DE10149934A1 - Verfahren zum Herstellen von Oberflächen dreidimensionaler Formteile - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Oberflächen dreidimensionaler Formteile

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Oberflächen dreidimensionaler Kunststoffformteile, mit einer Form, deren Oberfläche durch Einwirken von Wärme Kunststoff zur Bildung einer Kunststoffhaut aufgeschmolzen wird. Bei einer Reihe solcher Verfahren wird die Form erwärmt, damit das mit der Form in Kontakt kommende Kunststoffpulver aufschmilzt. Nachteilig ist, dass vor Entfernen der Kunststoffhaut die Form abgekühlt werden muss. Um dies zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, dass die Form transparent ist und dass die zum Aufschmelzen erforderliche Wärme durch einen Laserstrahl, der durch die Formwandung geführt wird, aufgebracht wird. Auf diese Weise wird nicht die Form, sondern lediglich der der Formwandung zugewandte Kunststoff aufgeschmolzen. Der Energieeintrag ist wesentlich geringer. Die Zykluszeiten können erheblich verkürzt werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Oberflächen dreidimensionaler Formteile, mit einer Form, an deren Oberfläche durch Einwirkung von Wärme ein Werkstoff zur Bildung einer Haut oder Schicht aufgeschmolzen wird.
  • Derartige Verfahren verwendet man, um dreidimensionale Kunststoffkörper herzustellen, die beispielsweise einen Schaumkern und eine geschlossene Kunststoffhaut aufweisen. Mit solchen Verfahren lassen sich strukturierte Oberflächen herstellen, die beispielsweise im Fahrzeuginnenbereich für Türverkleidungen, Armaturenbretter und dergleichen verwendet werden. Durch dieses Verfahren wird eine sehr ansprechende Oberfläche erreicht. Derartige Kunststoffhäute können beispielsweise durch herkömmliche Tiefziehverfahren hergestellt werden; es ist jedoch auch möglich, dass Kunststoffpulver in eine Form gegeben wird, die dann entsprechend beheizt wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der WO 9817454 beschrieben. Dort wird die Form mit pastösem, pulvrigem oder grundlosem Kunststoffgrundmaterial gefüllt und dann induktiv erwärmt. Nachdem sich die Kunststoffhaut gebildet hat, wird die Form bzw. die Kunststoffhaut abgekühlt und aus der Form herausgenommen.
  • Ein ähnliches Verfahren ist aus der BE 19947350C1 bekannt. Dort wird die Form und das darin befindliche Kunststoffmaterial mit Hilfe von Infrarotstrahlung erwärmt, wobei zumindest ein Teil der Infrarotstrahlung durch die Form hindurch auf das aufzuschmelzende Material auftreffen soll.
  • Allen bekannten Verfahren ist gemein, dass ein Großteil der zum Aufschmelzen des Kunststoffpulvers verwendeten Energie verwendet wird, um die Form aufzuheizen. Das Aufheizen der Form verlangsamt den Produktionsprozess, da zum Herausnehmen der Kunststoffhaut entweder die Form oder aber die Kunststoffhaut selbst abgekühlt werden und im nächsten Verfahrensgang wieder erwärmt werden muss. Außerdem ist es schwierig, die Schichtdicke der Kunststoffhaut gezielt zu beeinflussen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der Eingangs genannten Art so zu verbessern, dass einerseits die Schichtdicke der Kunststoffhaut gezielt beeinflusst werden kann und zum anderen die Kunststoffhaut gebildet werden kann, ohne die Form nennenswert zu erwärmen und daher kühlen zu müssen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Form transparent ist, und dass die zum Aufschmelzen erforderliche Wärme durch einen Laserstrahl, der durch die Formwandung geführt wird, aufgebracht wird.
  • Damit erfolgen eine punktuelle Aufschmelzung des Kunststoffmaterials, wobei durch die Führung des Laserstrahls die aufgeschmolzenen Punkte miteinander verbunden werden. Der Laserstrahl erwärmt damit nicht die Form, sondern lediglich den an der Form anliegenden Kunststoff. Zum einen ist daher der Energieeintrag verhältnismäßig gering, zum anderen verringern sich die Taktzeiten. Sobald der Laserstrahl die Form vollständig bestrichen hat, kann die dort gebildete Kunststoffhaut ohne länger warten zu müssen oder die Form abkühlen zu müssen, abgenommen werden. Das Verfahren eignet sich nicht zur Herstellung von Kunststoffformteilen, sondern generell für das Aufschmelzen niedrigschmelzender Materialien wie z. B. Aluminiumpulver, sowie auch zur Herstellung von Aluminiumformteilen.
  • Obwohl es grundsätzlich auch denkbar ist, die Form als Positivform zu verwenden, wird man in den meisten Anwendungsfällen die Form als Negativform verwenden. Die Innenseite der Form entspricht dann der Außenseite der Kunststoffform.
