CN111936253A - 用于制造结构构件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造结构构件(1)的方法，所述结构构件包括通过使可发泡的材料(6)发泡形成的泡沫结构(8)，该方法包括以下步骤：‑增材地构造包括用于接纳可发泡的材料(6)的接纳空间(5)的接纳构件(7)，该接纳构件至少部分复刻、尤其是完全复刻要制造的结构构件(1)的外部几何形状；‑将至少一种可发泡的材料(6)引入到接纳构件(7)的接纳空间(5)中；‑实施用于使引入到接纳构件(7)的接纳空间中的可发泡的材料(6)发泡的至少一种措施，以便构成泡沫结构(8)。

Description

用于制造结构构件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造结构构件的方法，所述结构构件包括通过使可发泡的材料发泡形成的泡沫结构。
背景技术
对应的用于制造包括通过使可发泡的材料发泡形成的泡沫结构的结构构件的方法从现有技术中以不同的实施方式基本上已知。
在此，已知的用于制造对应的结构构件的方法的实施有时相对复杂，从而对应的结构构件的在制造技术上简单且快速以及低成本的制造——该制造例如在原型构件的制造范围中可以是需要或期望的——不能以完全令人满意的方式实现。
因此，存在与此相对地改进的用于制造对应的结构构件的方法的需求。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种改进的、尤其是在对应的结构构件的简单且快速以及低成本的制造方面改进的用于制造包括通过使可发泡的材料发泡形成的泡沫结构的结构构件的方法。
所述任务通过根据权利要求1所述的用于制造包括通过使可发泡的材料发泡形成的泡沫结构的结构构件的方法解决。从属于此的权利要求涉及所述方法的可能的实施方式。
在这里描述的方法用于制造包括通过使可发泡的材料发泡形成的泡沫结构、即通过使可发泡的材料发泡形成的泡沫的结构构件。对应的结构构件可以尤其是原型构件；所述方法可以被对应地应用或者说实施以尤其用于制造原型构件。
所述方法包括以下的主要步骤：
在该方法的第一步骤中增材地或生成地构造或构成接纳构件，所述接纳构件包括用于接纳可发泡的材料的接纳空间或接纳容积。在这里重要的是，接纳构件至少部分复刻、尤其是完全复刻实际要制造的结构构件的外部几何形状或者说外部轮廓。因此，鉴于实际要制造的结构构件的几何结构形状选择接纳构件的几何结构形状。
在增材地构造或构成接纳构件的范围中可以在必要情况下在接纳构件上和/或中构成有功能元件、例如接纳件。
接纳构件的增材构造通常通过连续地、逐层选择性地固结由对应地可固结的构造材料制成的构造材料层来进行——所述固结可以尤其通过硬化、熔化或烧结过程来进行。接纳构件的增材构造基于描述接纳构件的几何形状的构造数据来进行。原则上，考虑所有增材构造方法以用于增材地构造接纳构件，从而仅示例性地参考选择性激光烧结方法、选择性激光熔化方法、选择性电子束熔化方法、立体平版印刷方法或粘结剂喷射方法。接纳构件的增材构造在用于增材地制造三维物体的设备中进行；所述设备的具体实施方式根据具体使用的增材构造方法确定。
增材地制造的接纳构件可以基于其通过设置对应的接纳空间或接纳容积也称为或者说视为设计用于接纳可发泡的材料的接纳壳体。
在该方法的于第一步骤之后的第二步骤中将至少一种可发泡的或者说可膨胀的或(预)膨胀的材料引入到接纳构件的接纳空间中。接纳构件因此被至少一种可发泡的材料填充。所述至少一种可发泡的材料到接纳构件中的引入可以手动地或至少部分自动化地进行。
