3D-Druckverfahren Die vorliegende Erfindung betrifft ein 3D-Druckverfahren zum schichtweisen Aufbau von Bauteilen basierend auf einem CAD- Datensatz und unter Verwendung einer eine Arbeitskammer aufweisenden 3D-Druckmaschine . 3D-Druckverfahren der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Mit ihnen ist es möglich, dreidimensionale Werkstücke basie ^¬ rend auf einem Konstruktionsdaten aufweisenden CAD-Datensatz aus unterschiedlichsten Werkstoffen durch physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse schichtweise aufzu ^¬ bauen, wobei als Datenformat das STL-Format am geläufigsten ist. Zu den 3D-Druckverfahren zählen unter anderem das selektive Laserschmelzen und das Elektronenstrahlschmelzen insbesondere zur Verarbeitung von metallischen Werkstoffen, das selektive Lasersintern für Polymere, Keramik und Metalle, das Polyj et-Modeling und das Fused-Deposition-Modeling zur Verarbeitung von Kunstharzen und Kunststoffen sowie die Stereolithographie und das Digital Light Processing, bei denen flüs ^¬ sige Kunstharze eingesetzt werden.

Während die 3D-Druckverfahren anfangs in erster Linie im Prototypen- und Modellbau eingesetzt wurden, nehmen sie zunehmend Einzug auch in die Serienproduktion. Ein wesentlicher Vorteil besteht unter anderem darin, dass Werkstücke mit sehr komplexen Formen produziert werden können, die mit alternati ^¬ ven Fertigungsverfahren nur schwer oder gar nicht herstellbar sind. Darüber hinaus sind die 3D-Druckverfahren energetisch meist günstig und benötigen nur wenig Material. Allen bekannten 3D-Druckverfahren ist gemein, dass die Werkstücke innerhalb einer Arbeitskammer mit meist rechteckiger Grundfläche aufgebaut werden. Dabei bestimmen Grundfläche und Höhe der Arbeitskammer die maximalen Werkstückabmessungen, die innerhalb der entsprechenden 3D-Druckmaschine gefertigt werden können. Hat ein zu fertigendes Bauteil relativ kleine Abmessungen, ist es in der Serienfertigung auch bekannt, mehrere identische Bauteile nebeneinander auf der Grundfläche der Arbeitskammer schichtweise zu generieren. In diesem Fall entscheidet dann also die Größe der Grundfläche der Arbeits ^¬ kammer über die Anzahl der Werkstücke, die zeitgleich hergestellt werden können. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem insbesondere die Ferti ^¬ gung einer Vielzahl von identisch oder unterschiedlich ausgebildeten Bauteilen beschleunigt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein 3D-Druckverfahren der eingangs genannten Art, das die Schritte aufweist: a) Erstellen eines einzelnen CAD-Datensatzes unter Berücksichtigung der Abmessungen der Arbeitskammer und basierend auf Konstruktionsdaten mehrerer zu fertigender Bauteile, der die Form und die Lage der Bauteile im dreidimensiona ^¬ len Raum sowie die Form und die Lage von wenigstens einige der Bauteile miteinander verbindenden Stützstrukturen definiert, wobei die Lage zumindest einiger Bauteile derart gewählt ist, dass diese in Fertigungsrichtung übereinander und/oder ineinander verschachtelt angeordnet sind;

b) Schichtweises Aufbauen der Bauteile und der Stützstruktu- ren aus einem Werkstoff unter Verwendung der SD-Druck- Maschine und des in Schritt a) erstellten CAD-Datensatzes in einem einzelnen Arbeitsgang und

