DE102013203368A1

DE102013203368A1 - Formkern zum ausformen eines formwerkzeugs

Info

Publication number: DE102013203368A1
Application number: DE102013203368A
Authority: DE
Inventors: Charles Alan Rocco; Jeffery N. Conley; Raymond E. Kalisz; Bernie Gerard Marchetti; Larry Edward Ellis; Harold P. Sears; James Todd Kloeb; Alan Lawrence Jacobson; Ronald H. Hasenbusch
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-08-29
Also published as: KR20130099880A; US8567477B2; CN103286274A; US20130220569A1; CN103286274B

Abstract

Ein Formkernpaket zum Formen eines Formwerkzeugs beinhaltet mehrere gestapelte Partikelschichten mit einem Bindemittel. Die mehreren gestapelten Partikelschichten bilden Opferwände. Eine längliche Opferverdrängungsleitung erstreckt sich durch das Formkernpaket bei einer Ausformoberfläche des Formkernpakets. Ein Formhohlraum wird durch die gestapelten Partikelschichten definiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Werkzeug mit konformen Heiz- und Kühlleitungen und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Formkerne werden oftmals hergestellt, um Formwerkzeuge zur Verwendung bei Ausformoperationen zu gießen. Traditionelle Verfahren zum Herstellen von Formwerkzeugen variieren je nach der Anwendung und den Anforderungen des ausgeformten Produkts.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Formkernpaket zum Ausformen eines Formwerkzeugs mehrere gestapelte Partikelschichten mit einem Bindemittel. Die mehreren gestapelten Partikelschichten bilden Opferwände. Eine längliche Opferverdrängungsleitung erstreckt sich durch das Formkernpaket bei einer Ausformoberfläche des Formkernpakets. Ein Formhohlraum wird durch die gestapelten Partikelschichten definiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Formwerkzeugs unter Verwendung eines Opferformkernpakets das Bereitstellen einer dünnen Schicht aus Partikeln. Eine Sanddruckeinrichtung wird bereitgestellt. Ein Binder wird auf die dünne Schicht aus Partikeln gedruckt, wobei die Sanddruckeinrichtung eine Querschnittsschicht des Opferformkernpakets darstellt. Mehrere der dünnen Schicht aus Partikeln werden gestapelt, um das vollständige Opferformkernpaket auszubilden. Ein geschmolzenes Material wird auf dem Opferformkernpaket aufgebracht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgusswerkzeugs: (a) Abscheiden einer dünnen Schicht aus Partikeln und (b) selektives Aufbringen eines Bindemittels auf die dünne Schicht aus Partikeln, um einen Querschnitt eines Formkernpakets zu definieren. Das Wiederholen der Schritte (a) und (b) erzeugt ein Formkernpaket. Ein geschmolzenes Material wird auf das Formkernpaket aufgebracht. Die dünne Schicht aus Partikeln und das Bindemittel des Formkernpakets werden entfernt, um das Spritzgusswerkzeug auszubilden.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Sanddruckeinrichtung, ausgelegt zum Drucken mehrerer Schichten aus Binder auf mehrere Schichten aus Sand, um einen Formkern auszubilden. Der Formkern wird verwendet, um entweder eine Einsatzform, eine Basisform oder ein Formwerkzeug zu konstruieren, die oder das verwendet wird, um Formteile herzustellen. Die Einsatzform oder das Formwerkzeug enthält konforme Leitungen und konforme Reservoirs, ausgelegt zum Aufnehmen eines Heizfluids und eines Kühlfluids, um die Ausbildung von Formteilen innerhalb der Einsatzform oder des Formwerkzeugs zu unterstützen. Die konformen Leitungen folgen eng einer Ausformoberfläche, die sich bei einem Formhohlraum der Einsatzform oder des Formwerkzeugs befindet.
Diese und weitere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden von dem Fachmann bei der Lektüre der folgenden Patentschrift, Ansprüche und beigefügten Zeichnungen verstanden und gewürdigt.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Draufsicht auf einen starren Containmentkasten oder Arbeitskasten vor der Ausbildung eines Formkernpakets durch eine Sanddruckeinrichtung;
2 eine perspektivische Draufsicht auf den starren Containmentkasten von 1 während des Verteilens der ersten Schicht aus feinem Partikulat in dem starren Containmentkasten;
3 eine perspektivische Draufsicht auf den starren Containmentkasten von 1 nach mehreren Durchgängen einer Sanddruckeinrichtung;
4 eine perspektivische Draufsicht auf den starren Containmentkasten von 1, unmittelbar bevor eine frische Schicht aus feinen Partikeln über der Druckoberfläche des starren Containmentkastens verteilt werden soll;
5 eine perspektivische Draufsicht auf den starren Containmentkasten von 1, wobei eine frische Schicht aus feinem Partikulat über der Druckoberfläche des starren Containmentkastens verteilt ist;
6 eine perspektivische Draufsicht auf den starren Containmentkasten von 1, nachdem ein voller Formkern in dem starren Containmentkasten gedruckt worden ist;
6A eine seitliche Perspektivansicht des starren Containmentkastens von 1, der die Formkerne enthält, wobei überschüssiger ungebundener Sand entfernt ist;
7 eine perspektivische Draufsicht auf unmontierte Formkomponenten nach dem Entfernen aus dem starren Containmentkasten;
7A eine perspektivische Draufsicht auf den montierten Formkern von 7;
8 eine perspektivische Draufsicht auf ein Formkernpaket von 7A;
9 eine obere perspektivische Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX von 8;
10 eine seitliche Querschnittsansicht auf das Formkernpaket von 8 entlang der Linie X-X;
11 eine obere perspektivische Querschnittsansicht eines Formkernpakets während des Füllens des geschmolzenen Metalls in einem durch das Formkernpaket definierten Gussbereich;
12 eine obere perspektivische Querschnittsansicht der Ausbildung eines Formkernpakets nach der Einleitung des geschmolzenen Metalls zu dem Formkernpaket;
12A eine seitliche Querschnittsansicht des Formkernpakets von 12;
13 eine perspektivische Draufsicht des aus dem Formkernpaket ausgebildeten resultierenden Formwerkzeugs;
14A eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Konstruktion einer konformen Leitung, die sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
14B eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer konformen Leitung, die sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
14C eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer konformen Leitung, die sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
14D eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer konformen Leitung, die sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
14E eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer konformen Leitung, die sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
14F eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer konformen Leitung, die sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
14G eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer konformen Leitung, die sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
14H eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer konformen Leitung, die sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
14I eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer konformen Leitung, die sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
15A eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines konformen Reservoirs, das sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
15B eine perspektivische Draufsicht des konformen Reservoirs und des Formwerkzeugs von 15A;
15C eine obere perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines konformen Reservoirs, das sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
15D eine perspektivische Draufsicht des konformen Reservoirs und des Formwerkzeugs von 15C;
15E eine perspektivische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines konformen Reservoirs, das sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
15F eine perspektivische Draufsicht noch einer weiteren Ausführungsform eines konformen Reservoirs, das sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
15G eine perspektivische Draufsicht noch einer weiteren Ausführungsform eines konformen Reservoirs, das sich durch ein Formwerkzeug erstreckt;
16 eine perspektivische Draufsicht des Formwerkzeugs, das eine erste Formhälfte darstellt, vor der Verbindung mit einer komplementären zweiten Formhälfte;
16A eine perspektivische Draufsicht der ersten Formhälfte und der zweiten Formhälfte von 16 nach der Verbindung;
17 eine perspektivische Draufsicht eines Formteils nach dem Entfernen von der ersten Formhälfte und der zweiten Formhälfte;
18 eine obere perspektivische Querschnittsansicht der Ausbildung eines Einsatzformwerkzeugs in einem Formkernpaket;
19 eine seitliche Querschnittsansicht des Einsatzformwerkzeugs von 18;
20 eine obere perspektivische Querschnittsansicht des Einsatzformwerkzeugs nach dem Entfernen aus dem Formkernpaket;
21 eine perspektivische Draufsicht auf das erste und zweite Einsatzformwerkzeug vor der Installation in einer ersten und zweiten Basisform;
21A eine obere perspektivische Querschnittsansicht der Formbaugruppe von 21;
22 eine perspektivische Draufsicht der Formbaugruppe von 21 während des Ausformens eines Teils;
23 eine perspektivische Draufsicht der Formbaugruppe von 21 während des Entfernens des Formteils;
24 eine schematische Ansicht einer Temperatursteuerstation in Verbindung mit einer Formbaugruppe und dem Einleiten eines Heizfluids zu der Formbaugruppe;
25 eine schematische Ansicht einer mit einer Formbaugruppe gekoppelten und ein Kühlfluid in die Formbaugruppe einleitenden Temperatursteuerstation;
26 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Heizsystems zur Verwendung mit einer Formbaugruppe;
27 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Kühlsystems zur Verwendung mit einem Formwerkzeug der vorliegenden Erfindung;
28 eine obere auseinandergezogene Perspektivansicht eines Sandformpakets, das einen Oberkasten, einen Unterkasten und einen Kern umfasst;
29 eine perspektivische Draufsicht des Sandformpakets von 28 mit in den Unterkasten eingesetzten Kern;
30 eine perspektivische Draufsicht des Sandformpakets von 28, wobei der Oberkasten und der Unterkasten in Vorbereitung auf das Gießen eines geschmolzenen Materials beieinander positioniert sind;
31 eine Perspektivansicht eines aus dem Sandformpaket von 28 hergestellten Gussteils, wobei das Sandformpaket von 28 weggebrochen ist; und
32 eine Perspektivansicht des Gussformteils, wie durch das Sandformpaket von 28 hergestellt.