在该方法的于第二步骤之后的第三步骤中，实施用于使引入到接纳构件的接纳空间中的可发泡的材料发泡的至少一种措施，以便构成泡沫结构或者说泡沫并且因此构成结构构件。用于使引入到接纳构件的接纳空间中的可发泡的材料发泡的措施例如包含向可发泡的材料中的足够高的能量引入，所述能量引入导致可发泡的材料发泡或者说膨胀并且因此导致构成泡沫结构、尤其是封闭或开孔的泡沫结构。所述能量例如可以是例如以对应地调温的温度受控介质、例如蒸汽的形式的热能和/或是辐射能、例如紫外(UV)辐射。也可以设想例如在多组分发泡中能够实现的发泡过程那样的以化学方式启动的发泡过程。
通过根据该方法增材地构成复刻要制造的结构构件的外部几何形状或者说外部轮廓的接纳构件，给出一种用于制造对应的结构构件的简单且快速以及低成本的可能性；因此，存在改进的用于制造对应的结构构件的方法。
如提及的那样，接纳构件可以称为或者说视为设计用于接纳可发泡的材料的接纳壳体。因此，接纳构件能够尤其承担尤其是周向地、至少部分地、尤其完全地包围或者说包封泡沫结构的壳体的功能。因此，接纳构件可以构成为壳状的。
对应地尤其可能的是，结构构件构成为包括外壳、尤其是压实的外壳和被该外壳包封的内芯的整体泡沫结构构件，简而言之，构成为包括外壳、尤其是压实的外壳和发泡的内芯的整体泡沫结构，其中，接纳构件形成所述整体泡沫结构构件的外壳并且泡沫结构形成所述整体泡沫结构构件的内芯。
可发泡的材料可以在实施用于使引入到接纳构件的接纳空间中的可发泡的材料发泡的所述至少一种措施的范围中与接纳构件连接、尤其是形锁合和/或材料锁合地连接。对于形锁合的连接，通常需要将泡沫接合到接纳构件中和/或穿过接纳构件；或反之。形锁合的连接不强制要求在形成接纳构件的材料与可发泡的材料之间的化学相似性或化学相容性。与此相反，对于材料锁合的连接，通常要求在形成接纳构件的材料与可发泡的材料之间的一定的化学相似性或化学相容性；这可以例如是在化学相似或化学相容的金属或塑料中的情况。例如参考在例如基于聚氨酯的塑料之间的化学相容性。不言而喻的是，这类似地适用于其他化学相似或化学相容的材料或材料组。
在所有情况中，通过表面活化措施、即例如电晕处理或等离子处理能够引起或促进在可发泡的材料与接纳构件之间的连接。就此而论，也可以设想使用促成附着的部件、即例如促成附着的层。
为了构成接纳构件，原则上考虑所有在增材构造方法的范围中可加工的材料。因为增材构造方法在很大程度上尤其结合金属和塑料地建立，所以接纳构件可以例如由金属、尤其是粉末状的金属或塑料、尤其是粉末状的塑料构造。因为结构构件的结构特性、即尤其是机械特性也能够经由接纳构件的材料选择影响或控制，所以接纳构件的材料选择通常也根据结构构件的期望的结构特性确定。
原则上，所有能以化学和/或物理方式发泡的材料、尤其是能以化学和/或物理方式发泡的金属或能以化学和/或物理方式发泡的塑料都被考虑作为可发泡的材料。在这里其尤其也可理解成可发泡的颗粒泡沫材料或塑料颗粒泡沫材料。因此，泡沫结构尤其可以是金属泡沫结构或塑料泡沫结构、尤其是塑料颗粒泡沫结构。因为结构构件的结构特性、即尤其是机械特性也能够经由对可发泡的材料的材料选择影响或控制，所以可发泡的材料的材料选择通常也根据结构构件的期望的结构特性确定。
接纳构件可以构成有形成接纳构件侧的功能结构的一部分的至少一个功能元件。基于接纳构件的增材构造，能够容易地构成对应的功能元件或功能结构；接纳构件的增材构造能够在功能方面实现不同的功能元件或功能结构。
