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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Formkörpers.
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Aus der
DE 10 2006 008 332 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung einer funktionellen Baueinheit, sowie eine funktionelle Baueinheit bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist der Formkörper in aufeinanderfolgenden Schichten aus einem Sintermaterial erzeugt. Bevorzugt werden bei dem Verfahren – insbesondere mittels Additiver Fertigung – aufeinanderfolgend Schichten aus dem Sintermaterial aufeinander aufgetragen, wobei wenigstens ein Teil der aufgetragenen Schicht unter Ausbildung eines Teils des Formkörpers versintert, insbesondere durch thermische Einwirkung verschmolzen oder verfestigt, wird. So kann der Formkörper in aufeinanderfolgenden Schichten aufwachsend erzeugt werden. Bevorzugt wird in dem Formkörper wenigstens ein Einlegeteil oder im Formkörper erzeugtes Einfügeteil wenigstens teilweise umschlossen oder eingeschlossen. Dazu wird bei dem Verfahren für das Einlegeteil oder Einfügeteil in dem Formkörper ein Hohlraum erzeugt, welcher ausgebildet ist, das Einlegeteil wenigstens teilweise oder vollständig aufzunehmen. Die Aufnahme in den Hohlraum erfolgt beispielsweise durch ein formorientiertes Einlegen des Einlegeteiles. Bevorzugt ist dabei zwischen der Hohlraumwandung und dem Einlegeteil keine stoffliche Verbindung vorgesehen, insbesondere keine direkte stoffliche Verbindung des Grundmaterials der Einzelschichten bzw. des Formkörpers mit dem Grundmaterial des Einlegeteils.
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Bevorzugt wird zur Ausbildung des Hohlraums ein nicht versintertes Sintermaterial, insbesondere Sinterpulver, abgesaugt. Bevorzugt wird das Einlegeteil dann in den so erzeugten Hohlraum eingebracht. Mittels der selektiven Absaugung des Sinterpulvers in den Hohlraum können vorteilhaft den Formkörper umgebende Pulverbereiche zum Abstützen des Formkörpers bestehen bleiben. Weiter vorteilhaft können so nach einem Einlegen des Formkörpers weitere Sintermaterialschichten aufgewalzt oder aufgerakelt werden, sodass das Einlegeteil oder ein in dem Hohlraum erzeugtes Einfügeteil in dem Formkörper eingeschlossen werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Formkörper in einer geschlossenen Atmosphäre erzeugt. Die geschlossene Atmosphäre weist bevorzugt ein Gas, insbesondere Stickstoff oder Argon auf. Weiter bevorzugt ist die Atmosphäre Sauerstofffrei. Dadurch kann das Sintermaterial vorteilhaft beim Versintern nicht oxidieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird an eine den Hohlraum umschließende Wand ein Vorsprungsbereich angeformt, welcher einen Öffnungsrand des Hohlraums überragt und so ausgebildet ist, das Einlegeteil formschlüssig in dem Hohlraum zu halten. Das Einlegeteil kann so durch den Vorsprungsbereich in dem Hohlraum festgehalten werden und aus dem Hohlraum nicht herausfallen. Weiter bevorzugt kann der Vorsprungsbereich die Öffnung zu dem Hohlraum hin nur teilweise verschließen. Vorteilhaft kann so eine Öffnung gebildet sein, durch welche das Einlegeteil von außen zugänglich sein kann.
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Bevorzugt schließt nach dem Einlegen des Einlegeteiles in den Hohlraum eine Oberkante des Einlegeteils mit einer Schicht des Formkörpers ab, so dass die Oberkante des Einlegeteils in einer Ebene der Oberfläche der Schicht verläuft. Dadurch kann vorteilhaft eine weitere Schicht hindernisfrei auf die mit der Oberkante abschließende Schicht aufgebracht werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Einlegeteil wenigstens teilweise oder vollständig mit einem Deckel abgedeckt. Dadurch kann ein Hohlraum oder Hohlräume in dem Einlegeteil erhalten bleiben, so dass dort beim Aufbringen einer weiteren Sinterpulverschicht kein Sinterpulver in den Hohlraum des Einlegeteils eindringen kann.
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In einer anderen Ausführungsform kann ein zwischen dem Einlegeteil und dem für das Einlegeteil erzeugten Hohlraum verbleibender Spalt – insbesondere beim folgenden Auftrag einer Sinterpulverschicht – mit Sinterpulver aufgefüllt werden. In einer anderen Ausführungsform kann der Spalt mir einer Spritzmasse, insbesondere Elastomermasse ausgefüllt werden. Die Elastomermasse ist beispielsweise ein Silikongel.
