DE102016215619A1 - Method for producing a component - Google Patents

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Lars Buchmann
Christoph Seefried
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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (7). Um ein Bauteil (7) mit einer hohen Festigkeit zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass bei dem Verfahren mithilfe eines generativen Fertigungsverfahrens ein Bauteilgrundkörper (1) gefertigt wird, in einen Hohlraum (2) des Bauteilgrundkörpers (1) ein Verstärkungselement (3, 8) eingebracht wird und das in den Hohlraum (2) eingebrachte Verstärkungselement (3, 8) mit dem Bauteilgrundkörper (1) verbunden wird.The invention relates to methods for producing a component (7). In order to achieve a component (7) with a high strength, it is proposed that in the method by means of a generative manufacturing method a component base body (1) is manufactured, in a cavity (2) of the component base body (1) a reinforcing element (3, 8) is introduced and in the cavity (2) introduced reinforcing element (3, 8) with the component main body (1) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils. The invention relates to a method for producing a component.

Im Stand der Technik sind zahlreiche generative Fertigungsverfahren – auch als additive Fertigung (englisch: additive manufacturing) oder 3D-Druck-Verfahren – bekannt. Hierbei handelt es sich um computergesteuerte Verfahren, bei denen Bauteile aus flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen mithilfe chemischer und/oder physikalischer Prozesse, insbesondere mithilfe von Schmelz- und/oder Aushärtungsprozessen, hergestellt werden. Generative Fertigungsverfahren eignen sich besonders gut zur wirtschaftlichen Herstellung von Prototypen, Unikaten oder Bauteilen mit komplexer Geometrie. In the prior art, numerous generative manufacturing processes - also known as additive manufacturing (English: additive manufacturing) or 3D printing process - known. These are computer-controlled processes in which components made of liquid or solid materials are produced according to predetermined dimensions and shapes by means of chemical and / or physical processes, in particular by means of melting and / or hardening processes. Generative manufacturing processes are particularly well suited for the cost-effective production of prototypes, one-offs or components with complex geometry.

Ein Nachteil generativ gefertigter Bauteile ist oftmals deren geringe Festigkeit, insbesondere deren geringe Zugfestigkeit. Einer geringen Bauteilfestigkeit wird bisher teilweise durch eine Anpassung der Bauteiltopologie entgegengewirkt. Beispielsweise können in Bereichen eines Bauteils, in denen die stärksten Bauteilbelastungen zu erwarten sind, Materialaufdickungen vorgesehen werden. A disadvantage of generatively manufactured components is often their low strength, in particular their low tensile strength. A low component strength is previously counteracted in part by an adaptation of the component topology. For example, in areas of a component in which the strongest component loads are to be expected, material thickening can be provided.

In manchen Fällen ist es jedoch gewünscht, dass das Bauteil fest vorgegebene Abmessungen aufweist, sodass Materialaufdickungen bzw. Anpassungen der Bauteiltopologie zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit nicht in Frage kommen. In some cases, however, it is desired that the component has fixed dimensions, so that material thickening or adaptation of the component topology to increase the component strength is out of the question.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auf einem generativen Fertigungsverfahren basierendes Verfahren anzugeben, mittels welchem ein Bauteil hergestellt werden kann, das eine hohe Festigkeit aufweist. The invention has for its object to provide a based on a generative manufacturing process method, by means of which a component can be produced, which has a high strength.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. This object is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mithilfe eines generativen Fertigungsverfahrens ein Bauteilgrundkörper gefertigt. In ein Hohlraum des Bauteilgrundkörpers wird ein Verstärkungselement eingebracht. Weiter ist vorgesehen, dass das in den Hohlraum eingebrachte Verstärkungselement mit dem Bauteilgrundkörper verbunden wird. In the method according to the invention, a component main body is manufactured by means of a generative manufacturing process. In a cavity of the component body, a reinforcing element is introduced. It is further provided that the reinforcing element introduced into the cavity is connected to the component base body.

Auf diese Weise kann kosten- und aufwandsgünstig ein Bauteil mit einer hohen Festigkeit, insbesondere mit einer hohen Zugfestigkeit, hergestellt werden. Das Bauteil wird zweckmäßigerweise durch den Bauteilgrundkörper und dem mit dem Bauteilgrundkörper verbundenen Verstärkungselement und gegebenenfalls etwaigen weiteren mit dem Bauteilgrundkörper verbundenen Verstärkungselementen ausgebildet. In this way, cost and low cost, a component with a high strength, in particular with a high tensile strength can be produced. The component is expediently formed by the component main body and the reinforcing element connected to the component main body and, if appropriate, any further reinforcing elements connected to the component main body.

Dadurch, dass ein generatives Fertigungsverfahren zur Herstellung des Bauteilgrundkörpers verwendet wird, kann der Bauteilgrundkörper mit einer beliebig komplexen Geometrie kosten- und aufwandsgünstig hergestellt werden. Eine Erhöhung der Festigkeit des Bauteils wird durch das Verstärkungselement erreicht. Daher kann bei dem Verfahren auf eine Materialaufdickung oder auf eine andere Topologieanpassung des Bauteilgrundkörpers grundsätzlich verzichtet werden. Due to the fact that a generative production method is used to produce the component main body, the component main body can be produced cost-effectively and cost-effectively with an arbitrarily complex geometry. An increase in the strength of the component is achieved by the reinforcing element. Therefore, it is basically possible to dispense with material thickening or other topology adaptation of the component main body in the method.

