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Title:
METHOD AND APPARATUS FOR APPLYING A COATING AND/OR THREE-DIMENSIONAL STRUCTURES TO A ROTATING SURFACE OF A ROTATING BODY BY IRRADIATING POWDER LAYERS WITH LASER RADIATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/206546
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method for applying a coating and/or three-dimensional structures to a rotating surface of a rotating body by irradiating powder layers with laser radiation, characterised by the following, in particular successive, steps: a) arranging the rotating body so as to be rotatable about the rotational axis thereof, b) positioning at least one irradiating device, which emits at least one laser beam (7), opposite the rotating body such that the scanning field (8a) of the laser beam (7) is directed onto the processing zone (8b) of the rotating surface of the rotating body below the irradiating device, c) setting the rotating body in rotation and starting up the irradiating device, d) continuously supplying powder into the region of the processing zone (8b) during the rotational movement of the rotating body in order to continuously provide a metal powder layer having a defined thickness, e) selectively continuously remelting the powder in the process zone (8b) according to the data in 3D-CAD software, f) continuing the rotational movement of the rotating body in a plurality of revolutions while supplying the powder until, by remelting the continuously provided powder layer, the coating or the three-dimensional structures have been built up or formed in layers.

Inventors:
HOPPE, Nicholas (Vahrenwalder Str. 9, Hannover, 30165, DE)
DZICK, Jürgen (Vahrenwalder Str. 9, Hannover, 30165, DE)
Application Number:
EP2019/057507
Publication Date:
October 31, 2019
Filing Date:
March 26, 2019
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL REIFEN DEUTSCHLAND GMBH (Vahrenwalder Str. 9, Hannover, 30165, DE)
International Classes:
B22F3/105; B22F5/10; B22F7/08; B29C64/153; B29D30/06; B33Y30/00; B22F5/00
Foreign References:
DE112013006029T52015-09-17
DE102012216793A12014-03-20
US20170291260A12017-10-12
DE102015202328A12016-08-11
EP2987630A12016-02-24
EP2960031A12015-12-30
Attorney, Agent or Firm:
FINGER, Karsten (Continental Aktiengesellschaft, Intellectual PropertyPostfach 169, Hannover, 30001, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung und/oder von dreidimensionalen Strukturen auf eine Rotationsfläche eines Rotationskörpers durch Bestrahlung von Pulverschichten mittels Laserstrahlung,

g e k e n n z e i c h n e t d u r c h

folgende, insbesondere nacheinander ablaufende Schritte:

a) Drehbare Anordnung des Rotationskörpers um seine Rotationsachse, b) Positionieren zumindest einer zumindest einen Laserstrahl (7) emittierenden Bestrahlungseinrichtung gegenüber dem Rotationskörper, sodass das Scanfeld (8a) des Laserstrahls (7) auf die Prozesszone (8b) der Rotationsfläche des Rotationskörpers unterhalb der Bestrahlungseinrichtung ausgerichtet wird,

c) Versetzen des Rotationskörpers in Drehbewegung und Inbetriebnahme der Bestrahlungseinrichtung,

d) während der Drehbewegung des Rotationskörpers kontinuierliches Zuführen von Pulver in den Bereich der Prozesszone (8b) zur kontinuierlichen Zurverfügungstellung einer Metallpulverschicht definierter Dicke, e) selektives kontinuierliches Umschmelzen des Pulvers in der Prozesszone (8b) gemäß den Daten einer 3D- CAD- Software,

f) Fortsetzen der Rotationsbewegung des Rotationskörpers in einer Vielzahl von Umdrehungen unter Zuführung des Pulvers bis durch Umschmelzen der kontinuierlich zur Verfügung stehenden Pulverschichten die Beschichtung oder die dreidimensionalen Strukturen in Schichten aufgebaut bzw. gebildet worden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) das Pulver mittels einer vor der Prozesszone (8b) positionierten, in vertikaler Richtung bewegbaren und verstellbaren Blende (10) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die Blende (10) entweder kontinuierlich in Abhängigkeit von der

Rotationsgeschwindigkeit des Rotationskörpers oder nach jeder kompletten Umdrehung oder nach einer Anzahl von Umdrehungen des Rotationskörpers zumindest um den Betrag einer Dicke einer zum Erstellen einer

