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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils
mit genarbter Oberflächenstruktur, bei dem das Bauteil
anhand eines 3D-Datensatzes des Bauteils mit genarbter Oberflächenstruktur
hergestellt wird.
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Aus
der
DE 10 2004
061 615 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils
mit genarbter Oberflächenstruktur bekannt, bei dem ein
3D-Datensatz des Bauteils sowie eine gewünschte Oberflächennarbung
bereitgestellt wird. Dabei wird der 3D-Datensatz der Oberflächennarbung
auf den 3D-Datensatz des Bauteils derart projiziert, dass aus der
Projektion ein 3D-Datensatz eines Bauteils mit genarbter Oberflächenstruktur
bestimmt wird und das Bauteil anhand dieses 3D-Datenatzes hergestellt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung eines Bauteils mit genarbter Oberflächenstruktur
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit genarbter Oberflächenstruktur
wird dieses anhand eines 3D-Datensatzes des Bauteils mit genarbter
Oberflächenstruktur hergestellt. Erfindungsgemäß wird
die genarbte Oberfläche, insbesondere eine genarbte Oberflächenstruktur,
vorzugsweise aus einem auf das Bauteil aufgebrachten Material gebildet.
Dabei wird das Material in Form von einzelnen Pixeln aufgebracht.
Die Pixel werden anhand von einem aus mehreren vorgebbaren Pixelmustern
ausgewählten Pixelmuster, insbesondere einem anisotropen
Pixelmuster, derart geformt, dass mindestens eine vorgegebene Funktionalität
der Oberflächennarbung erzielt wird.
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Dabei
können die Pixel anhand eines aus einer natürlichen
Vorlage, z. B. einer Lederoberfläche, abgeleiteten, insbesondere
digitalisierten Pixelmusters oder anhand eines synthetischen oder
künstlichen, digitalen Pixelmusters gebildet werden.
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Anhand
des Verfahrens können in vorteilhafter Weise einem Original
nachgebildete, genarbte Oberflächenstrukturen, wie z. B.
Ledernarbung in Echtlederanmutung, auf Bauteile, insbesondere Interieurbauteile
oder andere Kunststoffbauteile im Innenbereich eines Fahrzeugs,
aufgebracht werden. Auch ist die Reproduzierbarkeit einer originalgetreu nachgebildeten
Oberflächenstruktur wesentlich verbessert.
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Dabei
können die Oberflächenstrukturen verbesserte Eigenschaften,
beispielsweise Schmutz abweisend, Schall dämmend, druckfest,
aufweisen.
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Zudem
kann das Verfahren erhebliche Vorteile bezüglich des Zeit-,
Material-, Werkzeug- und Kostenaufwandes erzielen. Besonders eignet
sich das Verfahren für eine "werkzeuglose" Produktion, insbesondere
ohne eine Druckform oder ein Fräswerkzeug.
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Darüber
hinaus entfällt anhand des Verfahrens besonders bevorzugt
ein Werkzeugeinsatz zur Herstellung von genarbten Oberflächenstrukturen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 schematisch
eine Vorlage für eine genarbte Oberflächenstruktur,
insbesondere eine Ledernarbung,
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2 ein
Ausführungsbeispiel für eine schrittweise aus
einer Ledernarbungs-Vorlage hergestellte genarbte Oberflächenstruktur,
insbesondere in Echtlederanmutung, und
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3 ein
Ausführungsbeispiel für eine schrittweise aus
einer synthetischen Vorlage hergestellte synthetische Oberflächenstruktur.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In 1 ist
eine Vorlage 1 mit einer natürlich genarbten Oberflächenstruktur
OS1, insbesondere eine Lederstruktur oder natürliche Ledernarbung, dargestellt.
Das Verfahren sieht hierzu vor, dass diese Vorlage 1 zu
einem digitalisierten Pixelmuster 2, wie in 2 dargestellt,
verarbeitet und als ein 3D-Datensatz mit einer digitalisierten Oberflächenstruktur
OS2, die weitgehend der natürlich genarbten Oberflächenstruktur
OS1 entspricht und dieser weitgehend originalgetreu nachgebildet
ist, bereitgestellt wird.
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Anschließend
wird anhand des digitalisierten Pixelmusters 2 beispielsweise
in mehreren Stufen n ein Material pixelweise auf ein Bauteil 3 aufgebracht, so
dass die natürlich genarbte Oberflächenstruktur OS1
auf dem Bauteil durch eine künstliche Oberflächenstruktur
OS3.1 bis 3.n nachgebildet ist.
