[0001] [0001]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines als Prototypen dienenden Werkstückes. The present invention relates to a method and apparatus for generating a serving as a prototype workpiece.
[0002] [0002]
Zum schnellen Herstellen von Prototypen (rapid prototyping) sind unterschiedliche Verfahren bekannt. For rapidly producing prototypes (rapid prototyping) different methods are known. Das gebräuchlichste und am häufigsten angewandte Verfahren ist die Stereolithographie. The most common and most widely used method is the stereo. Hierbei wird ein Körper erzeugt, in dem in einem Bad, das mit einer flüssigen, polymerisierbaren Masse gefüllt ist, ein Startkörper sukzessive abgesenkt wird, so dass sich auf dem Startkörper jeweils dünne Kunststoffschichten bilden. Here, a body is generated so that form in the in a bath filled with a liquid, polymerizable composition, a start body is lowered successively on the Start bodies each thin plastic layers. Die Kunststoffschichten werden mittels eines Lasers innerhalb einer bestimmten Kontur ausgehärtet, so dass der hierbei entstehende Körper mit beliebigen Konturen geformt werden kann. The plastic layers are cured by means of a laser within a particular contour such that the body formed here with arbitrary contours can be formed.
[0003] [0003]
Ein weiteres Verfahren ist in der EP 0 426 363 A2 beschrieben, bei welchem ein dreidimensionaler Körper durch schichtweises Aufbringen von einem Polymermaterial erzeugt wird, das bei einer bestimmten Temperatur aushärtet. Another method is described in EP 0426363 A2, in which a three-dimensional body is produced by applying layers of a polymer material that cures at a certain temperature. Das Material wird mit einer Düse aufgetragen, wobei die Form der einzelnen Schichten durch die Bewegung der Düse festgelegt ist. The material is applied with a nozzle, wherein the shape of the individual layers is determined by the movement of the nozzle.
[0004] [0004]
Weiterhin gibt es Verfahren, bei welchem ein Prototyp aus mehreren Teilstücken zusammengesetzt wird, wobei die einzelnen Teilstücke aus Platten geformt werden. There is method in which a prototype of several sections is assembled, the individual sections are formed of plates. Derartige Verfahren gehen beispielsweise aus der US 4,675,825, EP 0 655 668 B1 und der DE 43 40 646 A1 hervor. Such methods disclosed for example in US 4,675,825, EP 0655668 B1 and DE 43 40 646 A1 forth. Die einzelnen Teilstücke oder Segmente müssen derart ausgebildet sein, dass sie exakt aufeinander passen, damit sie im zusammengesetzten Zustand korrekt den Prototypen darstellen. The individual sections or segments must be designed so that they match each other exactly so that they correctly represent the prototypes in the assembled state.
[0005] [0005]
Ein ähnliches Verfahren ist in der DE 41 24 961 A1 beschrieben, bei dem die einzelnen Segmente jeweils sehr dünnwandig mit einer dicke von zum Beispiel 0,1 mm ausgebildet sind und deshalb aus Folien ausgeschnitten werden. A similar process is described in DE 41 24 961 A1, in which the individual segments are each formed with very thin walls with a thickness of 0.1 mm, for example, and therefore cut out of films. Die ausgeschnittenen Folien werden dann zu dem endgültigen Werkstück zusammengesetzt und beispielsweise mittels Laserschweißen verbunden. The cut sheets are then assembled into the final workpiece and for example, connected by laser welding. Bei Verwendung derartiger dünnwandiger Folien können die Konturen des Körpers relativ präzise nachgebildet werden, wobei lediglich eine einfache Schneidvorrichtung mit einer vertikalen Schnittebene verwendet wird. When using such thin-walled sheets, the contours of the body can be relatively precisely replicated, with only a simple cutting device is used with a vertical sectional plane. Das Zusammensetzen der einzelnen Segmente muss sehr exakt erfolgen, damit der gewünschte Körper korrekt dargestellt wird. The assembly of the individual segments must be done very precisely, so that the desired body is displayed correctly. Bei Versätzen der einzelnen Schichten ist es notwendig, dass der Körper mittels Fräsen nachbearbeitet wird. Offsets in the individual layers, it is necessary that the body is post-processed by means of milling.
[0006] [0006]
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vollständig automatisierbares Verfahren zum Erzeugen eines als Prototypen dienenden Werkstückes zu schaffen, das günstig in den Anlagenkosten, Materialkosten als auch Betriebskosten ist. The invention has for its object to provide a fully automatable method for generating a serving as a prototype workpiece, which is favorable in the investment costs, material costs and operating costs. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens zu schaffen. The invention is further an object of the invention to provide an apparatus for carrying out this method.
[0007] [0007]
Die Erfindung wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. The invention is achieved by the method having the features of claim 1 and by the apparatus having the features of claim 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
[0008] [0008]
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines als Prototypen dienenden Werkstückes umfasst folgende Schritte: The inventive method for producing a serving as a prototype workpiece comprising the steps of: - a) Verbinden einer ersten Folie mit einem Startkörper, a) connecting a first film with a starting body,
- b) Schneiden der Folie entlang einer Kontur, die der Kontur des zu erzeugenden Werkstückes in der Folienebene entspricht, so dass ein Rohkörper des Werkstückes erhalten wird, b) cutting the film along a contour corresponding to the contour of the workpiece to be produced in the film plane, so that a green body of the workpiece is obtained,
- c) Verbinden einer weiteren Folie mit dem Rohkörper, c) Connect another film with the green body,
- d) Schneiden der Folie entlang einer Kontur, die der Kontur des zu erzeugenden Werkstückes in der Folienebene entspricht, so dass ein Rohkörper des Werkstückes erhalten wird, und d) cutting the film along a contour corresponding to the contour of the workpiece to be produced in the film plane, so that a green body of the workpiece is obtained, and
Wiederholen der Schritte c) und d), bis das vollständige Werkstück ausgebildet ist. Repeating steps c) and d) until the whole workpiece is formed. [0009] [0009]
Erfindungsgemäß wird jeweils eine Folie mit dem darunter angeordneten Rohkörper verbunden und dann die entsprechende Kontur zurechtgeschnitten. According to the invention a foil is arranged underneath connected to the green body and then cut to the appropriate contour, respectively. Das Schneiden der Kontur kann beispielsweise mit einem Fräswerkzeug erfolgen. The cutting of the contour can for example be done with a milling tool. Für die Erfindung ist wesentlich, dass ein Werkzeug eingesetzt wird, das nicht den darunter liegenden Rohkörper beschädigt. For the invention it is essential that a tool is used that does not damage the underlying green body. Mit dem im Stand der Technik verwendeten Schneidverfahren, wie zum Beispiel Laserschneiden oder Schneiden mittels Heizdrähten, kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht ausgeführt werden, da die Schnittebene in vertikaler Richtung nicht im erforderlichen Maße begrenzbar ist. To that used in the prior art cutting methods such as laser cutting or cutting by means of heating wires, the inventive method can not be performed because the cutting plane in the vertical direction can not be limited to the required extent.
