本發(fā)明涉及用于在使用至少一種增材制造方法的情況下制造構(gòu)件的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、存在多種增材制造方法。這一組中的所有方法基于所謂的層構(gòu)建方法。這意味著逐層地產(chǎn)生構(gòu)件。這使得能夠制造非常復(fù)雜的構(gòu)件。

2、然而，利用增材制造方法生成的構(gòu)件具有各向異性的材料特性。在這種情況下，“各向異性”是指：材料的特性根據(jù)力作用方向而不同。這是由于逐層的構(gòu)建過(guò)程，在其中，一層跟著另一層地相疊施加。構(gòu)建方向通常與z方向（即空間中的豎軸）相對(duì)應(yīng)。在從一層到下一層的過(guò)渡處，由于層附著糟糕而出現(xiàn)材料削弱部。通常，構(gòu)件橫向于構(gòu)建方向明顯比沿著構(gòu)建方向更穩(wěn)定且更可受負(fù)載。這個(gè)問(wèn)題引起，針對(duì)增材方法必須對(duì)構(gòu)件明確地設(shè)計(jì)和模擬。如果通過(guò)逐層施覆的增材方法生成到目前為止傳統(tǒng)地制造的構(gòu)件，則可導(dǎo)致過(guò)早的構(gòu)件失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在此背景前，本發(fā)明的任務(wù)是給出一種可能性：如何能夠在使用增材制造方法的情況下制造改進(jìn)的構(gòu)件。尤其是，所述構(gòu)件應(yīng)滿足高的機(jī)械要求。

2、該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造構(gòu)件的方法和根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備來(lái)解決。另外的有利的設(shè)計(jì)方案由從屬權(quán)利要求和以下說(shuō)明書得到。

3、給出了一種用于制造構(gòu)件的方法，所述方法包括以下步驟：

4、a）以增材制造方法生成基體，由此所述基體具有多個(gè)材料層，所述材料層在第一構(gòu)建方向上相疊置，以及

5、b）通過(guò)施覆塑化的材料束，將至少一個(gè)材料幅材施加到所述基體的外輪廓上，從而所述至少一個(gè)材料幅材將所述材料層中的多個(gè)材料層相互連接。

6、因此，要制造的構(gòu)件除了基體外還具有至少一個(gè)材料幅材。只有通過(guò)一個(gè)材料幅材或多個(gè)材料幅材才實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的所期望的外部尺寸。除了基體和所述至少一個(gè)材料幅材之外，構(gòu)件還可以具有例如構(gòu)件元件，其在制造基體或施加所述至少一個(gè)材料幅材時(shí)一同連結(jié)到基體處。例如，這些構(gòu)件元件可以是板材構(gòu)件，優(yōu)選板材型材或鑄造構(gòu)件。例如，構(gòu)件元件可以設(shè)計(jì)為連結(jié)元件，用于將構(gòu)件連結(jié)到另外的構(gòu)件處。

7、構(gòu)件優(yōu)選通過(guò)至少一個(gè)材料幅材最終完成?；w利用增材制造方法生成。在此，基體逐層地構(gòu)建，其方式為：將多個(gè)材料層依次地且相疊地布置在構(gòu)建平臺(tái)上。材料層優(yōu)選地在一構(gòu)建平面中生成，其中，將多個(gè)構(gòu)建平面相疊地布置，以生成基體。材料層優(yōu)選通過(guò)在多個(gè)并排而置的排上施加和/或熔化并凝固材料而構(gòu)造。材料層相疊置所沿的方向稱為第一構(gòu)建方向?；w可利用任何增材制造方法，如三維打印、激光燒結(jié)等來(lái)構(gòu)造，且優(yōu)選由塑料材料或金屬材料或金屬合金來(lái)構(gòu)造。

8、根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在將至少一個(gè)材料幅材如此地施加到所述基體的外輪廓上，使得所述至少一個(gè)材料幅材將材料層中的多個(gè)材料層相互連接。第一材料幅材的施加通過(guò)鋪設(shè)塑化的材料束來(lái)進(jìn)行。在此，塑化是指物質(zhì)從固態(tài)到可變形或可流動(dòng)的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，該物質(zhì)然后可塑性變形。優(yōu)選地使用聚合物和金屬線材作為打印材料。材料幅材施覆到基體外部，并且在基體的已經(jīng)存在的材料層中的多個(gè)材料層上延伸。尤其是，所述至少一個(gè)材料幅材可以將基體的所有層相互連接。為此，為了施加所述至少一個(gè)材料幅材偏離于第一構(gòu)建方向。例如，所述至少一個(gè)材料幅材可以相對(duì)于第一構(gòu)建方向傾斜地或橫向于第一構(gòu)建方向施加到基體的外輪廓上。由此，可以修正基體的各向異性特性。在該上下文中，各向異性特性是指——由逐層構(gòu)建結(jié)構(gòu)引起地——基體傾向性地沿著構(gòu)建方向的軸線具有薄弱性。通過(guò)現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)材料幅材將基體的層相互連接和重疊，可實(shí)現(xiàn)更高的構(gòu)件剛度和構(gòu)件使用壽命。