Prinzipiell kann der Hohlraum nach der generativen Fertigung des Bauteilgrundkörpers erzeugt werden, zum Beispiel mithilfe eines subtraktiven Fertigungsverfahrens. In principle, the cavity can be produced after the generative production of the component base body, for example by means of a subtractive production method.

In bevorzugter Weise wird der Hohlraum direkt bei der generativen Fertigung des Bauteilgrundkörpers vorgesehen. Mit anderen Worten, der Bauteilgrundkörper wird vorzugsweise bei seiner generativen Fertigung mit dem Hohlraum gefertigt. Ein nachträgliches Erzeugen des Hohlraums kann dadurch entfallen. Preferably, the cavity is provided directly in the generative production of the component main body. In other words, the component main body is preferably manufactured in its generative production with the cavity. A subsequent generation of the cavity can be omitted.

Das in den Hohlraum eingebrachte Verstärkungselement kann zum Beispiel lediglich an dessen Enden mit dem Bauteilgrundkörper verbunden werden. Vorzugsweise wird das in den Hohlraum eingebrachte Verstärkungselement über die gesamte Länge desjenigen Abschnittes des Verstärkungselements, der sich im Hohlraum befindet, mit dem Bauteilgrundkörper verbunden. The reinforcing element introduced into the cavity can, for example, only be connected to the component main body at its ends. Preferably, the reinforcing element introduced into the cavity is connected to the component main body over the entire length of that section of the reinforcing element which is located in the cavity.

Zweckmäßigerweise wird der Bauteilgrundkörper bei dem generativen Fertigungsverfahren schichtweise gefertigt. Der Bauteilgrundkörper kann insbesondere aus einem flüssigen Material, einem schicht- oder drahtförmigen Material und/oder einem pulverförmigen Material gefertigt werden. Ferner kann das Material, aus dem der Bauteilgrundkörper gefertigt wird, ein metallisches Material, ein Kunststoff-Material oder ein Kunstharz-Material sein. Appropriately, the component body is manufactured in layers in the generative manufacturing process. In particular, the component base body can be produced from a liquid material, a layered or wire-shaped material and / or a powdery material. Further, the material from which the component main body is made may be a metallic material, a plastic material or a synthetic resin material.

In bevorzugter Weise ist das generative Fertigungsverfahren aus einer Gruppe ausgewählt, die selektives Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern, Stereolithografie, Fused Deposition Modeling (auch bekannt als Fused Filament Fabrication), Multi-Jet-Modeling und Digital Light Processing umfasst. Diese Verfahren sind vielfach erprobt und mit bereits bekannten Systemen kostengünstig durchführbar. Preferably, the additive manufacturing process is selected from the group consisting of selective laser melting, electron beam melting, selective laser sintering, stereolithography, fused deposition modeling (also known as fused filament fabrication), multi-jet modeling, and digital light processing. These methods have been tried and tested and feasible with already known systems.

Vorteilhafterweise ist das Verstärkungselement als Faser ausgebildet. Als Faser kann vorliegend ein drahtförmig ausgebildetes Element – d.h. ein Element, welches im Vergleich zu seiner Länge eine geringe Dicke aufweist – aufgefasst werden. Advantageously, the reinforcing element is formed as a fiber. As a fiber may present a wire-shaped element - ie an element which has a small thickness compared to its length - understood.

Das Verstärkungselement kann zum Beispiel als Glasfaser ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verstärkungselement als Metallfaser ausgebildet ist. Metalle weisen typischerweise eine hohe Steifigkeit auf und eigenen sich daher besonders gut als Material für das Verstärkungselement. The reinforcing element may be formed, for example, as a glass fiber. It is particularly preferred if the reinforcing element is designed as a metal fiber. Metals typically have a high stiffness and are therefore particularly suitable as a material for the reinforcing element.

Weiterhin kann das Verstärkungselement einen beliebigen Querschnitt aufweisen. So kann das Verstärkungselement beispielsweise einen runden, insbesondere einen kreisförmigen, oder einen eckigen Querschnitt aufweisen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Verstärkungselement biegbar ausgeführt ist. Furthermore, the reinforcing element may have any cross-section. For example, the reinforcing element may have a round, in particular a circular, or an angular cross-section. Furthermore, it is advantageous if the reinforcing element is designed to be bendable.

Zweckmäßigerweise ist besagter Hohlraum als Kanal ausgebildet, welcher mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kanal zwei Durchgangsöffnungen aufweist. Dies ermöglicht es, das Verstärkungselement durch den Hohlraum hindurchzuführen. Weiter ist es zweckmäßig, wenn der Hohlraum eine größere Dicke aufweist als das Verstärkungselement. Dadurch ist es möglich, das Verstärkungselement ohne großen Kraftaufwand in den Hohlraum einzubringen. Conveniently, said cavity is formed as a channel, which has at least one passage opening. It is particularly advantageous if the channel has two passage openings. This makes it possible to pass the reinforcing element through the cavity. Further, it is expedient if the cavity has a greater thickness than the reinforcing element. This makes it possible to bring the reinforcing element without much effort in the cavity.