对应的所述功能元件或至少一个功能元件可以例如构成为形成用于启动和/或支持可发泡的材料的发泡过程的介质、尤其是气态介质或液态介质的入口的开口。例如也可能的是，对应的所述功能元件或至少一个对应的功能元件构成为形成用于在可发泡的材料的发泡过程中产生的介质、尤其是气态介质或液态介质的出口的开口。同样例如可能的是，所述功能元件或至少一个功能元件构成为用于在接纳构件内产生特定的压力水平、尤其是特定的负压水平的压力产生装置、尤其是真空产生装置的接口部。经由对应的压力产生装置的接口部例如能够在没有空气夹杂物的情况下实现均匀的填充。例如还可能的是，所述功能元件或至少一个功能元件例如构成为至少部分机械地加强、在必要情况下完全机械地加强接纳构件的加强元件、即例如格栅、肋条、加强筋等。最后例如可能的是，所述功能元件或至少一个功能元件构成为至少部分支撑接纳空间的支撑元件(支撑部)、尤其是杆状的或者说杆形的支撑元件(支撑部)。也可设想对应的功能元件的其他实施方式。不言而喻的是，接纳构件可以构成有在功能方面不同的功能元件。就此而论，例如参考分离元件或分离壁，它们将接纳构件的接纳空间划分成彼此分开的各个能够单独以可发泡的材料填充的并且因此能够单独发泡的区域。
用于使所述至少一种可发泡的材料发泡的所述至少一种措施能够在包括模具内部空间(模具空腔)、尤其是可调温的模具内部空间(模具空腔)的模具中实施。为此，可以尤其使用一种发泡模具，所述发泡模具可以根据发泡过程的具体类型不同功能化地设计。例如发泡模具能够配备有用于引入为了启动或控制可发泡的材料的发泡过程所需的能量的可能性；这可以例如通过调节模具或模具内部空间的温度、将蒸汽引入到模具或模具内部空间中或将辐射能引入到模具或模具内部空间中来解决。如在下面结合符合目的的可引入到模具内部空间中的支撑结构得出的那样，不要求模具复刻要制造的结构构件的外部几何形状或者说外部轮廓。这样能够显著降低用于制造结构构件的在设备技术上或在制造技术上的成本。
以阴模的方式至少部分复刻、尤其是完全复刻接纳构件的外部几何形状或者说外部轮廓的至少一个支撑结构能够被引入到模具内部空间中。因此，至少部分支撑接纳构件的支撑结构能够尤其在接纳构件的几何形状相对复杂的情况下是符合目的的。另外，支撑结构能够实现导出或者散发在必要情况下在可发泡的材料的发泡过程期间产生的热以及防止接纳构件的基于可发泡的材料的发泡过程可能引起的膨胀。支撑结构的引入通常在实施用于使可发泡的材料发泡的所述至少一种措施之前进行。支撑结构能够在可发泡的材料的发泡过程结束之后被移去并且在必要情况下重复使用。
支撑结构可以例如通过以可倾倒或可流动的支撑材料、即尤其是颗粒状或粉末状的支撑材料填充模具内部空间而形成，尤其是使得所述颗粒状或粉末状的支撑材料至少部分包围、尤其是完全包围引入到模具内部空间中的接纳构件。对应的可倾倒或可流动的支撑材料可以具有惰性的特性。因此，对应的可倾倒或可流动的支撑材料可以例如是玻璃体、尤其是玻璃球。
结构构件可以制造成要安装在机动车中的机动车构件、尤其是制造成装饰元件。这也适用于结合更上面提及的制造作为原型构件的结构构件的可能性。要制造的结构构件因此可以是要安装在机动车中的机动车构件、尤其是装饰元件的原型构件。
本发明除了涉及所述方法之外还涉及一种根据在这里描述的方法制造的结构构件。因此，所有结合所述方法的说明类似地适用于所述结构构件。
本发明还涉及一种包括至少一个对应的结构构件的机动车、尤其是轿车。因此，所有结合所述方法的说明类似地适用于所述机动车。
附图说明
下面示例性地结合在附图中示出的示例性的实施方式更详细地阐述本发明。在此，唯一的附图示出在一种方法的实施例的范围中使用的模具的原理图。
具体实施方式
唯一的附图以透视图示出在用于制造结构构件1的方法的实施例的范围中可使用或使用的模具2的原理图。
结构构件1可以制造为要安装在机动车中的机动车构件、尤其是制造为装饰元件。尤其地，要制造的结构构件1可以是要安装在机动车中的机动车构件、尤其是装饰元件的原型构件。