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Um
den 3D-Datensatz zu erstellen, wird eine optische Vermessung der
Vorlage 1 mit der genarbten Oberflächenstruktur
OS1, beispielsweise einer Tierhaut, durchgeführt. Diese
Vermessung kann mit einem geeigneten Verfahren, wie beispielsweise
einer Streifenprojektion, einer Lasertriangulation und/oder einer
Photogammetrie, optisch durchgeführt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich kann als gewünschte oder nachzubildende
genarbte Oberflächenstruktur OS1 eine synthetische oder
künstliche Oberflächenstruktur OS4 als ein Pixelmuster 4 digital entworfen
und als ein 3D-Datensatz auf einer Datenverarbeitungsanlage, insbesondere
einem Personal Computer, hinterlegt werden, wie dies in 3 näher dargestellt
ist. Dabei zeigt die 3 das gleiche synthetische Pixelmuster 4 mit
der gleichen synthetischen Oberflächenstruktur OS4 und
das Bauteil 3 mit einer die synthetische Oberflächenstruktur
OS4 weitgehend nachgebildeten Oberflächenstruktur OS5 mehrfach
vergrößert.
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Je
nach Verwendung des herzustellenden Bauteils 3 kann das
die jeweilige nachgebildete Oberflächenstruktur OS3 oder
OS5 repräsentierende digitalisierte Pixelmuster 2 bzw. 4 veränderbar
sein. Insbesondere handelt es sich bei dem Pixelmuster 2 und/oder 4 um
ein anisotropes Muster, welches eine genaue Steuerung der Materialaufbringung
ermöglicht, indem die Oberflächenstruktur OS3
oder OS5 pixelweise und somit pixelabhängig aufgebracht wird,
wobei die Pixel verschiedene Eigenschaften aufweisen können.
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Beispielsweise
werden Pixel- oder Partikeleigenschaften oder -parameter, wie Länge,
Breite, Tiefe und/oder Ausrichtung der einzelnen oder mehrerer Pixel
vorgegeben, verändert, angepasst und/oder gelöscht.
Durch derartige Vorgaben und/oder Änderungen von einzelnen
Pixeleigenschaften kann die jeweilige nachgebildete Oberflächenstruktur
OS3 oder OS5 mit einer entsprechenden Funktionalität, z. B.
Schmutz abweisend, hergestellt und erzeugt werden.
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2 zeigt
beispielhaft eine Abfolge der Durchführung des Verfahrens
anhand der in 1 dargestellten Vorlage 1 mit
der natürlich genarbten Oberflächenstruktur OS1,
insbesondere einer Ledernarbung.
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Gezeigt
ist die Vorlage 1 mit der natürlich genarbten
Oberflächenstruktur OS1, die wie in 1 beschrieben,
optisch vermessen wird, um das digitalisierte Pixelmuster 2 in
Form eines 3D-Datensatzes bereitzustellen. Zusätzlich wird
ein 3D-Datensatz des Bauteiles 3, welches in seiner Form/Abmessung
dargestellt ist, zur Verfügung gestellt, auf welches die
die natürlich genarbte Oberflächenstruktur OS1
nachbildende genarbte Oberflächenstruktur OS3.1 bis OS3.n
in mehreren Stufen n erzeugt und aufgebracht werden soll. Das Bauteil 3 kann
ebenfalls in einem geeigneten Verfahren optisch vermessen werden.
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Zur
Herstellung der natürlich nachgebildeten genarbten Oberflächenstruktur
OS3.n wird anhand des digitalisierten Pixelmusters 2 ein
Material in Form von einzelnen Pixeln des digitalisierten Pixelmusters 2 in
mehreren Stufen n aufgebracht. Dabei bildet eine Vielzahl von Pixeln
das digitalisierte Pixelmuster 2, insbesondere ein 3D-Muster.
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Im
Detail stellen die Pixel Mikro- oder Nanopartikel dar, welche eine
Mikro- bzw. Nanostruktur für die nachgebildete Oberflächenstruktur
OS3.1 bis OS3.n oder OS5 bilden. Unter Mikro- oder Nanostruktur
wird hierbei eine mikroskopisch auflösbare Feinstruktur
der nachgebildeten genarbten Oberflächenstruktur OS3.n
oder OS5 verstanden. Die einzelnen Pixel oder Partikel weisen hierzu
Abmessungen vorzugsweise im Millimeter- bis Nanometerbereich auf.
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Die
einzelnen Pixel weisen in vorteilhafter Weise rundliche oder andere
geeignete Konturen auf und sind beispielsweise aus gehärtetem
Lack, insbesondere Gleitlack gebildet. Dabei werden die Pixel entsprechend
dem Pixelmuster 2 derart auf das Bauteil 3 aufgebracht,
dass diese das Bauteil 3 vollflächig bedecken
und somit eine Grenzfläche zu angrenzender Materie bilden.