[0010] [0010]
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.
[0011] [0011]
In den Zeichnungen zeigen: In the drawings:
[0012] [0012]
Fig. 1 schematisch eine Fräsmaschine, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, Fig. 1 shows schematically a milling machine, which is designed for carrying out the method according to the invention,
[0013] [0013]
Fig. 2 schematisch die Anordnung einer Frässtation und einer Verbundstation zum automatischen Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 shows schematically the arrangement of a milling station and a network station to automatically perform the method according to the invention,
[0014] [0014]
Fig. 3 schematisch den Aufbau einer Verbundstation in perspektivischer Ansicht, Fig. 3 shows schematically the structure of a connection station in a perspective view;
[0015] [0015]
Fig. 4 ein Fräsmuster, wie es für das erfindungsgemäße Verfahren typisch ist, Fig. 4 is a milling pattern, as is typical for the process according to the invention,
[0016] [0016]
Fig. 5 schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Werkzeugstück während der Bearbeitungsphase, und Fig. 5 schematically shows a section through an inventively tool designed piece during the processing phase, and
[0017] [0017]
Fig. 6 schematisch einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Werkstückes vor der Endbearbeitung. Fig. 6 shows schematically a portion of a workpiece according to the invention prior to finishing.
[0018] [0018]
Fig. 1 zeigt eine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Fräsmaschine 1 . Fig. 1 shows a suitable milling machine for performing the method according to the invention first Diese Fräsmaschine 1 entspricht dem grundsätzlichen Aufbau bekannter Fräsmaschinen, insbesondere einer Hochgeschwindigkeitsfräsmaschine. This milling machine 1 corresponds to the basic structure of known milling machines, in particular a high speed milling machine. Eine solche Hochgeschwindigkeitsfräsmaschine wird zum Beispiel unter der Handelsbezeichnung HSM 700 von der Firma MIKRON AG, Niedau, Schweiz hergestellt und vertrieben. Such a high speed milling machine is manufactured and sold, for example under the trade name of the company HSM 700 MIKRON AG, Niedau, Switzerland. Diese Fräsmaschine ist eine Portalfräsmaschine mit einem Arbeitskopf 2 , der an einer Portalschiene 3 verschieblich aufgehängt ist. This milling machine is a portal milling machine with a working head 2 is suspended for displacement on a porch rail 3. Der Arbeitskopf 2 kann entlang der Portalschiene 3 in Richtung der Pfeile 4 , 5 hin und her verfahren werden. The working head 2 can be moved along the porch rail 3 in the direction of the arrows 4, 5 back and forth. Der Arbeitskopf 2 ist mit einer Hochfrequenzspindel zum Antreiben eines Fräswerkzeuges 7 versehen. The working head 2 is provided with a high-frequency spindle for driving a milling tool 7. Die Hochfrequenzspindel kann das Fräswerkzeug mit einer Drehzahl von beispielsweise 2000-50.000 Umdrehungen pro Minute drehen. The high-frequency spindle to rotate the mill at a speed of, for example, from 2000 to 50,000 revolutions per minute. Die Hochfrequenzspindel 6 ist an dem Arbeitskopf 2 in vertikaler Richtung (Pfeile 8 , 9 ) verfahrbar ausgebildet. The high-frequency spindle 6 is designed to be movable to the working head 2 in the vertical direction (arrows 8, 9).
[0019] [0019]
Im Bereich unterhalb des Fräswerkzeuges 7 ist ein Arbeitstisch 10 angeordnet, der in Richtung quer zur Portalschiene 3 verfahrbar ausgebildet ist (Pfeile 11 , 12 ). In the region below the milling tool 7, a work table 10 is arranged, which is formed transversely in the direction towards the portal 3 movable rail (arrows 11, 12).
[0020] [0020]
Mittels einer Computersteuereinrichtung 13 können der Arbeitskopf 2 entlang der Portalschiene 3 , die Hochfrequenzspindel 6 bezüglich des Arbeitskopfes 2 und der Arbeitstisch 10 derart verfahren werden, dass das Fräswerkzeug 7 innerhalb eines gewissen Arbeitsbereiches mit einer Genauigkeit von wenigen µm an jede beliebige Position im dreidimensionalen Raum bezüglich des Arbeitstisches 10 angeordnet werden kann. Using a computer controller 13 can work head 2 along the porch rail 3, the high-frequency spindle 6 with respect to the working head 2 and the work table 10 are so moved that the milling tool 7 respond within a certain work area with an accuracy of a few microns to any position in three-dimensional space the work table 10 can be arranged. Ferner ist ein Werkzeugwechsler 14 vorgesehen, an dem das Fräswerkzeug des Arbeitskopfes 2 durch ein anderes Fräswerkzeug automatisch ausgetauscht werden kann. Further, a tool changer 14 is provided, on which the milling tool of the operating head 2 can be automatically replaced by another milling tool.