Der Hohlraum kann einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Hohlraum einen runden, insbesondere einen kreisförmigen, oder einen eckigen Querschnitt aufweisen. Vorteilhafterweise hat das Verstärkungselement zumindest die gleiche Länge wie der Hohlraum. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verstärkungselement eine größere Länge als der Hohlraum aufweist. Außerdem ist es zweckmäßig, wenn das Verstärkungselement, nachdem es in den Hohlraum eingebracht wurde, den Hohlraum über dessen gesamte Länge ausfüllt. The cavity may have any cross section. For example, the cavity may have a round, in particular a circular, or an angular cross-section. Advantageously, the reinforcing element has at least the same length as the cavity. It is particularly preferred if the reinforcing element has a greater length than the cavity. In addition, it is expedient if the reinforcing element, after it has been introduced into the cavity, fills the cavity over its entire length.

Ferner kann der Hohlraum gerade oder gebogen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Form des Hohlraums an die äußere Form des Bauteilgrundkörpers und/oder an die zu erwartenden (lokalen) Bauteilbelastungen angepasst. Furthermore, the cavity may be formed straight or curved. Preferably, the shape of the cavity is adapted to the outer shape of the component body and / or to the expected (local) component loads.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mithilfe einer Erwärmung des Verstärkungselements das Verstärkungselement form- und/oder stoffschlüssig mit dem Bauteilgrundkörper verbunden. Sinnvollerweise erfolgt die Erwärmung des Verstärkungselements nach dem Einbringen des Verstärkungselements in den Hohlraum des Bauteilgrundkörpers. In an advantageous embodiment of the invention, the reinforcing element is positively and / or materially connected to the component base body by means of heating of the reinforcing element. The heating of the reinforcing element is expediently carried out after the introduction of the reinforcing element into the cavity of the component main body.

Vorteilhafterweise wird ein Teilbereich des Bauteilgrundkörpers durch eine Erwärmung des Verstärkungselements aufgeschmolzen. In bevorzugter Weise wird derjenige Teilbereich des Bauteilgrundkörpers, der den Hohlraum begrenzt bzw. das Verstärkungselement umgibt, durch die Erwärmung des Verstärkungselements aufgeschmolzen. Ferner kann der Teilbereich, der aufgeschmolzen wird, sich über einen Teil der Länge des Hohlraums oder über dessen gesamte Länge erstrecken. Advantageously, a partial region of the component main body is melted by heating the reinforcing element. In a preferred manner, that portion of the component main body which delimits the hollow space or surrounds the reinforcing element is melted by the heating of the reinforcing element. Further, the portion that is fused may extend over a portion of the length of the cavity or over its entire length.

Durch eine nachfolgende Aushärtung des aufgeschmolzenen Teilbereichs wird vorteilhafterweise ein Formschuss zwischen dem Bauteilgrundkörper und dem Verstärkungselement hergestellt. Die Aushärtung erfolgt zweckmäßigerweise bei einer Abkühlung des Verstärkungselements. By a subsequent hardening of the melted portion, a molding shot is advantageously produced between the component base body and the reinforcing element. The curing is advantageously carried out at a cooling of the reinforcing element.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verstärkungselement erwärmt wird, indem ein elektrischer Strom durch das Verstärkungselement geleitet wird. Dies ermöglicht eine aufwandsgünstige und präzise Erwärmung des Verstärkungselements. It is particularly preferred if the reinforcing element is heated by an electrical current is passed through the reinforcing element. This allows a low-cost and precise heating of the reinforcing element.

Der Bauteilgrundkörper weist vorteilhafterweise eine niedrigere Schmelztemperatur auf als das Verstärkungselement. Weiter ist es zweckmäßig, wenn das Verstärkungselement zumindest auf die Schmelztemperatur des Bauteilgrundkörpers erwärmt wird. Mit anderen Worten, das Verstärkungselement wird zweckmäßigerweise auf die Schmelztemperatur des Bauteilgrundkörpers oder über diese Schmelztemperatur hinaus erwärmt. The component main body advantageously has a lower melting temperature than the reinforcing element. It is also expedient if the reinforcing element is heated at least to the melting temperature of the component main body. In other words, the reinforcing element is expediently heated to the melting temperature of the component main body or beyond this melting temperature.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn nach dem Einbringen des Verstärkungselements in besagten Hohlraum das Verstärkungselement an seinen beiden Enden aus dem Bauteilgrundkörper herausragt. Dies ermöglicht eine gute Zugänglichkeit zu dem Verstärkungselement, beispielsweise um Anschlussklemmen einer Spannungsquelle an den Enden des Verstärkungselements zu befestigen. Further, it is advantageous if, after the introduction of the reinforcing element in said cavity, the reinforcing element protrudes at its two ends from the component main body. This allows good accessibility to the reinforcing element, for example, to secure terminals of a voltage source to the ends of the reinforcing element.