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Der Formkörper kann nur ein Einlegeteil, oder wenigstens ein Einlegeteil, oder mehrere Einlegeteile, beispielsweise zwei, drei oder vier Einlegeteile aufweisen. Zusätzlich zu dem Einlegeteil oder anstelle des Einlegeteils kann der Formkörper ein in dem Formkörper erzeugtes Einfügeteil aufweisen. Das Einfügeteil kann beispielsweise mittels Einspritzen und Aushärten einer Masse, insbesondere Kunststoffmasse erzeugt werden.
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Die Einlegeteile können beispielsweise in zueinander verschiedenen Schichtebenen in dem Formkörper angeordnet sein. Bei dem Verfahren kann so ein Hohlraum zur Aufnahme eines Einlegeteils in einer Schichtebene auf einer Höhenstufe des Formkörpers fertiggestellt sein, wobei ein weiterer Hohlraum in dem Formkörper auf derselben Schichtebene noch nicht fertiggestellt ist.
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Somit können Oberkanten der Hohlräume in dem Formkörper entweder auf derselben Schichtebene abschließen oder auf zueinander verschiedenen Schichtebenen abschließen, oder beide Ausführungsformen an dem Formkörper ausgebildet sein.
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Das Einlegeteil kann beispielsweise insbesondere spaltfrei an den Hohlraum angepasst sein. In einer anderen Ausführungsform ist zwischen dem Einlegeteil und einer den Hohlraum umschließenden Wand ein Spalt oder ein Zwischenraum ausgebildet. So kann sich das Einlegeteil in dem Hohlraum vorteilhaft thermisch ausdehnen. In beiden Fällen liegt innerhalb des Hohlraumes keine stoffliche Verbindung zwischen dem Grundmaterial des Formkörpers und dem Grundmaterial des Einlegeteiles vor.
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In einer anderen Ausführungsform kann der Zwischenraum beispielsweise mittels einer insbesondere elastischen Spritzmasse, insbesondere Silikonmasse, oder mit Sintermaterial verschlossen werden.
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Im Falle des in dem Hohlraum erzeugten Einfügeteils schließt das Einfügeteil vorteilhaft insbesondere spaltfrei an die den Hohlraum begrenzende Wand an.
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Das Einlegeteil ist beispielsweise ein elektronisches Bauteil oder ein mechanisches Bauteil. Das elektronische Bauteil ist beispielsweise eine elektronische Vorrichtung, insbesondere elektronische Baugruppe, umfassend wenigstens einen Schaltungsträger und wenigstens ein oder mehrerer elektronische Bauteile. Die Vorrichtung weist beispielsweise ein Halbleiterbauteil und/oder einen Sensor als elektronisches Bauteil auf. Das Halbleiterbauteil ist beispielsweise ein integrierter Schaltkreis oder ein Halbleiterschalter. Der Halbleiterschalter ist beispielsweise ein gehäuseloser Bare-Die. Eine elektronische Baugruppe kann dazu beispielsweise einen Leadframe, auch Stanzgitter genannt aufweisen, welcher mit dem Halbleiterschalter verbunden ist. Vorteilhaft kann eine Baugruppe umfassend ein Stanzgitter und wenigstens ein ungehäustes Halbleiterbauelement, insbesondere einen Bare-Die oder intergrierten Schaltkreis in den Schichten des Formkörpers eingeschlossen und so geschützt sein. Ein gesonderter Moldkörper für das ungehäuste Halbleiterbauelement zu dessen Schutz kann so vorteilhaft entfallen.
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Das Einlegeteil weist beispielsweise einen elektrischen Kontakt auf oder ist durch einen elektrischen Kontakt gebildet. Der elektrische Kontakt kann beispielsweise aus dem Formkörper herausragen, oder durch eine Öffnung in dem Formkörper kontaktiert werden.
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Der Sensor ist beispielsweise ein Beschleunigungssensor. Der Beschleunigungssensor kann beispielsweise in den Formkörper vollständig eingeschlossen sein. Andere Ausführungsformen für einen Sensor sind beispielsweise ein optischer Sensor, welcher ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlen zu empfangen und ein die Strahlen repräsentierendes Sensorsignal zu erzeugen. Der Sensor kann beispielsweise angeordnet und ausgebildet sein, durch die vorgenannte Öffnung in den Formkörper die elektromagnetischen Strahlen zu empfangen.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist der Sensor ein Ultraschallsensor. Der Sensor kann beispielsweise ein Abstandssensor zum Erfassen eines Abstandes, beispielsweise als Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems, sein. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise eine Einparkhilfe sein. Der Abstandssensor kann Ultraschallwellen erzeugen und diese durch die vorbeschriebene Öffnung senden und reflektierte Ultraschallwellen durch die vorbeschriebene Öffnung empfangen.