[0021] [0021]
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Arbeitskopf 2 mit einer Sprühdüse 15 versehen, mit welcher ein Klebe- oder Haftmittel in Richtung zum Arbeitstisch 10 gesprüht werden kann. To implement the method according to the invention, the working head 2 is provided with a spray nozzle 15 with which a glue or adhesive can be sprayed toward the work table 10. Ferner ist angrenzend an einen Arbeitsbereich des Arbeitstisches, innerhalb dem der Arbeitstisch 10 verfahren werden kann, eine Halterung 16 zum Aufnehmen einer Folienrolle 17 angeordnet. A holder 16 for receiving a film roll 17 is adjacent to a working area of the work table within the work table 10 can be moved, respectively.
[0022] [0022]
Nachfolgend wird das Verfahren zum Erzeugen eines als Prototypen dienenden Werkstückes mittels der oben erläuterten Fräsmaschine 1 erläutert: Next, the method for producing a workpiece serving as prototypes will be explained by means of the above-described milling machine 1:
Auf den Arbeitstisch 10 wird eine Grundplatte, die als Startkörper dient, befestigt (nicht in Fig. 1 dargestellt). On the work table 10, a base plate, which serves as the starting body, fixed (not shown in Fig. 1). Auf die Grundplatte wird mittels der Sprühdüse 15 flächig eine Klebeschicht aufgetragen. On the base plate an adhesive layer is applied extensively by the spray nozzle 15. Es wird manuell eine Folienbahn von der Folienrolle 17 abgezogen und auf die Grundplatte aufgetragen, so dass sie durch die Klebeschicht an der Grundplatte haftet. It is manually pulled off a sheet from the film roll 17 and applied to the base plate so that it sticks through the adhesive layer on the base plate. Die Fräsmaschine schneidet mit dem Fräswerkzeug 7 zunächst den auf der Grundplatte haftenden Abschnitt der Folienbahn von der restlichen Folie der Folienrolle 17 ab und fräst dann die auf der Grundplatte haftenden Folie entlang einer Kontur des zu erzeugenden Werkstückes. The milling machine cutting with the milling tool 7 the first adhesive on the base plate portion of the film web from the remainder of the film of the film roll 17 from the milled and then adhering to the base sheet along a contour of the workpiece to be produced. Diese Kontur entspricht der Kontur des Werkstückes in der Folienebene. This contour corresponds to the contour of the workpiece in the film plane. Dies wird unten näher erläutert. This will be explained in greater detail below. Dieser aus der Folie gefräste Abschnitt bildet einen ersten Rohkörper des Werkstückes. This is milled from the foil to form a first green body of the workpiece. Der Rohkörper wird erneut mit einem Haftmittel aus der Sprühdüse 15 besprüht und eine weitere Folienbahn wird von der Folienrolle 17 abgezogen und mit dem Rohkörper verbunden. The green body is sprayed again with an adhesive from the spray nozzle 15 and a further film web is pulled from the film roll 17 and associated with the green body. Die weitere Folienbahn wird von der Folienrolle 17 mittels des Fräswerkzeuges abgeschnitten und dann wird die am Rohkörper haftende Folienbahn entlang der Kontur des zu erzeugenden Werkstückes in der Folienebene geschnitten bzw. gefräst. The other sheet is cut from the film roll 17 by means of the milling tool and then adhered to the green body sheet along the contour of the product to the workpiece is cut or milled in the film plane. Die Kontur der weiteren Folienbahn unterscheidet sich in der Regel von der Kontur der darunter liegenden Folie, wenn das Werkstück nicht nur exakt vertikal verlaufende Außenflächen aufweist. The contour of the further film web differs generally from the contour of the underlying film when the workpiece has not only exactly vertically extending outer surfaces. Das Aufbringen einer neuen Folienbahn und Zurechtschneiden der Folienbahn mit dem Fräswerkzeug wird so oft wiederholt, bis das vollständige Werkstück ausgebildet ist. The application of a new sheet and cutting the sheet with the milling tool is repeated until the entire workpiece is formed.
[0023] [0023]
Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Frässtation 17 und einer Verbundstation 19 . Fig. 2 shows schematically an arrangement for performing the method according to the invention with a milling station 17 and a connection station 19th
[0024] [0024]
Die Frässtation 18 weist ein Fräswerkzeug 20 und einen Arbeitstisch 21 auf, die dem Aufbau des Fräswerkzeugs 7 und dem Arbeitstisch 10 der Fräsmaschine 1 aus Fig. 1 entsprechen. The milling station 18 includes a milling tool 20 and a work table 21, which correspond to the structure of the milling tool 7 and the work table 10 of the milling machine 1 of FIG. 1. Das Fräswerkzeug ist wiederum in Pfeilrichtung 22 , 23 vertikal und horizontal verfahrbar. The milling tool is again in the direction of arrow 22, 23 vertically and horizontally. Der Arbeitstisch 21 ist quer zur horizontalen Bewegungsrichtung 23 des Fräswerkzeuges 20 in Richtung des Pfeils 24 verfahrbar und ist zusätzlich quer zu dieser Bewegungsrichtung in der Horizontalen (Pfeil 25 ) von der Frässtation 18 zur Verbundstation 19 verfahrbar. The work table 21 is horizontal transversely to the direction of movement 23 of the milling tool 20 in direction of arrow 24 and is also movable transversely to this direction of movement in the horizontal direction (arrow 25) from the milling station 18 to the station 19 movable composite. Die Frässtation 19 ist mit einer Saugeinrichtung 26 versehen, die mittels einer Saugdüse 27 beim Fräsen erzeugte Späne absaugt. The milling station 19 is provided with a suction device 26, 27 which sucks chips produced in milling by means of a suction nozzle. Die Saugdüse 27 ist an einem Roboterarm 28 befestigt, mit dem die Saugdüse an einen beliebigen Ort des Arbeitstisches 21 in der Frässtation 18 bewegt werden kann und die beim Fräsen erzeugten Späne absaugen kann. The suction nozzle 27 is mounted on a robotic arm 28 to which the suction nozzle can be moved to any place of the work table 21 in the milling station 18 and can suck the chips produced during milling. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Saugdüse unmittelbar am Fräswerkzeug 20 zu befestigen, so dass sie automatisch der Bewegung des Fräswerkzeuges beim Fräsen folgt und die erzeugten Späne absaugt. Basically, it is also possible to attach the suction nozzle directly at the milling tool 20 so that it automatically follows the movement of the milling tool in milling and the chips produced sucks.