Nach dem Herstellen der Verbindung zwischen dem Bauteilgrundkörper und dem Verstärkungselement können die aus dem Bauteilgrundkörper herausragenden Abschnitte des Verstärkungselements entfernt werden. After establishing the connection between the component main body and the reinforcing element, the sections of the reinforcing element projecting from the component main body can be removed.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das Verstärkungselement mithilfe eines Klebstoffs mit dem Bauteilgrundkörper verbunden wird. An advantageous embodiment of the invention provides that the reinforcing element is connected by means of an adhesive to the component body.

Vorzugsweise wird der Klebstoff gemeinsam mit dem Verstärkungselement in den Hohlraum eingebracht. Mit anderen Worten, das Einbringen des Verstärkungselements in den Hohlraum sowie das Einbringen des Klebstoffs in den Hohlraum kann in einem gemeinsamen Verfahrensschritt erfolgen. Preferably, the adhesive is introduced into the cavity together with the reinforcing element. In other words, the introduction of the reinforcing element into the cavity and the introduction of the adhesive into the cavity can be carried out in a common process step.

Der Klebstoff kann zum Beispiel ein Schmelzklebstoff sein. In diesem Fall wird der Klebstoff zweckmäßigerweise nach dem Einbringen des Verstärkungselements in den Hohlraum eingeschmolzen, um durch eine anschließende Aushärtung des Klebstoffs eine Verbindung zwischen dem Verstärkungselement und dem Bauteilgrundkörper herzustellen. Das Einschmelzen des Klebstoffs kann insbesondere durch eine Erwärmung des Verstärkungselements bewirkt werden. The adhesive may be, for example, a hot melt adhesive. In this case, the adhesive is expediently after the introduction of the Reinforcing element is fused into the cavity to produce by subsequent curing of the adhesive, a connection between the reinforcing member and the component base body. The melting of the adhesive can be effected in particular by heating the reinforcing element.

Alternativ kann der Klebstoff ein Reaktionsklebstoff sein (auch chemisch härtender Klebstoff genannt). In diesem Fall kann eine Aushärtung des Klebstoffs zum Beispiel durch einen Kontakt des Klebstoffs mit dem Bauteilgrundkörper und/oder durch eine Erwärmung des Klebstoffs, welche beispielsweise durch eine Erwärmung des Verstärkungselements bewirkt wird, erfolgen. Alternatively, the adhesive may be a reaction adhesive (also called a chemical curing adhesive). In this case, a curing of the adhesive, for example, by a contact of the adhesive with the component base body and / or by a heating of the adhesive, which is effected for example by heating of the reinforcing element, take place.

Weiterhin kann der Klebstoff als Ummantelung auf dem Verstärkungselement angeordnet sein, insbesondere bereits bevor das Verstärkungselement in den Hohlraum eingebracht wird. Furthermore, the adhesive can be arranged as a sheathing on the reinforcing element, in particular even before the reinforcing element is introduced into the cavity.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der Klebstoff nach dem Einbringen des Verstärkungselements in den Hohlraum des Bauteilgrundkörpers in besagten Hohlraum injiziert. In another advantageous embodiment of the invention, the adhesive is injected after the introduction of the reinforcing element into the cavity of the component main body in said cavity.

Vorzugsweise umfasst der Bauteilgrundkörper mehrere miteinander verbundene Materialschichten. Das Verstärkungselement ist vorteilhafterweise zumindest abschnittweise senkrecht zu mindestens einigen der Materialschichten des Bauteilgrundkörpers ausgerichtet. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei den Materialschichten, zu denen das Verstärkungselement zumindest abschnittweise senkrecht ausgerichtet ist, um benachbarte bzw. aufeinanderfolgende Materialschichten. Auf diese Weise kann mithilfe des Verstärkungselements einer geringen Haftung dieser Materialschichten zu ihren jeweiligen Nachbarschichten entgegengewirkt werden. Preferably, the component main body comprises a plurality of interconnected material layers. The reinforcing element is advantageously aligned at least in sections perpendicular to at least some of the material layers of the component main body. Expediently, the material layers to which the reinforcing element is oriented perpendicularly, at least in sections, are adjacent or successive layers of material. In this way, by means of the reinforcing element, a low adhesion of these material layers to their respective neighboring layers can be counteracted.

Das Verstärkungselement kann insbesondere über die gesamte Länge des Hohlraums hinweg oder über einen Teil der Länge des Hohlraums hinweg senkrecht zu mehreren der Materialschichten ausgerichtet sein. In particular, the reinforcing element may be aligned perpendicular to a plurality of the material layers over the entire length of the cavity or over part of the length of the cavity.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Bauteilgrundkörper mehrere Hohlräume auf. Die Hohlräume können insbesondere äquidistant zueinander angeordnet sein. Alternativ können die Hohlräume entsprechend den zu erwartenden (lokalen) Bauteilbelastungen zumindest bereichsweise gebündelt angeordnet sein. Zweckmäßigerweise wird in die Hohlräume jeweils ein Verstärkungselement eingebracht. Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Verstärkungselemente mit der Bauteilgrundkörper verbunden werden. In an advantageous development of the invention, the component main body has a plurality of cavities. The cavities can be arranged in particular equidistant from each other. Alternatively, the cavities can be arranged bundled at least in regions in accordance with the expected (local) component loads. Conveniently, in each case a reinforcing element is introduced into the cavities. It is also expedient if the reinforcing elements are connected to the component base body.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil. Furthermore, the invention relates to a component.