Umschmelzschicht erforderlichen Pulverschicht in vertikaler Richtung angehoben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) das Pulver von einer vor der Blende (10) positionierten

höhenverstellbaren, Pulver abgebenden Einrichtung (12), insbesondere kontinuierlich, abgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der 3D-CAD-Software unter Scannen der Daten der aufzubauenden Beschichtung bzw. der aufzubauenden dreidimensionalen Strukturen und mit Berücksichtigung der Daten der Drehbewegung des Rotationskörpers erstellt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung zumindest eine Laser-Scanner-Einheit (2) umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser-Scanner- Einheit (2) ein vorzugsweise eine Fokussieroptik aufweisender 3D-Laser - Scanner ist, welcher in einer fixen Position oder auf höhenverstellbare Weise gegenüber dem Rotationskörper positioniert wird, oder ein höhenverstellbarer, eine Fokussieroptik aufweisender 2D-Laser-Scanner ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung eine Vielzahl einzeln zu steuernder Dioden-Laser (l4a) - zusammengefasst in einem Dioden-Laser- Array (14) - aufweist, welche insbesondere die gesamte Breite der zu belichtenden Rotationsfläche des Rotationskörpers überspannen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesszone (8b) während zumindest einer der Schritte d) bis f) von außen erwärmt wird.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung und/oder von dreidimensionalen Strukturen auf eine Rotationsfläche eines Rotationskörpers durch Bestrahlung von Pulverschichten mittels Laserstrahlung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer

Beschichtung und/oder von dreidimensionalen Strukturen auf eine Rotationsfläche eines Rotationskörpers durch Bestrahlung von Pulverschichten mittels Laserstrahlung.

Ein derartiges bekanntes Verfahren ist selektives Laserschmelzen (auf Englisch: Selective Laser Melting, abgekürzt SLM), auch als 3D-Druck bezeichnet, welches ein generatives Schichtaufbauverfahren ist, bei welchem pulverförmige, beispielsweise metallische, Rohstoffe zu komplex geformten dreidimensionalen Werkstücken verarbeitet werden. Dabei wird eine dünne Pulverschicht, wie erwähnt beispielsweise Metallpulver, auf eine plane Grundplatte aufgebracht und in Abhängigkeit von der gewünschten Geometrie des zu bildenden Werkstückes mittels Laserstrahlung lokal vollständig umgeschmolzen. Diese Schicht bildet nach dem Erstarren eine feste Materialschicht. Anschließend wird die Grundplatte um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und es wird erneut Metallpulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis das Werkstück die gewünschte Lorm und Größe erreicht hat. Das fertige Werkstück wird vom überschüssigen Pulver befreit, nach Bedarf bearbeitet und kann sofort verwendet werden. Die beim Aufbau des Werkstücks typischen Schichtdicken bewegen sich in der Größenordnung von 15mhi bis 500 pm. Die Daten für die Lührung des Laserstrahls werden aus einem entsprechenden 3D- CAD-Körper mittels einer Software ermittelt. Dabei wird das Werkstück in einzelne Schichten unterteilt und für jede Schicht werden die Bahnen bestimmt, die der Laserstrahl abfahren soll. Das Verfahren findet unter Schutzgasatmosphäre, etwa mit Argon oder

Stickstoff, statt, um eine Kontaminierung des Werkstücks mit Sauerstoff zu vermeiden. Die durch selektives Laserschmelzen hergestellten Werkstücke zeichnen sich durch eine große spezifische Dichte aus. Dadurch entsprechen die mechanischen Eigenschaften des

Werkstücks weitgehend jenen des verwendeten Grundwerkstoffs. Gegenüber

konventionellen Verfahren, beispielsweise Gussverfahren, besteht ein Vorteil von SLM vor allem darin, dass Werkzeuge und Formen entfallen. Ein weiterer großer Vorteil ist die Geometrie freiheit, die Werkstückformen ermöglicht, die mit formgebenden Verfahren nicht oder nur mit großem Aufwand herstellbar sind. Die bislang bekannten Standard- Druckverfahren arbeiten wie beschrieben diskontinuierlich, womit ein gewisser

Zeitaufwand verbunden ist. Bei den konventionellen Anlagen trifft der Laserstrahl nicht nur unmittelbar unterhalb der Optik senkrecht auf die Bearbeitungsebene, sondern auch unter großen Einstrahlwinkeln. Dadurch werden der Fokus und somit das Intensitätsprofil des Laserstrahls auf der zu belichtenden Fläche verzerrt. Desweiteren ist der

Treppenstufeneffekt bei gedruckten Bauteilen ein bekanntes Phänomen, welches aus dem schichtweisen Aufbau resultiert. Insbesondere bei Bauteilen mit großen Radien orthogonal zur Aufbaurichtung kommt es zu diesen unerwünschten Oberflächenerscheinungen.

