DE102007042576A1

DE102007042576A1 - Verfahren zum Herstellen einer Form zum Herstellen einer Formschicht

Info

Publication number: DE102007042576A1
Application number: DE102007042576A
Authority: DE
Inventors: Robert J. Yipsilanti Adams
Original assignee: International Automotive Components Group North America Inc
Current assignee: International Automotive Components Group North America Inc
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2008-03-27
Also published as: US20070018350A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Form zum Herstellen einer Formschicht durch Pistolensprühen wird offenbart, worin das Verfahren durch ein mathematisches Verformen der Formschicht unter Verwendung von computergestütztem Entwerfen erleichtert wird, um das Pistolensprühen zu erleichtern, wodurch eine Verbesserung in der Qualität der Formschicht und eine Optimierung der Menge von Sprühmaterial, das durch die Sprühpistole aufgebracht wird, resultiert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Oberfläche und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer Form zum Herstellen einer Formschicht durch Pistolensprühen, das durch ein mathematisches Deformieren der Formschicht unter Verwendung von computergestütztem Entwerfen erleichtert wird, um das Pistolensprühen zu erleichtern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Formschicht, die aus Kunststoffmaterial hergestellt wird, hat eine Anzahl von Verwendungen und Anwendungen. Eine Anzahl von Techniken wird zum Herstellen der Formschicht verwendet. Eine solche Technik ist das Wärmeformen. Beim Wärmeformen wird ein Blatt aus einem thermoplastischen Material über seine Erweichungstemperatur erwärmt und wird innerhalb einer Form verformt. Die verwendete Form entspricht einem negativen oder positiven Abdruck eines gewünschten Musters. Das Verfahren kann unter Verwendung z.B. eines Vakuumbetriebs, einer mechanischen Einrichtung oder Ähnlichem angewandt werden. Der Wärmeformungsprozess ist auf Anwendungen begrenzt, die ein unkomplexes Formen und Kunststoffmaterialien mit einem relativ niedrigen Erweichungspunkt verwenden.
Ein zweites Verfahren ist das Halbstoffformen, das ein komplettes Füllen eines Hohlraums einer schalenförmigen Form mit einer Flüssigkeit oder einem festen, pulvrigen Kunststoffmaterial enthält. Wenn das Kunststoffmaterial die Formwände berührt, beginnt das Kunststoffmaterial eine Schicht an den Formwänden auszubilden. Die Form wird dann umgedreht, um zu viel, flüssiges Kunststoffmaterial zu entfernen. Sobald die Schicht, die in der Form zurückgeblieben ist, abgekühlt ist, wird die Schicht von den Formwänden abgestreift. Das Halbstoffformen ist ein arbeitsintensiver Prozess, der eine große Menge von Energie erfordert und die Formen einem unerwünschten Wärmeeinfluss unterzieht, was eine Beschädigung der Formen ergibt.
Eine dritte Technik ist das Pistolensprühen, das das Sprühen eines flüssigen Kunststoffmaterials über eine Formoberfläche enthält, um eine verfestigte Kunststoffschicht ausbilden zu können. Das Pistolensprühen eliminiert einige der Nachteile der anderen beschriebenen Verfahren. Eine Beschränkung ist jedoch, dass das Pistolensprühen nur verwendet werden kann, wenn alle Abschnitte der Oberfläche, die beschichtet werden soll, leicht für das Sprühen mit der Pistole zugänglich sind. Bestimmte Verfahren, zum Beispiel das Wenden einer flexiblen Form von innen nach außen, um die inneren Oberflächen zugänglicher zu machen, sind mit der Absicht eingesetzt worden, diese Beschränkung zu reduzieren oder zu eliminieren. Ein solches Verfahren ist im allgemeinen für flexible Formen nicht geeignet, die z.B. einen Gegenkonus haben, wo es sehr schwierig oder unmöglich wird, die Form in die Originalposition zurückzubringen. Zudem verschleißt ein wiederholtes Wenden von innen nach außen mit der Zeit die flexible Form.