Zu Zwecken der Beschreibung in diesem Text sollen die Ausdrücke „oberer“, „unterer“, „rechter“, „linker“, „hinterer“, „vorderer“, „vertikal“, „horizontal“ und Ableitungen davon die Erfindung wie in 1 orientiert betreffen. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung verschiedene alternative Orientierungen annehmen kann, außer wo ausdrücklich gegenteilig festgelegt. Es versteht sich auch, dass die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten und in der folgenden Patentschrift beschriebenen spezifischen Einrichtungen und Prozesse einfach Ausführungsbeispiele der in den beigefügten Ansprüchen definierten erfindungsgemäßen Konzepte sind. Somit sind die hierin offenbarten Ausführungsformen betreffenden spezifischen Abmessungen und andere physische Charakteristika nicht als beschränkend anzusehen, sofern die Ansprüche ausdrücklich etwas anderes angeben.
Unter Bezugnahme auf die 1–27 wird ein Formkernpaket 10 dargestellt. Das Formkernpaket 10 wird zum Ausbilden eines Formwerkzeugs 12 verwendet. Das Formkernpaket 10 enthält mehrere gestapelte Partikelschichten 14 mit einem Bindemittel 16. Die mehreren gestapelten Partikelschichten 14 bilden Opferwände 18. Eine längliche Opferpartikelleitung 20 erstreckt sich durch das Formkernpaket 10 und definiert eine konforme Leitung 22 im Formwerkzeug 12. Ein Formhohlraum 26 wird durch die mehreren gestapelten Partikelschichten 14 definiert.
Es wird in Betracht gezogen, dass das Formwerkzeug 12 bei einer beliebigen einer Vielzahl von Ausformoperationen verwendet werden könnte. Zu solchen Ausformoperationen können zum Beispiel Spritzguss, Schaumstoffformen, Blasformen, Thermoformen, Spritzpressen, Reaktionsspritzguss, Formpressen, Extrusion usw. zählen. Das Formwerkzeug 12, wie in der folgenden Beschreibung dargelegt, wird zu Spritzgussanwendungen verwendet. Der Durchschnittsfachmann versteht jedoch, dass das Formwerkzeug 12, das durch den Einsatz des Formkernpakets 10 hergestellt wird, für eine beliebige der oben erwähnten Ausformanwendungen verwendet werden kann.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 1–6 wird ein Modellkasten oder ein Arbeitskasten 40, der aus einer beliebigen einer Anzahl von Materialien einschließlich Holz, Metall usw. hergestellt ist, unter einer Druckeinrichtung 42 positioniert. Der Arbeitskasten 40 definiert einen Druckbereich 44, innerhalb dessen das Formkernpaket 10 (8) aus den mehreren gestapelten Partikelschichten 14 konstruiert wird. Die Druckeinrichtung 42 enthält einen Trichter 46 und eine Ablagerungsmulde 48, die eine dünne Schicht aus aktivierten feinen Partikeln 50 wie etwa Silikat, Sand, Keramik-Sand-Mischungen usw. innerhalb des Druckbereichs 44 ablegt. Die Partikel 50 können von beliebiger Größe sein, einschließlich 0,002 mm bis 2 mm Durchmesser. Die Druckeinrichtung 42 enthält auch eine Binderablagerungseinrichtung oder einen Binderdispensierer 52. Wie unten ausführlich offenbart wird, sprüht der Binderdispensierer 52 eine dünne Schicht eines Binders oder Bindemittels 16 in der Form einer einzelnen Schicht des gewünschten Formkernpakets 10. Eine Wiederholung des Schichtens von Sand und Sprühens von Bindemittel 16 durch den Binderdispensierer 52 auf die feinen Partikel 50 führt zu der Herstellung von dreidimensionalen (3D) Formkernmodellen 10. Die 3D-Formkernmodelle 10 werden über eine Zeitdauer erzeugt, die ausreicht, um auf jede dünne Schicht aus feinen Partikeln 50 zu drucken. Das erzeugte Formkernpaket 10 wird schließlich zum Herstellen des Formwerkzeugs 12 verwendet, das zum Herstellen von Formteilen verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein CAD-Programm (Computer-Aided Design), das in einem mit der Druckeinrichtung 42 gekoppelten Computer 60 läuft, das die gewünschte Gestalt des Endprodukts enthält, in das CAD-Programm der Druckeinrichtung 42 eingespeist. Es wird in Betracht gezogen, dass CAD- oder eine beliebige andere Form von 3D-Modellierungssoftware verwendet werden kann, um ausreichende Informationen für die 3D-Druckeinrichtung 42 bereitzustellen, um das gewünschte Formkernpaket 10 auszubilden (8). Vor der Aktivierung der 3D-Druckeinrichtung 42 wird eine vorbestimmte Menge der feinen Partikel 50 durch einen Partikelauslauf 62 in den Trichter 46 geschüttet, zusammen mit einer Aktivierungsbeschichtung oder einem Aktivator 70, der oder die durch einen Aktivatorauslauf 72 geliefert wird. Wenngleich die dargestellte Ausführungsform einen feinen Sand als das feine Partikulat 50 verwendet, wie oben angemerkt, kann das feine Partikulat 50 ein beliebiges einer Vielzahl von Materialien oder Kombinationen davon enthalten. Die feinen Partikel 50 werden in dem Trichter 46 mit dem Aktivator 70 gemischt. Die Mischung aus feinen Partikeln 50 und Aktivator 70 kann durch einen Rührer 74 oder irgendeine andere Rühreinrichtung gemischt werden, so dass die feinen Partikel 50 aktiviert werden.