  • In bevorzugter Weise besteht die Form aus Glas. Glas absorbiert den Laserstrahl nicht, so dass die Glasform selbst auch nicht erwärmt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Laserstrahl angesteuert und fährt die Kontur der Form ab, um ein vollflächiges Aufschmelzen des Kunststoffes zu erreichen. Die Schichtdicke der Haut kann dabei über die Verweildauer des Laserstrahls an einer bestimmten Stelle der Kontur der Form gesteuert werden. Eine andere, ebenfalls bevorzugte Möglichkeit zur Steuerung der Schichtdicke der Haut ist die Steuerung des Energieflusses des Lasers.
  • Obwohl es auch möglich ist, Kunststoffpasten, Folien oder dergleichen zu verwenden, wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt in der Weise ausgeführt, dass die Form mit einem Kunststoffpulver aus einem thermoplastischen Kunststoff gefüllt wird, bevor gelasert wird. Dabei schmilzt nur die Grenzschicht zur Glasform auf, so dass nach dem Lasern das überschüssige Pulver ausgeschüttet und im nachfolgenden Produktionsprozess wiederverwendet werden kann. Die gebildete Kunststoffhaut wird nach Ausleeren des überschüssigen Kunststoffpulvers einfach aus der Glasform herausgenommen.
  • Besonders bevorzugt wird als Laser ein Feststoff- oder Diodenlaser verwendet, da sich dessen Energiefluss leicht steuern lässt.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 in einer schematischen Ansicht eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer mit Kunststoffpulver gefüllten Glasform,
  • Fig. 2 die Glasform aus Fig. 1 mit bereits aufgeschmolzenem Kunststoffpulver,
  • Fig. 3 die Glasform aus Fig. 2 beim Ausleeren des überschüssigen Kunststoffpulvers, und
  • Fig. 4 die Glasform aus Fig. 2 beim Herausnehmen der durch Aufschmelzen gebildeten Kunststoffhaut.
  • Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung umfasst eine Glasform 1, die als Negativform ausgebildet ist. Unterhalb der Glasform ist auf einem XY-Tisch ein verfahrbarer Dioden- bzw. Feststofflaser 2 angebracht, der zudem noch um mindestens zwei Raumachsen verschwenkbar ist. In seiner verschwenkten Stellung ist der Laser 2 einmal links und einmal rechts in gestrichelter Linie dargestellt. Auf diese Art und Weise ist es möglich, dass mit dem Laser 2 die Außenkontur der Negativglasform 1 abgefahren werden kann. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass der Laser feststeht, und die Glasform selbst auf einem XY-Tisch verfahrbar ist.
  • Die Glasform selbst ist aus einem Spezialglas hergestellt.
  • Zum Durchführen des Verfahrens wird die Negativglasform 1 mit einem Kunststoffpulver eines thermoplastischen Kunststoffes, wie beispielsweise PVC, TPU oder auch PE gefüllt. Danach wird der Laser 2 entsprechend einem vorgegebenen Programm angesteuert und fährt die Kontur der Negativform 1 ab, bis die gesamte Außenkontur der Negativform bestrichen ist. Da die Negativglasform transparent ist, erwärmt der Laser nicht die Glasform, sondern lediglich das mit der Innenwandung der Glasform in Kontakt kommende Kunststoffpulver. Dieses Kunststoffpulver wird punktuell aufgeschmolzen, wobei durch das Verfahren des Lasers eine Vielzahl von aufgeschmolzenen Punkten miteinander verbunden wird und die Kunststoffhaut bildet. Nach vollständigem Abfahren der Außenkontur der Negativglasform 1 hat sich auf der Innenseite der Negativglasform 1 die Kunststoffhaut 3 gebildet, wie besser in Fig. 2 dargestellt.
  • Nun wird die Negativglasform 1 gewendet, wodurch das überschüssige Kunststoffpulver 4 aus der Form ausgeschüttet wird. Alternativ kann das Kunststoffpulver auch abgesaugt werden. Schließlich wird, wie in Fig. 4 dargestellt, die Kunststoffhaut 3 aus der Negativglasform 1 herausgenommen.
  • All diese Verfahrensschritte können durchgeführt werden, ohne dass es hierzu irgendwelcher Wartezeiten bedarf, da die Negativglasform 1 selbst nicht erwärmt wird und daher auch nicht abgekühlt werden muss.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Oberflächen dreidimensionaler Formteile, mit einer Form, an deren Oberfläche durch Einwirkung von Wärme ein Werkstoff zur Bildung einer Haut oder Schicht (3) aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (1) transparent ist, und dass zum Aufschmelzen erforderliche Wärme durch einen Laserstrahl (Laser 2), der durch die Formwandung geführt wird, aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form eine Negativform ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form aus Glas besteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl angesteuert ist und die Kontur der Form abfährt, um ein vollflächiges Aufschmelzen des Kunststoffs zu erreichen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Haut (3) über die Verweildauer des Laserstrahls an einer bestimmten Stelle der Kontur der Form (1) gesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke durch den Energiefluss des Lasers (2) gesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Form mit einem Pulver (4) aus einem thermoplastischen Kunststoff gefüllt wird, bevor gelasert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Lasern das überschüssige Pulver (4) ausgeschüttet wird, wonach die gebildete Kunststoffhaut aus der Form herausgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Laser (2) ein Feststoff- oder Diodenlaser verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Form mit einem Pulver aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefüllt wird, bevor gelasert wird.
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