Es wäre erwünscht, ein Verfahren des Pistolensprühens, des Halbstoffformens oder des Rotationsgießens zu entwickeln, das das Formen von komplexen Formen erleichtert, worin der Herstellungswirkungsgrad maximiert wird und die Produktionskosten minimiert werden.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Konsistent und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise ein Verfahren zum Pistolensprühen, zum Halbstoffformen oder zum Drehformen aufgefunden, das das Formen von komplexen Formen erleichtert, wobei der Herstellungswirkungsgrad maximiert wird und die Produktionskosten minimiert werden.
Das Verfahren zum Pistolensprühen, zum Halbstoffformen bzw. Slush-Formen oder zum Rotationsgießen umfasst die folgenden Schritte: Erzeugen eines Modells eines gewünschten Teils, Erzeugen eines mathematischen Modells des Teils, das das Modell wiedergibt, Entwerfen einer ersten Form, die eine verformte Oberfläche hat, unter Verwendung des mathematischen Modells des Teils, wobei die verformte Oberfläche eine sichtbare Oberfläche des Teils wiedergibt, die verformt worden ist, um das Aufbringen einer Kunststoffschicht zu erleichtern, Entwerfen einer zweiten Form, die eine unverformte Oberfläche hat, welche eine gewünschte Endform des Teils wiedergibt, Herstellen der ersten Form und der zweiten Form und Herstellen des Teils unter Verwendung der ersten Form und der zweiten Form.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der obige und alle weiteren Vorteile der vorliegenden Erfindung werden vollständig für Fachleute aus dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung verständlich, wenn sie im Lichte der beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, in denen:
1 ein Flussdiagramm ist, das das Verfahren des Herstellens einer Form zum Herstellen einer Formschicht durch Pistolensprühen und anderer Formungstechniken gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert; und
2 ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Herstellungspro zesses ist, der die Form verwendet, die gemäß dem Verfahren von 1 hergestellt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer geformten Schicht aus einem flexiblen Kunststoffmaterial mit einem bestimmten Muster, das im Allgemeinen bei 10 in 1 gezeigt ist. Das Verfahren zum Herstellen einer Formschicht 10 enthält das Ausbilden einer Schicht aus einem flexiblen Kunststoffmaterial auf einer Formoberfläche einer ersten Form bzw. Gießform, die einem verzerrten bzw. verformten Muster einer gewünschten, endgültigen Form entspricht. Das verformte Muster der endgültigen Form erleichtert das Pistolensprühen und auch weitere Formungstechniken, da Oberflächen der endgültigen Form an der Oberfläche des verformten Musters sichtbar sind. Die Schicht aus flexiblem Kunststoff wird dann von der ersten Form abgestreift und auf einer zweiten Form abgelagert. Eine Formungsoberfläche der zweiten Form stimmt mit der gewünschten, endgültigen Form überein. Das Verfahren zum Verformen bzw. Verzerren der ersten Form durch diese Erfindung wird durch das Verformen eines mathematischen Modells oder Computermodells ausgeführt, das die endgültige Form wiedergibt, und nicht durch das Verformen eines tatsächlichen, physikalischen Modells oder Musters der endgültigen Form.
Das Verfahren zum Herstellen einer Formschicht 10 enthält einen ersten Schritt zum Erzeugen eines Modells 12 der gewünschten, endgültigen Form eines Teils. Typischerweise wird das Modell aus Ton erzeugt, um eine Wiedergabe der gewünschten, endgültigen Form bereitstellen zu können, die genau sowohl in der Form als auch in der Abmessung ist. Es ist jedoch verständlich, dass weitere Verfahren zum Erzeugen des Modells 12 verwendet werden können, zum Beispiel das Erzeugen eines Modells auf dem Computer, ohne dass vom Bereich und Prinzip der Erfindung abgewichen wird.
Der zweite Schritt umfasst das Aufnehmen von Abmessungsmessungen des Modells 14. Die Messungen des Modells 14 können entweder manuell oder elektronisch aufgenommen werden und z.B. auf einem Computer oder auf Papier aufgezeichnet werden. Im Fall des computererzeugten Modells kann dieser Schritt eliminiert werden.