Nachdem die feinen Partikel 50 und der Aktivator 70 gründlich gemischt worden sind, werden die feinen Partikel 50 zu der Ablagerungsmulde 48 bewegt. Nunmehr unter Bezugnahme auf die 2 und 3 werden die feinen Partikel 50, nachdem sie zu der Ablagerungsmulde 48 bewegt worden sind, über den Druckbereich 44 in einer feinen ebenen Schicht durch die Ablagerungsmulde 48 verteilt. Nach dem Verteilen in einer dünnen Schicht auf dem Druckbereich 44 in dem Arbeitskasten 40 werden die aktivierten feinen Partikel 50 mit dem Bindemittel 16 gesprüht. Das Bindemittel 16 kommt von dem Binderdispensierer 52, der eine dünne Schicht des Bindemittels 16 in einem Muster 80 sprüht, das eine erste dünne Querschnittsschicht des gewünschten Formkernpakets 10 darstellt (8). Nachdem das Bindemittel 16 gesprüht worden ist, wird eine andere Mischung aus feinen Partikeln 50 und Aktivator 70 vorbereitet und in die Ablagerungsmulde 48 geschüttet. Die Ablagerungsmulde 48 dispensiert dann eine andere Schicht aus aktivierten feinen Partikeln 50 über der zuvor verteilten Schicht aus feinen Partikeln 50 in dem Arbeitskasten 40. Der Binderdispensierer 52 fährt wieder über den Druckbereich 44, wobei er eine dünne Schicht des Bindemittels 16 in dem Muster 80 sprüht, das eine zweite dünne Querschnittsschicht des gewünschten Formkernpakets 10 bei der ersten dünnen Querschnittsschicht darstellt. Diese Schritte werden mehrmals wiederholt, bis jede Querschnittsschicht des Formkernpakets 10 gedruckt worden ist (6). Unter Verwendung dieser Formkernkonstruktionstechnik kann so gut wie jede Gestalt des Formkernpakets 10 ausgebildet werden. Weiterhin kann das Formkernpaket 10 innere Strukturmerkmale aufweisen, die durch andere bekannte Verfahren nicht anderweitig hergestellt werden können. Insbesondere kann das Formkernpaket 10 so konstruiert werden, dass es mehrere Opferpartikelleitungen 20 (6A) enthält, die sich in dem Formkernpaket 10 und um dieses herum erstrecken. Die mehreren Opferpartikelleitungen 20 werden aus dem Bindemittel 16 und feinen Partikeln 50 auf die gleiche Weise hergestellt, wie das Formkernpaket 10 ausgebildet wird. Wie hier eingehender offenbart wird, werden die mehreren Opferpartikelleitungen 20 dann verwendet, um konforme Kanäle oder Leitungen 22 (13) zu definieren, die das schnelle Erhitzen und Kühlen des Formwerkzeugs 12 (13) während des Spritzgießens der Teile gestatten. Nunmehr unter Bezugnahme auf die 7 und 7A wird auch in Betracht gezogen, dass beliebige von Verriegelungsmerkmalen zum Verbinden von Komponenten eines Formkernpakets genutzt werden können. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Verbundformkern 92 mit einer Vielzahl von Komponenten eines Formkernpakets 93A, 93B, 93C und 93D für das Einsetzen in einen Arbeitskasten ausgelegt. In gewissen Fällen, wenn große Formwerkzeuge 12 (13) ausgebildet werden, müssen mehrere Komponenten eines Formkernpakets zusammengebaut werden, um die Formwerkzeuge 12 auszubilden. Wie gezeigt, werden die Komponenten eines Formkernpakets 93A, 93B, 93C und 93D unter Verwendung von Opferverbindungsstücken 94 kombiniert, die ausgelegt sind zur Ineingriffnahme von Aufnahmeschlitzen 95 in jeder der Komponenten eines Formkernpakets 93A, 93B, 93C und 93D. Die Komponenten eines Formkernpakets 93A, 93B, 93C und 93D fungieren ansonsten ähnlich dem in dieser Offenbarung erörterten Formkernpaket 10.
Wie in den 8–11 gezeigt, enthält das 3D-Formkernpaket 10 eine Ausformoberfläche 100, die allgemein die Gestalt eines Teils, das schließlich ausgeformt wird, darstellt. Das Formkernpaket 10 enthält auch die mehreren Opferpartikelleitungen 20, die konforme Leitungen 22 (13) in dem Formwerkzeug 12 definieren. Das Formkernpaket 10 weist auch eine Gestalt auf, die die Größe und Positionierung der konformen Leitungen 22 enthält, die längliche Passagen sind, durch die sich Heiz- und Kühlfluide während der Ausbildung von Formteilen in dem Formwerkzeug 12 bewegen. Gleichzeitig sind konforme Leitungen 22 um eine Ausformoberfläche 160 (13) dessen herum angeordnet, was schließlich das Formteil sein wird. Die konformen Leitungen 22 unterstützen das Heizen und Kühlen des Formteils während des Ausformprozesses. Wie in 9 und 10 gezeigt, wird das Formkernpaket 10 für die Einleitung eines geschmolzenen Materials 110 vorbereitet. Das geschmolzene Material 110 kann ein beliebiges einer Vielzahl von Metallen sein, einschließlich Gusseisen oder einer Legierung. Intermittierende beabstandete Kernstützen 111 können in dem Formkernpaket 10 angeordnet sein. Die Kernstützen 111 halten die Opferpartikelleitungen 20 an der Stelle über der Ausformoberfläche 100. Sowohl das Formkernpaket 10 als auch mehrere Opferpartikelleitungen 20 werden einmal verwendet, um ein Formwerkzeug 12 herzustellen. Das heißt, das Formkernpaket 10 und die mehreren Opferpartikelleitungen 20 werden im Allgemeinen während der Herstellung des Formwerkzeugs 12, nachdem das geschmolzene Material 110 in dem Formkernpaket 10 fest geworden ist, zerstört. Eine Legierung, wie etwa die, die in der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/268,369 mit dem Titel „Method of Producing a Cast Skin or Slush Mold“ und der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2010/144786 mit dem Titel „Low CTE Slush Molds with Textured Surface, and Method of Making and Using the Same“, die in ihrer Gänze hier durch Bezugnahme aufgenommen sind, gezeigt und beschrieben sind, können in das Formkernpaket 10 gegossen werden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 11–13 wird das Formwerkzeug 12 durch Gießen des geschmolzenen Materials 110 in das Formkernpaket 10 hergestellt. Das geschmolzene Material 110 füllt allen leeren Raum in dem Formkernpaket 10, den Opferwänden 18 und den Opferpartikelleitungen 20 und um diese herum. Das geschmolzene Material 110 kann das Bindemittel 16 in den dünnen Partikelschichten 14 ganz oder teilweise verbrennen. Nach dem Einleiten des geschmolzenen Materials 110 in das Formkernpaket 10 wird das Formkernpaket 10 in einem Ofen platziert, wo die Hitze das Bindemittel 16 in dem Formkernpaket 10 verflüchtigt. Das Gussformwerkzeug 12 wird dann von dem Formkernpaket 10 weggebrochen, indem die Opferwände 18 aufgebrochen werden, und etwaiger verbleibender Sand kann von dem Formwerkzeug 12 weggespült oder abgewaschen werden. Analog verflüchtigt sich das Bindemittel 16 auch in den Opferpartikelleitungen 20, so dass konforme Leitungen 22 mit einer Bürste oder mit einem Leistungszerstäuber gereinigt werden können, die oder der die feinen Partikel 50 aus den konformen Leitungen 22 herauswäscht. Weiterhin wird in Betracht gezogen, dass dünne Containmentwände um das Formkernpaket herum wie das in 11 gezeigte Formkernpaket 10 herum gedruckt werden können. Es wird in Betracht gezogen, dass die dünnen Containmentwände die Konfiguration des in 11 gezeigten Arbeitskastens 40 größtenteils spiegeln können. Es ist möglich, die dünnen Containmentwände unter Verwendung des oben erwähnten Sanddruckprozesses zu drucken, während auch das Formkernpaket 10 gedruckt wird. Ein geschmolzenes Material wie etwa das oben erwähnte geschmolzene Material 110 kann in die um das Formkernpaket 10 herum gedruckten dünnen Containmentwände gegossen werden. Damit die dünnen Containmentwände dem Gießprozess standhalten, würde ein Formkernpaket mit um das Formkernpaket herum gedruckten dünnen Containmentwänden in Gießereisand für zusätzliche Unterstützung gepackt werden. Auf diese Weise kann eine additive Herstellungstechnik verwendet werden, um Containmentwände für das Einschließen und Ausformen eines Gießteils, wenn durch Gießereisand gestützt, bereitzustellen. Weiterhin kann eine ähnliche Technik des Druckens von schützenden dünnen Containmentwänden verwendet werden, um ein sehr empfindliches und kompliziertes Formkernpaket vollständig zu umgeben. Es wird in Betracht gezogen, dass auf diese Weise eine schützende dünnwandige Containment-Struktur gedruckt werden kann, die ein empfindliches Formkernpaket vollständig umgibt, um das Formkernpaket zu schützen, bis es für einen Gießprozess benötigt wird. Die schützende dünnwandige Struktur kann dann weggebrochen werden, damit der Gießbediener das Formkernpaket herausnehmen kann.