Das erfindungsgemäße Bauteil umfasst einen generativ gefertigten Bauteilgrundkörper, der mindestens einen Hohlraum aufweist, sowie mindestens ein Verstärkungselement, welches zumindest abschnittsweise in besagtem Hohlraum des Bauteilgrundkörpers angeordnet ist und mit dem Bauteilgrundkörper verbunden ist. The component according to the invention comprises a generatively manufactured component base body, which has at least one cavity, and at least one reinforcing element, which is arranged at least in sections in said cavity of the component base body and is connected to the component base body.

Die weiter oben im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Merkmale können insbesondere vorteilhafte Weiterbildungen des Bauteils darstellen. Ferner ist es zweckmäßig, wenn das erfindungsgemäße Bauteil mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere mithilfe einer der oben beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, hergestellt wird. The features mentioned above in connection with the method can in particular represent advantageous developments of the component. Furthermore, it is expedient if the component according to the invention is produced by means of the method according to the invention, in particular by means of one of the above-described advantageous developments of the method according to the invention.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in einzelnen abhängigen Ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Bauteil kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit zu sehen und umgekehrt. The description given so far of advantageous embodiments of the invention contains numerous features, which are given in several dependent claims partially summarized in several. However, these features may conveniently be considered individually and combined into meaningful further combinations. In particular, these features can be combined individually and in any suitable combination with the method according to the invention and the component according to the invention. Thus, process features can also be seen as a property of the corresponding device unit and vice versa.

Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das jeweilige Zahlwort eingeschränkt sein. Although some terms are used in the specification or claims in the singular or in conjunction with a number word, the scope of the invention for these terms should not be limited to the singular or the respective number word.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Das Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung der Erfindung und beschränkt die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale des Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden. The above-described characteristics, features and advantages of the invention as well as the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiment of the invention, which will be explained in more detail in conjunction with the drawings. The exemplary embodiment serves to explain the invention and does not limit the invention to the combinations of features specified therein, not even with regard to functional features. In addition, suitable features of the embodiment may also be considered explicitly isolated and combined with any of the claims.

Es zeigen: Show it:

1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils; 1 a flow diagram of a method for producing a component;

2 einen generativ gefertigten Bauteilgrundköper in einer perspektivischen Darstellung; 2 a generatively manufactured Bauteilgrundköper in a perspective view;

3 einen Schnitt durch den Bauteilgrundkörper; 3 a section through the component main body;

4 den Bauteilgrundkörper mit mehreren in den Bauteilgrundköper eingesetzten Verstärkungselementen in einer perspektivischen Darstellung; 4 the component base body with a plurality of reinforcing elements used in the component main body in a perspective view;

5 einen Schnitt durch ein gemäß dem Verfahren aus 1 hergestelltes Bauteil; und 5 a section through a according to the method 1 manufactured component; and

6 ein Verstärkungselement sowie eine Klebstoffummantelung. 6 a reinforcing element and an adhesive sheath.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm, welches schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils illustriert. 1 shows a flowchart, which schematically illustrates a method for manufacturing a component.

Das Verfahren umfasst die aufeinanderfolgenden Schritte: Fertigen eines Bauteilgrundkörpers mithilfe eines generativen Fertigungsverfahrens (Schritt S1), Einbringen mehrerer Verstärkungselemente in mehrere Hohlräume des Bauteilgrundkörpers (Schritt S2) sowie Verbinden der Verstärkungselemente mit dem Bauteilgrundkörper (Schritt S3). The method comprises the successive steps of producing a component base body using a generative manufacturing method (step S1), introducing a plurality of reinforcement elements into a plurality of cavities of the component base body (step S2) and connecting the reinforcement elements to the component base body (step S3).

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Bauteilgrundkörper 1 (siehe 2) mithilfe des sogenannten Fused Deposition Modeling, einem bekannten generativen Fertigungsverfahren, schichtweise aus einem Kunststoff-Material gefertigt. Grundsätzlich können andere generative Fertigungsverfahren und/oder andere Ausgangsmaterialen zur Herstellung des Bauteilgrundkörpers 1 verwendet werden. In the present embodiment, the component body is 1 (please refer 2 ) using the so-called Fused Deposition Modeling, a well-known generative manufacturing process, layer by layer made of a plastic material. In principle, other generative production methods and / or other starting materials for the production of the component main body 1 be used.

Bei der generativen Fertigung des Bauteilgrundkörpers 1 werden mehrere Hohlräume 2 (siehe 3 und 4) in dem Bauteilgrundkörper 1 vorgesehen. Das heißt, der Bauteilgrundkörper 1 wird bei seiner generativen Fertigung direkt mit Hohlräumen 2 gefertigt. In the generative production of the component body 1 be multiple cavities 2 (please refer 3 and 4 ) in the component body 1 intended. That is, the component main body 1 becomes directly with cavities in its generative manufacturing 2 manufactured.

