DE19545167A1

DE19545167A1 - Method of manufacturing a prototype component or tool from a stereo-sintered polystyrene pattern

Info

Publication number: DE19545167A1
Application number: DE19545167A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Wurst; Marvin Kar; Manfred Grueninger
Original assignee: HERMANN BUBECK KG MODELL und F; Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: HERMANN BUBECK KG MODELL und F; Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1997-06-05

Abstract

Components are tools are manufactured as prototypes using a data record to produce a pattern by stereo-sintering of polystyrene, the pattern being dipped in liquid wax to coat it before applying a ceramic slip and firing the assembly. A blank is precision cast in the cavity formed by out-gassing of the polystyrene. Several patterns can be stereo-sintered to form parts which are assembled to provide the full pattern for coating. Surface contours of the component/tool can be re-machined after the wax-dipping stage.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen oder Werkzeugen, wobei insbesondere funktionsfähige Prototypen bzw. Werkzeuge zur Prototypen-Herstellung gemeint sind.The invention relates to a method for producing components or Tools, in particular functional prototypes or tools for Prototype manufacturing are meant.

Bei der Herstellung von funktionsfähigen Prototypen, beispielsweise Zylinderköpfe für Brennkraftmaschinen, mußte bisher vom Formenbauer die entsprechenden For men gebaut werden. Sodann wurden mit Hilfe dieser Formen ein Rohling herge stellt.In the production of functional prototypes, for example cylinder heads For internal combustion engines, the mold maker had previously men to be built. Then a blank was produced using these molds poses.

Wurden Änderungen am Prototypen-Bauteil notwendig, so mußte der Formen bauer in der Regel mehrere Formkästen ändern, da sich eine Änderung selten nur auf einen Formkasten beschränkt. Dadurch verteuerte sich die Herstellung von funktionsfähigen Prototypen ganz erheblich. Daneben benötigte man aufgrund der immer wieder vorgenommenen Änderungen in der Konstruktion mehrere Monate, bis ein funktionsfähiger Prototyp abgegossen war.If changes to the prototype component were necessary, the mold had to builders usually change several mold boxes, since a change rarely changes limited to a molded box. This made the production of functional prototypes quite considerably. In addition, one needed because of the repeated changes in the design for several months, until a working prototype was cast.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hier Abhilfe aufzuzeigen und ein Ver fahren bereitzustellen, mit dem schnell und einfach Prototypen von Bauteilen, aber auch Werkzeugen, hergestellt werden können. The object of the present invention is to provide a remedy here and a ver drive provide, with the quick and easy prototype of components, however also tools can be manufactured.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des 1. Anspruchs ge löst. Mit diesem Verfahren ist es möglich, innerhalb wesentlich kürzerer Zeit und damit wesentlich preiswerter funktionsfähige Prototypen zu erhalten.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1 solves. With this method it is possible to work within a much shorter time and to get functional prototypes much cheaper.

Ausgehend von den CAD-Daten des Bauteils werden diese Daten so aufbereitet, daß sie sich für das Stereosintern eignen. Zum Stereosintern wird Polystyrol ver wendet, weil dies rückstandslos beim Brennen der keramischen Schlicke ent gast/ausbrennt. Der so geschaffene Hohlraum kann dann im Feingußverfahren mit Aluminium ausgefüllt werden.Based on the CAD data of the component, this data is processed in such a way that they are suitable for stereo sintering. Polystyrene is used for stereo sintering applies because this leaves no residue when burning the ceramic silt guest / burns out. The cavity created in this way can then be used in the investment casting process Aluminum to be filled.

Dieses Verfahren eignet sich nicht nur zur Herstellung von Prototypen-Bauteilen, sondern auch zur Herstellung von Werkzeugen, insbesondere Gießwerkzeugen für den Druckguß und/oder Spritzguß von Prototypen.This process is not only suitable for the production of prototype components, but also for the production of tools, in particular casting tools for die casting and / or injection molding of prototypes.