Wie in 12–13 gezeigt, kann das geschmolzene Material 110 dann härten. Das geschmolzene Material 110 härtet unter Ausbildung des Formwerkzeugs 12. Nach dem Härten wird das Formkernpaket 10 zerstört und interne Hohlräume werden gereinigt. Nachdem das Formwerkzeug 12 geschrubbt und ordnungsgemäß behandelt worden ist, kann das fertiggestellte Formwerkzeug 12, das zurückbleibt, während des Spritzgusses oder anderer Formprozesse Formteile ausbilden. Das Formwerkzeug 12 enthält einen Injektionsport 120 zum Einspritzen eines Formmaterials 122 (15B) in den Formhohlraum 26 (16A), der zwischen gegenüberliegenden Formwerkzeugen 12 definiert ist. Außerdem wird angemerkt, dass konforme Leitungen 22 in dem Formwerkzeug 12 vorgesehen sind. Das Formwerkzeug 12 stellt nur eine Hälfte einer Formbaugruppe 130 (16A) dar, die zwei Formwerkzeuge 12 enthält, die als erste und zweite Formhälften 132, 134 (16A) arbeiten, die zum Ausbilden eines Formteils 140 verwendet werden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 14A–14H können die Opferpartikelleitungen 20 (12) mit verschiedenen Vorsprüngen ausgebildet werden, die unregelmäßige Gestalten in den konformen Leitungen 22 nach dem Aufbringen von geschmolzenem Material auf das Formkernpaket 10 definieren. Dementsprechend können die konformen Leitungen 22 eine Vielzahl von Konfigurationen und Merkmalen wie etwa turbulenzinduzierende Elemente enthalten. Wie in 14A gezeigt, beinhalten die konformen Leitungen 22 mehrere Rippen 144, die Ausnehmungen 143 in dem Formwerkzeug 12 definieren. Die Ausnehmungen 143 können gewünschte thermodynamische Charakteristika liefern, die Hitze vor dem Ausformprozess effizient zu dem Formmaterial 110 übertragen oder Hitze von einem bereits ausgebildeten Teil abziehen. Bei einer weiteren Ausführungsform werden, wie in 14B gezeigt, die Rippen 141 und Ausnehmungen 143 in einem Spiralmuster konstruiert, das eine zusätzliche Turbulenz in der konformen Leitung 22 erzeugen kann, wenn das Formwerkzeug 12 erhitzt oder gekühlt wird. Ähnliche Ausführungsformen, wie jene in 14C–14F gezeigten, beinhalten eine diamantförmige Konstruktion (14C), eine diamantförmige Konstruktion, die in einer Spiralkonfiguration vorliegt (14D), eine eiförmige Konstruktion (14E) und eine eiförmige Konstruktion, die in einer Spiralkonfiguration vorliegt (14F). Zudem kann sich auch der Durchmesser der konformen Leitung 22 ändern, so dass der Fluss durch das Formwerkzeug 12 zunimmt oder abnimmt, während das Erwärmungs-/Abkühlfluid durch die konformen Leitungen 22 hindurchtritt (14G). Diese und andere Variationen der konformen Leitungen 22 sind als Ergebnis der Herstellung des Formwerkzeugs 12 unter Verwendung eines Formkernpakets möglich, das durch den hier detaillierten 3D-Druckprozess hergestellt wird. Traditionelle Kühlleitungen für Formwerkzeuge wurden häufig gebohrt, wodurch die Möglichkeit von unregelmäßig geformten konformen Leitungen 22 entfiel. Außerdem wird, wie in 14H gezeigt, in Betracht gezogen, dass die Längserstreckung der konformen Leitungen 22 linear, bogenförmig, gewinkelt usw. sein kann. Weiterhin können die konformen Leitungen 22 wellig sein und Abschnitte enthalten, die sehr nahe an der Ausformoberfläche 160 (15A) sind, und andere Abschnitte, die nicht nahe an der Ausformoberfläche 160 sind, so dass verschiedene Bereiche der konformen Leitungen 22 einen unterschiedlichen Wärmeeinfluss auf das Formwerkzeug 12 und schließlich das Teil, das geformt wird, haben. Wie hierin angemerkt, werden diese Konfigurationen durch den hierin detaillierten 3D-Druckprozess ermöglicht.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren 15A–15D wird in Betracht gezogen, dass die konformen Leitungen 22 mit einem oder mehreren konformen Reservoirs 145 kommunizieren oder Teil dieser werden können. Jedes konforme Reservoir 145 wird aus einem Opferverdrängungskörper gebildet, der während der Konstruktion des Formkernpakets 10 mit dem Formkernpaket 10 ausgebildet wird. Der Opferverdrängungskörper kann verschiedene Ausnehmungen enthalten, die nach dem Aufbringen von geschmolzenem Material auf das Formkernpaket 10 unregelmäßige Gestalten in den konformen Reservoirs 145 definieren. Die konformen Reservoirs 145 sind ausgelegt zum Bereitstellen eines gleichförmigen Flusses von Heiz-/Kühlfluid durch das Formwerkzeug 12 bei der in dem Formwerkzeug 12 definierten Ausformoberfläche 160. Das Formwerkzeug 12 kann mehrere konforme Reservoirs 145 enthalten, die sich über das Formwerkzeug 12 erstrecken. Wie in 15C und 15D gezeigt, sind periodische Säulen 146 vorgesehen, die ausgelegt sind, mit Spritzgussdrücken assoziierten Lasten auf das Formwerkzeug 12 standzuhalten. Die periodischen Säulen 146 stellen sicher, dass das Spritzformwerkzeug 12 nicht nahe einem der konformen Reservoirs 145 bricht oder reißt. Außerdem enthält das Formwerkzeug 12 Trennwände 139, die verhindern, dass Formmaterial, das in den Formhohlraum 26 (16A) eingespritzt wird, in das konforme Reservoir 145 oder in die konformen Leitungen 22 eintritt.