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Der Formkörper kann so beispielsweise eine Stoßstange oder ein Kunststoffteil für ein Kraftfahrzeug sein. Vorteilhaft kann die Stoßstange wenigstens ein Einlegeteil, beispielsweise eine Steuervorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines Sensors, den wenigstens einen Sensor und eine Schnittstelle, beispielsweise einen Datenbus zur Signalübertragung des Sensorsignals aufweisen. Die Einlegeteile können so vorteilhaft beim Erzeugen der Stoßstange in die Stoßstange eingebaut werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein den Formkörper ausbildender Teil der Schicht mittels eines Lasers versintert. Der Laser ist beispielsweise ein YAG-Laser (YAG = Yttrium-Aluminium-Granat), ein Neodym-Laser oder ein Halbleiter-Laser. Der Formkörper kann so vorteilhaft mittels selektivem Lasersintern aufwandsgünstig erzeugt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei dem Verfahren an einer Oberkante des Hohlraums ein Kragen zum Aufsetzen der Absaugvorrichtung erzeugt. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Gummilippe eines Absaugrohrs dicht auf den Kragen aufsetzen und das Pulver aus dem Hohlraum für das Einlegeteil selektiv absaugen. So können vorteilhaft umgebende Bereiche des Pulvers bestehen bleiben und werden nicht mit abgesaugt.
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Bevorzugt ist der Kragen an eine den Hohlraum bildende Wand angeformt und erstreckt sich – nach Art eines Hutkragens – flach in der Schichtebene. Beispielsweise weist der Kragen eine Sollbruchstelle auf, so dass der Kragen nach dem Absaugen des verbleibenden Sinterpulvers abgebrochen werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Absaugen des Sintermaterials Saugluft durch einen Zuluftkanal an den Hohlraum herangeführt, welcher durch den Kragen an dem Formkörper im Bereich des Hohlraums abdichtet. So kann der Hohlraum vorteilhaft auch bei größeren Hohlraumtiefen vollständig leergesaugt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Absaugen mittels eines doppelwandigen Rohrs, wobei ein Hohlraum des Rohrs den Zuluftkanal und ein weiterer Hohlraum einen Absaugkanal bildet.
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Auf diese Weise können vorteilhaft Strömungswirbel in dem Hohlraum erzeugt werden, welche auch tiefer in dem Hohlraum liegende oder an der Hohlraumwand haftende Sinterpulverteile mit aufwirbeln können und so sicher absaugen können. Der Hohlraum kann mittels des doppelwandigen Absaugrohrs vorteilhaft vollständig leergesaugt werden.
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Bevorzugt wird die zuvor erwähnte Zuluft in einem Außenrohr des doppelwandigen Rohrs zugeführt, sodass der zuvor erwähnte Zuluftkanal durch das Außenrohr des doppelwandigen Rohrs gebildet ist. Das doppelwandige Rohr weist bevorzugt ein Innenrohr auf, wobei das Innenrohr ein Saugrohr bildet, durch welches die in dem Zuluftkanal zugeführte Luft wieder abgesaugt werden kann. Das Innenrohr bildet so den Absaugkanal. Die Luft strömt dabei von dem Zuluftkanal in den Hohlraum hinein, kann dort Verwirbelungen ausbilden und wird in umgekehrter Richtung durch das Innenrohr wieder abgesaugt. Der Hohlraum kann so vorteilhaft vollständig vom Sintermaterialpulver geleert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Sintermaterial einen Kunststoff auf oder ist durch einen Kunststoff gebildet. Der Kunststoff ist bevorzugt ein Thermoplast. Der Thermoplast ist beispielsweise ein Polyalken, insbesondere Polyethylen oder Polypropylen, ein Polyamid, PMMA (PMMA = Poly-Methyl-Meth-Acrylat), PES (PES = Poly-Ethylen-Sulfid) oder ABS-Kunststoff (ABS = Acrylnitril-Butadien-Styrol).
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Das Sintermaterial kann in einer anderen Ausführungsform zum Teil aus Kunststoff gebildet sein. Beispielsweise kann das Sintermaterial durch Kunststoffperlen gebildet sein, welche Kunststoff als Matrixmaterial aufweisen und zusätzlich einen anorganischen Füllstoff aufweisen. Der Füllstoff kann beispielsweise eine Keramik, beispielsweise ein Metalloxid, ein Metallborid, ein Metallkarbid, ein Metallnitrid oder ein Metallsilizid sein.