Größere Rotationskörper sind ferner auf bestehenden Anlagen in Folge ihres Aufbaus und der Verfahrensweise nicht bearbeitbar oder herstellbar und müssen in kleinere Teile zerlegt werden, um sie mittels generativer Fertigung herstellen zu können. Das anschließende Zusammenfügen der Teile unter Beibehaltung aller Toleranzen gestaltet sich oft als schwierig. Es sind bislang keine Anlage und kein Verfahren bekannt, um Rotationskörper, ohne sie in Teile zu zerlegen, an ihren Rotationsflächen, dies können Innen- oder

Außenflächen sein, zu„bedrucken“.

Ein Rotationskörper, bei welchem ein„Bedrucken“ der Innenfläche von großem Vorteil wäre, ist ein Profilring einer Vulkanisationsform von Fahrzeugluftreifen. Profilringe setzen sich bekannter Weise aus mehreren Umfangssegmenten zusammen, beispielsweise aus 7 bis 14 Segmenten, bei Sonderformen auch bis zu 140 Segmenten, die zum Öffnen und Schließen der Vulkanisationsform in radialer Richtung bewegt werden. An der Innenfläche befinden sich die zur Ausformung der Profilierung im Laufstreifen erforderlichen

Elemente.

Bei den üblichen Profiringen sind die Rillen im Laufstreifen ausformenden Elemente Stege oder Rippen, die bereits Bestandteile des durch ein Gießverfahren hergestellten, aus einer Aluminiumlegierung oder aus Stahl bestehenden Profilringes sind. Lamellen, die üblicherweise schmale Einschnitte im Laufstreifen ausformen, sind separat hergestellte Bauteile, die im Profilring im Zuge des Gießverfahrens verankert werden. Es ist bereits vorgeschlagen worden, Profilringsegmente, Teile von Profilringsegmenten sowie Lamellen zur Ausformung von Einschnitten durch SLM herzustellen. So ist es beispielsweise aus der DE 10 2015 202 328 Al bekannt, Lamellen durch selektives Laserschmelzen aus einem Metallpulver herzustellen. Aus der EP 2 987 630 Al ist es bekannt, die innere Lormfläche von Profilringsegmenten mitsamt den Stegen, Rippen und Lamellen durch selektives Laserschmelzen aufzubauen. Dabei kann ein komplettes

Profilringsegment durch selektives Laserschmelzen hergestellt werden oder es kann der formflächeninnenseitige Teil der Profilringsegmente nach diesem Verfahren aufgebaut werden, vorzugsweise mit einer in radialer Richtung gemessenen Dicke von bis zu 20,0 mm. Ein ähnliches Verfahren, bei welchem durch SLM der die Profilierung bzw. die Profilsegmente bildende Segmentteil durch selektives Laserschmelzen hergestellt wird und anschließend mit einem gegossenen Basissegmentteil verbunden wird, ist aus der

EP 2 960 031 Al bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchen Rotationsflächen von Rotationskörpern mittels

Laserstrahlung auf eine einfache und qualitativ hochwertige Weise beschichtet und/oder mit beliebig geformten dreidimensionalen Strukturen bedruckt werden können.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit folgenden, insbesondere nacheinander ablaufenden Schritten:

a) Drehbare Anordnung des Rotationskörpers um seine Rotationsachse, b) Positionieren zumindest einer zumindest einen Laserstrahl emittierenden

Bestrahlungseinrichtung gegenüber dem Rotationskörper, sodass das Scanfeld des Laserstrahls auf die Prozesszone (8b) der Rotationsfläche des

Rotationskörpers unterhalb der Bestrahlungseinrichtung ausgerichtet wird, c) Versetzen des Rotationskörpers in Drehbewegung und Inbetriebnahme der Bestrahlungseinrichtung, d) während der Drehbewegung des Rotationskörpers kontinuierliches Zuführen von Pulver in den Bereich der Prozesszone zur kontinuierlichen