In jeden der Hohlräume 2 wird ein Verstärkungselement 3 (siehe 4) eingebracht. Danach werden die in die Hohlräume des Bauteilgrundkörpers 1 eingebrachten Verstärkungselemente 3 mit dem Bauteilgrundkörper 1 verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Verstärkungselemente 3 jeweils als Metallfaser mit einem runden Querschnitt ausgebildet. Zudem weist der Bauteilgrundkörper 1 eine geringere Schmelztemperatur auf als die Verstärkungselemente 3. In each of the cavities 2 becomes a reinforcing element 3 (please refer 4 ) brought in. Then they are in the cavities of the component body 1 introduced reinforcing elements 3 with the component main body 1 connected. In the present embodiment, the reinforcing elements 3 each formed as a metal fiber with a round cross-section. In addition, the component body has 1 a lower melting temperature than the reinforcing elements 3 ,

2 zeigt den fertiggestellten Bauteilgrundkörper 1 in einer perspektivischen Darstellung. 2 shows the finished component body 1 in a perspective view.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Bauteilgrundkörper 1 abschnittsweise gerade sowie abschnittsweise gebogen ausgebildet. Grundsätzlich kann der Bauteilgrundkörper 1 eine andere als die dargestellte Form aufweisen. In the present embodiment, the component body is 1 Sectionally straight and bent sections formed. Basically, the component body 1 have a different shape than that shown.

Jeder der Hohlräume 2 des Bauteilgrundkörpers 1 ist als Kanal mit zwei Durchgangsöffnungen 4 ausgebildet, wobei in 2 von jedem der Hohlräume 2 lediglich eine seiner beiden Durchgangöffnungen 4 sichtbar ist. Each of the cavities 2 of the component main body 1 is as a channel with two through holes 4 trained, in 2 from each of the cavities 2 only one of its two passage openings 4 is visible.

Die in 2 sichtbaren Durchgangöffnungen 4 befinden sich an einer ersten Seite 5 des Bauteilgrundköpers 1. Die anderen, in 2 nicht sichtbaren Durchgangsöffnungen 4 der Hohlräume 2 befinden sich an einer dem Betrachter abgewandten zweiten Seite 6 des Bauteilgrundkörpers 1. In the 2 visible passage openings 4 are on a first page 5 of the component main body 1 , The others, in 2 invisible passage openings 4 the cavities 2 are located on a second side facing away from the viewer 6 of the component main body 1 ,

Ferner sind die Hohlräume 2 des Bauteilgrundkörpers 1 äquidistant sowie parallel zueinander angeordnet und weisen jeweils einen runden Querschnitt auf. Further, the cavities 2 of the component main body 1 equidistant and arranged parallel to each other and each have a round cross-section.

3 zeigt einen Schnitt durch den Bauteilgrundkörper 1 senkrecht durch die beiden Seiten 5, 6, an welchen sich die Durchgangsöffnungen 4 des Bauteilgrundkörpers 1 befinden. 3 shows a section through the component body 1 perpendicular through the two sides 5 . 6 , to which the passage openings 4 of the component main body 1 are located.

In 3 ist einer der Hohlräume 2 über dessen gesamte Länge sichtbar. Des Weiteren ist aus 3 ersichtlich, dass die Form dieses Hohlraums 2 an die äußere Form des Bauteilgrundkörpers 1 angepasst ist. Die anderen, in 3 nicht sichtbaren Hohlräume 2 des Bauteilgrundkörpers 1 weisen die gleiche Form wie der in 3 sichtbare Hohlraum 2 auf. In 3 is one of the cavities 2 visible over its entire length. Furthermore, it is off 3 it can be seen that the shape of this cavity 2 to the outer shape of the component main body 1 is adjusted. The others, in 3 invisible cavities 2 of the component main body 1 have the same shape as the one in 3 visible cavity 2 on.

Der Bauteilgrundkörper 1 ist aus mehreren miteinander verbundenen Materialschichten zusammengesetzt. The component body 1 is composed of several interconnected layers of material.

4 zeigt den Bauteilgrundkörper 1 mit dem in die Hohlräume 2 des Bauteilgrundkörpers 1 eingebrachten Verstärkungselementen 3, wobei der Bauteilgrundkörper 1 in derselben Perspektive dargestellt ist wie in 2. 4 shows the component body 1 with that in the cavities 2 of the component main body 1 introduced reinforcing elements 3 , wherein the component main body 1 represented in the same perspective as in 2 ,

In 4 sind die Hohlräume 2 mittels gestrichelter Linien dargestellt. Ebenso ist von jedem der Verstärkungselemente 3 dessen innerhalb des Bauteilgrundkörpers 1 angeordneter Abschnitt mittels gestrichelter Linien dargestellt. In 4 are the cavities 2 represented by dashed lines. Likewise, from each of the reinforcing elements 3 this within the component body 1 arranged portion shown by dashed lines.

Wie aus 4 ersichtlich ist, haben die Verstärkungselemente 3 eine größere Länge als die Hohlräume 2 des Bauteilgrundkörpers 1, da die Verstärkungselemente 3 jeweils an ihren beiden Enden aus dem jeweiligen Hohlraum 2 herausragen. Weiter ist aus 4 ersichtlich, dass die Hohlräume 2 jeweils eine größere Dicke aufweisen als die Verstärkungselemente 3. How out 4 it can be seen have the reinforcing elements 3 a greater length than the cavities 2 of the component main body 1 because the reinforcing elements 3 each at its two ends from the respective cavity 2 protrude. Next is out 4 seen that the cavities 2 each have a greater thickness than the reinforcing elements 3 ,

Ferner ist jedes der Verstärkungselemente 3 abschnittsweise senkrecht zu einigen benachbarten Materialschichten des Bauteilgrundkörpers 1 ausgerichtet. Further, each of the reinforcing elements 3 partially perpendicular to some adjacent material layers of the component body 1 aligned.

