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Dokumentenidentifikation DE102004032559B4 01.06.2006
Titel Verfahren zum Fixieren und Herstellen von Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugbauteilen
Anmelder Dr.Ing.h.c. F. Porsche AG, 70435 Stuttgart, DE
Erfinder Thiele, Frank, 71229 Leonberg, DE;
Lehner, Klaus-Dieter, 71299 Wimsheim, DE
DE-Anmeldedatum 06.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004032559
Offenlegungstag 02.02.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.06.2006
IPC-Hauptklasse B29C 67/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B62D 65/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fixieren und Herstellen von Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugbauteilen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 299 07 262 U1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens bekannt, bei dem das Material des Bauteils schichtweise mittels eines Laserstrahls verfestigt wird. Des Weiteren ist aus der DE 195 07 881 A1 ein Stereolithographieverfahren bekannt, bei dem Stützen für ein Bauteil schichtweise hergestellt werden, indem beispielsweise von Computerdaten gesteuerte Laserstrahlen ein Fotopolymer gemäß einem bestimmten Muster an der Oberfläche aushärten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem mehrere getrennte Segmente von Bauteilen hergestellt werden und in einfacher Weise lagegenau zu einem einzigen Bauteil zusammegesetzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.

Durch begrenzte Abmessungen von Bauplattformen einer Stereolithographieanlage ist es erforderlich, größere Bauteile in Teilsegmenten herzustellen. Nachteilig ist hierbei, dass diese Teilsegmente nach dem eigentlichen Bauprozess aufwendig zusammengefügt werden müssen, wobei Ungenauigkeiten entstehen können, welche die Qualität des Bauteils stark beeinträchtigen. Durch das Verfahren nach der Erfindung wird es in einfacher Weise ermöglicht, die Einzelsegmente des Bauteils jeweils passgenau zu fixieren und somit können die einzelnen Segmente genau gefügt werden, wobei dieses Verfahren auch eine Genauigkeitskontrolle der Bauteile erlaubt.

Hierdurch können einerseits die in einer Stereolithographieanlage im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellten Bauteile mit einem verlorenen Stützensystem bzw. Unterbau und andererseits gleichzeitig Einzelstützen zur Aufnahme des gesamten gefügten Bauteils in einer realen Einbaulage gefertigt werden. Um dies zu erreichen, ist nach der Erfindung insbesondere vorgesehen, dass das Bauteil in zwei getrennten Bauteil-Segmenten mit dem verlorenen Stützenunterbau – eine räumlich reale Einbaulage einnehmend – hergestellt wird und die beiden getrennten Bauteile auf separat hergestellten Einzelstützen derart zusammengesetzt werden, dass die Bauteile eine definierte Positionierung, wie auf dem verlorenen Stützenunterbau, einnehmen können.

Die einzelnen Verfahrensschritte nach der Erfindung sind folgende. In einem ersten Verfahrensschritt wird der Stützenunterbau als gitterartiges Stützenelement vorab vor Erstellung der beiden Bauteile unterhalb dieser hergestellt, auf den die Bauteile getrennt, ganzflächig unterstützt in der realen räumlichen Einbaulage aufgebaut werden. Gleichzeitig mit der Herstellung des Stützenunterbaus sowie der beiden getrennten Bauteile werden in einem separaten Verfahrensschritt die Einzelstützen zur Aufnahme der beiden Bauteile in der realen Einbaulage hergestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Stützenunterbau manuell von den Bauteilen entfernt und die Einzelstützen werden dann auf einer Basisplattform zur Aufnahme der Bauteile in der realen Einbaulage – den Stützenunterbau nachbildend – angeordnet und in einem weiteren Verfahrensschritt werden dann die beiden getrennt hergestellten Bauteile manuell auf die auf der Basisplattform angeordneten und die Einbaulage nachbildenden Einzelstützen gesetzt und zum Verbinden der Bauteile diese zu einem einzigen Bauteil manuell zusammengeführt und miteinander verbunden.

Hierdurch wird in vorteilhafter Weise nach der Erfindung erreicht, dass die eine relativ große Länge aufweisenden Bauteile, eine reale Einbaulage einnehmend, auf dem verlorenen Stützenunterbau im Rapid-Prototyping-Verfahren aufgebaut werden. Der Stützenunterbau ist insofern verloren, weil dieser manuell von den Bauteilen entfernt wird und die Bauteile auf die Einzelstützen gesetzt werden.

Diese Einzelstützen werden in einem Datenformat generiert und im Rapid-Prototyping-Bauprozess zusammen mit den beiden Bauteilen gefertigt, wobei die stirnseitigen Auflageflächen der Einzelstützen in ausgewählten Abstützpunkten die Geometrie der aufzulegenden Bauteile aufweisen. Auch sind die Einzelstützen entsprechend der ausgewählten Abstützpunkte definiert auf der Basisplattform durch ein Aufstecken mittels Zapfen plazierbar.