Die konformen Reservoirs 145 können eine Vielzahl von Konstruktionen annehmen und können sich in verschiedenen Entfernungen von der Ausformoberfläche 160 befinden, je nach dem gewünschten Wärmeeinfluss, den die konformen Leitungen 22 auf das Formwerkzeug 12 und schließlich das zu formende Teil haben. Außerdem wird in Betracht gezogen, dass sich die konformen Reservoirs 145 durch das Formwerkzeug 12 wellen können. Insbesondere können Abschnitte der konformen Reservoirs 145 näher an der Ausformoberfläche 160 des Formwerkzeugs 12 als andere Abschnitte der konformen Reservoirs 145 liegen, wodurch Bereiche bereitgestellt werden, die einen höheren Wärmeeinfluss auf die Ausformoberfläche 160 besitzen als jene Bereiche der konformen Reservoirs 145, die von der Ausformoberfläche 160 weiter weg liegen.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 15E–15G können verschiedene Turbulenzen induzierende Elemente innerhalb der konformen Reservoirs 145 angeordnet sein, um die Stagnation zu begrenzen und die Turbulenz des Heiz-/Kühlfluids, das während des Spritzformprozesses durch das Teil strömt, zu verbessern. Wie in 15E gezeigt, ist eine Anzahl von Rippen 147 unter Winkeln relativ zueinander angeordnet und unterstützt den Strom in die und um die Rippen 147 herum. Alternativ sind, wie in 15F gezeigt, mehrere Ablenkbleche 148 an intermittierenden Positionen innerhalb des konformen Reservoirs 145 angeordnet, die dahingehend wirken, den Strom des durch das konforme Reservoir 145 fließenden Heiz-/Kühlfluids zu beeinflussen, und auch den Wärmeeinfluss des Heiz-/Kühlfluids an den Orten der Ablenkbleche 148 zu minimieren. Bei noch einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich, wie in 15G gezeigt, mehrere intermittierende Überstände 149 in das konforme Reservoir 145, wobei Strom und Stagnation von Heiz-/Kühlfluid in dem konformen Reservoir 145 beeinflusst werden. Wenngleich die gezeigten Überstände 149 eine zylinderförmige Konstruktion beinhalten, versteht sich, dass die Überstände 149 viele verschiedene Formen annehmen könnten. Der Durchschnittsfachmann versteht auch, dass als direkte Folge des Konstruierens aus dem hierin offenbarten 3D-Druckprozess in dem Formwerkzeug 12 eine beliebige einer Vielzahl unterschiedlicher Architekturen ausgeformt werden kann. Während des Ausformprozesses werden Turbulenzelemente durch eine Ausnehmung in dem Formkern definiert, die später während der Herstellung des Formwerkzeugs 12 durch das geschmolzene Material gefüllt wird.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 16 und 16A wird eine erste Formhälfte 132 mit einer zweiten Formhälfte 134 verbunden, die zuvor ausgebildet wurde und von komplementärer Gestalt ist. Die erste Formhälfte 132 und die zweite Formhälfte 134 stellen Formwerkzeuge 12 dar, die unter Verwendung der unter Bezugnahme auf 1–14 ausführlich beschriebenen Drucktechnik ausgebildet wurden. Der Formhohlraum 26 zwischen der ersten Formhälfte 132 und der zweiten Formhälfte 134 stellt die Gestalt des auszubildenden Formteils 140 dar (17). Die erste Formhälfte 132 und die zweite Formhälfte 134 werden über Stifte 144 verbunden, die um Ecken jeder der ersten und zweiten Formhälfte 132, 134 angeordnet sind und die die erste Formhälfte 132 und die zweite Formhälfte 134 seitlich (X- und Y-Richtung) sichern. Gleichzeitig sichert eine Presse 150 die erste Formhälfte 132 in einer vertikalen Richtung an der zweiten Formhälfte 134. Nachdem die erste Formhälfte 132 und die zweite Formhälfte 134 aneinander gesichert worden sind, wird das Formmaterial 122 mit hohem Druck durch den Injektionsport 120 eingespritzt. Folglich wird der zwischen der ersten Formhälfte 132 und der zweiten Formhälfte 134 definierte Formhohlraum 26 mit dem Formmaterial 122 gefüllt. Gleichzeitig wird ein Heizfluid 152 (24 und 25) in einen Einlass 153 durch die konformen Leitungen 22 gepumpt, die bei der Ausformoberfläche 160 der ersten Formhälfte 132 und der zweiten Formhälfte 134 angeordnet sind, und tritt durch einen Auslass 155 aus. Das Heizfluid 152 erwärmt die Ausformoberfläche 160 der ersten Formhälfte 132 und der zweiten Formhälfte 134, was einen ordnungsgemäßen Strom des Formmaterials 122 in den Formhohlraum 26 bewirkt. Nachdem der Formhohlraum 26 ganz mit Formmaterial 122 gefüllt worden ist, wird das Heizfluid 152 aus den konformen Leitungen 22 abgelassen. Die konformen Leitungen 22 werden dann mit einem Kühlfluid 154 gefüllt, um das in dem Formhohlraum 26 angeordnete Formmaterial 122 schnell abzukühlen. Es wird in Betracht gezogen, dass das Kühlfluid 154 und das Heizfluid 152 das gleiche Fluid sein können. Alternativ kann das Kühlfluid 154 ein erstes Fluid sein, das in einem gekühlten Zustand gut arbeitet, und das Heizfluid 152 kann ein zweites Fluid sein, dass in einem geheizten Zustand gut arbeitet. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer wird die erste Formhälfte 132 von der zweiten Formhälfte 134 getrennt und das Formteil 140 (17) wird entfernt. Die erste Formhälfte 132 und die zweite Formhälfte 134 sind nun für eine erneute Verbindung und Einleitung eines zusätzlichen Formmaterials 122 zum Ausbilden weiterer Formteile 140 bereit.
Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Einsatzformbaugruppe 168 (21), die eine erste und zweite Einsatzform 170, 172, auch als ein Hohlraumwerkzeug 170 und ein Kernwerkzeug 172 bekannt, aufweist, die ausgelegt sind zur Ineingriffnahme einer ersten bzw. zweiten Basisform 174, 176. Wie in 18–20 gezeigt, werden die erste und zweite Einsatzform 170, 172 in einem ähnlichen Prozess ausgebildet, wie oben bezüglich der 1–14 umrissen. Es wird der gleiche 3D-Druckprozess verwendet, doch wird der 3D-Druckprozess zum Ausbilden der ersten und zweiten Einsatzform 170, 172 anstelle des fertiggestellten Formwerkzeugs 12 verwendet. Die erste und zweite Einsatzform 170, 172 sorgen für eine schnelle Verbindung mit der ersten und zweiten Basisform 174, 176, wodurch ein Benutzer die erste und zweite Einsatzform 170, 172 schnell aus der ersten und zweiten Basisform 174, 176 auswechseln kann, wodurch die Rate verbessert wird, mit der verschiedene Formteile 140 in einer Formeinrichtung hergestellt werden können. Konforme Leitungen 22 und konforme Reservoirs 145 können in einer oder beiden der Einsatzformen 170, 172 ausgebildet werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die konformen Leitungen 22 in Fluidkommunikation mit konformen Leitungen 22 in der ersten und zweiten Basisform 174, 176 oder mit Übertragungsleitungen in der ersten und zweiten Basisform 174, 176 stehen können. Die konformen Leitungen 22, die konformen Reservoirs 145 und etwaige Übertragungsleitungen werden durch das Ausbilden von Opferkernabschnitten wie etwa Opferverdrängungsleitungen und Opferverdrängungskörpern in einem Formkernpaket 10 vor dem Einleiten von geschmolzenem Material in das Formkernpaket 10 hergestellt.