模具2包括通过模具壁区段3界定或者说限定的模具内部空间4。所述模具内部空间4能够经由未更详细示出的调温装置调温。
能够例如借助于模具2实施的方法包括以下步骤：
在所述方法的第一步骤中增材地或生成地构成或构造接纳构件7，所述接纳构件包括接纳空间5或接纳容积以用于接纳可发泡的材料6。在这里重要的是，接纳构件7已经复刻实际要制造的结构构件1的外部几何形状或者说外部轮廓。因此，鉴于实际要制造的结构构件1的几何结构形状选择接纳构件7的几何结构形状。
接纳构件7的增材构成通过连续地、逐层选择性地固结由对应地可固结的构造材料制成的构造材料层来进行。接纳构件7的增材构成基于描述接纳构件7的几何形状的构造数据进行。原则上，考虑所有增材构造方法以用于增材地构成接纳构件7，从而仅示例性地参考选择性激光烧结方法、选择性激光熔化方法、选择性电子束熔化方法、立体平版印刷方法或粘结剂喷射方法。接纳构件的增材构成通常在单独的用于增材地制造三维物体的设备中进行；所述设备的具体实施方式根据具体使用的增材构造方法确定。
可见的是，增材地制造的接纳构件7基于其通过设置对应的接纳空间5也可以称为或者说视为设计用于接纳可发泡的材料6的接纳壳体。
在该方法的于第一步骤之后的第二步骤中将可发泡或者说可膨胀的材料6引入到接纳构件7的接纳空间5中。在附图中，可发泡的材料已经被引入到接纳构件7的接纳空间5中。因此，接纳构件7被可发泡的材料6填充。可发泡的材料6到接纳构件7中的引入可以手动地或至少部分自动化地进行。
在该方法的于第二步骤之后的第三步骤中，实施用于使引入到接纳构件7的接纳空间5中的可发泡的材料6发泡的至少一种措施，以便构成结构构件1的泡沫结构8并且因此构成结构构件1。可发泡的材料6的发泡过程在附图中示意性地示出。用于使可发泡的材料6发泡的措施包含向可发泡的材料6中的足够高的能量引入，所述能量引入导致可发泡的材料6的发泡或者说膨胀并且因此导致构成泡沫结构8、尤其是封闭或开孔的泡沫结构。所述能量例如可以是例如以对应地调温的温度受控介质、例如蒸汽的形式的热能和/或是辐射能、例如紫外(UV)辐射。也可以设想如在多组分发泡中能够实现的发泡过程那样的以化学的方式启动的发泡过程。
如所提及的那样，接纳构件7可以称为或者说视为设计用于接纳可发泡的材料6的接纳壳体。因此，接纳构件7尤其承担周向地包围或者说包封泡沫结构8的壳体的功能。接纳构件因此构成为壳状的。
在附图中示出的实施例中，结构构件1构成为包括压实的外壳9和被该外壳包封的内芯10的整体泡沫结构构件或者说整体泡沫结构，其中，接纳构件7形成所述整体泡沫结构构件的外壳9，并且泡沫结构8形成所述整体泡沫结构构件的内芯10。
可发泡的材料6可以在实施用于发泡的措施的范围中与接纳构件7连接、尤其是形锁合和/或材料锁合地连接。对于形锁合的连接，通常要求将泡沫接合到接纳构件中和/或穿过接纳构件；或反之。形锁合的连接不强制要求在形成接纳构件7的材料与可发泡的材料6之间的化学相似性或化学相容性。与此相反，对于材料锁合的连接，要求在形成接纳构件7的材料与可发泡的材料6之间的一定的化学相似性或化学相容性；这在附图中示出的实施例中示例性地通过如下方式实现，即接纳构件7由热塑性聚氨酯(TPU)制成，并且可发泡的材料由聚氨酯(PUR)制成。不言而喻的是，这类似地适用于其他化学相似或化学相容的材料或材料组。
接纳构件7可以构成有形成接纳构件侧的功能结构的一部分的至少一个功能元件11。基于接纳构件7的增材构造，能够容易地实现构成对应的功能元件11；接纳构件7的增材构造能够在功能方面实现不同的功能元件11。