[0025] [0025]
Die Verbundstation 19 weist einen Folienaufleger 29 auf. The connection station 19 has a film trailer 29. Der Folienaufleger 29 besitzt eine Saugplatte 30 , die an ihrer Unterseite, der Aufnahmefläche 31 , konvex zylinderförmig gekrümmt und mit im regelmäßigen Raster angeordneten Saugdüsen versehen ist. The film trailer 29 has a suction plate 30 which is convexly curved at its underside a cylindrical shape, the receiving area 31 and provided with suction nozzles arranged in the regular grid. Die Saugplatte 30 ist mittels eines Befestigungsstutzens 32 an einem Schwenkarm 33 befestigt. The suction plate 30 is attached by means of a fixing connection 32 to a pivot arm 33. Der Schwenkarm 33 ist mittels eines Stellzylinders 34 vertikal verschwenkbar und an einem Drehgelenk 35 drehbar befestigt. The swing arm 33 is attached by means of an actuating cylinder 34 vertically pivotable at a pivot joint 35 and rotatable. Der Befestigungsstutzen 32 ist am Schwenkarm 33 horizontal verfahrbar (Pfeil 36 ). The attachment nozzle 32 is on the pivot arm 33 horizontally (arrow 36).
[0026] [0026]
Die Verbundstation 19 ist ferner mit einer Sprüheinrichtung 37 versehen, die eine an einem Roboterarm 39 befestigte Sprühdüse 38 aufweist. The connection station 19 is further provided with a spray device 37 having a robot arm 39 attached to a spray nozzle 38. Der Roboterarm ist an einem Drehgelenk 40 befestigt, so dass er in den Bereich über dem Arbeitstisch 21 , wenn dieser sich im Bereich der Verbundstation 19 befindet, geschwenkt werden kann. The robotic arm is attached to a swivel joint 40 so that it can be pivoted in the area above the work table 21 when this is located in the area of the connection station 19.
[0027] [0027]
Zwischen der Frässtation und der Verbundstation 19 ist eine Trennwand 41 vorgesehen, die automatisch zwischen den beiden Stationen 18 , 19 hinein bzw. heraus gefahren werden kann. Between the milling and the connection station 19 a partition 41 is provided which can be automatically moved between the two stations 18, 19 into and out.
[0028] [0028]
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Anordnung zum Ausführen der Erfindung näher erläutert. The functioning of the arrangement will be explained in more detail for practicing the invention.
[0029] [0029]
Zunächst wird auf dem Arbeitstisch 21 eine Grundplatte 43 montiert, die als Startkörper dient. First, a base plate 43 is mounted on the work table 21, which serves as the starting body. Der Arbeitstisch 21 wird zunächst in die Verbundstation 19 gefahren, wobei die Trennwand 41 zwischen den beiden Stationen 18 , 19 angeordnet ist. The work table 21 is first moved in the connection station 19, the partition 41 is disposed between the two stations 18, 19. Mittels der Sprüheinrichtung 37 wird die Grundplatte flächig mit einem Haftmittel besprüht. By means of the spraying device 37, the base plate surface with a sprayed adhesive. Die Trennwand 41 verhindert, dass Haftmittel in den Bereich der Frässtation 18 gelangt. The partition wall 41 prevents adhesive reaches the area of the milling station 18. Danach nimmt der Folienaufleger 29 an seiner Aufnahmefläche 31 von einem Folienstapel 44 eine Folie durch Ansaugen auf. Then the film trailer takes 29 to his receiving surface 31 of a film stack 44 to a film by suction. Hierbei wird die Aufnahmefläche 31 auf die oberste Folie des Folienstapels 44 aufgelegt und an den Saugdüsen wird ein Unterdruck angelegt, so dass die unmittelbar darunter liegende Folie angesaugt wird. Here, the receiving surface 31 is placed on the uppermost sheet of the film stack 44 and to the suction nozzles, a negative pressure is applied, so that the sheet immediately below it is drawn. Vorzugsweise wird der Befestigungsstutzen 32 ein kleines Stück am Schwenkarm 33 hin und her bewegt, so dass die gekrümmte Aufnahmefläche 31 auf dem Aufnahmestapel abrollt und sukzessive die Folie bis zum jeweiligen Randbereich aufnimmt und ansaugt. Preferably, the attachment nozzle 32 is moved a small piece on the pivot arm 33 back and forth so that the curved receiving surface 31 rolls on the draw pile and gradually picks up the foil to the respective edge region and sucks.
[0030] [0030]
Mit der angesaugten Folie wird der Folienaufleger 29 mit seiner Aufnahmefläche 31 über den Arbeitstisch 21 bzw. With the intake film the film trailer 29 with its receiving surface 31 on the work table 21 and über der daran befestigten Grundplatte 43 bewegt und auf diese abgesenkt. moved over the attached base plate 43 and lowered onto it. Hierbei wird wiederum der Befestigungsstutzen ein Stück entlang dem Schwenkarm 33 hin und her bewegt, so dass die Aufnahmefläche 31 auf der Grundplatte 43 abrollt, wobei gleichzeitig der Unterdruck an den Saugdüsen eingestellt wird, so dass die an der Aufnahmefläche 31 haftende Folie freigegeben und durch die Rollbewegung auf die Grundplatte 43 gepresst wird. Here again, the fixing connection is a distance along the swing arm 33 is moved back and forth, so that the receiving surface 31 rolls on the base plate 43, at the same time the negative pressure on the suction nozzles is set so that released the adhering to the recording surface 31 of the film and by the rolling movement is pressed onto the base plate 43. Da die Grundplatte 43 mit dem Haftmittel versehen ist, haftet nun die Folie auf der Grundplatte. Since the base plate 43 is provided with the adhesive, now the film adheres to the base plate.