Wie in der Ausführungsform von 21–23 gezeigt, sind die erste und zweite Einsatzform 170, 172 ausgelegt zum Einsetzen in die erste bzw. zweite Basisform 174, 176. Die erste und zweite Einsatzform 170, 172 sind auf Stifte 180 ausgerichtet, die um Ecken der ersten und zweiten Basisform 174, 176 angeordnet sind. Während die Stifte 180 in der in 21–23 gezeigten Ausführungsform ausgelegt sind zur Ineingriffnahme der ersten und zweiten Einsatzform 170, 172, wird die vorliegende Erfindung nicht dadurch auf diese Ausführungsform beschränkt. Die Stifte 180 fungieren als ein Führungsmerkmal, das die Einsätze, die Basisformen, die Einsätze und die Basisformen führen kann, oder die Stifte 180 können ganz entfernt werden. Die erste Basisform 174, die erste Einsatzform 170, die zweite Einsatzform 172 und die zweite Basisform 176 werden dann sicher verbunden, und Formmaterial 122 wird durch einen Einlassport 179 in die erste Basisform 174 und durch die erste Einsatzform 170 eingelassen. Das Formmaterial 122 belegt den zwischen der ersten Einsatzform 170 und der zweiten Einsatzform 172 definierten Formhohlraum 26. Das Formmaterial 122 wird dann über die konformen Leitungen 22 erhitzt, was Heizfluid 152 beinhaltet, das in einen Einlass 182, durch die konformen Leitungen 22 und aus einem Auslass 184 einer Ausformoberfläche 188 der ersten und zweiten Einsatzform 170, 172 hinaus gepumpt wird. Nachdem das Formmaterial 122 innerhalb des Formhohlraums 26 ganz unter Druck gesetzt worden ist, wird Kühlfluid 154 in die konformen Leitungen 22 eingeleitet, um das Formmaterial 122 schnell abzukühlen oder abzuschrecken, wodurch ein gehärtetes Formteil 140 ausgebildet wird. Das Formteil 140 wird dann aus dem Formhohlraum 26 entfernt (23), und die erste Basisform 174, die erste Einsatzform 170, die zweite Einsatzform 172 und die zweite Basisform 176 werden dann wieder verbunden und noch einmal mit dem Formmaterial 122 gefüllt, um zusätzliche Formteile 140 auszubilden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 24 und 25 wird allgemein in Betracht gezogen, dass das Heizfluid 152 und das Kühlfluid 154, die sich entweder durch das Formwerkzeug 12 oder die Einsatzformbaugruppe 168 (kollektiv als die „Formbaugruppe 200“ bezeichnet) erstrecken, von einem Temperatursteuersystem 202 übertragen wird. Das Temperatursteuersystem 202 enthält das Heizfluid 152 und das Kühlfluid 154, die mit dem Formwerkzeug 12 oder der Einsatzformbaugruppe 168 in Kommunikation stehen. Wenn die Formbaugruppe 200 erhitzt werden soll, in der Regel während des anfänglichen Einleitens von Formmaterial 122 in die Formbaugruppe 200, öffnet eine Ventilstation 204 warmseitige Ventile 206, die eine Kommunikation des Heizfluids 152 von einem Reservoir 208 für erhitztes Fluid zu der Formbaugruppe 200 gestattet. Gleichzeitig werden kaltseitige Ventile 210, die die Kommunikation des Kühlfluids 154 von einem Reservoir 212 für gekühltes Fluid zu der Formbaugruppe 200 steuern, geschlossen, so dass das Kühlfluid 154 die Formbaugruppe 200 nicht erreichen kann. Nachdem die Formbaugruppe 200 die gewünschte Temperatur für die gewünschte Zeitdauer erreicht hat, wird das Heizfluid 152 dann zu dem Reservoir 208 für erhitztes Fluid zurückgeschickt, und die warmseitigen Ventile 206, die eine Fluidkommunikation des Heizfluids 152 zu der Formbaugruppe 200 gestatten, werden geschlossen. Gleichzeitig werden, wie in 25 gezeigt, die kühlseitigen Ventile 210, die zwischen dem Reservoir 212 für gekühltes Fluid und der Formbaugruppe 200 geschlossen waren, geöffnet, so dass Kühlfluid 154 zu der Formbaugruppe 200 strömen kann, wodurch folglich das Formmaterial 122 gekühlt und das gehärtete Formteil 140 ausgebildet wird. 26 zeigt eine Ausführungsform eines Heizsystems 300 zur Verwendung mit der Formbaugruppe 200, wie oben beschrieben. Das Heizsystem 300 enthält eine Heizfluidleitung 302, die eine Schmutzfalle 304 passiert, die etwaigen Schmutz oder Dreck entfernt, der sich in dem Heizfluid 152 befinden kann. Das Heizfluid 152 passiert dann einen Entgasungstank 306. Der Entgasungstank 306 beseitigt unerwünschte Gase und andere Verunreinigungen aus dem Heizfluid 152, bevor es durch eine Pumpe 308 zu einer Heizvorrichtung 310 bewegt wird. Das Heizfluid 152 ist allgemein kühler als erwünscht, da das Heizfluid 152 von der Formbaugruppe 200 zurückkehrt, wo eine Wärmeübertragung erfolgt ist. Somit ist es wünschenswert, das Heizfluid 152 in der Heizvorrichtung 310 erneut zu erwärmen. Die Heizvorrichtung 310 erhöht die Temperatur des Heizfluids 152 auf eine gewünschte Temperatur, bevor das Heizfluid 152 durch einen Wärmetauscher 312 geschickt wird, der das Regeln der Wärme des Heizfluids 152 unterstützt. Der Wärmetauscher 312 ist mit einem Kühlwasserauslass 314 und einer Kühlwasserversorgung 316 gekoppelt, die verhindert, dass der Wärmetauscher 312 eine zu hohe Temperatur erreicht. Das Heizfluid 152 passiert dann einen ersten und zweiten Temperatursensor 317, 318, die die Temperatur des Heizfluids 152 bestätigen, bevor das Heizfluid 152 ein Strömungsmessgerät 320 passiert, das einen Volumenstrom des zu der Formbaugruppe 200 fließenden Heizfluids 152 liefert.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 27 wird ein Kühlsystem 400 dargestellt, das für die Verbindung mit der Formbaugruppe 200 ausgelegt ist. Das Kühlfluid 154 durchläuft eine Schmutzfalle 402 und in einen Kühltank 404, wo das Kühlfluid 154 auf eine gewünschte Temperatur gekühlt wird. Das Kühlfluid 154 ist allgemein wärmer als erwünscht, da das Kühlfluid 154 von der Formbaugruppe 200 zurückkehrt, wo Wärme von der Formbaugruppe 200 und dem Formteil 140 auf das Kühlfluid 154 übertragen wurde. Somit ist es wünschenswert, das Kühlfluid 154 in dem Kühltank 404 wieder zu kühlen. Ein Temperatursensor 406 überwacht die Temperatur in dem Kühltank 404. Der Kühltank 404 wird durch einen in dem Kühltank 404 angeordneten, eingetauchten Verdampfer 408 gekühlt. Der eingetauchte Verdampfer 408 ist mit einem Kühlmittel verbunden, das an einem Verdichter 410 vorbeiströmt, der zwischen einem Hoch- und Niedrigdruckunterbrecher 412, 414 angeordnet ist. Nach der Bewegung an dem Verdichter 410 vorbei wird das Kühlmittel in einem Kondensator 416 gekühlt. Nach dem Verlassen des Kondensators 416 passiert das Kühlmittel einen Kollektor 418 und ein Sperrventil 420 sowie einen Filtertrockner 422, bevor es sich an einem Schauglas 424 vorbei bewegt, wo das Kühlmittel auf Farbe, Konsistenz, Verunreinigungen usw. geprüft werden kann. Das Kühlmittel strömt dann durch ein Expansionsventil 426, wo das Kühlmittel schnell abkühlt, bevor es in den Kühltank 404 eintritt. Während das Kühlmittel den Kühltank 404 durchströmt, kühlt das Kühlmittel den Kühltank 404 und den Inhalt des Kühltanks 404, so dass das Kühlfluid 154 in dem Kühltank 404 auf eine gewünschte Temperatur gekühlt wird. Die Temperatur des Kühlfluids 154 wird von dem Temperatursensor 406 überwacht. Kühlfluid 154 wird dann über eine Pumpe aus dem Kühltank 404 abgezogen und zu der Formbaugruppe 200 und genauer gesagt zu den konformen Leitungen 22 in der Formbaugruppe 200 gedrückt.