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In einer anderen Ausführungsform ist das Sintermaterial durch kunststoffbeschichtete Perlen gebildet. Die Perlen weisen dazu einen anorganischen Kern auf, welcher beispielsweise durch einen Glaskern oder einen Keramikkern gebildet ist. Die Perlen weisen bevorzugt jeweils eine Kunststoffhülle auf, wobei der Kunststoff der Kunststoffhülle beispielsweise durch einen Thermoplast gebildet ist. Das Sintermaterial kann so vorteilhaft mittels eines Lasers versintert werden, sodass die Kunststoffhüllen beim Versintern miteinander verschmelzen können.
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Das Sintermaterial kann in einer anderen Ausführungsform ein Metall aufweisen oder durch ein Metall gebildet sein. Das Metall ist beispielsweise Aluminium. Der Formkörper kann so vorteilhaft ein Metallformkörper sein.
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In einer anderen Ausführungsform ist das Einlegeteil durch ein Keramikteil, insbesondere durch einen keramischen Sensor, beispielsweise einen Piezo-Sensor, gebildet.
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Die Erfindung betrifft auch einen Formkörper. Der Formkörper ist insbesondere mittels des vorbeschriebenen Verfahrens oder einer Variante des vorbeschriebenen Verfahrens erzeugt. Der Formkörper weist bevorzugt aufeinanderfolgende Schichten aus einem Kunststoff-Sintermaterial auf.
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Bevorzugt weist der Formkörper wenigstens ein Einlegeteil auf, insbesondere ein elektrisches Bauteil, wobei das Einlegeteil in den Formkörper eingebettet ist. Das Einlegeteil ist bevorzugt aus einem anderen Material gebildet als der Formkörper. Das Einlegeteil ist bevorzugt ein elektrisches Bauteil, insbesondere eine Vorrichtung oder Baugruppe umfassend elektronische Bauteile, insbesondere integrierten Schaltkreis und/oder einen Sensor. Das Einlegeteil kann auch durch einen elektrischen Kontaktformkörper, insbesondere Metallkontakt gebildet sein, welcher wenigstens teilweise aus dem Formkörper herausragt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einlegeteil ein Kunststoffteil, insbesondere ein Elastomerteil. Das Elastomerteil ist beispielsweise eine Dichtung. Die Dichtung ist bevorzugt eine Silikondichtung oder eine TPE-Dichtung (TPE = Thermoplastisches Elastomer).
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Die Dichtung kann beispielsweise in den Hohlraum als fertiges Formteil eingelegt werden.
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In einer anderen Ausführungsform wird in den Hohlraum eine ein Einfügeteil ausbildende Masse, insbesondere Elastomermasse eingespritzt, und kann dann das Einfügeteil, beispielsweise eine Dichtung ausbildend – beispielsweise unter Einwirken von Ultraviolettstrahlen – ausreagieren.
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Bevorzugt wird das Elastomerteil in der geschlossenen Atmosphäre an dem Formkörper, insbesondere in dem Hohlraum erzeugt. Dadurch kann der Formkörper vorteilhaft in der Atmosphäre verbleiben und muss so für weitere Bearbeitungsschritte nicht aus der Atmosphäre entnommen werden.
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Bevorzugt wird eine in den Hohlraum eingebrachte Elastomermasse mittels Ultraviolett-Strahlen ausgehärtet, insbesondere auspolymerisiert. Das so erzeugte Elastomerteil ist beispielsweise ein Gel, insbesondere ein Silikongel. Die Ultraviolettstrahlen können beispielsweise mittels eines Lasers erzeugt werden.
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Mittels des Gels kann vorteilhaft ein in den Hohlraum ragendes elektronisches Bauteil mit einer an den Hohlraum grenzenden Schicht wärmeleitfähig verbunden werden.
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In einer anderen Ausführungsform ist die Masse, insbesondere das Gel elektrisch leitfähig ausgebildet, und weist dazu bevorzugt elektrisch leitfähige Partikel auf. Die Partikel sind beispielsweise Kohlenstoffpartikel, insbesondere Nanoröhren, Metallpartikel, insbesondere Kupferpartikel. Mittels der elektrisch leifähigen Masse kann beispielsweise eine elektrische Verbindung erzeugt werden, welche ein elektronisches Bauteil als Einlegeteil mit einem weiteren Bauteil elektrisch verbindet. Auf diese Weise kann in dem Formkörper wenigstens eine oder mehrere elektrische Verbindungen zwischen Bauteilen durch eine elektrisch leitfähige Masse, insbesondere Spritzmasse oder Gussmasse gebildet sein.