Sobald sie aufgezeichnet worden sind, werden die Messungen des Modells 14 in mathematische Koordinaten 16 gewandelt, die zum Wiedergeben des Modells im Raum verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Koordinaten unter Verwendung eines CAD-Systems gewandelt, obwohl andere Verfahren, zum Beispiel ein manuelles Zeichnen des Modells unter Verwendung der Messungen, verwendet werden können. Die resultierende Wiedergabe ist eine Kopie des Modells der gewünschten, endgültigen Form.
Der vierte Schritt in dem Verfahren besteht in dem Entwerfen eines Teils 18 auf der Basis der gewünschten, endgültigen Form unter Verwendung der mathematischen Koordinaten, die in dem vorhergehenden Schritt erhalten worden sind. Typischerweise enthält das Teil z.B. eine flexible Kunststoffschicht, ein starres Substrat oder eine Verstärkung und einen flexiblen Schaum oder einen Flächenfüller.
Als Nächstes wird das mathematische Modell einer sichtbaren Oberfläche des Teils erzeugt 20. Dies wird unter Verwendung des CAD-Systems ausgeführt, um die sichtbare Oberfläche, das Substrat und den Füller als eine Gesamtheit in den drei Dimensionen darzustellen.
Der sechste Schritt umfasst die Verwendung des mathematischen Modells des vorhergehenden Schritts für das Entwerfen einer ersten Form, die eine manipulierte oder verzerrte bzw. verformte Oberfläche 22 hat. Die verformte Oberfläche dieses Schrittes gibt die sichtbare Oberfläche des Teils wieder, das verformt worden ist, um ein Formen bzw. Formgießen einer flexiblen Kunststoffschicht darauf zu erleichtern. Im Wesentlichen werden Oberflächen, die unter Verwendung herkömmlicher Formtechniken schwer zu erreichen sein können, verformt oder manipuliert, was das Invertieren oder das Anwinkeln der Oberflächen enthält, um die Oberfläche sichtbarer und zugänglicher zu machen. In der bevorzugten Ausführungsform wird die erste Formoberfläche jedoch unter Verwendung eines CAD-Systems entwickelt und es ist verständlich, dass die Umwandlung auch manuell ausgeführt werden könnte. Die Verwendung des Computers erleichtert einfach einen effizienteren Prozess. Die spezifische Manipulation oder Verformung der sichtbaren Oberfläche des Teils hängt von der genauen Geometrie des endgültigen Teils ab. Das Verfahren der Manipulation umfasst das Ändern eines Winkels der schneidenden Oberflächen, während die übrige Geometrie der Originalkonfiguration des Teils beibehalten wird. Unter Verwendung des Computers können zahlreiche, verformte Modelle überprüft und untersucht werden, um ein Standarddesign für die Form zu erreichen. Frühere Verfahren haben es erfordert, dass ein physikalisches bzw. körperliches Modell des Teils hergestellt wird und dass das körperliche Modell des Teils mit der Absicht manuell verformt wird, eine manipulierte Oberfläche zu bestimmen, was zeitaufwendig, schwierig und teuer ist.
Der siebte Schritt umfasst das Entwerfen einer zweiten Form, die eine unmanipulierte oder unverformte Oberfläche 24 hat. Die unverformte Oberfläche gibt die gewünschte Endkonfiguration der Form wieder. Die zweite Form repositioniert das verformte Teil, das unter Verwendung der ersten Form hergestellt wurde. Zudem beschränkt die zweite Form die Teilverstärkung oder das Substrat, indem sie eine negative Reproduktion der zweiten Oberfläche des Substrats ist. Wie bei der ersten Form kann die zweite Form unter Verwendung eines CAD-Systems entworfen werden, aber es ist jedoch verständlich, dass die Form manuell unter Verwendung herkömmlicher Entwurfswerkzeuge und Techniken entworfen werden kann.
Sobald die Formentwürfe vollständig sind, umfassen die Schritte acht und neun die Herstellung der ersten Form 26 und der zweiten Form 28. Typischerweise können numerisch gesteuerte Maschinen verwendet werden, um die erste Form und die zweite Form herstellen zu können. Die numerisch gesteuerten Maschinen können direkt die Daten verwenden, die in dem CAD-System während der Entwurfsschritte erzeugt wurden, um die Formen herzustellen. Es ist verständlich, dass die Formen auch manuell unter Verwendung von Standardform-Ausbildungstechniken mit den Daten hergestellt werden können, die durch das CAD-System erzeugt werden, ohne dass vom Prinzip und Bereich der Erfindung abgewichen wird. Die Formen können aus jedem herkömmlichen Formmaterial aufgebaut sein, zum Beispiel aus Aluminium, Zink, Stahl, Galvanikmetallen wie zum Beispiel Nickel und Kupfer, und aus Materialien auf Polymerbasis wie zum Beispiel Silikon, und Epoxid.