Zurverfügungstellung einer Metallpulverschicht definierter Dicke,

e) selektives kontinuierliches Umschmelzen des Pulvers in der Prozesszone gemäß den Daten einer 3D- CAD- Software,

f) Fortsetzen der Rotationsbewegung des Rotationskörpers in einer Vielzahl von Umdrehungen unter Zuführung des Pulvers bis durch Umschmelzen der kontinuierlich zur Verfügung gestellten Pulverschicht die Beschichtung oder die dreidimensionalen Strukturen in Schichten aufgebaut bzw. gebildet worden sind.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, welche folgende Komponenten aufweist:

a) Eine Einrichtung zur drehbaren Anordnung des Rotationskörpers um seine Rotationsachse,

b) eine zumindest einen Laserstrahl emittierenden, oberhalb der Prozesszone der Rotationsfläche positionierbare Bestrahlungseinrichtung, c) zumindest einer höhenverstellbaren, insbesondere kontinuierlich Pulver abgebenden Einrichtung,

d) eine höhenverstellbar angeordnete Blende (10) zum definierten Zuführen von Pulver zur Prozesszone (8b), wobei sich die Blende (10) zumindest über die Breite der Prozesszone (8b) erstreckt und zur Rotationsfläche eine Kontur aufweist, welche an die Kontur der Rotationsfläche angepasst ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen daher ein kontinuierlicher Pulverauftrag und dessen kontinuierliche partielle

Umschmelzung. Somit können gemäß der Erfindung Rotationsflächen von

Rotationskörpern während der Drehbewegung der Rotationskörper in einem

kontinuierlichen Prozess auf rationelle und beliebige Weise bedruckt werden, insbesondere unter Beibehaltung der Oberflächenqualität der Ausgangsoberfläche. Dabei tritt der erwähnte Treppenstufen-Effekt nicht auf. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gestatten auch ein 3D-Bedrucken von großen

Rotationskörpern. Besonders vorteilhaft ist, wenn in Schritt d) des Verfahrens das Pulver mittels einer vor der Prozesszone positionierten, in vertikaler Richtung bewegbaren und daher

höhenverstellbaren Blende zugeführt wird. Eine Blende gestattet das Zuführen definierter Pulvermengen in die Prozesszone, durch die Höhenverstellbarkeit der Blende ist eine Anpassung des Spaltes zur Rotationsfläche bzw. dem Niveau der bereits aufgebauten Strukturen sichergestellt.

Dabei wird die Blende entweder kontinuierlich in Abhängigkeit von der

Rotationsgeschwindigkeit des Rotationskörpers oder nach jeder kompletten Umdrehung oder nach einer Anzahl von Umdrehungen des Rotationskörpers vorzugsweise zumindest um den Betrag einer Dicke einer zum Erstellen einer Umschmelzschicht erforderlichen Pulverschicht in vertikaler Richtung angehoben. Eine Anzahl von Umdrehungen kann dann erforderlich sein, wenn nicht sämtliche vorgesehenen Strukturschichten innerhalb einer Umdrehung belichtet bzw. umgeschmolzen worden sind.

Besonders bevorzugt ist ferner die Maßnahme, dass in Schritt d) des Verfahrens das Pulver von einer vor der Blende positionierten, ebenfalls höhenverstellbaren, Pulver abgebenden Einrichtung, insbesondere kontinuierlich abgegeben wird.

Die Daten der 3D-CAD-Software werden vorteilhafterweise unter vorherigem Scannen der Daten der aufzubauenden Beschichtung bzw. der aufzubauenden dreidimensionalen Strukturen und unter Berücksichtigung der Daten der Rotationsfläche und der

Drehbewegung des Rotationskörpers erstellt.

Zur Durchführung des Verfahrens und bei der Vorrichtung können unterschiedliche Bestrahlungseinrichtungen verwendet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst die Bestrahlungseinrichtung zumindest eine Laser-Scanner-Einheit, bevorzugt auch eine Multi-Laser-Scanner-Einheit aus einer Anzahl von Laser-Scanner-Einheiten. Besonders rationell lässt sich das Verfahren mit einer Laser-Scanner-Einheit durchführen, welche ein vorzugsweise eine Fokussieroptik aufweisender 3D-Laser-Scanner ist, welcher in einer fixen Position oder auf höhenverstellbare Weise gegenüber dem Rotationskörper positioniert wird, oder wenn die Laser-Scanner-Einheit ein höhenverstellbarer, eine Fokussieroptik aufweisender 2D-Laser-Scanner ist.

Alternativ kann die Bestrahlungseinrichtung eine Vielzahl von einzeln zu steuernden Dioden-Lasem aufweisen, welche in einem Dioden-Laser-Array zusammengefasst sind und insbesondere die Breite der zu belichtenden Rotationsfläche bzw. die Breite der

Prozesszone überspannen.