[0031] [0031]
Die Trennwand 41 ist während des Auflegens der Folie mittels des Folienauflegers 29 aus dem Bereich zwischen der Frässtation 18 und der Verbundstation 19 entfernt worden, so dass nun der Arbeitstisch 21 zur Frässtation 18 verfahren werden kann. The partition wall 41 has been removed during the laying on of the foil by means of the spreader slide 29 from the region between the milling station 18 and the connection station 19, so now the work table 21 can be moved to the milling station 18. In der Frässtation 18 wird die Folie entlang einer Kontur, der der Kontur des zu erzeugenden Werkstückes in der Folienebene entspricht, mit dem Fräswerkzeug 20 geschnitten. In the milling station 18, the film is cut along a contour corresponding to the contour of the workpiece to be produced in the film plane with the milling tool 20. Hierbei werden gleichzeitig die entstehenden Späne durch die Saugeinrichtung 26 abgesaugt. Here, the resulting shavings are sucked through the suction device 26 at the same time. Nach Beendigung des Schneidens bzw. des Fräsvorganges wird der Arbeitstisch weiter von der Frässtation zur Verbundstation verfahren und dort mittels der Sprüheinrichtung 37 Haftmittel aufgetragen und mittels des Folienaufleges 29 eine weitere Folie aufgetragen. After completion of cutting or milling process of the work table will proceed from the milling of composite station and there applied adhesive 37 by means of spray applied and another film by means of Folienaufleges 29. Danach wird der Arbeitstisch 21 wieder zur Frässtation 18 verfahren, wo die neu aufgelegte Folie entsprechend der Kontur des Werkstückes in der Folienebene geschnitten wird. Then the work table 21 is again milling process for 18 where the newly launched film is cut to match the contour of the workpiece in the film plane. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis das vollständige Werkstück ausgebildet ist. This process is repeated until the entire workpiece is formed.
[0032] [0032]
Fig. 3 zeigt schematisch eine alternative Verbundstation 45 zum Auftragen von Folienstücken. FIG. 3 shows schematically an alternative connection station 45 for application of pieces of film. Diese Verbundstation kann in Kombination mit der Frässtation 18 aus Fig. 2 verwendet werden, wobei wiederum der Arbeitstisch 21 mit der Grundplatte 43 zwischen der Frässtation und der Verbundstation 45 hin und her verfahrbar ausgebildet ist. These composite station can be used in combination with the milling station 18 of FIG. 2, again the work table 21 to the base plate 43 between the milling and the connection station 45 has moved back and forth.
[0033] [0033]
Diese Verbundstation 45 weist eine Folienabgaberolle 46 und eine Folienaufnahmerolle 47 auf, die zueinander parallel und horizontal angeordnet sind. This connection station 45 has a film discharge roller 46 and a sheet take-up roll 47 which are arranged in parallel and horizontally. Die beiden Rollen 46 , 47 sind mit einer Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) versehen, so dass Folienmaterial von der Folienabgaberolle 46 abgerollt und auf die Folieaufnahmerolle 47 aufgerollt wird. The two rollers 46, 47 are connected to a drive means (not shown), so that film material is unrolled from the film delivery roll 46 and wound onto the foil take-up roll 47. Benachbart zur Folienabgaberolle 46 ist eine Haftmittelauftragsrolle 48 vorgesehen, die in Kontakt mit der Unterseite der zwischen der Folienabgaberolle 46 und der Folienaufnahmerolle 47 gespannten Folienbahn steht. Adjacent to the sheet discharging roller 46 is provided an adhesive applying roller 48, the tensioned film web 47 is in contact with the underside of the film between the delivery roller 46 and the film take-up roll. An der Haftmittelauftragsrolle 48 liegt eine Tauchrolle 49 an, die in einem mit Haftmittel gefüllten Becken 50 eingetaucht ist und das Haftmittel aus dem Becken 50 auf die Haftmittelauftragsrolle 48 überträgt, die es wiederum auf die Unterseite der Folienbahn 51 überträgt. At the adhesive applying roller 48 is located on an immersion roller 49, which is immersed in a container filled with adhesive pool 50 and the adhesive from the tank 50 is transferred to the adhesive coating roller 48, which in turn transfers it to the underside of the film web 51. Oberhalb der Folienbahn 51 ist eine kombinierte Stanz- IPressplatte 52 angeordnet. Above the film web 51 is a combination punching IPressplatte 52 is arranged. Die Stanz-/Pressplatte 52 entspricht der Form der Grundlatte 43 , wobei die Stanz-/Pressplatte an ihrem umlaufenden Rand eine Stanzklinge 53 aufweist. The punch / press plate 52 corresponds to the shape of the base bar 43, wherein the punching / pressing plate having a punching blade 53 at its peripheral edge. Die Stanz-/Pressplatte 52 ist vertikal beweglich ausgebildet, so dass sie auf die Folienbahn 51 abgesenkt werden kann. The punch / press plate 52 is movable vertically configured so that it can be lowered to the sheet 51. Hierbei wird mittels der Stanzklinge 53 ein Folienstück 54 aus der Folienbahn 51 ausgestanzt. Here, a piece of film 54 is punched out of the film web 51 by means of the punching blade 53. Die Stanzklinge 53 umfasst die Grundplatte 43 , so dass die Stanz-/Pressplatte 52 weiter abgesenkt werden kann, bis sie flächig auf der Grundplatte 43 aufliegt und das ausgestanzte Folienstück 54 gegen die Grundplatte 43 presst und mit dieser bzw. mit einem darauf ausgebildeten Rohkörper verbindet. The cutting blade 53 includes the base plate 43 so that the punch / press plate 52 can be further lowered until it lies flat on the base plate 43 and the punched piece of film 54 pressed against the base plate 43 and connects with this or with a formed thereon green body ,
[0034] [0034]
Die Einheit bestehend aus der Folienabgaberolle 46 , der Folienaufnahmerolle 47 und der Haftmittelauftragungseinrichtung 48 , 49 , 50 ist vertikal verstellbar ausgebildet, so dass das Niveau der Folienbahn 51 an den zunehmend auf dem Grundkörper 43 anwachsenden Rohkörper des Werkstückes angepasst werden kann. The unit consisting of the sheet discharge roller 46, the film pick-up roller 47 and the Haftmittelauftragungseinrichtung 48, 49, 50 is vertically adjustably formed, so that the level of the film web 51 can be adapted to the increasingly growing on the base body 43 green body of the workpiece.