Nachdem die Herstellung der Formen abgeschlossen worden ist, kann der letzte Schritt in dem Verfahren, nämlich die Herstellung des Teils 30, ausgeführt werden. 2 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens unter Verwendung der Form, die gemäß dem Verfahren, das vorstehend beschrieben und in 1 veranschaulicht worden ist, hergestellt worden ist. Um das Teil herstellen zu können, wird Kunststoff in die erste Form 32 verbracht. Die Teile können durch jedes herkömmliche Herstellungsverfahren, zum Beispiel das Sprühen von Polyurethan, das Halbstoffformen, das Wärme formen oder das Drehgießen/Drehformen mit Thermoplasten, zum Beispiel PVC, TPU und TPO hergestellt werden. Thermoplasten können auch unter Verwendung einer Plasmaablagerung aufgebracht werden.
Sobald der Kunststoff aufgebracht worden ist, wird dem Kunststoff ermöglicht, zu trocknen, auszukühlen oder auszuhärten, um eine Haut 34 bzw. Schicht zu erzeugen. Die Haut ist ein Kunststoffabschnitt des Teils. Sobald sie getrocknet, ausgekühlt oder gehärtet ist, wird die Haut aus der ersten Form 36 entfernt. Die Haut wird dann zu der zweiten Form 38 übertragen, die die gewünschte, endgültige Form des Teils hat. Die Haut wird dann dazu gezwungen, mit der Form der zweiten Form 40 übereinzustimmen. Dies wird durch irgendein herkömmliches Verfahren, zum Beispiel die Anwendung eines Vakuums oder von Druck auf die Hautoberfläche ausgeführt. Sobald die endgültige Form des Teils erreicht worden ist, wird das endgültige Teil aus der zweiten Form 42 entfernt. Das Teil ist nun fertig für den Transfer zu weiteren Herstellungsprozessen oder Zusammenbauprozessen. Es ist verständlich, dass die Reihenfolge der vorstehenden Schritte nicht kritisch ist und dass die Reihenfolge wie gewünscht geändert werden kann.
Die beschriebenen Verfahrensschritte eliminieren Schritte der früheren Herstellungsverfahren. Durch Reduzieren der Anzahl der Schritte, die zum Herstellen der Häute erforderlich sind, werden die Kosten minimiert und die Effizienz wird maximiert.
In Übereinstimmung mit den Regeln der Patentstatuten wurde die vorliegende Erfindung derart beschrieben, dass ihre bevorzugte Ausführungsform wiedergegeben wird. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Erfindung anders ausgeführt werden kann, als sie spezifisch gezeigt und beschrieben worden ist, ohne dass von ihrem Prinzip oder Bereich abgewichen wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Formschicht, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erzeugen eines Modells eines gewünschten Teils; Erzeugen eines mathematischen Modells des Teils, das das Modell wiedergibt; Entwerfen einer ersten Form, die eine verformte Oberfläche hat, unter Verwendung des mathematischen Modells des Teils, wobei die verformte Oberfläche eine sichtbare Oberfläche des Teils wiedergibt, die verformt worden ist, um ein Aufbringen einer Kunststoffschicht zu erleichtern; Entwerfen einer zweiten Form, die eine unverformte Oberfläche hat, die eine gewünschte, endgültige Form des Teils wiedergibt; Herstellen der ersten Form und der zweiten Form; und Herstellen des Teils unter Verwendung der ersten Form und der zweiten Form.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Herstellens des Teils weiterhin die Schritte aufweist: Aufbringen eines Kunststoffs auf die erste Form, um eine Haut bzw. Schicht zu erzeugen; Entfernen der Haut aus der ersten Form; Transferieren der Haut zu der zweiten Form; Verursachen, dass die Haut mit der unverformten Oberfläche der zweiten Form übereinstimmt; und Entfernen der Haut aus der zweiten Form.