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Das weitere Bauteil ist beispielsweise ein nach außen ragender elektrischer Anschluss. Dadurch kann durch eine – beispielsweise elastisch ausgebildete elektrisch leitfähige Masse gebildete elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Baugruppe, beispielsweise dem Schaltungsträger und dem elektrischen Anschluss ein thermische Ausdehnungen kompensierendes Brückenelement in dem Formkörper ausgebildet werden.
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Zusätzlich oder unabhängig von der elektrisch leitfähigen Masse kann auf eine Schicht eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Metallschicht als Leiterbahn – beispielsweise mittels Plasmaspritzen oder thermischen Spritzen aufgebracht werden. Die so gebildete Leiterbahn kann vorteilhaft wenigstens zwei in dem Formkörper wenigstens teilweise oder vollständig eingeschlossene elektronische Bauteile miteinander elektrisch verbinden.
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Die so gebildete elektrisch leitfähige Verbindung kann sich in einer Schicht erstreckend ausgebildet sein, oder sich durch mehrere aufeinanderliegenden Schichten erstrecken. Elektronische Bauteile können beispielsweise mittels der Masse in derselben Schichtebene miteinander verbunden sein oder in zueinander verschiedenen sich parallel zueinander erstreckenden Schichtebenen mittels der elektrisch leitfähigen Masse verbunden sein.
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Das Verfahren zum Erzeugen des Formkörpers mittels Additiver Fertigung, insbesondere SLS (SLS = Selektives-Laser-Sintern) kann vor dem Einlegen des Einlegeteils, oder vor dem Erzeugen des Einfügeteils in dem Hohlraum abgeschlossen sein.
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In einer anderen Ausführungsform kann der Prozess der Additiven Fertigung, insbesondere Lasersintern, nach dem Einbringen des Einlegeteils oder Erzeugen des Einfügeteils wie bereits zuvor beschrieben fortgesetzt werden, so dass das Einlegeteil dann in dem Formkörper wenigstens teilweise oder vollständig umschlossen werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Additiven Fertigen, insbesondere Lasersintern eines Formkörpers, insbesondere gemäß dem Verfahren der vorbeschriebenen Art.
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Die Vorrichtung weist eine Strahlenquelle zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlen, insbesondere einen Laser auf, welche ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlen, insbesondere Laserstrahlen zum teilweisen Versintern von Sintermaterial zu erzeugen. Die Vorrichtung weist auch eine Absaugvorrichtung auf, welche ausgebildet ist, Sintermaterial aus einem mittels der Laserstrahlen erzeugten Hohlraum abzusaugen.
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Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Formkörper, welcher mittels Sinter-3D-Druck erzeugt ist und in dem eine elektronische Vorrichtung eingeschlossen ist;
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2 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen des in 1 dargestellten Formkörpers, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, unversintertes Sinterpulver aus einem Hohlraum abzusaugen;
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3 zeigt eine Aufsicht auf den in 2 teilweise erzeugten Formkörper, so dass die erzeugten Hohlräume sichtbar sind;
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen teilweise dargestellten schichtweise mittels Sintern, insbesondere Lasersintern erzeugten Formkörper, in dem ein Sensor formschlüssig eingeschlossen ist.
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1 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für einen Formkörper 1. Der Formkörper 1 weist eine elektrische Vorrichtung 2 auf, welche in den Formkörper 1 teilweise eingebettet ist. Die elektrische Vorrichtung 2 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Schaltungsträger 3, welcher beispielsweise durch eine faserverstärkte Leiterplatte oder einen keramischen Schaltungsträger, beispielsweise einen LTCC-Schaltungsträger (LTCC = Low-Temperature-Cofired-Ceramics), einen HTCC-Schaltungsträger (HTCC = High-Temperature-Cofiredceramics) oder AMB-Schaltungsträger (AMB = Active-Metal-Brazed) gebildet ist. Die elektrische Vorrichtung 2 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Sensor 4, welcher beispielsweise ein Beschleunigungssensor, insbesondere ein MEMS-Sensor (MEMS = Micro-Elecronic-Mechanical-Sensor), ist.
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Die elektrische Vorrichtung 2 umfasst auch einen integrierten Schaltkreis 5, welcher ausgebildet ist, ein von dem Beschleunigungssensor 4 erzeugtes Beschleunigungssignal zu empfangen und in Abhängigkeit des Beschleunigungssignals ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches einen überhöhten Beschleunigungswert, beispielsweise verursacht durch einen Unfall, repräsentiert.