Eine weitere, vorteilhafte Maßnahme beim Verfahren besteht darin, die Prozesszone während zumindest einer der Schritte d) bis f) von außen zu erwärmen. Durch diese Maßnahme kann das Umschmelzen des Metallpulvers beschleunigt werden und es kann eine Verbesserung der Materialeigenschaften der gedruckten Areale erzielt werden.

Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn als Pulver Metallpulver oder

Kunststoffpulver verwendet wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Maßnahme wird Metallpulver mit ferromagnetischen Eigenschaften verwendet, auf welches im Bereich der Prozesszone von außen ein

Magnetfeld wirken kann. Dadurch kann Pulver innerhalb der Prozesszone gezielt verdichtet werden und es kann ein unerwünschtes Fließen von Metallpulver auf bereits erstellten umgeschmolzenen Strukturen verhindert werden.

Überschüssiges Pulver kann vorteilhafterweise von einer Pulverauffangvorrichtung gesammelt und der Pulver abgebenden Einrichtung wieder zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann dafür Sorge getragen werden, dass überschüssiges Pulver im Bereich nach der Prozesszone abgesaugt wird.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Variante des Verfahrens wird der Prozesszone Pulver aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere nacheinander oder nebeneinander, zugeführt. Durch diese Maßnahme können Bauteile aufgebaut werden, welche aus

Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten bestehen.

Das Verfahren wird ferner bevorzugt unter Schutzgasatmosphäre, beispielsweise in einem geschlossenen Behälter, durchgeführt, um eine Kontaminierung der umgeschmolzenen Areale mit Sauerstoff zu vermeiden.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Verfahrens zum Aufbauen von Strukturen auf der Innenfläche eines Profilformringes einer Vulkanisationsform für Fahrzeugluftreifen. Dabei wird Metallpulver verwendet. Diese dreidimensionalen Strukturen sind jene, welche die Profilierung oder Teile der Profilierung des Laufstreifens des Fahrzeugluftreifens bei der Vulkanisation ausformen. Derartige Elemente weisen insbesondere die Gestalt von Rippen, Stegen oder dünnen Lamellen auf.

Die Vorrichtung weist insbesondere als weitere Komponente eine

Pulverauffangvorrichtung mit insbesondere variabel positionierbaren Leitelementen auf, welche beim Umschmelzprozess überschüssiges Pulver der Pulver abgebenden

Einrichtung, insbesondere kontinuierlich, zuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von überschüssigem Pulver, welche insbesondere hinter der Prozesszone positioniert wird, aufweisen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der schematischen Zeichnung, die Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine Ansicht eines Beispiels eines Rotationskörpers,

Fig. 2 einen Querschnitt des Rotationskörpers mit weiteren Details der Erfindung,

Fig. 3 einen mittigen Längsschnitt durch den Rotationskörper mit weiteren Details der Erfindung, Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung eines ringförmigen Rotationskörpers zur Veranschaulichung des Prinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 mit weiteren Details der Erfindung,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 mit weiteren Details der Erfindung,

Fig. 7a bis Fig. 7f in zu Fig. 5 analogen Darstellungen aufeinanderfolgende Positionen einer Blende,

Fig. 8 und Fig. 9 anhand von Querschnitten durch den Rotationskörper weitere

Ausführungsvarianten der Erfindung und

Fig. 10 eine prinzipielle Darstellung einer Ausführung einer Pulverauffangvorrichtung.

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Aufbringen von dreidimensionaler Strukturen oder von einer Beschichtung auf Rotationsflächen - Innen- oder Außenflächen - eines Rotationskörpers während dessen Drehbewegung bzw. Rotation durch Aufschmelzen von Pulver, insbesondere Metallpulver oder Kunststoffpulver, mittels Faserstrahlung, vorzugsweise durch selektives Faserschmelzen. Der Rotationskörper kann ein beliebig gestalteter Rotationskörper sein, insbesondere auch ein Hohlkörper, der sowohl eine Außenfläche als auch eine Innenfläche aufweist, beispielsweise ein ringartig, ringförmig oder torusformig gestalteter Rotationskörper.