[0035] [0035]
Mit dieser Verbundstation 45 können Folien sehr schnell und vollautomatisch aufgetragen werden, wodurch das Werkstück in kurzer Zeit vollendet werden kann. With this connection station 45 films can be applied very quickly and automatically, so that the work can be completed in a short time.
[0036] [0036]
Fig. 4 zeigt schematisch in der Draufsicht ein typisches Fräsmuster für das erfindungsgemäße Verfahren. Fig. 4 shows diagrammatically in plan view a typical milling patterns for the inventive method. Hierbei sind die gefrästen Bereiche schraffiert dargestellt. Here, the milled areas are shown hatched. Dies entspricht zwar nicht den Vorschriften des technischen Zeichnens, erleichtert jedoch wesentlich das Verständnis der Abbildung. While this does not meet the requirements of technical drawing, however, greatly facilitates the understanding of the figure. Das zu erzeugende Werkstück 55 weist eine Außenkontur 56 und eine Innenkontur 57 auf. The workpiece 55 to be produced has an outer contour 56 and an inner contour 57. Angrenzend an der Außenkontur 56 und der Innenkontur 57 wird ein schmaler Bereich des Folienmaterials in einer Breite von zum Beispiel 1 bis 2 cm herausgefräst, wodurch sich ein innerer Frässtreifen 58 und ein äußerer Frässtreifen 59 ergibt. Adjacent to the outer contour 56 and the inner contour 57, a narrow region of the sheet material with a width of for example 1 to 2 cm is milled out, whereby an inner cutting strips 58 and an outer cutting strips 59 results.
[0037] [0037]
Zweckmäßigerweise werden Stützelement 60 freigefräst, die angrenzend an das Werkstück zu einer Spitze 61 oder dergleichen verjüngt ausgefräst werden. Suitably support member 60 to mill, located adjacent to the workpiece to a top 61 or the like tapers are milled. Diese Stützelemente 60 bzw. This support members 60 and Stützwandungen 60 stützen mit ihren Spitzen 61 das Werkstück während des allmählichen Aufwachsens auf der Grundplatte ab. Support walls 60 support with their tips 61 from the workpiece during the gradual growth on the base plate.
[0038] [0038]
Da das Werkstück nur mittels schmaler Frässtreifen 58 , 59 aus den einzelnen Folienlagen gefräst wird, verbleiben Füllkörper 62 im Bereich angrenzend an den Frässtreifen 58 , 59 . Since the workpiece is milled only by means of narrow cutting strips 58, 59 of the individual film layers, remain packing 62 in the area adjacent to the cutting strips 58, 59th Diese Füllkörper vereinfachen das Aufbringen einer weiteren Folienlage wesentlich, da an ihnen ein Großteil des Folienmaterials haftet und eine neue Folienlage definiert und horizontal und ebenflächig aufgetragen werden kann. These packing elements simplify the application of a further film layer significantly, since a large part of them adheres to the sheet material and defines a new film layer and can be applied horizontal and planar. Ist das Werkstück vollständig ausgebildet, so werden zunächst die außerhalb des Werkstückes 55 angeordneten Füllkörper 62 entfernt, indem sie von der Grundplatte geschnitten werden. If the workpiece is fully formed, so the first arranged outside the workpiece 55 packing 62 away by being cut from the base plate. Danach wird das Werkstück von der Grundplatte geschnitten, wobei es hierbei durch die Stützelemente 60 gestützt wird. Thereafter, the workpiece is cut from the base plate, wherein it is in this case supported by the support members 60. Die schmalen Verbindungen zwischen den Stützelementen 60 und dem Werkstück 55 werden dann gebrochen, so dass das Werkstück von der Grundplatte geschnitten und abgenommen werden kann. The narrow connections between the support members 60 and the workpiece 55 are then broken so that the workpiece can be cut and removed from the base plate.
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[0039] [0039]
Fig. 5 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein Werkstück 55 zusammen mit den entsprechenden Füllkörpern 62 auf einer Grundplatte 43 . Fig. 5 shows a vertical section through a workpiece 55 together with the corresponding packing 62 on a base plate 43rd Das Werkstück 55 weist zwei Wandungen auf, zwischen welchen ein großer Füllkörper 62 angeordnet ist. The workpiece 55 has two walls, between which a large packing 62 is arranged. In Fig. 5 ist am linken Rand ein weiterer Füllkörper 62 angeordnet. In FIG. 5, a further filling body 62 is disposed at the left edge. Die rechte Wandung 55 in Fig. 5 weist einen nach außen weisenden Vorsprung 65 auf. The right wall 55 in Fig. 5 has an outwardly facing projection 65. Im Bereich unterhalb des Vorsprungs 65 ist ein Füllkörper 63 angeordnet, der angrenzend an den Vorsprung 65 mit zwei Stützspitzen 66 ausgebildet ist, auf welchen der Vorsprung 65 aufliegt. In the region below the protrusion 65, a filler 63 is arranged, which is formed adjacent to the projection 65 with two supporting tips 66 on which the projection 65 rests. Diese Stützspitzen unterstützen den Vorsprung 65 nur punktuell, so dass sie bei Fertigstellung des Werkstückes 52 vom Werkstück 55 einfach getrennt werden können. These tips help support the projection 65 only selectively, so that they can be easily separated upon completion of the work piece 52 from the workpiece 55. In entsprechender Weise ist auf der Oberseite des Vorsprungs 65 ein weiterer Füllkörper 64 aufgewachsen, der mit weiteren Spitzen 67 auf dem Vorsprung 65 aufliegt. In a corresponding manner, a further filling body 64 is grown on the top of the protrusion 65, which rests with further peaks 67 on the projection 65. Mit diesem Füllkörper 64 kann ein weiterer Vorsprung, der oberhalb des Vorsprungs 65 angeordnet ist, abgestützt werden. With this filling body 64, a further projection which is arranged above the projection 65, to be supported. So ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beliebige Werkstücke mit mehrfach hinterschnittenen herkömmlichen Konturen einfach herzustellen. Thus, it is possible to easily produce the inventive method any workpieces with multiple undercut traditional contours.