9、特別優(yōu)選地，所述至少一個(gè)材料幅材借助于ded方法生成。ded方法（直接能量沉積方法）表示一種三維打印技術(shù)，在這種三維打印技術(shù)中，借助于帶有噴嘴的打印裝置生成一材料束，且逐層地鋪設(shè)成三維打印物體。打印材料被塑化（例如借助于電弧或激光束），被轉(zhuǎn)移到表面上，在那里固化并與處于其下方的材料形成材料鎖合的連接。特別優(yōu)選地，waam方法用作ded方法。在線弧增材制造（waam）中，在使用電弧的情況下熔化金屬線材，并借助于多軸操縱器將金屬線材以期望的形狀逐層施加在構(gòu)件上，以生成所期望的材料幅材。利用ded方法，特別是waam，可以實(shí)現(xiàn)非常高的材料施覆率，由此與利用其他增材方法相比，構(gòu)件可以明顯更經(jīng)濟(jì)地制造。此外，通過(guò)ded方法制造的構(gòu)件具有更粗糙的表面，其繼而更佳地適合于許多再處理方法，如浸漬涂漆。此外，在使用相應(yīng)的線材材料時(shí)，利用該方法制造的材料幅材的突出之處在于很高的延展性。

10、在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置成，在步驟b）中，將多個(gè)材料幅材彼此并排地施加在所述基體的外輪廓上。優(yōu)選地，相鄰的材料幅材接觸或重疊，從而它們形成連續(xù)的層。由此在外輪廓上形成了附加層，該附加層還加強(qiáng)了上述效果。

11、在構(gòu)件的符合負(fù)載路徑的構(gòu)建方面有利的是，在一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，所述至少一個(gè)材料幅材或所述多個(gè)材料幅材沿所述構(gòu)件的負(fù)載方向伸延。這樣，構(gòu)件強(qiáng)度可得到提高，且能夠制造性能出色的構(gòu)件。

12、在一種變型中，該方法可具有另外的步驟：

13、c）通過(guò)在步驟b）中生成的至少一個(gè)材料幅材上施加至少一個(gè)另外的材料幅材來(lái)生成附加結(jié)構(gòu)，如此使得兩個(gè)或更多個(gè)材料幅材在第二構(gòu)建方向上相疊置，其中，所述第二構(gòu)建方向不同于所述第一構(gòu)建方向，并且所述第二構(gòu)建方向尤其是橫向于所述第一構(gòu)建方向伸延。這樣，可以實(shí)現(xiàn)選擇性的材料加厚，其實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償在處于其下方的材料結(jié)構(gòu)中的半徑或尖部。由此能夠降低應(yīng)力裂紋的危險(xiǎn)。附加結(jié)構(gòu)也可以附加地以加強(qiáng)筋或類似形式構(gòu)造。附加結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更高的構(gòu)件使用壽命，并在構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)方面創(chuàng)造新的設(shè)計(jì)自由度。

14、特別優(yōu)選的是：一個(gè)材料幅材或多個(gè)材料幅材或附加結(jié)構(gòu)構(gòu)成了構(gòu)件的至少一個(gè)外輪廓區(qū)段。在一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，材料幅材或附加結(jié)構(gòu)可構(gòu)成到構(gòu)件的整個(gè)外輪廓上。構(gòu)件的外輪廓承載構(gòu)件負(fù)載的大部分。通過(guò)以下方式，即，一個(gè)材料幅材或多個(gè)材料幅材或附加結(jié)構(gòu)一同形成構(gòu)件的外輪廓，該外輪廓可構(gòu)造成符合負(fù)載路徑的。由此，在基體的構(gòu)建方向方面得到更多的自由度。該基體可以在快速制造方面得到優(yōu)化。例如，可以用最小的制造時(shí)間制造出具有層結(jié)構(gòu)的基體，并且然后通過(guò)符合負(fù)載路徑的外輪廓或外輪廓區(qū)段進(jìn)行最終加工。由此實(shí)現(xiàn)時(shí)間節(jié)省和成本降低。此外，基體的構(gòu)件表面處的階梯效應(yīng)可以被補(bǔ)償，這繼而導(dǎo)致更高的構(gòu)件使用壽命。此外，還可減少再加工過(guò)程的必要性。

15、特別優(yōu)選的是：構(gòu)件是車輛構(gòu)件且尤其是車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件或底盤構(gòu)件。