Der im Bespiel in Fig. 1 bis 3 und 5 bis 10 gezeigte Rotationskörper ist ein Profilring 1 für eine Vulkanisationsform zum Vulkanisieren eines Fahrzeugluftreifens. Ein derartiger Profilring 1 besteht üblicherweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus Stahl und setzt sich aus einer Anzahl von Profilringsegmenten, beispielsweise sieben bis einhundertvierzig Profilringsegmenten, zusammen, wobei von der Innenfläche des Profilringes 1 Elemente vorstehen, insbesondere Stege oder Rippen zum Einformen von Rillen im

Faufstreifenmaterial des zu vulkanisierenden Fahrzeugluftreifens, oder Famellen zum Einformen von Einschnitten im Faufstreifenmaterial. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Elemente, zum Teil oder sämtliche dieser Elemente, nach einem speziell ablaufenden Verfahren durch selektives Laserschmelzen, insbesondere unmittelbar an der Innenfläche des Profilringes 1 aufgebaut. Sollte der Profilring 1 an seiner Innenfläche la eine vorhandene Beschichtung, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, aufweisen, kann diese vorab entsprechend des„Musters“ der aufzubringenden Elemente bzw. in den zu bedruckenden Arealen und daher partiell mittels des Laserstrahls entfernt werden.

Wie beispielsweise Fig. 2 zeigt wird im Inneren des Profilringes 1 eine Laser- Scanner- Einheit 2 einer Bestrahlungsvorrichtung positioniert bzw. installiert. Die Laser- Scanner- Einheit 2 ist entweder ein höhenverstellbarer 2D- Scanner mit Fokussieroptik oder ein optional höhenverstellbarer 3D-Scanner, ebenfalls optional mit Fokussieroptik, etwa einer f-Theta-Optik, und ist eine optische Komponente einer Bestrahlungsvorrichtung 6. Die Laser-Scanner-Einheit 2 ist dazu eingerichtet, den Laserstrahl 7 auf einen beliebigen Punkt eines Scanfeldes 8a zu fokussieren. Das Scanfeld 8a ist jener Bereich unterhalb der Scanner-Einheit 2, in welchem der Laserstrahl 7 fokussiert geführt werden kann. Die Installation der Laser-Scanner-Einheit 2 erfolgt beispielsweise im Bereich der

Rotationsachse a des Profilringes 1. Weitere Komponenten der Bestrahlungsvorrichtung sind insbesondere ein Laser 3, ein optional vorgesehener Strahlaufweiter 4 und optionale Umlenkspiegel 5. Der vom Laser-Scanner-Einheit 2 emittierte Laserstrahl 7 ist in Fig. 2 in zwei Positionen eingezeichnet, um seine grundsätzliche Bewegung und unterschiedliche Fokuslagen zu verdeutlichen.

Die sich infolge des schichtweisen Aufbaus während des Verfahrens ändernde Fokuslage kann bei Überschreitung des einsteh- und ausnutzbaren Fokuslagenbereichs der Laser- Scanner-Einheit 2 durch eine Änderung des Abstandes der Laser-Scanner-Einheit 2 zur Prozesszone 8b, jener Fläche, in welcher der Laserstrahl 7 auf aufschmelzendes Pulver trifft, kompensiert werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Prozesszone eine “3D-Prozessfläche“ und nicht, wie beim Standard -Verfahren, eine Prozessebene. Wie in Fig. 2 durch den Doppelpfeil angedeutet ist, verlaufen die Scanwege des

Laserstrahls 7 hauptsächlich quer zur Rotationsrichtung. Die vom Laserstrahl 7 belichteten Spuren ergeben sich aus der Rotationsbewegung des Profilringes 1 und der Führungsbahn des Laserstrahls 7. Fig. 4 zeigt schematisch und anhand eines einfachen Ringes 1‘ als Rotationskörper das Scanfeld 8a und die Prozesszone 8b, die auf einen relativ schmalen Streifen reduziert ist. In Fig. 3 sind die Drehrichtung mit einem Pfeil, an der Innenfläche 1’a bereits umgeschmolzene Bereiche 9 nach dem Scanfeld 8a, eine Blende 10 und vor dieser ein Pulvervorrat 11 angedeutet.

Wie insbesondere Fig. 5 und Fig. 6 zeigen wird die Laser- Scanner-Einheit 2 derart im Inneren des Profilringes 1 positioniert, dass sich die bereits erwähnte Blende 10, die vom Laserstrahl 7 erfasste Prozesszone 8b sowie eine Metallpulver, insbesondere Titanpulver, abgebende Einrichtung 12 im Bereich der tiefsten Stelle der Innenfläche la des Profilringes 1 befinden bzw., was die Blende 10 und die Einrichtung 12 betrifft, angeordnet werden. Die Metallpulver abgebende Einrichtung 12 ist innerhalb des Profilringes 1 höhenverstellbar angeordnet, um den sich ändernden Abstand zur Pulverfläche auszugleichen. Wie insbesondere Fig. 5 zeigt, ist die Blende 10 in der einfachsten Ausgestaltung ein

plättchenförmiger Bauteil, welcher quer zur Rotationsrichtung und insbesondere in radialer Richtung verlaufend während des Ablaufes des Verfahrens jeweils in einem einer