Je nach Komplexität des Bauteils ist es sinnvoll, dies in mehrere Teilstücke zu zer legen und diese dann nach dem Tauchen in Wachs auf einer entsprechenden Vorrichtung zusammenzusetzen.Depending on the complexity of the component, it makes sense to split it into several sections and then place them on an appropriate after dipping in wax Assemble device.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, daß vor dem Zusammensetzen die einzelnen Teilstücke noch nachgearbeitet werden können, so daß Oberflächen fehler nahezu ausgeschlossen sind.The development according to claim 3 has the advantage that before assembling the individual sections can still be reworked so that surfaces errors are almost impossible.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels schematisiert näher beschrieben. Es stellen dar:In the following the invention is based on a preferred embodiment schematically described in more detail. They represent:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines mit Hilfe des Stereosinterns herge stellten Bauteils; Fig. 1 is a perspective view of a set Herge using the stereo sintering member;

Fig. 2 ein Bauteil-Teilstück nach dem Tauchen in Wachs; Figure 2 is a part-section after dipping in wax.

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht zweier Bauteil-Teilstücke; Fig. 3 is a perspective view of two component portions;

Fig. 4 die Montagevorrichtung zum Zusammensetzen zweier Bauteil-Teil stücke; Figure 4 shows the assembly device for assembling two component parts.

Fig. 5 ein Bauteil-Teilstück gegossen und als Modell. Fig. 5 cast a component section and as a model.

Die Herstellschritte gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand eines luft gekühlten Motorrad-Zylinderkopfes näher erläutert.The manufacturing steps according to the invention are based on an air cooled motorcycle cylinder head explained in more detail.

Als erstes werden die Konstruktionsdaten des Zylinderkopfes so aufbereitet, daß sie sich zum Stereosintern eignen. Um ein Modell aus Polystyrol mit Hilfe des Stereo sinterns herzustellen, wird folgendermaßen vorgegangen. Auf einer Metallplatte wird eine Schicht aus Polystyrol-Pulver aufgestreut. Sodann wird mit Hilfe eines Laserstrahls das Polystyrol-Pulver gesintert. Hierzu fährt der Laserstrahl über die Oberfläche an den Stellen, an denen volles Material sein soll. An Stellen, an denen sich Hohlräume befinden, bleibt das unbehandelte Polystyrol-Pulver liegen. Ist das aufgestreute Pulver durch den Laserstrahl gesintert, wird eine neue Schicht Pulver aufgestreut und der Vorgang beginnt von neuem. Auf diese Art und Weise wird ein Bauteil schichtweise hergestellt.First, the design data of the cylinder head are prepared so that they are suitable for stereo sintering. To a model made of polystyrene using the stereo To produce sinters, the procedure is as follows. On a metal plate a layer of polystyrene powder is sprinkled on. Then with the help of a Laser beam sintered the polystyrene powder. For this purpose, the laser beam moves over the Surface where the full material should be. In places where If there are cavities, the untreated polystyrene powder remains. Is this Scattered powder sintered by the laser beam, a new layer of powder sprinkled on and the process begins again. In this way, a Component manufactured in layers.

Nach dem Stereosintern wird das nicht gesinterte Polystyrol-Pulver durch Schütteln oder Klopfen aus dem Bauteil entfernt.After the stereo sintering, the unsintered polystyrene powder is shaken or knock removed from the component.

Je nach Komplexität des Bauteils wird es in mehrere Teilstücke zerlegt, die dann einzelnen mit Hilfe des Stereosinterns hergestellt werden.Depending on the complexity of the component, it is broken down into several sections, which then individual with the help of stereo sintering.

Im vorliegenden Beispiel des Zylinderkopfes werden zwei Hälften hergestellt. Eine fertig (nach dem Stereosintern) hergestellte Hälfte ist in Fig. 1 dargestellt.In the present example of the cylinder head, two halves are produced. A finished half (after stereo sintering) is shown in FIG. 1.