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Die elektrische Vorrichtung 2 umfasst auch ein elektronisches Bauelement 6, insbesondere einen Kondensator. Der Formkörper 1, welcher in diesem Ausführungsbeispiel aus einzelnen Kunststoffschichten mittels Additiver Fertigung, in diesem Ausführungsbeispiel Selektivem Lasersintern erzeugt ist, weist für die elektrische Vorrichtung 2, und somit für den Schaltungsträger 3 und die mit dem Schaltungsträger 3 verbundenen elektronischen Bauelemente, einen Hohlraum in dem Formkörper auf. Der Formkörper 1 weist für den Sensor 4 einen Hohlraum 7, für den Kondensator 6 einen Hohlraum 8 und für den integrierten Schaltkreis 5 einen Hohlraum 9 auf.
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Der Hohlraum 9 kann beispielsweise wenigstens teilweise mit einem Gel, insbesondere Silikongel angefüllt sein, so dass der integrierte Schaltkreis 5 Verlustwärme an die Schichten 11, 12, 13, 14 und 15 abgeben kann.
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Mit dem Schaltungsträger 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel auch ein elektrischer Kontakt 19 verbunden, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Steckkontakt ausgebildet ist. Der Kontakt 19 ragt mit einem Endabschnitt aus dem Formkörper 1 heraus, sodass die elektrische Vorrichtung 2 von außen über den Kontakt 19 elektrisch kontaktiert werden kann. Die elektrische Vorrichtung 2 ist von dem Formkörper 1 umschlossen und so geschützt in dem Formkörper 1 aufgenommen.
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Der Formkörper 1 umfasst eine äußere Schicht 11, welche mit einer weiteren Schicht 12 verbunden ist. In der Schicht 12 ist ein Teil des Hohlraums 7 für den Sensor 4 ausgebildet. Auf die Schicht 12 folgt eine Schicht 13, in welcher ein weiterer Teil des Hohlraums 7 ausgebildet ist und ein Teil des Hohlraums 9 für den integrierten Schaltkreis 5. Auf die Schicht 13 folgt eine Schicht 14, in welcher ein weiterer Teil des Hohlraums 7, ein Teil des Hohlraums 8 und ein Teil des Hohlraums 9 ausgebildet ist. Auf die Schicht 14 folgt eine Schicht 15, in der ein Teil des Hohlraums 7, ein Teil des Hohlraums 8, ein Teil des Hohlraums 9 und ein Hohlraum 27 für den Kontakt 19 ausgebildet ist. Auf die Schicht 15 folgt eine Schicht 16, in der ein Hohlraum 10 für die Leiterplatte 3 ausgebildet ist.
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Das Sintermaterial der Schichten in dem die Hohlräume 7, 8, 9, 27 und 10 umgebenden Bereichen ist – beispielsweise mittels Laserstrahlen – versintert und so verfestigt worden. Das Sintermaterial im Bereich der Hohlräume 7, 8 und 9, 27 und 10 ist nicht versintert worden, und so pulverförmig erhalten geblieben.
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Beim Erzeugen des Hohlraums 10 sind die Hohlräume 7, 8 und 9 bereits fertiggestellt, so dass die Hohlräume 7, 8 und 9 auf einer anderen Schichtebene abschließen als der Hohlraum 10.
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Das in den Hohlräumen erhalten gebliebene pulverförmige Sintermaterial kann nach dem Erzeugen der Schicht 16 – wie im Folgenden in 2 noch näher erläutert – abgesaugt werden, sodass die vorgenannten Hohlräume hohl und frei von Sinterpulver ausgebildet sind. Die Leiterplatte 3 kann zusammen mit den mit der Leiterplatte 3 verbundenen Bauelementen, insbesondere dem Sensor 4, dem Kondensator 6, dem integrierten Schaltkreis 5 in die so erzeugten Hohlräume eingelegt werden. Der Kontakt 19 kann vor dem Einlegen der Leiterplatte 3 in den Hohlraum 27 eingelegt werden, und mit einer elektrisch leitfähig ausgebildeten Masse 29, insbesondere Guss- oder Spritzmasse durch Aufbringen auf den Kontakt 19 verbunden werden. Die Masse 29 kann den Kontakt 19 beim Einlegen der Leiterplatte 3 mit der Leiterplatte 3, insbesondere an einer Leiterbahn der Leiterplatte 3 mit der Leiterplatte 3 elektrisch verbinden. Der Kontakt 19 kann vorteilhaft eine Aussparung zum Einbringen der Masse 29 aufweisen. So kann ein elektrisches Bauteil des Formkörpers 1 mit einem anderen Bauteil in dem Formkörper 1 mittels einer elektrisch leitfähigen Spritzmasse, insbesondere partikelgefülltes Silikongel, elektrisch verbunden werden.