Schichtdicke einer Umschmelzschicht entsprechenden Abstand vor der Innenfläche la positioniert wird. Darüber hinaus erstreckt sich die Blende 10 quer über die Innenfläche la des Profilringes 1 und sie weist zur Innenfläche la eine Kontur auf, welche an die

Ausgangskontur der Innenfläche la angepasst ist. Die Blende 10 ist ferner in radialer

Richtung bewegbar und verstellbar, sodass zwischen der Blende 10 und der Innenfläche la definierte Spalten eingestellt werden können, deren Breiten mit der Schichtdicke der Umschmelzschichten korrelieren, wie noch beschrieben wird. Zum Aufbau der gewünschten dreidimensionalen Strukturen an der Innenfläche la wird der Rotationskörper, im Beispiel der Profilring 1, in Drehbewegung versetzt. Zwischen der Blende 10 und der Innenfläche la ist ein Spalt entsprechend der Dicke einer

Umschmelzschicht eingestellt. Die Pulver abgebende Einrichtung 12 gibt nun kontinuierlich Pulver ab, wobei das während der Rotation des Profilringes 1 mitgerissene Pulver von der Blende 10 abgestreift wird, sodass im Bereich nach der Blende 10 auf der Innenfläche la eine Pulverschicht mit definierter Schichtdicke vorliegt. Die Pulverschicht wird im Scanfeld 8a partiell, entsprechend den der Führung des Laserstrahls zugrunde liegenden geometrischen Daten mittels des Laserstrahls 7 umgeschmolzen und erstarrt, wie es auch beim Standard SLM- Prozess üblich ist. In Fig. 6 sind nach der Prozesszone 8b Bereiche mit umgeschmolzenem Pulver angedeutet.

Während oder nach einer Umdrehung oder nach mehreren erfolgten kompletten

Umdrehungen des Profilringes 1 wird die Blende 10 um eine Schichtdicke angehoben, sodass auf den bereits umgeschmolzenen Arealen eine weitere Pulverschicht für das Erzeugen der nächsten Umschmelzschicht zur Verfügung gestellt wird. Fig. 7a bis 7f verdeutlichen Positionen der Blende 10 und der vor der Blende 10 gebildeten

umgeschmolzene Bereiche in aufeinanderfolgenden Anhebepositionen der Blende 10.

Sollten innerhalb einer Umdrehung nicht alle vorgesehenen Strukturschichten belichtet bzw. umgeschmolzen worden sein, erfolgen in entsprechend weiteren Umdrehungen Belichtungen mit gleicher Blendenhöhe, bis die Strukturen der jeweiligen Schicht abschließend durchgeführt sind.

Wie bereits erwähnt, wird die Blendengeometrie entsprechend an die Ausgangsgeometrie der Fläche des Rotationskörpers angepasst. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Blende derart ausgestaltet ist, dass sie eine einstell- und verstellbare Außenkontur aufweist, beispielsweise indem die Blende entsprechend mehrteilig gestaltet ist. Insbesondere ist es von Vorteil, die Blendenkontur an die sich bei fortschreitendem Aufbau der Strukturen an der Innenfläche la ggf. ändernde Außenkontur dieser Strukturen anzupassen.

Nach einer Vielzahl von Umdrehungen und dem Bilden einer Vielzahl von

umgeschmolzenen Schichten entsteht schließlich die gewünschte stoffschlüssige Struktur auf der Innenfläche la des Profilringes 1 gemäß den über eine 3D-CAD-Software zur Verfügung stehenden Daten zur Steuerung des Laserstrahls 7 in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit. Ein wesentlicher Unterschied der Erfindung zum Standard-SLM-Prozess besteht vor allem darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich abläuft und es daher auch keine Unterbrechungen durch die Herstellung von planen Umschmelzschichten gibt. Da die Zuführung des Metallpulvers kontinuierlich erfolgt, kann das zugeführte Pulver von Schicht zu Schicht oder auch über Bereiche gewechselt bzw. variiert werden. Dadurch können Bauteile aufgebaut werden, welche aus Materialien mit unterschiedlichen

Schmelzpunkten bestehen.

Wie es beim herkömmlichen SLM-Verfahren üblich ist, wird auch das erfindungsgemäße Verfahren in einem geschlossenen System durchgeführt, beispielsweise in einem

entsprechenden Behälter, welcher allseitig verschlossen ist, evakuiert werden kann und mit Schutzgas geflutet wird.