Diese Einzelstützen werden nach der Erfindung entsprechend der korrespondierenden Abstützfläche bzw. dem korrespondierenden Abstützpunkt am Bauteil generiert, so dass das Bauteil in gleicher Lage wie auf dem Stützenunterbau angeordnet ist und zusammengesetzt werden kann, unter Vermeidung eines fehlerhaften Zusammenfügens.

Im Einzelnen wird nach der Erfindung das Verfahren in mehreren Folgeschritten durchgeführt, wobei in einem CAD-Programm in einem ersten Schritt eine Konstruktion des Einzelstützengrundkörpers und der Basisplattform erfolgt und in einem weiteren Schritt wird dann eine virtuelle Positionierung der einzelnen Komponenten vorgenommen, dem sich in einem weiteren Schritt die Erstellung der Einzelstützen durch Subtraktion anschließt. In weiteren Schritten werden dann die Bauteile in einem Programm erstellt und danach werden in einem Prozess maschinell diese Bauteile mit dem Stützenunterbau erstellt, dem sich in einem weiteren Schritt die manuelle Positionierung der Einzelstützen auf der Basisplattform anschließt und danach dann ein manuelles Fixieren und Fügen der Bauteile zu einem einzigen Bauteil erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

1 eine schaubildliche Darstellung von zwei auf Einzelstützen zusammengefügten Bauteilen auf einer Basisplattform,

2 ein Diagramm mit der Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte,

3 eine schaubildliche Darstellung eines mit dem Rapid-Prototyping-Verfahren in einer Stereolithographieanlage hergestellten Bauteils mit verlorenem Stützenunterbau sowie Einzelstützen,

4 ein auf Einzelstützen angeordnetes Bauteil,

5 eine Ansicht auf eine Basisplattform mit definiert plazierten Einzelstützen, und

6 eine Folgedarstellung über eine Subtraktion von in einem Datenformat generierten Einzelstützen.

Damit trotz begrenzter Abmessung von einer Bauplattform in einer Stereolithographieanlage auch größere Bauteile hergestellt werden können, ist es oftmals notwendig, die größeren Bauteile in Teilsegmente zu zerlegen und herzustellen. Wie in 1 näher gezeigt, besteht das beispielsweise gezeigte Bauteil 1 aus zwei Bauteilsegmenten 2 und 3, die zusammengesetzt werden und dann das Bauteil 1 ergeben. Es können auch mehr als zwei Teilsegmente hergestellt werden.

Wie in 3 näher dargestellt, werden die beiden Bauteile 2 und 3 getrennt voneinander mit dem gitterartigen Stützensystem, genannt Stützenunterbau 4, auf der Bauplattform 5 im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt. Der Stützenunterbau 4 stellt die reale räumliche Einbaulage der Bauteile 2, 3 im Fahrzeug dar. Gleichzeitig werden Einzelstützen 6 nach dem gleichen Verfahren hergestellt, wie sie in 3 dargestellt sind.

Diese Einzelstützen 6 werden, wie in 6 gezeigt, durch ein CAD-Programm generiert und durch Subtraktion erstellt. Das heißt, bei einem Stützen-Grundkörper, bestehend aus einem Ober- und Unterteil 6a und 6b, wird das Oberteil 6a gelöscht und das verbleibende Unterteil 6b ist mit einer stirnseitigen Abstützfläche 6c versehen, welche geometrisch einer definierten Abstützfläche am Bauteil 2, 3 entspricht.

Wenn die Bauteile 2, 3 mit dem Stützenunterbau 4 und den Einzelstützen 6 fertiggestellt sind, wird der Stützenunterbau 4 von den Bauteilen 2 und 3 manuell entfernt. Danach werden die Einzelstützen 6 auf einer Basisplattform 10 entsprechend der definierten Abstützorte am Bauteil 2 und 3 angeordnet bzw. gesteckt, wozu Bohrungen in der Basisplatte 10 vorgesehen sind, in welcher die mit Zapfen versehenen Einzelstützen 6 eingesteckt werden, vorzugsweise sind mindestens vier Zapfen an jeder Einzelstütze 6 vorgesehen.

Auf die Einzelstützen 6 werden dann die beiden Bauteile 2, 3 aufgelegt, wobei die Einzelstützen 6 eine Lage einnehmen, wie der die Bauteile 2, 3 ganzflächig aufnehmende Stützenunterbau 4, nur dass die Einzelstützen 6 jetzt partiell die Bauteile 2, 3 lagern. Die Bauteile 2, 3 werden nach dem Zusammensetzen miteinander beispielsweise in der Linie X-X verbunden, wie 1 näher zeigt.

In einem Diagramm gem. 2 sind die einzelnen Folgeschritte des Verfahrens zusammengefasst dargestellt.