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Anschließend kann eine weitere Sinterschicht 17 aufgebracht werden und versintert werden. Die Leiterplatte 3 ist so in dem Formkörper 1 eingeschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel ist noch eine weitere Sinterschicht 18 an dem Formkörper 1 ausgebildet, welche eine äußere Schicht des Formkörpers 1 bildet, welcher zur Schicht 11 gegenüberliegt und welcher mit der Schicht 17 verbunden ist. Die Schichten 11 und 18 weisen jeweils einen Endabschnitt auf, welcher über den Bereich des Formkörpers 1, welcher durch die Schichten 12, 13, 14, 15, 16 und 17 gebildet ist, hinausragt und welche gemeinsam einen Steckerkragen ausbilden. Ein dort verbleibendes, den Steckerkragen stützendes Sinterpulver kann nach dem Entformen des Formkörpers – beispielsweise mittels Absaugen – entfernt werden.
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Der Kontakt 19, insbesondere Steckkontakt, ist so durch den so ausgebildeten Kragen geschützt.
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2 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 30 zum Erzeugen des in 1 dargestellten Formkörpers 1.
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Die Vorrichtung 30 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Stellvorrichtung 31, welche mit einem Schlitten 32 verbunden ist und welcher ausgebildet ist, den Schlitten 32 entlang einer Translationsachse 52, in diesem Ausführungsbeispiel auch quer zu der Translationsachse 52, zu bewegen. Mit dem Schlitten 32 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Laser 33 verbunden, welcher ausgebildet ist, Laserstrahlen 34 zum Versintern von unversintertem Sinterpulver zu erzeugen und die Laserstrahlen 34 auszusenden. Der Laser 33 kann die Laserstrahlen 34 beispielsweise mittels einer optischen Lenkvorrichtung, insbesondere einem Spiegel, über die Sinterpulverschicht bewegen.
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Mit dem Schlitten 32 ist auch eine Hubvorrichtung 51 verbunden. Mit der Hubvorrichtung 51 ist eine Absaugvorrichtung 35 verbunden. Die Hubvorrichtung 51 ist ausgebildet, die Absaugvorrichtung 35 quer zur Achse 52 zu bewegen.
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Die Absaugvorrichtung 35 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein Außenrohr 36, welches einen sich längs erstreckenden Hohlraum 38 umschließt. In dem Hohlraum 38, und so umschlossen von dem Außenrohr 36, ist ein Innenrohr 37 angeordnet, welches in dem Außenrohr 36 aufgenommen ist. Die Absaugvorrichtung ist ausgebildet, durch den Hohlraum 38, welcher einen Zwischenraum zwischen dem Innenrohr 37 und dem Außenrohr 36 bildet, einen Zuluftstrom zu senden, welcher im Bereich eines Rohrendes des Außenrohrs 36 austreten kann. Im Bereich des Rohrendes des Außenrohrs 36 ist eine Dichtung 40 angeordnet, welche einen Dichtungsrand aufweist, welcher ausgebildet ist, gegen eine Schicht des Formkörpers, insbesondere einen durch Versintern von Sinterpulver erzeugten Kragen 49 oder Absatz aufzusetzen und gegen den Kragen oder Absatz abzudichten.
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2 zeigt in diesem Ausführungsbeispiel den teilweise von der Vorrichtung 30 erzeugten Formkörper 1‘. Der Formkörper 1‘ ist in diesem Ausführungsbeispiel bis zur Schicht 15 erzeugt. In dem Formkörper 1‘ sind die Hohlräume 27, 9, 8 und 7 ausgebildet.
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Die Vorrichtung 30 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei nebeneinander angeordnete Hubkolben 42 und 43. Der Hubkolben 42 ist im Hohlraum angeordnet und ist ausgebildet, in dem Hohlraum entlang einer Hubrichtung hin- und herbewegt zu werden. Mittels des Hubkolbens 42 kann in dem Hohlraum angeordnetes Sinterpulver 44 aus dem Hohlraum herausgedrückt werden, von einer Walze 44 abgetragen werden und als abgetragenes Sinterpulver 44‘ in einzelnen Schichten auf den Hubkolben 43 transportiert werden. Auf dem Hubkolben 43 kann durch Versintern mittels der Laserstrahlen 34 der Formkörper 1‘ erzeugt werden.