Alternativ kann in der von ihren Dimensionen her begrenzten Prozesszone eine lokale Schutzzone, analog wie beim herkömmlichen Schweißen, vorgesehen werden. Dadurch verringert sich die Komplexität des Anlagenaufbaus und der Start des Verfahrens wird beschleunigt. Des Weiteren kann ein Multi-Laser-Scanner-Einheit (Fig. 8) mit einer Anzahl von Laser- Scanner-Einheiten 13 verwendet werden, welche für eine

Verfahrensbeschleunigung sorgen.

Alternativ können Laser-Scanner-Einheiten durch eine Vielzahl einzeln zu steuernder Dioden-Laser l4a - zusammengefasst in einem Dioden-Laser-Array 14 (Fig. 9) - ersetzt werden, welche die gesamte Breite der zu belichtenden Rotationsfläche des

Rotationsköpers überspannen. Durch gezieltes Ein- und Ausschalten wird das Pulver lokal und selektiv auf dem rotierenden Grundkörper aufgeschmolzen. Die feste Fokuslage des Dioden-Laserarrays wird durch eine Abstandsänderung des Arrays 15 zur Prozesszone 8b kompensiert.

Darüber hinaus kann unterhalb der Prozesszone eine Heizung positioniert werden, welche durch Erwärmung der Prozesszone für eine Verbesserung der Materialeigenschaften der gedruckten Areale sorgt. Bei der Verwendung von Metallpulver mit ferromagnetischen Eigenschaften kann durch ein Magnetfeld unterhalb der Prozesszone das Pulver in der Prozesszone, vorzugsweise gezielt, verdichtet und ein unerwünschtes Fließen des Metallpulvers auf den bereits erstellten umgeschmolzenen Strukturen verhindert. Metallpulver, die nicht ferromagnetisch sind, werden durch die während der Rotation des Rotationskörpers wirkende

Zentrifugalkraft am Fließen gehindert. Metallpulver, welches, beispielsweise bei einer geringen Rotationsgeschwindigkeit, nicht in der Prozesszone verbleibt, oder durch Anhalten der Drehbewegung des Rotationskörpers verteilt wird, kann mittels einer Pulverauffangvorrichtung 15 mit Feitelementen l5a, wie sie beispielsweise in Fig. 10 angedeutet sind, aufgefangen und direkt der Pulver abgebenden Einrichtung 12 zugeführt werden. Darüber hinaus kann überschüssiges Pulver unmittelbar hinter der Prozesszone abgesaugt werden. Diese Maßnahme ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Pulver aus unterschiedlichen Materialien eingesetzt wird, um eine Kontaminierung oder Vermischung von Metallpulvem zu verhindern.

Der im Beispiel verwendete Profilring kann einteilig sein und nach dem Bedrucken in Profilringsegmente geteilt werden. Der Profilring kann jedoch bereits aus der gewünschten Anzahl von Segmenten bestehen, wobei der Faser an den Segmentgrenzen unterbricht. Die Erfindung ist auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungen nicht beschränkt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auf analoge Weise beliebig gestaltete Rotationskörper an ihren Innen- uns/oder Außenflächen, auch mit anderen pulverförmigen Rohstoffen als Metallpulver, beschichten oder mit dreidimensionalen Strukturen versehen. Bei Rotationskörpern mit größerer Fängenausdehnung, wie beispielsweise Rohrleitungen, kann vorgesehen werden, die Faser- Scanner-Einheit entlang der Rotationsachse des Rotationskörpers zu bewegen, sodass auch Rotationflächen solcher Rotationskörper mit gedruckten Strukturen versehen werden können. Grundsätzlich kann anstelle von

Faserstrahlung auch Elektronenstrahlung eingesetzt werden. Bezugsziffernliste

1 . Profilring

l‘ . Ring

la, l‘a . Innenfläche

2. Laser-Scanner-Einheit

3 . Laser

4. Strahlaufweiter

5 . Umlenkspiegel

6. Bestrahlungsvorrichtung 7. Laserstrahl

8 a . Scanfeld

8b . Prozesszone

9. umgeschmolzener Bereich

10 . Blende

11 . Pulvervorrat

12 . Pulver abgebende Einrichtung

13 . Multi-Laser-Scanner-Einheit

14 . Dioden-Laser-Array l4a . Dioden-Laser

15 . Pulverauffangvorrichtung l5a . Leitelement

a . Rotationsachse