[0040] [0040]
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberseite 68 des Werkstückes 55 bzw. In a further development of the method the top 68 of the workpiece 55 and der Füllkörper 62 , 63 , 64 nach Auftragen einer bestimmten Anzahl von Folien plan gefräst, so dass Abweichungen durch unterschiedliche Dicken des Haftmittels bzw. der Folie ausgeglichen werden. the packing elements 62, 63, 64 ground flat after application of a certain number of sheets, so that deviations can be compensated for by different thicknesses of the adhesive agent or the film. Ein solcher Planfräsvorgang wird typischerweise nach dem Auftragen von 5-50, vorzugsweise 10-20 Folien ausgeführt. Such Planfräsvorgang is typically carried out after application of 5-50, preferably 10-20 films.
[0041] [0041]
Fig. 6 zeigt schematisch im Schnitt einen Bereich eines erfindungsgemäß hergestellten Werkstückes 55 in vergrößerter Darstellung vor der Endbearbeitung. Fig. 6 shows a schematic sectional view a portion of a workpiece 55 according to the invention in an enlarged representation prior to finishing. Hierbei sind die Außenkontur 56 und Innenkontur 57 jeweils mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Here, the outer contour 56 and the inner contour 57 are each shown with a dashed line. Da bei dem oben beschriebenen Verfahren das Fräswerkzeug vertikal ausgerichtet ist, werden in die einzelnen Folien 69 vertikale Kanten 70 gefräst. In the method described above, the milling tool is oriented vertically, 69 vertical edges 70 are milled into the individual films. Deshalb werden bei diesem Verfahren die Kanten 70 derart gefräst, dass die Konturen 56 , 57 sowohl an der Ober- und Unterseite der jeweiligen Folie 69 innerhalb der ausgefrästen Folienabschnitte verlaufen. Therefore, the edges 70 are milled in this method in such a way that the contours 56, 57 at both the top and bottom of the respective film 69 extend within the milled-out foil portions. Vor der Endbearbeitung ist deshalb die Oberfläche des Werkstückes mit kleinen Stufen ausgebildet, die mittels einer Endbearbeitung weggeschliffen werden. Therefore, prior to finishing the surface of the workpiece is formed with small steps, which are ground off by means of a finishing. Als Folienmaterial können Folien mit einer Dicke von 0,05-0,3 mm, vorzugsweise einer Dicke von 0,1-0,15 mm verwendet werden. As film material films having a thickness of 0.05-0.3 mm, preferably a thickness of 0.1-0.15 mm may be used. Bei derart dünnen Folien ist die Abstufung des noch nicht endbearbeiteten Werkstückes äußerst gering, so dass die überstehenden Stufen schnell und präzise abgeschliffen werden können. With such thin films, the gradation of the not yet finished workpiece is extremely low, so that the excess levels can be sanded quickly and precisely.
[0042] [0042]
Als Folienmaterial können alle bekannten Kunststofffolien (ABS, PVC) oder Aluminiumfolien verwendet werden. As film materials are all known plastic sheets (ABS, PVC) or aluminum foil may be used. Im Rahmen der Erfindung können auch Papierfolien verwendet werden, wobei das Papier eine gewisse Festigkeit besitzen sollte. In the context of the invention, paper sheets can be used, the paper should have a certain strength. Als Haftmittel können Klebemittel verwendet werden oder Mittel, die die Folien anlösen und so zu einer Verbindung zwischen den einzelnen Folienschichten führen. As the adhesive, adhesives may be used or agents that dissolve the film and thus lead to a connection between the individual film layers. Für Plexiglasfolien kann zum Beispiel als Haftmittel ein Acrylkleber oder Methylchloracetat verwendet werden, das die Oberfläche der Plexiglasfolie anlöst und so mit einer angrenzenden Plexiglasfolie verbindet. For plexiglass sheets, for example as an adhesive, an acrylic adhesive or methyl chloroacetate are used, which partially dissolves the surface of the plexiglass sheet and so combines with an adjacent plexiglass sheet.
[0043] [0043]
Das Haftmittel sollte vorzugsweise keine oder nur eine geringe Wärme erzeugen, damit beim Aufbringen der einzelnen Folien keine thermischen Spannungen erzeugt werden. The adhesive should preferably produce no or only a slight heat so that no thermal stresses generated during the application of the individual films. Dies ist auch ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, da bei bekannten Verfahren zum Herstellen von als Prototypen geeigneten Werkstücken oftmals Hitze erzeugt wird, die zu thermischen Verspannungen führt. This is also a significant advantage of the inventive method, as in known processes for making suitable as prototypes workpieces often heat is generated, leading to thermal strains.
[0044] [0044]
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die oben anhand von Fig. 2 und 3 beschriebenen automatisierten Verfahren in eine Fräsmaschine nach Fig. 1 zu integrieren, wodurch kein Verschieben des Arbeitstisches zwischen der Frässtation und der Verbundstation notwendig ist. In the context of the invention it is also possible to integrate the above with reference to FIGS. 2 and 3 described automated method in a milling machine according to Fig. 1, whereby no moving of the work table between the milling station and the connection station is necessary. Hierdurch sind Fehler durch eine ungenaue Positionierung bei der Bewegung des Arbeitstisches verringert, da die Bewegung des Arbeitstisches wesentlich vermindert ist. In this way errors due to an inaccurate positioning are reduced during the movement of the work table, because the movement of the work table is substantially reduced.
