefungen in der Oberfläche zu detektieren. Das Abtasten erfolgt bevorzugt mit Mikrometerauflösung. Zum Abtasten kommen elektromagnetische Strahlen zum Einsatz, welche ein berührungsloses bzw. kontaktloses Abtasten der Oberfläche erlauben. Anschließend wird zumindest eine solche Vertiefung wenigstens teilweise mit Tinte gefüllt. Die Tinte wird danach getrocknet, um die Oberfläche zu glätten. Das Trocknen der Tinte kann hierbei sowohl durch Abwarten als auch durch zielgerichtete äußere Maßnahmen, beispielsweise die Erhöhung der Temperatur und/oder Wärmeeinwirkung und/oder UV-Strahlen, erfolgen.
-
Die schichtweise Herstellung des Bauteils mittels des generativen Fertigungsverfahrens kann beliebig ausgestaltet sein. Hierzu kommt insbesondere ein 3D-Druck und/oder Lasersintern, insbesondere selektives Lasersintern, zum Einsatz.
-
Das zumindest teilweise Füllen der wenigstens einen Vertiefung mit Tinte erfolgt bevorzugt mittels eines Tintenstrahls, auch Inkjet genannt. Dies erlaubt ein berührungsloses Füllen der jeweiligen Vertiefung mit hoher Präzision und/oder Geschwindigkeit.
-
Das somit geglättete Bauteil kann in einer beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen. Das Bauteil kommt insbesondere in einem optisch und/oder haptisch zugänglichen Bereich zum Einsatz. Zu denken ist insbesondere an den Einsatz des Bauteils in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs.
-
Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen können die Verfahrensschritte, insbesondere das zumindest teilweise Füllen der Vertiefung mit Tinte, wiederholt werden, bis eine gewünschte Glätte der Oberfläche erreicht ist. Das heißt, dass bis zum Erreichen der gewünschten Glätte der Oberfläche ein mehrmaliges Füllen der jeweiligen Vertiefung erfolgen kann, wobei zwischen dem jeweiligen Füllvorgang ein Trockenvorgang der Tinte vorgesehen sein kann. Vorstellbar ist es auch, die Oberfläche nach dem jeweiligen Füllvorgang mit Tinte erneut abzutasten und die entsprechenden Vertiefungen erneut zumindest teilweise mit Tinte zu füllen.
-
Als vorteilhaft erweisen sich Varianten, bei denen das Füllen der zumindest einen Vertiefung in einer relativen Bewegungsrichtung des Bauteils nach dem Abtasten der Oberfläche erfolgt. Das heißt insbesondere, dass zum Abtasten der Oberfläche und zum Füllen der zumindest einen Vertiefung mit Tinte die relative Bewegung des Bauteils zu entsprechenden Einrichtungen in lediglich einer Richtung erforderlich ist. Wird also das Bauteil relativ zu einer Abtasteinrichtung, insbesondere einem Scanner, bewegt, so ist eine Fülleinrichtung zum zumindest teilweisen Füllen der wenigstens einen Vertiefung mit Tinte in Bewegungsrichtung des Bauteils nach der Abtasteinrichtung angeordnet. Vorstellbar ist es auch, die Abtasteinrichtung und die Fülleinrichtung relativ zum Bauteil zu bewegen, wobei in diesem Fall die Fülleinrichtung in Bewegungsrichtung der Fülleinrichtung und der Abtasteinrichtung nach der Abtasteinrichtung angeordnet ist.
-
Es versteht sich, dass neben dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine solche Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umfang dieser Erfindung gehört. Die Vorrichtung kann hierbei eine Abtasteinrichtung, insbesondere einen Scanner, und eine Fülleinrichtung, insbesondere einen Druckkopf, aufweisen. Die Vorrichtung weist ferner Mittel zur relativen Bewegung des Bauteils zur Fülleinrichtung bzw. zur Abtasteinrichtung auf. Bevorzugt ist es hierbei, wenn die Vorrichtung einen Roboter zum Bewegen der Abtasteinrichtung und/oder der Fülleinrichtung entlang der Oberfläche des Bauteils aufweist. Dies erlaubt insbesondere das Glätten von nicht-planaren, insbesondere gekrümmten, Bauteilen. Die Vorrichtung weist ferner eine Steuereinrichtung auf, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
-
Es zeigen, jeweils schematisch:
-
1–4 jeweils eine räumliche Ansicht eines Bauteils bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen,
-
5 eine stark vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung zum Glätten einer Oberfläche des Bauteils.
-
In den 1 bis 4 ist jeweils ein Bauteil 1 dargestellt, wobei das jeweilige Bauteil 1 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens schichtweise hergestellt ist. Zu derartigen Verfahren gehören insbesondere 3D-Druck bzw. selektives Lasersintern. Die 1 bis 4 zeigen dabei jeweils unterschiedliche Formen eines solchen Bauteils 1. Während die 1 bis 3 gekrümmte Bauteile 1 mit entsprechend gekrümmten Oberflächen 2 zeigen, weist das in 4 gezeigte Bauteil 1 eine planare Form mit einer entsprechend ebenen Oberfläche 2 auf.