c) Trennen der Bauteile von den Stützstrukturen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die Größe der vorhandenen Arbeitskammer einer 3D-Druckmaschine optimal auszunutzen. Diese optimale Ausnutzung wird erfin- dungsgemäß dadurch erzielt, dass in einen einzelnen CAD- Datensatz die Konstruktionsdaten mehrerer zu fertigender Bauteile aufgenommen und virtuell derart angeordnet werden, dass zumindest einige der Bauteile in Fertigungsrichtung überei- nander und/oder ineinander verschachtelt gefertigt werden. Entsprechend können in einem einzelnen Arbeitsgang in den meisten Fällen mehr Bauteile verglichen mit demjenigen Fall generiert werden, in dem zu fertigende Bauteile ausschließ ^¬ lich nebeneinander aufgebaut werden. Auf diese Weise kann die Produktionszeit von Bauteilen unter Einsatz des erfindungsge ^¬ mäßen 3D-Druckverfahrens in vielen Fällen reduziert werden. Um die Fertigung mehrerer übereinander angeordneter oder ineinander verschachtelter Bauteile zu ermöglichen, werden im CAD-Datensatz neben den zu fertigenden Bauteilen auch wenigs- tens einige der Bauteile miteinander verbindende Stützstruk ^¬ turen definiert. Solche Stützstrukturen werden im Stand der Technik bislang nur zur Fertigung von Hinterschneidungen oder ähnlichen Strukturen eines einzelnen Bauteils eingesetzt. Bevorzugt werden die Stützstrukturen in Schritt a) als steg ^¬ artig und/oder wabenartig ausgebildete Stützstrukturen defi ^¬ niert, da solche Stützstrukturen die erforderliche Stabilität aufweisen und sich im Anschluss an die Fertigung verhältnis ^¬ mäßig einfach von den Bauteilen trennen lassen.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die zu fertigenden Bauteile Einzelteile eines Bausatzes zum Herstellen einer einzelnen Vorrichtung, wobei sich die Außenabmessungen zumindest einiger der zeitgleich zu fertigenden Bauteile voneinander unterscheiden. Das Zusammenfassen konstruktionstechnischer Daten einer Vielzahl von Einzelteilen eines Bausatzes in einem gemeinsamen CAD-Datensatz hat den Vorteil, dass die Einzelteile nicht einzeln nacheinander hergestellt und auch nicht in großer Anzahl bevorratet werden müssen. Vielmehr können diese gemeinsam innerhalb kurzer Zeit generiert werden, sobald beispielsweise der entsprechende Bausatz von einem Kunden bestellt wird. Entsprechend ist eine schnelle Verfügbarkeit eines solchen Bausatzes bei gleichzei- tiger Entlastung der Lagerhaltung gewährleistet, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden können.

Erfindungsgemäß kann es sich bei der Vorrichtung um ein Ge- triebe handeln. In diesem Fall können beispielsweise

Gehäuseteile, Planetenträger sowie die einzelnen verzahnten Komponenten die Einzelteile des Bausatzes zur Herstellung des Getriebes bilden. Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung machen die Einzelteile zumindest 50%, bevorzugt zumindest 70%, bes ^¬ ser noch zumindest 90% der Gesamtanzahl der Einzelteile des Bausatzes aus, wobei die Gesamtanzahl vorliegend keine Stan ^¬ dard- bzw. Zukaufteile einschließt, beispielsweise in Form von Verbindungsmitteln wie beispielsweise Schrauben und Stifte, von Lagerungen oder dergleichen.

Bevorzugt wird in Schritt b) ein metallischer Werkstoff ver ^¬ wendet, aus dem sowohl die Bauteile als auch die Stützstruk- turen aufgebaut werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die Bauteile einer mechanischen Nachbearbeitung und/oder einer thermischen Nachbehandlung unterzogen, sollten Bauteilge- füge, Bauteilabmessungen oder dergleichen nicht den Anforderungen entsprechen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs- beispiels eines erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahrens unter

Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

FIG 1 eine schematische Schnittansicht eines zweistufigen

Planetengetriebes und

FIG 2 eine schematische Schnittansicht, die Einzelteile des in Figur 1 dargestellten Getriebes im schichtweise hergestellten Zustand am Ende eines 3D- Druckverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Figur 1 zeigt ein zweistufiges Planetengetriebe 1, dessen Einzelteile zum Großteil unter Verwendung eines SD-Druckverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeitgleich hergestellt werden, wie es nachfolgend un ^¬ ter Bezugnahme auf Figur 2 noch näher erläutert wird. In Fi ^¬ gur 1 ist links die Antriebsseite und rechts die Abtriebs- seite dargestellt.

Das Planetengetriebe 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einer Gehäu ^¬ seglocke 3, einem ersten Gehäuseflansch 4 und einem zweiten Gehäuseflansch 5, die gemeinsam einen Aufnahmeraum 6 für die Getriebeteile definieren. Weitere Hauptkomponenten des Plane ^¬ tengetriebes 1 bilden eine Vorstufensonnenradwelle 7, ein Vorstufenplanetenradträger 8, drei Vorstufenplanetenräder 9, ein Vorstufenhohlrad 10, eine Hauptstufensonnenradwelle 11, ein Hauptstufenplanetenradträger 12, vier Hauptstufenplane- tenräder 13 und ein Hauptstufenhohlrad 14.