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In dem Hohlraum 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft unversintertes, von der Walze 41 aufgetragenes und verbliebenes Sinterpulver 44‘‘ zurückgeblieben. Die Absaugvorrichtung 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit der Dichtlippe 40 auf einen durch einen Teil der Schicht 15 ausgebildeten Kragen 49 aufgesetzt und kann in dem Hohlraum 8 zur Freilegung des Hohlraums 8 das Sinterpulver 44‘‘ absaugen. Dazu wird durch den Zuluftkanal 38 Luft zugeführt, welche durch einen Hohlraum 39 des Innenrohrs 37 abgesaugt werden kann. Die Zuluft kann dabei bei einer Richtungsumkehr im Bereich des Rohrendes des Außenrohrs 36 Verwirbelungen 50 erzeugen, mit denen das unversinterte Sinterpulver 44‘‘ vollständig aus dem Hohlraum 8 entfernt werden kann.
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Die Absaugvorrichtung 35 kann beispielsweise für zueinander verschieden geformte Hohlräume und zueinander verschieden geformte Absätze oder Kragen wie den Kragen 49 entsprechend angepasste Dichtlippen wie die Dichtlippe 40 aufweisen, welche vor dem Andocken an die entsprechenden Hohlräume von der Absaugvorrichtung – beispielsweise mittels eines mit der Absaugvorrichtung verbundenen Greifers – mit dem Außenrohr 36 verbunden werden können. So kann die Absaugvorrichtung 35 zueinander verschieden geformte Hohlräume anfahren und dort mit der jeweiligen, zu dem Hohlraum und dem jeweiligen Kragen passenden Dichtlippe das in dem jeweiligen Hohlraum befindliche unversinterte Sinterpulver absaugen.
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Die Absaugvorrichtung kann – anders als zuvor beschrieben – eine Dichtlippe aufweisen, welche an die Geometrie des Formkörpers wie dem Formkörper 1‘ derart angepasst ist, dass die in den Hohlräumen vorhandenen unversinterten Sinterpulverteile gleichzeitig abgesaugt werden können. Eine solche Dichtlippe kann dazu beispielsweise mehrere Einzeldichtlippen zu den jeweiligen Hohlräumen aufweisen, welche zueinander parallel in einen Zwischenhohlraum münden, wobei der Zwischenhohlraum an das Rohr 36 angekoppelt ist.
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3 zeigt – schematisch – den in 2 dargestellten teilweise erzeugten Formkörper 1‘ in einer Aufsicht. Sichtbar sind die Hohlräume 10, 7, 8, 9 und der Hohlraum 27. Der Formkörper 1‘ weist in diesem Ausführungsbeispiel weitere neben dem Hohlraum 27 angeordnete Hohlräume wie den Hohlraum 27 auf, in welchen jeweils ein weiterer Kontakt einer Leiterplatte angeordnet werden kann.
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4 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für einen weiteren Formkörper 20. Der weitere Formkörper 20 ist wie der Formkörper 1 aus Schichten erzeugt. In dem Formkörper 20 ist ein Hohlraum 21 ausgebildet, in dem ein Sensor 22 angeordnet ist. Der Sensor 22 ist beispielsweise ein Ultraschallsensor. Der Formkörper 20, welcher in 4 teilweise dargestellt ist, kann beispielsweise ein Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug sein.
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Der Formkörper 20 weist eine Basisschicht 28 auf, an die weitere Schichten anschließen, in denen der Hohlraum 21 ausgebildet ist. Der Hohlraum 21 ist bis zu einer Schicht 23 hin ausgebildet, wobei sich zwischen der Schicht 28 und der Schicht 23 noch fünf weitere Zwischenschichten erstrecken, in welchen jeweils ein Teil des Hohlraums 21 ausgeformt ist.
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Der Sensor 22 kann nach dem Erzeugen der Schicht 23 – beispielsweise durch die in 2 dargestellte Vorrichtung 30 – in den Hohlraum 21 nach dem Absaugen des darin verbliebenen unversinterten Sinterpulvers – beispielsweise wie das in 2 dargestellte Sinterpulver 44‘‘ – eingefügt werden. Der Sensor 22 kann dann durch Anformen eines Vorsprungsbereiches 26 formschlüssig in dem Hohlraum 21 gehalten sein. Dazu kann nach dem Einfügen des Sensors 22 auf die Schicht 23 eine weitere Schicht 24 aufgetragen und versintert werden, an der der Vorsprungsbereich 26 ausgebildet ist. Der Vorsprungsbereich 26 überragt dabei den Hohlraum 21. Der Sensor 22 ist beispielsweise ausgebildet, Ultraschallwellen, insbesondere reflektierte Ultraschallwellen 25, zu empfangen und ein die Ultraschallwellen 25 repräsentierendes Sensorsignal als Ausgangssignal zu erzeugen, das einen Abstand zwischen dem Sensor 22 und einem Objekt repräsentiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006008332 B4 [0002]