So erfolgt in einem ersten Schritt 1 mittels eines Programms am Computer die Konstruktion der Einzelstützen-Grundkörper 6 mit der Basisplattform 10, dann folgt in einem weiteren Schritt II eine virtuelle Positionierung der einzelnen Komponenten 2, 3 und 6, dann werden in einem weiteren Schritt III die Einzelstützen 6 erstellt. Danach werden in weiteren Schritten IV und V die Bauteile 2, 3 in einem Computerprogramm vorbereitet und erstellt und nachfolgend werden die Bauteile 2, 3 mit dem gitterförmigen Stützenelement 4 im Rapid-Prototyping-Verfahren maschinell hergestellt. Dann erfolgt mit Schritt VII eine manuelle Plazierung der Einzelstützen 6 auf der Basisplattform 10, wie beispielsweise die 5 zeigt. Hiernach folgt im Schritt VIII das Fixieren und Zusammenfügen der beiden Bauteile 2 und 3 zu einem Bauteil 1. Die Herstellung der Basisplattform kann vor dem Schritt VII erfolgen.

Mit dem entwickelten Fixierungssystem ist es möglich, große Rapid-Prototyping-Bauteile genau zu fügen. Das Verfahren ist dabei schnell und kostengünstig. Die konstruierten Modelle der Stützengrundkörper und der Basisplattform lassen sich in jedem Prozess wieder verwenden. Auch die gefertigte Basisplattform lässt sich immer wieder einsetzen. Da die generierten Stützenkörper im Datenformat vorhanden sind, können diese im jeweiligen Rapid-Prototyping-Bauprozess mitgefertigt werden. Außerdem kann das System ebenfalls als Geometrie-Kontrollsystem verwendet werden. Voraussetzung hierfür ist die Existenz von CAD-Daten des zu kontrollierenden Bauteils.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Fixieren und Herstellen von Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugbauteilen, aus einem Harzmaterial, die in einer Stereolithographieanlage in einem Rapid-Prototyping Verfahren in aufeinander folgenden Verfahrensschritten getrennt und schichtweise aus einem Harzkörper hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) in zwei getrennten Bauteil-Segmenten (2, 3) mit verlorenem Stützenunterbau (4) – eine räumlich reale Einbaulage einnehmend – hergestellt wird und die beiden Bauteile (2, 3) auf separat hergestellten Einzelstützen (6) derart zusammengesetzt werden, dass die Bauteile (2, 3) eine definierte Positionierung, wie auf dem verlorenen Stützenunterbau, einnehmen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein Stützenunterbau (4) als gitterartiges Stützenelement vorab vor Erstellung der beiden Bauteile (2, 3) unterhalb dieser hergestellt wird, auf den die Bauteile (2, 3) getrennt, ganzflächig unterstützt in der realen räumlichen Einbaulage aufgebaut werden, gleichzeitig mit der Herstellung des Stützenunterbaus (4) der beiden Bauteile (2, 3) werden in einem separaten Verfahrensschritt die Einzelstützen (6) zur Aufnahme der beiden Bauteile (2, 3) in der realen Einbaulage hergestellt, in einem weiteren Verfahrensschritt wird dann der Stützenunterbau (4) manuell von den Bauteilen (2, 3) entfernt und die Einzelstützen (6) werden auf einer Basisplattform (10) zur Aufnahme der Bauteile (2, 3) in der realen Einbaulage – den Stützunterbau (4) nachbildend – angeordnet und in einem weiteren Verfahrensschritt werden die beiden getrennt hergestellten Bauteile (2, 3) manuell auf die auf der Basisplattform (10) angeordneten und die Einbaulage nachbildenden Einzelstützen (6) gesetzt und zum Verbinden der Bauteile (2, 3) diese zu einem einzigen Bauteil (1) zusammengeführt und miteinander verbunden.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstützen (6) in einem Datenformat generiert werden und im Rapid-Prototyping-Bauprozess zusammen mit den beiden Bauteilen (2, 3) gefertigt werden, wobei die stirnseitigen Auflageflächen (6c) der Einzelstützen (6) in ausgewählten Abstützpunkten die Geometrie der aufzulegenden Bauteile (2, 3) aufweisen.
  4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstützen (6) entsprechend der ausgewählten Abstützpunkte definiert auf der Basisplattform (10) durch ein Aufstecken mittels Zapfen plaziert werden.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem CAD-Programm in einem ersten Verfahrensschritt (1) eine Konstruktion des Einzel-Stützengrundkörpers (6) und der Basisplattform (10) und in einem weiteren Schritt (II) dann eine virtuelle Positionierung der einzelnen Komponenten vorgenommen wird, dem sich in einem weiteren Schritt (III) die Erstellung der Einzelstützen durch Subtraktion anschließt und in weiteren Schritten (IV, V) werden dann die Bauteile (2, 3) in einem Programm erstellt und danach werden in einem Prozess maschinell die Bauteile (2, 3) mit Stützenunterbau (4) erstellt, dem sich in einem weiteren Schritt (VI) die manuelle Positionierung der Einzelstützen (6) auf der Basisplattform (10) anschließt und danach in weiteren Schritten VII und VIII sich ein manuelles Fixieren und Fügen der beiden Bauteile (2, 3) zu einem einzigen Bauteil (1) anschließt.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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