Nach dem Entfernen des losen Polystyrol-Pulvers wird das Bauteil in flüssiges Wachs getaucht, damit eine geschlossene, leicht zu entfernende Oberfläche ent steht. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Anschließend wird die Wachsoberfläche eventuell noch von Hand nachgearbeitet.After removing the loose polystyrene powder, the component is dipped in liquid wax so that a closed, easy-to-remove surface is created. This is shown in Fig. 2. The wax surface may then be reworked by hand.

Zwei gewachste Bauteil-Teilhälften sind in Fig. 3 dargestellt. Hier ist auch deutlich die Trennfuge zwischen den Bauteil-Teilstücken erkennbar. Two waxed component part halves are shown in FIG. 3. Here you can also clearly see the parting line between the component parts.

Anschließend werden diese beiden Bauteil-Teilstücke auf einer entsprechenden Vorrichtung lagegenau angebracht und miteinander verklebt. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.These two component parts are then attached to a corresponding device in the correct position and glued together. This is shown in FIG. 4.

Nach dem Zusammenfügen der Bauteil-Teilstücke zu einem gesamten Bauteil wird auf die Wachsoberfläche keramische Schlicke aufgebracht. Sobald eine genü gende Schichtdicke vorhanden ist, wird das so beschichtete Modell in einen Brenn ofen gebracht. Dort wird die Schlicke gebrannt und wird so zu einer harten Kera mikschicht. Gleichzeitig wird bei diesen Brenntemperaturen das Polystyrol rück standslos ausgebrannt. Der so entstandene Hohlraum ist eine exaktes Abbild des zu fertigenden Bauteils.After joining the component parts to an entire component ceramic silt is applied to the wax surface. As soon as enough layer thickness is present, the model coated in this way is fired brought oven. The silt is burned there and becomes a hard Kera mic layer. At the same time, the polystyrene reverts at these firing temperatures burned out steadily. The resulting cavity is an exact replica of the component to be manufactured.

Anschließend wird im Feinguß dieser Hohlraum mit einer Alumi nium/Aluminiumlegierung und/oder einer Stahllegierung ausgefüllt.Then this cavity is made in the investment casting with an aluminum nium / aluminum alloy and / or a steel alloy.

Nach dem Abkühlen des Aluminiums wird die Keramikform zerschlagen, das Guß stück gereinigt und in üblicher Weise bearbeitet.After the aluminum has cooled, the ceramic mold is broken, the cast piece cleaned and processed in the usual way.

Fig. 5 zeigt in der rechten Bildhälfte das Polystyrol-Modell-Teilstück. In der linken Bildhälfte ist das fertig im Feinguß aus Aluminium hergestellte Zylinderkopf-Gegen teilstück dargestellt. Hier wird deutlich, daß sich beide Teilstücke entsprechen und daß das Polystyrol-Modell originalgetreu umgesetzt wird.5 shows the polystyrene model section in the right half of the figure . In the left half of the picture, the cylinder head counterpart, which is made of precision cast aluminum, is shown. Here it becomes clear that both sections correspond and that the polystyrene model is implemented true to the original.

Dieses Verfahren ist wesentlich schneller als das bisherige Verfahren, da bei einer Konstruktionsänderung nur die Daten für das Stereosintern entsprechend geändert werden müssen. Sodann kann ein neues Polystyrol-Modell mit Hilfe des Stereo sinterns hergestellt werden. Anschließend werden die oben beschriebenen Schritte durchgeführt.This method is much faster than the previous method, because with one Design change only changed the data for stereo sintering accordingly Need to become. Then a new polystyrene model with the help of the stereo sintered. Then follow the steps above carried out.

Claims

1. Method for producing components or tools, consisting of the combination of the following steps:

- Using a data record of the component / tool, a model of the component / tool is produced from stereo polystyrene,
- the polystyrene model is coated with wax by immersion in liquid wax,
- ceramic silt is applied to the wax surface,
- the model coated in this way is fired,
- the cavity created by the outgassing of the polystyrene is cast in a precision casting process,
- The blank is removed from the mold.

2. The method according to claim 1, characterized in that by the stereo sintering several sections of the component / tool that are manufactured after diving into Wax to be assembled into an overall component / tool.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after dipping in wax the upper surface contours of the component / tool are reworked.