在附图中示出的实施例中，示例性的第一功能元件11构成为形成用于启动和/或支持可发泡的材料的发泡过程的介质、尤其是气态介质或液态介质的入口的开口12。示例性的第二功能元件11构成为形成用于在可发泡的材料6的发泡过程中产生的介质、尤其是气态介质或液态介质的出口的开口13。可见的是，两个开口12、13构成在接纳构件7的不同的壁区段上、尤其是彼此对置的壁区段上。
同样例如可能的是，功能元件11构成为用于在接纳构件4内产生特定的压力水平、尤其是特定的负压水平的压力产生装置、尤其是真空产生装置的接口部。经由对应的压力产生装置的接口部，例如能够在没有空气夹杂物的情况下实现均匀的填充。不言而喻的是，对应的开口12也可以用作这样的接口部。
例如还可能的是，功能元件11构成为至少部分机械地加强、在必要情况下完全机械地加强接纳构件7的加强元件、即例如格栅、肋条、加强筋等，或功能元件构成为至少部分支撑接纳空间5的支撑元件(支撑部)、尤其是杆状或者说杆形的支撑元件(支撑部)。不言而喻的是，接纳构件7可以构成有在功能方面不同的功能元件11。就此而论，例如参考分离元件或分离壁，它们将接纳构件7的接纳空间划分成彼此分开的各个能够单独以可发泡的材料6填充的并且因此能够单独发泡的区域。
模具2配备有用于引入为了启动或控制可发泡的材料6的发泡过程所需的能量的可能性；这可以例如通过所提及的对模具2调温的可能性进行——在附图中示出的实施例中，模具2或模具内部空间4或模具内部空间4的在底侧的调温经由摆动的线16表示。原则上也可以设想将蒸汽引入到模具2或模具内部空间4中或将辐射能引入到模具2或模具内部空间4中。
在附图中示出的实施例中，以阴模的方式至少部分复刻、尤其是完全复刻接纳构件7的外部几何形状或者说外部轮廓的支撑结构14被引入到模具内部空间4中。因此，支撑接纳构件7的支撑结构14能够尤其在接纳构件的几何形状相对复杂的情况下是符合目的的。另外，支撑结构14能够实现导出或散发在必要情况下在可发泡的材料6的发泡过程期间产生的热以及防止接纳构件7的基于可发泡的材料6的发泡过程可能引起的膨胀。支撑结构14的引入通常在实施用于使可发泡的材料6发泡的措施之前进行。支撑结构14可以在可发泡的材料6的发泡过程结束之后被移去并且在必要情况下重复使用。
在附图中示出的实施例中，支撑结构14通过以可倾倒或可流动的支撑材料15、即尤其是颗粒状或粉末状的支撑材料填充模具内部空间4而形成，尤其是使得所述颗粒状或粉末状的支撑材料15包围引入到模具内部空间4中的接纳构件7。对应的可倾倒或可流动的支撑材料15可以具有惰性的特性。因此，对应的可倾倒或可流动的支撑材料15可以例如是玻璃体、尤其是玻璃球。
根据附图可见的是，模具2不复刻要制造的结构构件1的外部几何形状或者说外部轮廓。这基于对应的支撑结构14的使用不是必需的。

Claims (15)

1.用于制造结构构件(1)的方法，所述结构构件包括通过使可发泡材料(6)发泡形成的泡沫结构(8)，其特征在于以下步骤：
-增材地构造包括用于接纳可发泡的材料(6)的接纳空间(5)的接纳构件(7)，该接纳构件至少部分复刻、尤其是完全复刻要制造的结构构件(1)的外部几何形状；
-将至少一种可发泡的材料(6)引入到接纳构件(7)的接纳空间(5)中；
-实施用于使引入到接纳构件(7)的接纳空间中的可发泡的材料(6)发泡的至少一种措施，以便构成泡沫结构(8)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，接纳构件(7)构成为壳状的。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，结构构件(1)构成为包括外壳(9)和被该外壳包封的内芯(10)的整体泡沫结构构件，其中，接纳构件(7)形成所述整体泡沫结构构件的所述外壳(9)并且泡沫结构(8)形成所述整体泡沫结构构件的内芯(10)。