16、在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于制造構(gòu)件的設(shè)備，該設(shè)備包括：布置在第一定位裝置處的構(gòu)建平臺(tái)，其中，所述第一定位裝置設(shè)置用于在空間中轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜所述構(gòu)建平臺(tái)。構(gòu)建平臺(tái)可以具有任何合適的形式，并且例如可以具有平坦的板和/或適合支撐待制造的構(gòu)件的支撐結(jié)構(gòu)。構(gòu)建平臺(tái)可針對(duì)該方法通過(guò)第一定位裝置定位，并以限定的方式保持在空間中。

17、所述設(shè)備此外具有打印裝置，所述打印裝置具有噴嘴，用于排出材料束，其中，所述打印裝置設(shè)置用于使所述材料束塑化。在這里，術(shù)語(yǔ)“塑化”應(yīng)理解為材料在可變形的狀態(tài)或可流動(dòng)的狀態(tài)下存在，其中它可塑性變形。該材料作為束而離開噴嘴，即作為不間斷的材料段離開噴嘴。

18、打印裝置布置在第二定位裝置處，該第二定位裝置設(shè)置用于在空間中定位噴嘴。構(gòu)建平臺(tái)可針對(duì)該方法通過(guò)第一定位裝置定位，并以限定的方式保持在空間中。

19、該設(shè)備還包括控制裝置，所述控制設(shè)備設(shè)置用于操控所述第一定位裝置和所述第二定位裝置，以便將所述構(gòu)建平臺(tái)和所述噴嘴定位在預(yù)設(shè)位置中，并運(yùn)行所述打印裝置。為此，控制裝置優(yōu)選與定位裝置和打印裝置處于相應(yīng)的作用連接中。

20、在該設(shè)備中特別有利的是：可以任意地改變構(gòu)件體相對(duì)于平臺(tái)的構(gòu)建方向，并且可以在構(gòu)件體處實(shí)現(xiàn)多個(gè)構(gòu)建方向。由此能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)該方法已經(jīng)描述的優(yōu)點(diǎn)。由于平臺(tái)和噴嘴在兩側(cè)的可定位性能夠?qū)崿F(xiàn)，始終在空間豎軸（z軸）方向上執(zhí)行構(gòu)建。

21、定位裝置優(yōu)選是自動(dòng)多軸系統(tǒng)。在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，第一定位裝置和/或第二定位裝置是多軸的、尤其是至少六軸的工業(yè)機(jī)器人。通過(guò)多軸的定位裝置可實(shí)現(xiàn)在空間中的自由定位，尤其是在所有六個(gè)空間軸上的自由定位，由此實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的自由度。此外，工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在大的工作區(qū)域內(nèi)的快速定位，并且由此也實(shí)現(xiàn)大構(gòu)件的快速制造。

22、打印裝置優(yōu)選設(shè)置用于提供由塑料材料或金屬材料制成的塑化的材料束。例如，這種打印裝置可以構(gòu)造為塑料擠出頭，借助該塑料擠出頭輸出由經(jīng)分類的塑料材料制成的束。例如，打印裝置也可以借助于能量源熔化金屬的線材材料。例如，可以使用電阻電流或電子束作為能量源。使用激光束或電弧是特別優(yōu)選的。

23、在一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，控制裝置設(shè)置用于——尤其是在打印裝置運(yùn)行期間——使構(gòu)建平臺(tái)和噴嘴同時(shí)運(yùn)動(dòng)。這實(shí)現(xiàn)：在施加材料期間使構(gòu)件體一起傾斜或一起轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，構(gòu)件體和噴嘴可以分別如此相對(duì)于彼此布置，使得材料束基本上沿重力方向并基本上垂直于構(gòu)件體表面施加。由此，復(fù)雜的構(gòu)件表面也可以在優(yōu)化的位置中設(shè)有附加的材料幅材。得到更好的材料施覆，并使材料更好地連結(jié)到已經(jīng)存在的基體處。

24、對(duì)該方法特別有利的是，基體的生成和所述至少一個(gè)材料幅材的施加借助于上述同一設(shè)備進(jìn)行。由此不僅可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)設(shè)備描述的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果，而且此外將所需的操縱過(guò)程的數(shù)量減小到最小。

25、與設(shè)備相關(guān)地描述的特征和細(xì)節(jié)相關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法也適用，以及相應(yīng)地反之亦然，從而在關(guān)于本發(fā)明各個(gè)方面的公開內(nèi)容方面始終可以相互間參考。

26、本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)從以下描述中得到，其中參考附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例。在此，在權(quán)利要求書和說(shuō)明書中提到的特征分別自身單獨(dú)地或者以任意的組合可以對(duì)于本發(fā)明是重要的。只要在本技術(shù)中使用了術(shù)語(yǔ)“可”，則它不僅涉及技術(shù)上的可能性，也涉及實(shí)際的技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)方案。