Die Gehäuseglocke 3 und der erste Gehäuseflansch 4 nehmen zwischen sich das Vorstufenhohlrad 10 drehfest auf, und der erste Gehäuseflansch 4 und der zweite Gehäuseflansch 5 nehmen zwischen sich das Hauptstufenhohlrad 14 drehfest auf. Die Vorstufensonnenradwelle ist über geeignete Lager 15 an der Gehäuseglocke gelagert. Ebenso ist der Hauptstufenplaneten- radträger 12 mittels geeigneter Lager 15 an dem ersten Gehäuseflansch 4 und dem zweiten Gehäuseflansch 5 drehbar gehal- ten. An der Hauptstufensonnenradwelle 11 ist drehfest der

Vorstufenplanetenradträger 8 über eine geeignete Welle-Nabe- Verbindung montiert. Der Vorstufenplanetenradträger 8 umfasst zumindest drei Zapfen 16, an denen die Vorstufenplanetenräder 9 über geeignete Lager 15 gehalten sind. Ebenso sind an Zap- fen 16 des Hauptstufenplanetenradträgers 12 mittels geeigne ^¬ ter Lager 15 die Hauptstufenplanetenräder 13 befestigt. Die Vorstufensonnenradwelle 7 ist mit den Vorstufenplanetenrädern 9 in Eingriff, die wiederum mit dem Vorstufenhohlrad 10 käm- men. Ebenso ist die Hauptstufensonnenradwelle 11 mit den Hauptstufenplanetenrädern 13 in Eingriff, die wiederum mit dem Hauptstufenhohlrad 14 kämmen. Entsprechend führt eine Drehung der Vorstufensonnenradwelle 7 zu einer gemeinsamen Drehung geringerer Drehzahl des Vorstufenplanetenradträgers 8 und der Hauptstufensonnenradwelle 11, und eine Drehung der Hauptstufensonnenradwelle 11 wiederum zu einer Drehung gerin ^¬ gerer Drehzahl des Hauptstufenplanetenradträgers 13. Planetengetriebe der zuvor beschrieben Art sind an sich be ^¬ kannt, weshalb der spezifische Aufbau des Planetengetriebes 1 nicht als einschränkend anzusehen ist. Vielmehr ist das Pla ^¬ netengetriebe 1 als bevorzugtes Beispiel für jedwede Vorrich ^¬ tung zu verstehen, die aus einer Vielzahl von Einzelteilen hergestellt ist.

Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird nachfolgend die Fertigung einer Vielzahl der Einzelkomponenten des in Figur 1 dargestellten Getriebes beschrieben, und zwar der Gehäuseglocke 3, des ersten Gehäuseflansches 4, des zweiten Gehäuseflansches

5, des Vorstufenplanetenträgers 8, der Vorstufenplanetenräder 9, des Vorstufenhohlrads 10, der Hauptstufensonnenradwelle 11, des Hauptstufenplanetenradträgers 12, der Hauptstufenpla ^¬ netenräder 13 und des Hauptstufenhohlrads 14.