An die Enden der Verstärkungselemente 3 wird jeweils eine elektrische Spannung angelegt, sodass ein elektrischer Strom durch jedes der Verstärkungselemente 3 geleitet wird. Dadurch werden die Verstärkungselemente 3 über die Schmelztemperatur des Bauteilgrundkörpers 1 hinaus erwärmt. Diejenigen Teilbereiche des Bauteilgrundkörpers 1, welche die Verstärkungselemente 3 umgeben, werden dabei über die gesamte Länge desjeweiligen Hohlraums 2 aufgeschmolzen. Bei einer anschließenden Aushärtung der aufgeschmolzenen Teilbereiche des Bauteilgrundkörpers 1 wird ein Formschluss zwischen den Verstärkungselementen 3 und dem Bauteilgrundkörper 1 hergestellt. At the ends of the reinforcing elements 3 In each case an electrical voltage is applied, so that an electric current through each of the reinforcing elements 3 is directed. This will be the reinforcing elements 3 over the melting temperature of the component main body 1 warmed up. Those subregions of the component main body 1 which the reinforcing elements 3 are surrounded, over the entire length of the respective cavity 2 melted. In a subsequent curing of the melted portions of the component body 1 becomes a positive connection between the reinforcing elements 3 and the component main body 1 produced.

Auf diese Weise wird ein verstärktes Bauteil 7 (vgl. 5) hergestellt, welches eine hohe Zugfestigkeit aufweist. In this way, a reinforced component 7 (see. 5 ), which has a high tensile strength.

5 zeigt das fertiggestellte Bauteil 7 in einer Schnittdarstellung, wobei die aus den Hohlräumen 2 herausragenden Abschnitte der Verstärkungselemente 3 gegebenenfalls nachträglich entfernt werden können. 5 shows the finished component 7 in a sectional view, taking the cavities 2 outstanding sections of the reinforcing elements 3 optionally be removed later.

Bei dem fertiggestellten Bauteil 7 sind die Verstärkungselemente 3 jeweils über ihre gesamte Länge formschlüssig mit dem Bauteilgrundkörper 1 verbunden. In the finished component 7 are the reinforcing elements 3 each over its entire length form-fitting with the component body 1 connected.

6 zeigt ein weiteres als Metallfaser ausgebildetes Verstärkungselement 8. Ferner ist in 6 ein Klebstoff 9 dargestellt, welcher als Ummantelung einen Abschnitt des Verstärkungselements 8 umgibt. Bei dem Klebstoff 9 handelt es sich im vorliegen Fall um einen sogenannten Schmelzklebstoff. 6 shows another designed as a metal fiber reinforcing element 8th , Furthermore, in 6 an adhesive 9 shown, which as a sheath portion of the reinforcing element 8th surrounds. For the glue 9 this case is a so-called hot melt adhesive.

Ein oder mehrere solche mit einer derartigen Klebstoffummantelung versehenen Verstärkungselemente 8 können (anstelle der zuvor erwähnten Verstärkungselemente 3) jeweils in einem der Hohlräume 2 des Bauteilgrundkörpers 1 eingebracht werden. One or more such provided with such an adhesive sheath reinforcing elements 8th can (instead of the aforementioned reinforcing elements 3 ) in each case in one of the cavities 2 of the component main body 1 be introduced.

Durch eine Erwärmung des jeweiligen Verstärkungselements 8 wird der Klebstoff 9 aufgeschmolzen. Bei einer nachfolgenden Aushärtung des Klebstoffs 9 wird dann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem jeweiligen Verstärkungselement 9 und dem Bauteilgrundkörper 1 ausgebildet. By heating the respective reinforcing element 8th becomes the glue 9 melted. Upon subsequent curing of the adhesive 9 Then, a cohesive connection between the respective reinforcing element 9 and the component main body 1 educated.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed example and other variations can be derived therefrom without departing from the scope of the invention.