Wenngleich die 26 und 27 Ausführungsbeispiele von Heiz- und Kühlsystemen sind, die in Verbindung mit einer Form verwendet werden können, wird in Betracht gezogen, dass andere Heiz- und Kühlsysteme in Verbindung mit der Form, und insbesondere dem Formwerkzeug, Einsatzformen und Basisformen, wie oben offenbart, verwendet werden können.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf 28 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei ein Sandformpaket 530 eine obere Form oder einen Oberkasten 532, eine untere Form oder einen Unterkasten 534 und einen Kern 522 enthält. Das Sandformpaket 530 besteht ganz aus Form- und Kernkomponenten, die aus einem Sanddrucker gedruckt werden und danach aus dem Arbeitskasten entfernt werden. Das Sandformpaket 530 wird, wie gezeigt, für das Gießen eines geschmolzenen Materials auf ähnliche Weise wie oben beschrieben hergestellt.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 29 und 30 ist der Kern 522 in einem auf einer oberen Oberfläche des Unterkastens 534 angeordneten Hohlraum 539 eingesetzt gezeigt, wobei der Hohlraum 539 einen Formhohlraum bildet, der durch die Vereinigung des Oberkastens 532 mit einem Hohlraum 537 und des Unterkastens 534 definiert wird. Wie in 30 gezeigt, ist das Sandformpaket 530 ganz zusammengebaut gezeigt, wobei der Oberkasten 532 und der Unterkasten 534 aufeinander gestapelt sind. Wie in 28 gezeigt, wird ein Formhohlraum durch die Vereinigung der Hohlräume 537, 539, die sowohl in dem Oberkasten 532 als auch dem Unterkasten 534 angeordnet sind, erzeugt. Wie in 28–30 gezeigt, sind Öffnungen 536 und 538 an der oberen Oberfläche des Oberkastens 532 angeordnet gezeigt. Die Öffnung 536 stellt einen Zugangspunkt zum Eingießen eines geschmolzenen Materials in das Sandformpaket 530, wie in 30 zusammengebaut, dar. Der Zugangspunkt 536 verbindet weiterhin eine Serie von Einspritzkanälen 541, wie in 28 gezeigt, die gestattet, dass das geschmolzene Material von dem Oberkasten 532 durch den Zugangspunkt 536 zum Unterkasten 534 läuft. Auf diese Weise füllen die Einspritzkanäle 541 den durch die Vereinigung der Hohlräume 539, 537 des Oberkastens 532 bzw. des Unterkastens 534 erzeugten Formhohlraum von unten nach oben. Während das geschmolzene Material den Formhohlraum füllt, beginnt überschüssiges geschmolzenes Material die auf einer oberen Oberfläche des Oberkastens 532 angeordneten Steigrohre 538 zu füllen. Die Steigrohre 538 helfen dem Gießoperator zu wissen, wann der Formhohlraum des Sandformpakets 530 gefüllt worden ist, und gestatten auch, dass geschmolzenes Material zur Verfügung steht, um etwaige Bereiche des Formhohlraums zu füllen, während sich das geschmolzene Material setzt.
Nachdem das geschmolzene Material innerhalb des Sandformpakets 530 erstarrt ist, wird das Sandformpaket 530 weggebrochen, wie in 31 gezeigt, um ein Gussteil 540 offenzulegen. Wie in 32 gezeigt, ist das Gussteil 540 so gezeigt, dass das zum Füllen des Zugangspunkts 536, des Einspritzkanalsystems 541 und der Steigleitungen 538 des in 28–30 gezeigten Sandformpakets 530 verwendete Gussmaterial an einem Formwerkzeug 542 gehärtet und erstarrt ist. Diese als 536A, 538A und 541A gezeigten Gusskonfigurationen werden von dem Formwerkzeug 542 abgetragen oder anderweitig entfernt, um ein Werkzeug zu offenbaren, das zur Verwendung in einem Formprozess bereit ist.
Das Formkernpaket und die darin enthaltenen Komponenten sowie die Verfahren zum Herstellen von Werkzeugen aus dem Formkernpaket, wie hierin offenbart, liefern eine verbesserte Fähigkeit zum gleichmäßigen Kühlen aller Bereiche eines Formwerkzeugs, wodurch das Potential für Verformung, Risse usw. reduziert wird. Außerdem sorgt die mit dem Herstellen der Formwerkzeuge aus dem Druckprozess assoziierte Genauigkeit für bessere Teilqualität, Präzision und Designflexibilität. Die konformen Leitungen sorgen für verbesserte Wärmefähigkeiten. Mehrfachleitungen für Erhitzen und Kühlen werden zugunsten konformer integrierter Heiz- und Kühlleitungen eliminiert, die so konfiguriert werden können, dass sie der gewünschten Wärmebelastung entsprechen, die erforderlich ist, um die Werkzeugqualität sowie die Werkzeug- und Teilqualität zu verbessern. Weiterhin können die Formkernpaketkomponenten und die aus den Formkernpaketkomponenten hergestellten Werkzeuge so ausgelegt sein, dass die Zykluszeit verbessert wird, wodurch die Teilherstellungskapazität erhöht wird. Oberflächen der Klasse A, die ein glattes glänzendes Finish (d.h. pianoschwarz) liefern, können ohne die Notwendigkeit für zusätzliche Farbe oder Lack auf den fertiggestellten Teilen entwickelt werden. Weiterhin können Oberflächen der Klasse A mit geätzten Mustern entwickelt werden, indem ein Muster auf einer Formoberfläche eines Ausformwerkzeugs geätzt wird, was zu einem fertiggestellten Teil mit einem darauf geprägten Muster resultiert.
Der Durchschnittsfachmann versteht, dass die Konstruktion der beschriebenen Erfindung und anderer Komponenten nicht auf irgendein spezifisches Material beschränkt ist. Andere Ausführungsbeispiele der hierin offenbarten Erfindung können aus einer großen Vielzahl von Materialien gebildet werden, sofern nicht hierin etwas anderes beschrieben ist.
Zu Zwecken dieser Offenbarung bedeutet der Ausdruck „gekoppelt“ (in allen seinen Formen, Koppeln, koppelnd, gekoppelt usw.) allgemein das direkte oder indirekte (elektrische oder mechanische) Fügen von zwei Komponenten miteinander. Ein solches Fügen kann von stationärer Natur oder beweglicher Natur sein. Ein solches Fügen kann mit den beiden Komponenten (elektrisch oder mechanisch) und etwaigen zusätzlichen Zwischenelementen, die integral als ein einzelner unitärer Körper ausgebildet sind, miteinander oder mit den beiden Komponenten erreicht werden. Ein derartiges Fügen kann von permanenter Natur sein oder es kann von entfernbarer oder lösbarer Natur sein, sofern nicht etwas anderes angegeben ist.