4.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在实施用于使引入到接纳构件(7)的接纳空间(5)中的可发泡的材料(6)发泡的所述至少一种措施的范围中，将可发泡的材料(6)与接纳构件(7)连接、尤其是形锁合和/或材料锁合地连接。
5.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，接纳构件(7)由金属、尤其是粉末状的金属或塑料、尤其是粉末状的塑料制造。
6.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用能以化学和/或物理方式发泡的可发泡的材料(6)、尤其是能以化学和/或物理方式发泡的金属或能以化学和/或物理方式发泡的塑料。
7.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，接纳构件(7)构成有至少一个功能元件(11)，该至少一个功能元件形成接纳构件侧的功能结构的一部分。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述功能元件(11)或至少一个功能元件构成为形成用于启动和/或支持可发泡的材料的发泡过程的介质的入口的开口(12)，或
所述功能元件(11)或至少一个功能元件构成为形成用于在可发泡的材料的发泡过程中产生的介质、尤其是气态介质的出口的开口(13)，或
所述功能元件(11)或至少一个功能元件构成为用于在接纳构件(7)内产生特定压力水平的压力产生装置、尤其是真空产生装置的接口部，或
所述功能元件(11)或至少一个功能元件构成为至少部分机械地加强接纳构件(7)的加强元件，或
所述功能元件(11)或至少一个功能元件构成为至少部分支撑接纳空间(5)的支撑元件。
9.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在包括模具内部空间(4)、尤其是可调温的模具内部空间的模具(2)中实施用于所述使所述至少一种可发泡的材料(6)发泡的所述至少一种措施。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，将以阴模的方式至少部分复刻、尤其是完全复刻接纳构件(7)的外部几何形状的至少一个支撑结构(14)引入到所述模具内部空间(4)中。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，所述支撑结构(14)通过以可倾倒或可流动的支撑材料(15)填充模具内部空间(4)而形成，尤其是使得所述可倾倒或可流动的支撑材料(15)至少部分包围、尤其是完全包围引入到模具内部空间(4)中的接纳构件(7)。
12.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，接纳构件(7)通过选择性激光烧结方法、选择性激光熔化方法、选择性电子束熔化方法、立体平版印刷方法、粘结剂喷射方法增材地构造。
13.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，结构构件(1)构成为要安装在机动车中的机动车构件，尤其是构成为装饰元件。
14.结构构件(1)，其特征在于，所述结构构件根据按照前述权利要求中任一项所述的方法制造。
15.机动车，所述机动车包括至少一个按照权利要求14所述的结构构件(1)。
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