Verfahren nach Anspruch 2, worin der Kunststoff unter Verwendung von Pistolensprühen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Kunststoff, der unter Verwendung von Pistolensprühen aufgebracht wird, Polyurethan ist.
Verfahren nach Anspruch 2, worin der Kunststoff unter Verwendung von Halbstoffformen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, worin der Kunststoff unter Verwendung von Wärmeformen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, worin der Kunststoff unter Verwendung von Rotationsformen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, worin der Kunststoff unter Verwendung einer Plasmaablagerung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die verformte Oberfläche durch Ändern eines Winkels der schneidenden Oberflächen entworfen wird, während eine verbleibende Geometrie der Originalkonfiguration des Teils aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das mathematische Modell unter Verwendung eines Computers erzeugt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Formschicht, wobei das Verfahren auch die Schritte aufweist: Erzeugen eines Modells eines gewünschten Teils; Aufnehmen von Abmessungsmessungen des Modells und Aufzeichnen der Messungen; Umwandeln der Messungen des Modells in mathematische Koordinaten, um das Modell im Raum wiederzugeben; Erzeugen eines mathematischen Modells des Teils unter Verwendung der Koordinaten; Entwerfen einer ersten Form, die eine verformte Oberfläche hat, unter Verwendung des mathematischen Modells des Teils, wobei die verformte Oberfläche eine sichtbare Oberfläche des Teils wiedergibt, die verformt wird, um das Aufbringen einer Kunststoffschicht zu erleichtern; Entwerfen einer zweiten Form, die eine unverformte Oberfläche hat, welche eine gewünschte, endgültige Form des Teils wiedergibt; Herstellen der ersten Form; Herstellen der zweiten Form; und Herstellen des Teils.
Verfahren nach Anspruch 11, worin der Schritt des Herstellens des Teils weiterhin die Schritte aufweist: Aufbringen eines Kunststoffs auf die erste Form, um eine Haut bzw. Schicht zu erzeugen; Entfernen der Haut aus der ersten Form; Transferieren der Haut zu der zweiten Form; Verursachen, dass die Haut mit der unverformten Oberfläche der zweiten Form übereinstimmt; und Entfernen der Haut aus der zweiten Form.
Verfahren nach Anspruch 12, worin der Kunststoff unter Verwendung von Pistolensprühen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 13, worin der Kunststoff, der unter Verwendung von Pistolensprühen aufgebracht wird, Polyurethan ist.
Verfahren nach Anspruch 12, worin der Kunststoff unter Verwendung eines Halbstoffformens aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, worin der Kunststoff unter Verwendung von Wärmeformen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, worin der Kunststoff unter Verwendung von Rotationsformen aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen einer Formschicht, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erzeugen eines dreidimensionalen Modells eines gewünschten Teils; Aufnehmen von Abmessungsmessungen des Modells; Erzeugen eines mathematischen Modells des Teils unter Verwendung der Messungen des Modells; Entwerfen und Herstellen einer ersten Form, die eine verformte Oberfläche hat, unter Verwendung des mathematischen Modells des Teils, wobei die verformte Oberfläche eine sichtbare Oberfläche des Teils wiedergibt, die verformt worden ist, um das Aufbringen einer Kunststoffschicht zu erleichtern; Entwerfen und Herstellen einer zweiten Form, die eine unverformte Oberfläche hat, die eine gewünschte, endgültige Form des Teils wiedergibt; Aufbringen von Kunststoff auf die erste Form, um eine Haut bzw. Schicht zu erzeugen; Entfernen der Haut aus der ersten Form; Transferieren der Haut zu der zweiten Form; Verursachen, dass die Haut mit der unverformten Oberfläche der zweiten Form übereinstimmt; und Entfernen der Haut aus der zweiten Form.
Verfahren nach Anspruch 18, worin der Kunststoff unter Verwendung des Pistolensprühens, Halbstoffformens, Wärmeformens, Rotationsformens und/oder der Plasmaablagerung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 18, worin der aufgebrachte Kunststoff Polyurethan, PVC, TPU und/oder TPO ist.