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (7), bei dem – mithilfe eines generativen Fertigungsverfahrens ein Bauteilgrundkörper (1) gefertigt wird, – in einen Hohlraum (2) des Bauteilgrundkörpers (1) ein Verstärkungselement (3, 8) eingebracht wird und – das in den Hohlraum (2) eingebrachte Verstärkungselement (3, 8) mit dem Bauteilgrundkörper (1) verbunden wird. Method for producing a component ( 7 ), in which - using a generative manufacturing process, a component main body ( 1 ), - into a cavity ( 2 ) of the component main body ( 1 ) a reinforcing element ( 3 . 8th ) is introduced and - in the cavity ( 2 ) introduced reinforcing element ( 3 . 8th ) with the component base body ( 1 ) is connected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilgrundkörper (1) bei dem generativen Fertigungsverfahren schichtweise gefertigt wird. Method according to claim 1, characterized in that the component basic body ( 1 ) is produced in layers in the generative manufacturing process. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das generative Fertigungsverfahren aus einer Gruppe ausgewählt ist, die selektives Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern, Stereolithografie, Fused Deposition Modeling, Multi-Jet Modeling und Digital Light Processing umfasst. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the additive manufacturing process is selected from the group consisting of selective laser melting, electron beam melting, selective laser sintering, stereolithography, fused deposition modeling, multi-jet modeling and digital light processing. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3, 8) als Faser, insbesondere als Metallfaser, ausgebildet ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing element ( 3 . 8th ) is formed as a fiber, in particular as a metal fiber. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Hohlraum (2) als Kanal ausgebildet ist, welcher mindestens eine Durchgangsöffnung (4) aufweist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that said cavity ( 2 ) is formed as a channel, which at least one passage opening ( 4 ) having. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe einer Erwärmung des Verstärkungselements (3, 8) das Verstärkungselement (3, 8) form- und/oder stoffschlüssig mit dem Bauteilgrundkörper (1) verbunden wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of a heating of the reinforcing element ( 3 . 8th ) the reinforcing element ( 3 . 8th ) positively and / or cohesively with the component base body ( 1 ) is connected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich des Bauteilgrundkörpers (1) durch eine Erwärmung des Verstärkungselements (3, 8) aufgeschmolzen wird und durch eine nachfolgende Aushärtung des aufgeschmolzenen Teilbereichs ein Formschluss zwischen dem Bauteilgrundkörper (1) und dem Verstärkungselement (3, 8) hergestellt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a partial region of the component main body ( 1 ) by heating the reinforcing element ( 3 . 8th ) is melted and by a subsequent curing of the melted portion a positive connection between the component body ( 1 ) and the Reinforcing element ( 3 . 8th ) will be produced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3, 8) erwärmt wird, indem ein elektrischer Strom durch das Verstärkungselement (3, 8) geleitet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing element ( 3 . 8th ) is heated by an electric current through the reinforcing element ( 3 . 8th ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilgrundkörper (1) eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist als das Verstärkungselement (3, 8) und das Verstärkungselement (3, 8) zumindest auf die Schmelztemperatur des Bauteilgrundkörpers (1) erwärmt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component base body ( 1 ) has a lower melting temperature than the reinforcing element ( 3 . 8th ) and the reinforcing element ( 3 . 8th ) at least to the melting temperature of the component main body ( 1 ) is heated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen des Verstärkungselements (3, 8) in besagten Hohlraum (2) das Verstärkungselement (3, 8) an seinen beiden Enden aus dem Bauteilgrundkörper (1) herausragt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the introduction of the reinforcing element ( 3 . 8th ) in said cavity ( 2 ) the reinforcing element ( 3 . 8th ) at its two ends of the component body ( 1 ) stands out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3, 8) mithilfe eines Klebstoffs (9) mit dem Bauteilgrundkörper (1) verbunden wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing element ( 3 . 8th ) using an adhesive ( 9 ) with the component base body ( 1 ) is connected. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (9) gemeinsam mit dem Verstärkungselement (3, 8) in den Hohlraum (2) eingebracht wird. Method according to claim 11, characterized in that the adhesive ( 9 ) together with the reinforcing element ( 3 . 8th ) in the cavity ( 2 ) is introduced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilgrundkörper (1) mehrere miteinander verbundene Materialschichten umfasst und das Verstärkungselement (3, 8) zumindest abschnittweise senkrecht zu mindestens einigen der Materialschichten des Bauteilgrundkörpers (1) ausgerichtet ist, wobei die Materialschichten, zu denen das Verstärkungselement (3, 8) zumindest abschnittweise senkrecht ausgerichtet ist, aufeinanderfolgende Materialschichten sind. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component base body ( 1 ) comprises a plurality of interconnected material layers and the reinforcing element ( 3 . 8th ) at least in sections perpendicular to at least some of the material layers of the component main body ( 1 ), wherein the material layers to which the reinforcing element ( 3 . 8th ) is oriented vertically at least in sections, are successive layers of material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilgrundkörper (1) mehrere Hohlräume (2) aufweist, in die Hohlräume (2) jeweils ein Verstärkungselement (3, 8) eingebracht wird und die Verstärkungselemente (3, 8) mit dem Bauteilgrundkörper (1) verbunden werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component base body ( 1 ) several cavities ( 2 ), in the cavities ( 2 ) each have a reinforcing element ( 3 . 8th ) is introduced and the reinforcing elements ( 3 . 8th ) with the component base body ( 1 ) get connected. Bauteil (7), insbesondere hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen generativ gefertigten Bauteilgrundkörper (1), der mindestens einen Hohlraum (2) aufweist, sowie mindestens ein Verstärkungselement (3, 8), welches zumindest abschnittweise in besagtem Hohlraum (2) des Bauteilgrundkörpers (1) angeordnet ist und mit dem Bauteilgrundkörper verbunden ist. Component ( 7 ), in particular produced according to one of the preceding claims, comprising a generatively manufactured component base body ( 1 ), the at least one cavity ( 2 ), and at least one reinforcing element ( 3 . 8th ), which at least in sections in said cavity ( 2 ) of the component main body ( 1 ) is arranged and connected to the component main body.
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