Es ist auch wichtig anzumerken, dass die Konstruktion und Anordnung der Elemente der Erfindung wie in den Ausführungsbeispielen gezeigt nur veranschaulichend ist. Wenngleich nur einige wenige Ausführungsformen der vorliegenden Innovationen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben worden sind, versteht der Fachmann, der sich diese Offenbarung ansieht, ohne weiteres, dass viele Modifikationen möglich sind (z.B. Variationen hinsichtlich Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Einsatz von Materialien, Farben, Orientierungen usw.), ohne materiell von den neuartigen Lehren und Vorteilen des aufgeführten Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können als integral ausgebildete gezeigte Elemente aus mehreren Teilen konstruiert werden, oder als mehrere Teile gezeigte Elemente können integral ausgebildet sein, die Operation der Schnittstellen kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, die Länge oder Breite der Strukturen und/oder Elemente oder Verbindungs- oder andere Elemente des Systems können verändert werden, die Natur oder Anzahl von zwischen den Elementen vorgesehenen Justierpositionen kann variiert werden. Es sei angemerkt, dass die Elemente und/oder Baugruppen des Systems aus einer beliebigen einer großen Vielzahl von Materialien konstruiert werden können, die ausreichend Festigkeit oder Dauerhaftigkeit bereitstellen, in einer beliebigen einer großen Vielzahl von Farben, Texturen und Kombinationen. Dementsprechend sollen alle derartigen Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Innovationen enthalten sein. Andere Substitutionen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können hinsichtlich Design, Betriebsbedingungen und Anordnung der gewünschten Ausführungsform und anderer Ausführungsbeispiele vorgenommen werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Innovationen abzuweichen.
Es versteht sich, dass alle beschriebenen Prozesse oder Schritte innerhalb beschriebener Prozesse mit anderen offenbarten Prozessen oder Schritten kombiniert werden können, um Strukturen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zu bilden. Die hierin offenbarten beispielhaften Strukturen und Prozesse sind zu veranschaulichenden Zwecken und sind nicht als beschränkend auszulegen.
Es versteht sich auch, dass Variationen und Modifikationen an den oben erwähnten Strukturen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und weiterhin ist zu verstehen, dass solche Konzepte durch die folgenden Ansprüche abgedeckt werden sollen, sofern nicht diese Ansprüche durch ihre Sprache ausdrücklich etwas anderes angeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/144786 [0066]

Claims

Formkernpaket zum Ausformen eines Formwerkzeugs, das Folgendes umfasst: mehrere gestapelte Partikelschichten mit einem Bindemittel, wobei die mehreren gestapelten Partikelschichten Opferwände bilden; eine längliche Opferverdrängungsleitung, die sich durch das Formkernpaket bei einer Ausformoberfläche des Formkernpakets erstreckt; und einen Formhohlraum, der durch die gestapelten Partikelschichten definiert wird.
Formkernpaket nach Anspruch 1, wobei die gestapelten Partikelschichten einen feinkörnigen Sand enthalten.
Formkernpaket nach Anspruch 1, wobei die längliche Opferverdrängungsleitung ausgelegt ist zum Verdrängen eines auf das Formkernpaket aufgebrachten geschmolzenen Materials, wodurch eine konforme Leitung definiert wird.
Formkernpaket nach Anspruch 1, wobei die längliche Opferverdrängungsleitung mehrere Erhöhungen enthält, ausgelegt zum Verdrängen des auf das Formkernpaket aufgebrachten geschmolzenen Materials, wodurch Turbulenzen induzierende Elemente ausgebildet werden.
Formkernpaket nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: mehrere Kernstützen, die zwischen der länglichen Opferverdrängungsleitung und den Opferwänden angeordnet sind.
Formkernpaket nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: Verriegelungsmerkmale, die an Nähten angeordnet sind, die sich senkrecht zu den gestapelten Partikelschichten in den Opferwänden erstrecken.
Verfahren zum Herstellen eines Formwerkzeugs unter Verwendung eines Opferformkernpakets, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer dünnen Schicht aus Partikeln; Bereitstellen einer Sanddruckeinrichtung; Drucken eines Binders auf die dünne Schicht aus Partikeln, wobei die Sanddruckeinrichtung eine Querschnittsschicht des Opferformkernpakets darstellt; Stapeln mehrerer der dünnen Schichten aus Partikeln zum Ausbilden des vollständigen Opferformkernpakets und Aufbringen eines geschmolzenen Materials auf das Opferformkernpaket.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Aufbringens eines geschmolzenen Materials auf das Opferformkernpaket weiterhin Folgendes umfasst: Aufbringen einer Nickel-Eisen-Legierung auf das Opferformkernpaket.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Aufbringens eines geschmolzenen Materials auf das Opferformkernpaket weiterhin Folgendes umfasst: Aufbringen einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten unter 5,0 × 10^–6 in/in/°F.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin Folgendes umfasst: Herstellen einer Ausformoberfläche in dem Opferformkernpaket, die einen Hohlraum in dem Opferformkernpaket definiert, der fast eine Nettogestalt eines nach dem Auftragen des geschmolzenen Materials auf das Opferformkernpaket ausgebildeten Spritzgusswerkzeugs darstellt.
Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin Folgendes umfasst: Ausformen einer Opferverdrängungsleitung in dem Opferformkernpaket, das der Ausformoberfläche des Opferformkernpakets eng folgt.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin Folgendes umfasst: Konstruieren eines Modellkastens um das Opferformkernpaket herum.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Bereitstellens einer dünnen Schicht aus Partikeln das Bereitstellen einer dünnen Schicht aus feinkörnigem Sand beinhaltet.
Verfahren zum Herstellen eines Spritzgusswerkzeugs, das Folgendes umfasst: (a) Abscheiden einer dünnen Schicht aus Partikeln; (b) selektives Aufbringen eines Bindemittels auf die dünne Schicht aus Partikeln, um einen Querschnitt eines Formkernpakets zu definieren; Wiederholen der Schritte (a) und (b) zum Herstellen eines Formkernpakets; Aufbringen eines geschmolzenen Materials auf das Formkernpaket und Entfernen der dünnen Schicht aus Partikeln und des Bindemittels des Formkernpakets, um das Spritzgusswerkzeug auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des selektiven Aufbringens eines Bindemittels auf die dünne Schicht aus Partikeln weiterhin Folgendes umfasst: Drucken des Bindemittels auf die dünne Schicht aus Partikeln unter Verwendung einer Sanddruckeinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Aufbringens eines geschmolzenen Materials auf das Formkernpaket weiterhin Folgendes umfasst: Aufbringen einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem ultraniedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten in das Formkernpaket.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Aufbringens eines geschmolzenen Materials auf das Formkernpaket weiterhin Folgendes umfasst: Aufbringen einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten unter 5,0 × 10^–6 in/in/°F.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin Folgendes umfasst: Konstruieren eines Modellkastens um das Formkernpaket herum.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin Folgendes umfasst: Verlegen einer länglichen Opferverdrängungsleitung durch das Formkernpaket, die allgemein eine konforme Leitung in dem Spritzgusswerkzeug definiert, nach dem Aufbringen des geschmolzenen Materials auf das Opferformkernpaket.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiterhin Folgendes umfasst: Verlegen eines Opferverdrängungskörpers durch das Formkernpaket, der allgemein ein konformes Reservoir in dem Spritzgusswerkzeug definiert, nach dem Aufbringen des geschmolzenen Materials auf das Opferformkernpaket.