[0045] [0045]
Anstelle des Verfahrens des Arbeitstisches zwischen der Frässtation und der Verbundstation können auch an den entsprechenden Stationen Spannsysteme vorgesehen werden, wie sie zum Beispiel von der Firma EROWA AG, Schweiz angeboten werden, mit welchen die Grundplatte auf dem Arbeitstisch der Fräsmaschine und im Arbeitsbereich der Verbundstation mit einer Präzision von weniger als 0,005 mm positioniert werden kann. Instead of the process of the work table between the milling and the connection station clamping systems can also be provided at the respective stations, as they Switzerland offered, for example, by the company EROWA AG, with which the base plate on the work table of the milling machine and the work area of the composite station a precision of less than 0.005 mm can be positioned. Hierbei wird zum Beispiel die Grundplatte mit Spannzapfen versehen, die in auf dem Arbeitstisch bzw. im Arbeitsbereich vorgesehenen Spannzapfen einrasten und somit durch Stecken präzise positioniert werden können. Here, the base plate is provided with clamping pin, for example, that engage in planned on the bench or in the work area chucking spigot and thus can be precisely positioned by mating. Mit einem solchen Spannsystem kann die Grundplatte von Hand zwischen der Frässtation und der Verbundstation schnell und präzise ausgetauscht werden. With such a clamping system, the base plate can be replaced by hand between the milling and the connection station quickly and accurately.
[0046] [0046]
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber vergleichbaren bekannten Verfahren ist, dass die Ausgangsmaterialien (Folien, Haftmittel) sehr günstig sind und zudem die Anlage günstig hergestellt werden kann, da die für die Präzision und Geschwindigkeit notwendige präzis und schnell arbeitende Fräsmaschinen am Markt zu relativ günstigen Kosten erhältlich sind und die zusätzlich vorzusehenden Anlagenteile wesentlich weniger aufwendig und deshalb kostengünstig herstellbar sind. A major advantage of the method over comparable known methods is that the starting materials (films, adhesives) are very cheap and also the system can be made low, since the time required for the precision and speed precisely and rapidly operating milling machines on the market at relatively favorable Returns are available and in addition be provided plant parts are much less expensive and therefore inexpensive to produce. Die Genauigkeit, mit der das Werkstück hergestellt werden kann, wird im wesentlichen durch die Präzision der Fräsmaschine bestimmt. The accuracy with which the workpiece can be made is essentially determined by the precision of the milling machine. Folgende Positionstoleranzen sind zum Beispiel für eine Fräsmaschine nach der Norm VDI/DGQ 3441 bei einer Raumtemperatur von 20°C typisch: The following position tolerances are typical for example for a milling machine according to the standard VDI / DGQ 3441 at a room temperature of 20 ° C: | P P | 0,012 mm 0.012 mm |
| Pa Pa | 0,006 mm 0.006 mm |
| U max. U max. | 0,005 mm 0.005 mm |
[0047] [0047]
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die hohe Präzision der Fräswerkzeuge, mit welchen es üblicherweise sehr aufwendig ist, hinterschnittene Konturen herzustellen, zum Erzeugen von Werkstücken beliebiger Kontur nutzbar gemacht. Thus, with the method according to the invention, the high precision of the milling tools with which it is usually very expensive to produce undercut contours made to produce workpieces any shape available.
[0048] [0048]
Bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen wird das Schneiden der Folien durch Fräsen mittels eines Fräswerkzeuges ausgeführt. In the embodiments discussed above, the cutting of the films is carried out by milling by means of a milling tool. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Schneiden der Folie mittels eines Schneidmessers, eines Lasers oder einer anderen geeigneten Trenneinrichtung auszuführen. Bezugszeichenliste 1 Fräsmaschine In the context of the invention it is also possible to carry out the cutting of the film by means of a cutting blade, a laser or other suitable separation means. List of reference numerals 1 milling machine
2 Arbeitskopf 2 working head
3 Portalschiene 3 porch rail
4 Pfeil 4 arrow
5 Pfeil 5 Arrow
6 Hochfrequenzspindel 6 high-frequency spindle
7 Fräswerkzeug 7 milling tool
8 Pfeil 8 arrow
9 Pfeil 9 Arrow
10 Arbeitstisch 10 work table
11 Pfeil 11 Arrow
12 Pfeil 12 Arrow
13 Computersteuerung 13 Computer Control
14 Werkzeugwechsler 14 tool changer
15 Sprühdüse 15 spray nozzle
16 Halterung 16 mount
17 Folienrolle 17 film roll
18 Frässtation 18 Milling Machine
19 Verbundstation 19 composite Station
20 Fräswerkzeug 20 milling tool
21 Arbeitstisch 21 work table
22 Pfeil 22 Arrow
23 Pfeil 23 Arrow
24 Pfeil 24 Arrow
25 Pfeil 25 Arrow
26 Saugeinrichtung 26 suction
27 Saugdüse 27 suction nozzle
28 Roboterarm 28 robot arm
29 Folienaufleger 29 film trailer
30 Saugplatte 30 suction plate
31 Aufnahmefläche 31 receiving surface
32 Befestigungsstutzen 32 attachment stubs
33 Schwenkarm 33 swivel arm
34 Stellzylinder 34 actuating cylinder
35 Drehgelenk 35 Swivel
36 Pfeil 36 Arrow
37 Sprüheinrichtung 37 spray
38 Sprühdüse 38 spray nozzle
39 Roboterarm 39 robot arm
40 Drehgelenk 40 Swivel
41 Trennwand 41 Partition
42 Pfeil 42 Arrow
43 Grundplatte 43 base plate
44 Folienstapel 44 sheet pile
45 Verbundstation 45 composite Station
46 Folienabgaberolle 46 foil dispenser roll
47 Folienaufnahmerolle 47 film take-up reel
48 Haftmittelauftragsrolle 48 adhesive applicator roll
49 Tauchrolle 49 Diving role
50 Becken 50 pool
51 Folienbahn 51 sheet
52 Stanz-/Pressplatte 52 Punching / pressing plate
53 Stanzklinge 53 punching blade
54 Folienstück 54 piece of film
55 Werkstück 55 workpiece
56 Außenkontur 56 outer contour
57 Innenkontur 57 inner contour
58 Frässtreifen 58 cutting strips
59 Frässtreifen 59 cutting strips
60 Stützelement 60 support element
61 Spitze 61 top
62 Füllkörper 62 packing
63 Füllkörper 63 packing
64 Füllkörper 64 packing
65 Vorsprung 65 projection
66 Stützspitze 66 supporting top
67 Spitze 67 top
68 Oberseite 68 top
69 Folie 69 film
70 Kante 70 edge