-
Die Oberfläche 2 des jeweiligen Bauteils 1 wird mit einer in 5 gezeigten Vorrichtung 3 geglättet. In 5 ist das Bauteil 1 bzw. dessen Oberfläche 2 zum besseren Verständnis extrem vergrößert dargestellt. Die Rauheit der Oberfläche 2 ist insbesondere durch Vertiefungen 4 in der Oberfläche 2 bedingt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dabei solche Vertiefungen 4 durch den Einsatz elektromagnetischer Strahlen 5 detektiert. Hierzu wird die Oberfläche 2 des Bauteils 1 mittels der elektromagnetischen Strahlen 5 abgetastet. Zum Abtasten der Oberfläche 2 weist die Vorrichtung 3 eine Abtasteinrichtung 6, insbesondere einen Scanner 7, auf. Zum Glätten der Oberfläche 2 wird anschließend eine solche Vertiefung 4 zumindest teilweise mit Tinte 8 gefüllt. Die jeweilige Vertiefung 4 wird also lokal mit Tinte 8, das heißt separat von anderen Vertiefungen 4 mit Tinte 8, zumindest teilweise gefüllt. Zum Füllen der jeweiligen Vertiefung 4 weist die Vorrichtung 3 eine Fülleinrichtung 9, insbesondere einen Druckkopf 10, auf. Die Abtasteinrichtung 6, insbesondere der Scanner 7 sowie der Druckkopf 10, erlauben hierbei, dass das Abtasten der Oberfläche 2 sowie das Füllen der Vertiefungen 4 mit Tinte 8 berührungslos erfolgen kann.
-
Die Abtasteinrichtung 6 und die Fülleinrichtung 9 sind mit einer Steuereinrichtung 11 der Vorrichtung 3 verbunden, so dass die Steuereinrichtung 11 mit der Abtasteinrichtung 6 und der Fülleinrichtung 9 kommunizieren, diese insbesondere steuern, kann. Die Steuereinrichtung 11 erkennt dabei mit der Abtasteinrichtung 6, ob solche Vertiefungen 4 vorhanden sind, die unerwünscht sind und somit zu einer unerwünschten Rauheit der Oberfläche 2 führen. Die Abtasteinrichtung 6 ist derart ausgestaltet, dass sie die Oberfläche 2 mit einer Auflösung im Mikrometerbereich abtastet. Ist eine solche unerwünschte Vertiefung 4 detektiert, steuert die Steuereinrichtung 11 die Fülleinrichtung 9 derart an, dass die Fülleinrichtung 9 diese Vertiefung 4 mit einer vorgegebenen Menge an Tinte 8 füllt. Somit erfolgt ein Glätten der Oberfläche 2, wobei dieser Vorgang wiederholt werden kann, bis eine gewünschte Glätte der Oberfläche 2 erreicht ist.
-
Zum Glätten der Oberfläche 2 ist es vorteilhaft, wenn die Tinte 8 getrocknet wird. Dies kann durch ein Abwarten bis zum Trocknen der Tinte 8 erreicht werden. Im gezeigten Beispiel weist die Vorrichtung 3 hierfür eine Trockeneinrichtung 12, beispielsweise eine UV-Einrichtung 13 zum Bestrahlen der Oberfläche 2 mit UV-Strahlen, auf, welche das Trocknen der Tinte 8 beschleunigt oder zumindest unterstützt. Hierbei ist die beim Passieren der Trockeneinrichtung 12 getrocknete Tinte 8 in 5 mit einer anderen Schraffur dargestellt.
-
Die Vorrichtung 3 weist ferner eine Fördereinrichtung 14, insbesondere ein Förderband 15, auf, die das Bauteil 1 relativ zur Abtasteinrichtung 6, Fülleinrichtung 9 und Trockeneinrichtung 12 in einer Bewegungsrichtung 16 bewegt. Es ist dabei zu erkennen, dass in Bewegungsrichtung 16 des Bauteils 2 die Fülleinrichtung 9 nach der Abtasteinrichtung 6 und die Trockeneinrichtung 12 nach der Fülleinrichtung 9 angeordnet ist. Somit kann das Glätten der Oberfläche 2 des Bauteils 1 durch die Bewegung des Bauteils 1 in Bewegungsrichtung 16 durchgeführt werden. Ist ein mehrmaliges Abtasten der Oberfläche 2 und/oder zumindest teilweise Füllen einer solchen Vertiefung 4 zum Erreichen einer gewünschten Glätte der Oberfläche 2 notwendig, kann die Fördereinrichtung 14 das Bauteil 1 zunächst in entgegengesetzter Bewegungsrichtung und anschließend in Bewegungsrichtung 16 bewegen.
-
Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 3 einen Roboter 17 aufweisen, der die Abtasteinrichtung 6 und/oder die Fülleinrichtung 9 und/oder die Trockeneinrichtung 12 relativ zum Bauteil 1 bewegt. Die Abtasteinrichtung 6, die Fülleinrichtung 9 und die Trockeneinrichtung 12 sind hierbei in einer Bewegungsrichtung 18 des Roboters 17 nacheinander angeordnet. Das Bewegen der Abtasteinrichtung 6 und/oder der Fülleinrichtung 9 und/oder der Trockeneinrichtung 12 vereinfacht hierbei das erfindungsgemäße Glätten der Oberfläche 2 von solchen gekrümmt ausgebildeten Bauteilen 1.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0690780 B1 [0002]
- US 5209878 A [0003]
- US 20050130117 A1 [0004]