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Darüber
hinaus ist es vorteilhaft, dass Pixel unterschiedlicher Eigenschaften,
insbesondere Pixel unterschiedlicher Form, unterschiedlicher Größe,
unterschiedlicher physikalischer und/oder unterschiedlicher chemischer
Eigenschaften anhand von mindestens einem zugehörigen Pixelmuster 2 bestimmt,
geformt und auf das Bauteil 3 aufgebracht werden. Die unterschiedlichen
Eigenschaften der Pixel werden beispielsweise in Abhängigkeit
von einer Verwendung des Bauteils 3 und/oder einer gewünschten Oberflächeneigenschaft
des Bauteils 3 bestimmt. Dabei werden zur Erzielung von
unterschiedlichen Eigenschaften, wie z. B. Wasser und/oder Schmutz abweisende
Oberfläche, der nachgebildeten Oberflächenstruktur
OS3.n oder OS5 mindestens eine oder mehrere Pixeleigenschaften,
wie z. B. Lage, Form, Richtungsorientierung, Abmessung, Höhe,
Tiefe, Durchmesser und/oder chemische Zusammensetzung einzelner
oder mehrerer Pixel und/oder einzelner oder mehrerer Pixelschichten,
vorgegeben.
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Hierzu
können in einer möglichen Ausgestaltung der Anwendung
des Verfahrens Pixel in unterschiedlicher Form in einer, in zwei
oder in drei Raumachsen vorliegen, z. B. kann ein Pixel flacher und/oder
ellipsoider als ein anderes ausgestaltet sein.
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Ferner
werden die Pixel unterschiedlicher Eigenschaften zur Erzielung verschiedener
Funktionalitäten der nachgebildeten genarbten Oberflächenstrukturen
OS3.n oder OS5 über- und/oder nebeneinander und relativ
zueinander mit gleicher und/oder unterschiedlicher Beabstandung
anhand mindestens eines nicht gezeigten Pixelaufbringungsmusters
angeordnet und aufgebracht.
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Darüber
hinaus können die Pixel unterschiedlicher Eigenschaften
anhand des Pixelaufbringungsmusters lagen-, schicht- und/oder nebeneinander
aufgebracht werden.
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Besonders
bevorzugt wird eine erste Pixelschicht mit einer ersten Eigenschaft
auf das Bauteil 3 aufgebracht. Anschließend wird
eine oder werden mehrere Pixelschichten mit einer weiteren bzw.
mit mehreren zusätzlichen Eigenschaften aufgebracht.
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Anhand
der unterschiedlichen Eigenschaften sowie der Anordnung der Pixel
kann beispielsweise ein Strukturaufbau bzw. durch die Erzeugung
einer funktionalen Topologie eine gewünschte Eigenschaft, wie
z. B. Schmutz abweisend, Schall dämmend, dicht und/oder
druckfest, erzielt und/oder optimiert werden.
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Bei
dem Bauteil 3 kann es sich beispielsweise um eine Dichtung
und/oder ein Interieurbauteil handeln, welches z. B. aus Kunststoff
gebildet ist.
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Vorzugsweise
wird das Material bzw. werden die einzelnen Pixel in flüssiger
Form auf das Bauteil 3 aufgebracht, insbesondere gedruckt.
Hierzu eignen sich z. B. ein Siebdruck, ein elektronisches Druckverfahren
ohne Druckform, insbesondere ein Druckverfahren mittels Tintenstrahl
oder Laserstrahl.
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Besonders
bevorzugt können mittels der Druckverfahren ohne Druckform
gekrümmte Oberflächen von Bauteilen 3 bedruckt
werden, wobei sich hierzu ganz besonders der Laserstrahldruck eignet.
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Dabei
werden mehrere Druckstufen n durchgeführt, bis die nachzubildende
genarbte Oberflächenstruktur OS3.n oder OS5 auf dem Bauteil 3 dem Pixelaufbringungsmuster
entspricht. Die Anzahl der Druckstufen n ist insbesondere von der
Höhe der aufzubringenden Oberflächenstruktur OS3.n
oder OS5 und/oder von der Höhe der Pixel abhängig.
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In
einer möglichen Ausführungsform können die
Pixel mittels der Druckverfahren auf eine nicht dargestellte Abziehfolie
gedruckt werden. Anschließend wird die Folie mit der anhand
des jeweiligen Pixelmusters 2 oder 4 aufgetragenen,
nachgebildeten Oberflächenstruktur OS3.n oder OS5 auf das
Bauteil 3 aufgebracht, insbesondere geklebt. Diese Variante ist
insbesondere für Bauteile 3 geeignet, die eine stark
gekrümmte Oberfläche aufweisen.
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- 1
- Vorlage
- 2
- digitalisiertes
Pixelmuster für natürlich genarbte Oberflächenstruktur
OS1
- 3
- Bauteil
- 4
- digitalisiertes
Pixelmuster für synthetische Oberflächenstruktur
OS4
- OS1
- natürlich
genarbte Oberflächenstruktur
- OS2
- digitalisierte
natürliche Oberflächenstruktur
- OS3.1
- bis
OS3.n natürlich nachgebildete Oberflächenstruktur
- OS4
- digitalisierte
synthetische Oberflächenstruktur
- OS5
- synthetisch
nachgebildet Oberflächenstruktur
- n
- Anzahl
Druckstufen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004061615
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