In einem ersten Schritt wird basierend auf Konstruktionsdaten sämtlicher der zuvor genannten Einzelkomponenten ein einzelner CAD-Datensatz erstellt, der neben der Form der Einzelkomponenten auch deren Lage zueinander im dreidimensionalen Raum unter Berücksichtigung der Abmessungen einer Arbeitskammer 17 einer 3D-Druckmaschine 18 definiert, die zur Herstellung der Einzelkomponenten verwendet werden soll. Dabei werden die Einzelbauteile, wie es in Figur 2 gezeigt ist, zumindest teilweise ineinander verschachtelt und in Fertigungsrichtung 19 übereinander angeordnet. Beispielsweise sind gemäß Figur 2 der in Figur 1 dargestellte zweite Gehäuseflansch 5, das Hauptstufenhohlrad 14, der erste Gehäuseflansch 4, das Vor ^¬ stufenhohlrad 10 und die Vorstufenplanetenräder 9 der Reihe nach übereinander angeordnet, wobei das Hauptstufenhohlrad 14, der erste Gehäuseflansch 4 und das Vorstufenhohlrad 10 in den Bauteilen 4a und 4b zusammengefasst sind, während der Hauptstufenplanetenradträger 12, die Hauptstufenplanetenräder 13 und die Hauptstufensonnenradwelle 11 innerhalb dieser Kom ^¬ ponenten und ineinander verschachtelt positioniert sind. Ne ^¬ ben dieser Anordnung ist die Gehäuseglocke 3 vorgesehen, innerhalb der wiederum der Vorstufenplanetenradträger 8 aufgenommen ist. Ferner definiert der CAD-Datensatz die Form und die Lage von die Bauteile miteinander verbindenden Stützstrukturen 20, die insbesondere steg- und/oder wabenförmig ausgebildet sein können. Die Erstellung des CAD-Datensatzes, der beispielsweise im STL-Format bereitgestellt werden kann, erfolgt unter Verwendung eines entsprechenden Computerpro- gramms zumindest teilautomatisiert. So können beispielsweise die Anordnung der Einzelteile und/oder die Berechnung und Lage der Stützstrukturen 20 automatisch oder unterstützt durch einen Benutzer erfolgen. Im vorliegenden Fall fassen, wie bereits dargelegt, die Bau ^¬ teile 4a und 4b das Hauptstufenhohlrad 14, den ersten Gehäu ^¬ seflansch 4 und das Vorstufenhohlrad 10 zusammen. Bei der Montage wird dann das Bauteil 4a auf das Bauteil 4b aufge ^¬ schoben und aufgeschrumpft. Es sollte allerdings klar sein, dass das Hauptstufenhohlrad 14, der erste Gehäuseflansch 4 und das Vorstufenhohlrad 10 grundsätzlich auch jeweils als Einzelteile gefertigt werden können. In diesem Fall müssten diese dann durch entsprechende Stützstrukturen voneinander getrennt werden.

In einem weiteren Schritt werden dann die Bauteile und die zugehörigen Stützstrukturen 20 aus einem Werkstoff unter Verwendung der 3D-Druck-Maschine 18 und des zuvor erstellten CAD-Datensatzes in einem einzelnen Arbeitsgang schichtweise aufgebaut, bis die in Figur 2 dargestellte Anordnung herge ^¬ stellt ist. Als Werkstoff können vorliegend in Abhängigkeit von dem verwendeten 3D-Druckverfahren insbesondere pulverför- mige oder drahtförmige Metalle bzw. Metalllegierungen zum Einsatz kommen. Werden mit dem Verfahren nicht Einzelkomponenten eines Getriebes sondern solche eines Bausatzes zur Herstellung einer anderen Vorrichtung gefertigt, die aus einem anderen Material hergestellt ist, so kann es sich bei dem Ausgangswerkstoff natürlich auch um einen Kunststoff, ein ke ^¬ ramisches Material oder dergleichen handeln.

Anschließend werden die Bauteile von den Stützstrukturen 20 getrennt und, sollte dies erforderlich sein, einer mechani- sehen Nachbearbeitung und/oder einer thermischen Nachbehandlung unterzogen.

Es sollte klar sein, dass alternativ auch alle Hauptkomponenten des Planetengetriebes 1, vorliegend also auch die Vorstu- fensonnenradwelle 7, in einem einzelnen Arbeitsgang hergestellt werden können, wenn dies die Abmessungen der Arbeitskammer 17 zulassen. Alternativ können auch weniger als die genannten Einzelkomponenten des Planetengetriebes 1 in einem einzelnen Arbeitsgang hergestellt werden. So kann es bei- spielsweise vorkommen, dass das 3D-Druckverfahren zur Fertigung bestimmter Bauteile aufgrund äußerer Anforderungen ungeeignet ist, weshalb solche Bauteile mit anderen Fertigungs ^¬ verfahren hergestellt werden. Auch ist natürlich möglich, die Einzelteile einer Vorrichtung in mehrere CAD-Datensätze auf- zuteilen, wenn dies aufgrund zu kleiner Abmessungen der Arbeitskammer 17 erforderlich ist. Bevorzugt machen die erfindungsgemäß hergestellten Einzelteile zumindest 50%, bevorzugt zumindest 70%, besser noch zumindest 90% der Gesamtanzahl der Einzelteile eines Bausatzes aus.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ^¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .