DE102010004698A1

DE102010004698A1 - Verfahren zur Formgebung eines Teiles mithilfe von Formgedächtnispolymeren

Info

Publication number: DE102010004698A1
Application number: DE102010004698A
Authority: DE
Inventors: Elisabeth J. Farmington Hills Berger; Ingrid A. Clinton Township Rousseau; John N. Franklin Owens; Hamid G. Bloomfield Hills Kia
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2030-01-16
Also published as: US8038923B2; US20100181698A1; DE102010004698B4

Abstract

Ein Verfahren zur Formgebung eines Teiles umfasst, dass ein Formgedächtnispolymer von einer permanenten Form in eine temporäre Form verformt wird, wobei die permanente Form des Formgedächtnispolymers eine vorbestimmte Teileform ist und die temporäre Form eine Form ist, die größer ist als die vorbestimmte Teileform. Das Formgedächtnispolymer in jeder von der permanenten Form und der temporären Form definiert einen Hohlraum darin. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Formmasse in den Hohlraum des Formgedächtnispolymers eingeleitet wird und das Formgedächtnispolymer in seine permanente Form zurückgebracht wird. Es sind hierin auch weitere Verfahren zur Formgebung des Teiles offenbart.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenlegung betrifft allgemein Formgebungsverfahren und im Spezielleren ein Verfahren zur Formgebung eines Teiles mithilfe von Formgedächtnispolymeren.
Hintergrund
Verschiedene Kraftfahrzeug- und/oder Luft- und Raumfahrtteile einschließlich z. B. strukturelle Teile, Teile von Innenräumen und/oder dergleichen werden oft mithilfe von herkömmlichen Formverfahren wie z. B. Formpressen, Spritzgießen, Strangpressen, Blasformen etc. gebildet. Wenngleich die oben genannten Formverfahren zur Formgebung von Teilen mit relativ simplen Geometrien oft gut geeignet sind, können Probleme entstehen, wenn Teile gepresst werden, die Geometrien mit höherer Komplexität aufweisen. Zum Beispiel kann ein Teil ein oder mehrere kleine komplizierte Merkmale aufeisen, die in einigen Fällen das Formen des Teiles mithilfe herkömmlicher Formverfahren relativ schwierig machen können. Überdies können solche kleinen komplizierten Merkmale das Entnehmen des Teiles aus einem Formwerkzeug erschweren oder sogar verhindern, nachdem die Komponente gebildet wurde. In diesen Fällen können gegebenenfalls zusätzliche Entnahmeprozeduren mithilfe zusätzlicher Apparaturen und/oder Materialien notwendig sein, um das Teil aus dem Formwerkzeug zu entnehmen, was in einigen Fällen die Formgebungszeit und/oder Kosten und/oder den Energieverbrauch in Verbindung mit solchen Entnahmeprozeduren verlängern bzw. erhöhen kann.
Zusammenfassung
Hierin sind Verfahren zur Formgebung eines Teiles offenbart. Ein Beispiel des Verfahrens umfasst, dass ein Formgedächtnispolymer von einer permanenten Form in eine temporäre Form verformt wird, wobei die permanente Form eine vorbestimmte Teileform ist und die temporäre Form eine Form ist, welche größer ist als die vorbestimmte Teileform. Das Formgedächtnispolymer in jeder von der permanenten Form und der temporären Form definiert einen Hohlraum darin. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Formmasse in den Hohlraum des Formgedächtnispolymers eingeleitet wird und das Formgedächtnispolymer in seine permanente Form zurückgebracht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenlegung werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen offensichtlich, in denen gleiche Bezugsziffern ähnlichen, wenngleich nicht identischen Komponenten entsprechen. Der Kürze wegen können Bezugsziffern oder Merkmale, welche eine zuvor beschriebene Funktion besitzen, in Verbindung mit weiteren Zeichnungen, in denen sie aufscheinen, beschrieben sein oder nicht.
1A bis 1E veranschaulichen zusammen schematisch ein Beispiel eines Verfahrens zur Formgebung eines Teiles mit zumindest einem Gießformsperrmerkmal;
1A, 1B und 1F bis 1H veranschaulichen zusammen schematisch ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Formgebung eines Teiles;
2A bis 2E veranschaulichen schematisch ein noch weiteres Beispiel des Verfahrens zur Formgebung eines Teiles;
2A bis 2C, 2F, 2G und 2E veranschaulichen zusammen schematisch ein noch weiteres Beispiel des Verfahrens zur Formgebung des Teiles;
3A bis 3D veranschaulichen zusammen schematisch ein Beispiel eines weiteren Verfahrens zur Formgebung eines Teiles; und
4 ist ein Graph, der die Temperaturbeziehungen zwischen zumindest einigen von den Schritten des Beispieles des in den 1A bis 1E gezeigten Verfahrens veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
Die Ausführungsform/en des Verfahrens, wie hierin offenbart, kann/können vorteilhafterweise verwendet werden, um ein Teil mit zumindest einem Gießformsperrmerkmal zu bilden. Die Ausführungsform/en des Verfahrens 1) lässt/lassen zumindest zu, dass das Teil problemlos aus einem Formgebungswerkzeug entnommen wird, ohne dass (eine) zusätzliche Apparatur, Materialien und/oder Arbeit eingesetzt werden muss/müssen, insbesondere wenn das Teil zumindest ein Gießformsperrmerkmal aufweist, 2) ist/sind relativ einfach zu verwenden, ist/sind relativ kostengünstig auszuführen und kann/können zur Formgebung einer Anzahl verschiedener Teile angewendet werden und 3) lässt/lassen die Formgebung des Teiles wie auch solcher Teile zu, die ein oder mehrere Gießformsperr merkmal/e aufweisen, ohne die Notwendigkeit, alternative und/oder zusätzliche Formtechniken oder -verfahren einzusetzen.
Hierin sind verschiedene Beispiele des Teileformgebungsverfahrens offenbart. Allgemein umfassen die Verfahren ein Formgedächtnispolymer als eine Form. Einige Ausführungsformen des Verfahrens umfassen die Verwendung einer Formmasse, bei der Bezugsziffer 18 bezeichnet (siehe z. B. die 1C–1E), die in einem Beispiel eine Niederdruck-Formfüllung oder andere verstärkte und/oder nicht verstärkte Materialien sein kann, die in die Formgedächtnispolymerform eingeleitet werden können. Weitere Ausführungsformen des Verfahrens umfassen die Verwendung einer weiteren Formmasse, bei der Bezugsziffer 18' bezeichnet (siehe z. B. die 1G–1H, die 2.-Serie und die 3-Serie), die ein Flüssigharz ist, das in Kombination mit einem Vorformling verwendet wird. Weitere Details der Verfahren und der Materialien (z. B. 18, 18'), die in diesen Verfahren verwendet werden, werden hierin unten stehend weiter erläutert.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen ist ein Beispiel eines Verfahrens zur Formgebung eines Teiles in den 1A bis 1E zusammen schematisch veranschaulicht, und ein weiteres Beispiel dieses Verfahrens ist in den 1A, 1B und 1F bis 1H zusammen schematisch veranschaulicht.
In beiden von den vorhergehenden Beispielen beginnt das Verfahren, indem ein Formgedächtnispolymer 10 in eine Form umgeformt wird, bei der sich die Innenfläche/n davon (z. B. die Innenfläche 11 wie in 1A gezeigt) einer vorbestimmten Form eines zu bildenden Teiles 20 (in den 1E, 2H, 2E, 2G und 3D gezeigt) angleicht. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „vorbestimmte Teileform” auf die gewünschte Form des letztlich gebildeten Teiles. Allgemein ist die vorbestimmte Teileform eine beliebige einfache oder komplexe, regelmäßige oder unregelmäßige geometrische Form einschließlich massiver Teile und hohler Teile. In einigen Fällen umfasst die vorbestimmte Teileform auch zumindest ein Gießformsperrmerkmal. Ein „Gießformsperrmerkmal” bezieht sich auf ein Merkmal oder Merkmale des Teiles, das/die die Gießformsperre des Teiles in dem Formwerkzeug verursacht/en. Eine „Gießformsperre” findet statt, wenn das Teil mithilfe herkömmlicher Entnahmeverfahren auf Grund der Geometrie des Teiles nicht aus dem Formwerkzeug entnommen werden kann.
Es sollte einzusehen sein, dass, wenngleich die verschiedenen Ausführungsformen des hierin offenbarten Verfahrens auf Teile, die einfache oder komplexe Geometrien ohne Gießformsperrmerkmale aufweisen, angewendet werden können, die in den Fig. veranschaulichten Beispiele jedoch zumindest ein Gießformspermerkmal 16 umfassen. In den Beispielen, die in den 1A bis 1H gezeigt sind, ist das Gießformsperrmerkmal 16 als ein Unterschnitt gezeigt. In den Beispielen, die in den 2A bis 2E und in den 3A bis 3D gezeigt sind, ist das Gießformsperrmerkmal 16 als ein Schwalbenschwanz gezeigt.
In einer Ausführungsform wird das Formgedächtnispolymer 10 anfänglich in eine permanente Form umgeformt. Das Umformen des Formgedächtnispolymers 10 in seine permanente Form kann z. B. durch Formen des Formgedächtnispolymers mithilfe eines Formwerkzeugs bewerkstelligt werden. Nach dem Formen wird das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um das Formgedächtnispolymer im Inneren des Formwerkzeuges zu verformen und es dadurch aus dem Formwerkzeug herausnehmbar zu machen. Die Temperatur, die ausreicht, um das Formgedächtnispolymer zu verformen, ist eine Temperatur über der Schalttemperatur des Formgedächtnispolymers. Die Schalttemperatur wird nachfolgend in größerem Detail beschrieben. Während des Herausnehmens des Formgedächtnispolymers aus dem Formwerkzeug kann das Formgedächtnispolymer in seinem erwärmten Zustand gehalten werden (oder wieder erwärmt werden, wenn es abgekühlt ist), um das Formgedächtnispolymer in seine permanente Form zurückzubringen, und danach ohne äußere Beschränkungen abgekühlt werden, um die permanente Form festzulegen. Das Formgedächtnispolymer kann ein thermoplastisches Polymer oder ein duroplastisches Polymer sein. Wenn das Formgedächtnispolymer ein thermoplastisches Polymer ist, wird die Rückerlangung der permanenten Form des Formgedächtnispolymers durch physikalische Vernetzungen ermöglicht, die in der Polymerstruktur vorhanden sind. Wenn das Formgedächtnispolymer ein duroplastisches Polymer ist, wird die Rückerlangung der permanenten Form durch die kovalenten Vernetzungen ermöglicht. In jedem Fall lässt das Vorhandensein von physikalischen oder kovalenten Vernetzungen die Umkehr des Formgedächtnispolymers von einer anderen Form (z. B. der nachfolgend in größerem Detail beschriebenen temporären Form) in seine permanente Form zu, indem die gespeicherte Energie, die dem System während der Verformung verliehen wird, bei einer geeigneten Temperatur und anschließendem Abkühlen freigesetzt wird, um eine neue Form festzulegen.
Die permanente Form des Formgedächtnispolymers 10, auf die hierin mit Bezugnahme auf die 1A bis 1H Bezug genommen wird, entspricht der vorbestimmten Teileform. In seiner permanenten Form, wie in 1A gezeigt, umfasst das Formgedächtnispolymer 10 zumindest ein Gießformsperrmerkmal 16 und einen Hohlraum 12, der in dem Formgedächtnispolymer 10 definiert ist. Der Hohlraum 12 umfasst in einigen Ausführungsformen ein Ventil 14, welches funktionell damit verbunden ist. In einer Ausführungsform kann der Hohlraum 12 mehr als ein Ventil 14 umfassen. Wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben wird, kann/können das/die Ventil/e 14 verwendet werden, um eine Strömung eines Fluids in den Hohlraum 12 hinein oder aus diesem heraus zu steuern. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann/können das/die Ventil/e 14 verwendet werden, um zuzulassen, dass eine Formmasse in den Hohlraum 12 eingeleitet wird. In einem weiteren Beispiel kann/können das/die Ventil/e 14 verwendet werden, um ein Gas, Wasser oder ein Lösungsmittel in den Hohlraum 12 hinein oder aus diesem heraus zu lassen, um in einem oder mehreren Fällen während eines Formverfahrens, das/die nachfolgend beschrieben wird/werden, einen Druck zu erhöhen/verringern oder ein Vakuum im Inneren des Hohlraumes 12 zu erzeugen. In einigen Fällen können mehrere Ventile 14 verwendet werden, um gleichzeitig Material einzuspritzen und ein Vakuum zu erzeugen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1B wird das Formgedächtnispolymer 10 von seiner permanenten Form in eine temporäre Form verformt. Das Formgedächtnispolymer 10' in seiner temporären Form umfasst jede Form, die volumetrisch größer ist als die vorbestimmte Teileform und somit als die permanente Form des Formgedächtnispolymers 10. Die temporäre Form 10' kann derart ausgebildet sein, dass die vorbestimmte Teileform davon entfernbar ist. Zu Illustrationszwecken ist das Formgedächtnispolymer 10' in seiner temporären Form in 1B als eine rechteckige Form mit dem darin definierten Hohlraum 12' veranschaulicht.
In einer Ausführungsform wird die Verformung des Formgedächtnispolymers 10 (d. h. in seiner permanenten Form) in das Formgedächtnispolymer 10' (d. h. in seiner temporären Form) bewerkstelligt, indem das Formgedächtnispolymer 10 auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur T_SW erwärmt wird (in 4 gezeigt). Wie hierin verwendet, bezieht sich die „Schalttemperatur” (T_SW) des Formgedächtnispolymers 10, 10' auf die Temperatur, bei der das Formgedächtnispolymer im Wesentlichen leicht verformbar wird und in Kombination mit einer Kraft (wie nachfolgend in grö ßerem Detail beschrieben wird) von seiner permanenten Form in seine temporäre Form geschaltet werden kann. Die Schalttemperatur (T_SW) bezieht sich auch auf die Temperatur, bei der das Formgedächtnispolymer seinen Zustand mit niedrigem Modul erreicht und von seiner temporären Form spontan in seine permanente Form zurückkehren kann (was ebenfalls hierin nachfolgend in größerem Detail beschrieben wird). Es sollte einzusehen sein, dass die Schalttemperatur in Abhängigkeit von der Chemie des gewählten Formgedächtnispolymers variiert. Nicht einschränkende Beispiele von geeigneten Formgedächtnispolymeren umfassen Systeme auf Epoxid-Basis, Systeme auf Acrylat-Basis, Systeme auf Styrol-Basis oder Systeme auf Olefin-Basis, die auch Füllstoffe (z. B. anorganische Füllstoffe) oder weitere aktive Materialien (z. B. Formgedächtnislegierungsdrähte, magnetoresponsive Füllstoffe, elektroaktive Füllstoffe, photoresponsive organische Farbstoffe und/oder dergleichen) umfassen können. Es sollte einzusehen sein, dass Füllstoffe Verstärkungsfüllstoffe sein können, welche die mechanischen Eigenschaften des Formgedächtnispolymers verbessern.
Zusätzlich zum Erwärmen des Formgedächtnispolymers 10, um es von seiner permanenten Form in seine temporäre Form zu schalten, wird im Inneren des Hohlraumes 12 eine Kraft angewendet, um solch einen Übergang zuzulassen. Ein Beispiel für eine geeignete Kraft, die im Inneren des Hohlraumes 12 angewendet werden kann, umfasst einen Druck. In einigen Fällen kann der Druck im Inneren des Hohlraumes 12 durch Einleiten eines Gases, von Wasser oder eines anderen Materials durch das Ventil 14 erhöht werden. In diesen Fällen kann das Gas, Wasser oder andere Material erwärmt oder gekühlt sein, sodass das Formgedächtnispolymer 10 während der Verformung bei der geeigneten Temperatur über seiner Schalttemperatur bleibt. Ein noch weiteres Beispiel für eine geeignete Kraft, die im Inneren des Hohlraumes 12 angewendet werden kann, um fasst eine mechanische Kraft. Solch eine mechanische Kraft kann im Inneren des Hohlraumes 12 z. B. durch Einspritzen eines Materials im Inneren des Hohlraumes 12 durch das/die Ventil/e 14, Anwenden einer Zugkraft auf eine Außenfläche des Formgedächtnispolymers 10 (z. B. Aufziehen des Formgedächtnispolymers mithilfe von Greifmerkmalen (z. B. Ösen), die an der Außenfläche des Formgedächtnispolymers angeordnet sind) oder dergleichen angewendet werden. Es sollte auch einzusehen sein, dass, wenn eine oder mehrere Kräfte im Inneren des Hohlraumes 12 zusätzlich zum Erwärmen des Formgedächtnispolymers 10 angewendet wird/werden, die Wärme und die Kraft nacheinander oder im Wesentlichen gleichzeitig angewendet werden können.
Sobald sich das Formgedächtnispolymer 10 von seiner permanenten Form in seine temporäre Form verändert hat, kann die temporäre Form des Formgedächtnispolymers 10' fixiert oder anderweitig festgelegt werden, indem das Formgedächtnispolymer 10' auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur T_SW abgekühlt wird. 4 zeigt, dass das Formgedächtnispolymer 10' auf ungefähr Raumtemperatur (RT) abgekühlt ist. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass jede Temperatur unter der Schalttemperatur T_SW ausreichend sein wird, um das Formgedächtnispolymer 10' in der temporären Form festzulegen. In einem nicht einschränkenden Beispiel wird das Formgedächtnispolymer 10' auf eine Temperatur im Bereich von etwa 10°C bis etwa 20°C unter seiner Schalttemperatur abgekühlt.
Die Beispiele des Verfahrens zur Formgebung des Teiles umfassen ferner, dass die Formmasse 18 in den Hohlraum 12' des Formgedächtnispolymers 10' in seiner temporären Form eingeleitet wird. In einem Beispiel des Verfahrens ist die Formmasse 18 eine Niederdruck-Formfüllung, die in den Hohlraum 12' (wie in 1C gezeigt) durch das/die Ventil/e 14 eingespritzt wird. Nicht einschränkende Beispiele von Niederdruck-Formfül lungen umfassen eine SMC-Formmasse, die ein kristallisierbares Polyesterharz (z. B. LPMC^TM, hergestellt von Preferred Molding Compounds, Ontario, Kalifornien), eine Niederdruckgussmasse (z. B. Gips), einen Flüssigkautschuk oder Kombinationen davon umfasst. Ferner besitzt die Formmasse 18 im Wesentlichen das gleiche Volumen wie das fertige Teil 20 (wie in 1E gezeigt).
Nachdem die Formmasse 18 in den Hohlraum 12' eingeleitet wurde, wird das Formgedächtnispolymer 10' dann in seine permanente Form zurückgebracht (wie bei der Bezugsziffer 10 in 1D gezeigt). In einer Ausführungsform wird das Zurückbringen des Formgedächtnispolymers 10' in seine permanente Form bewerkstelligt, indem das Formgedächtnispolymer 10' auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur T_SW) erwärmt wird (wie in 4 gezeigt) und dadurch den niedrigen Modul und verformbaren Zustand des Formgedächtnispolymers erreicht. In diesem Zustand kehrt das Formgedächtnispolymer 10' in seine ursprüngliche permanente Form zurück. Es sollte einzusehen sein, dass das Zurückbringen des Formgedächtnispolymers 10' durch Anwenden von Wärme bewerkstelligt werden kann. Es sollte einzusehen sein, dass, da das Zurückbringen des Formgedächtnispolymers 10, 10' von seiner temporären Form in seine permanente Form zumindest teilweise auf gespeicherte Energie innerhalb des Polymernetzwerks zurückzuführen ist, im Allgemeinen keine Kraft erforderlich ist, um das Zurückbringen zu beenden.
Sobald das temporär geformte Formgedächtnispolymer 10' in seine permanente Form zurückgebracht wurde, wird das Formgedächtnispolymer 10 auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur T_SW abgekühlt. Bei dieser Temperatur wird das Formgedächtnispolymer 10 in seine permanente Form festgelegt. Das Abkühlen des Formgedächtnispolymers 10 gleicht auch die Niederdruck-Formfüllung 18 im Inneren des Hohlraumes 12, 12' in die durch die Innenfläche/n (z. B. die Innenfläche 11) des Formgedächtnispolymers 10 definierte vorbestimmte Teileform an. In einem Beispiel wird die Niederdruck-Formfüllung 18 dann bei einer Temperatur T_C ausgehärtet (wie in 4 gezeigt), die unter der Schalttemperatur T_SW des Formgedächtnispolymers 10 liegt. In einem weiteren Beispiel wird die Niederdruck-Formfüllung 18 bei einer ersten Aushärtungstemperatur T_c1 vorgehärtet, die niedriger ist als die Schalttemperatur T_SW, um die Masse 18 der Teileform anzugleichen, und dann wird die Masse 18 bei einer zweiten Aushärtungstemperatur T_c2 nachgehärtet, die höher ist als die Schalttemperatur T_SW. Es sollte einzusehen sein, dass es im Allgemeinen gleichgültig ist, ob sich das Formgedächtnispolymer bei der zweiten Aushärtungstemperatur T_c2 (die höher ist als die Schalttemperatur T_SW) verformt, da das Vorhärten der Niederdruck-Formfüllung 18, das auf die Füllung 18, die vorbestimmte Teileform und das Formgedächtnispolymer übertragen wird, danach zur Formgebung des Teiles 20 nicht mehr notwendig ist.
Bei der Aushärtungstemperatur T_C oder T_c1 wird die Niederdruck-Formfüllung 18 in die vorbestimmte Teileform festgelegt und bildet das Teil 20. Das Aushärten kann bei einer Temperatur unter der Schalttemperatur des Formgedächtnispolymers 10, 10' bewerkstelligt werden, wenn die Formmasse 18 eine vorbestimmte Aushärtungskinetik besitzt (d. h., wenn die Reaktionszeit zum Aushärten deutlich langer ist als die Zeit zum Zurückschalten des Formgedächtnispolymers in seine permanente Form, wenn es über seine Schalttemperatur T_SW erwärmt wurde, die über der Aushärtungstemperatur T_C liegt). Die Reaktionszeit zum Aushärten ist allgemein abhängig von der gewählten Formmasse 18 und der Aushärtungstemperatur T_C der Formmasse 18 in Bezug auf die Schalttemperatur T_SW des Formgedächtnispolymers. In einem nicht einschränkenden Beispiel wäre dann, wenn die Aushärtungstemperatur T_C im Bereich von etwa 10°C bis etwa 30°C unter der Schalttemperatur T_SW liegt, die vorgesehene Reaktionszeit zum Aushärten um etwa das Zehnfache länger als die Zeit zum Schalten. Es sollte einzusehen sein, dass die Aushärtungstemperatur T_C der Formmasse 18 eine Temperatur sein kann, die niedriger ist als die Schalttemperatur T_SW des Formgedächtnispolymers 10, 10' (und in einigen Fällen die Raumtemperatur ist). Es sollte ferner einzusehen sein, dass, wenn die Aushärtungstemperatur T_C unter der Schalttemperatur T_W liegt, sichergestellt ist, dass das Formgedächtnispolymer 10 nicht vorzeitig und unerwünschterweise in eine temporäre Form geschaltet wird.
Nachdem das Teil 20 gebildet wurde (d. h. die Formmasse 18 ausgehärtet wurde), wird das Formgedächtnispolymer 10 zurück in seine temporäre Form verformt (wie bei der Bezugsziffer 10' in 1E gezeigt). Es sollte einzusehen sein, dass in dem vorliegenden Verfahrensschritt (d. h., wenn das Formgedächtnispolymer 10 zurück in die temporäre Form verformt wird, nachdem das Teil 20 gebildet wurde) die temporäre Form jede Form mit einem Querschnitt sein kann, der größer ist als der des Teiles 20. In dem Beispiel, das in 1E gezeigt ist, ist die temporäre Form dieselbe Form wie die temporäre Form 10', die oben stehend in Verbindung mit z. B. 1B beschrieben ist. Das Verformen des Formgedächtnispolymers 10 zurück in die temporäre Form (10') kann bewerkstelligt werden, indem das Formgedächtnispolymer 10 auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur T_SW erwärmt wird (wie in 4 gezeigt). Es wird auch eine Kraft auf den Hohlraum 12 des Formgedächtnispolymers 10 angewendet, z. B. indem der Hohlraum 12 mit Druck beaufschlagt wird oder eine mechanische Kraft auf den Hohlraum 12 angewendet wird. In einer Ausführungsform wird/werden vor dem Festlegen oder während des Festlegens des Formgedächtnispolymers 10' in seine temporäre Form das/die Ventil/e 14 von dem Formgedächtnispolymer 10' entfernt und ein Ende 24 des Formgedächtnispolymers 10' wird nach oben geöffnet (wie in 1D gezeigt), sodass das Teil 20 aus dem Hohlraum 12' entnommen werden kann. In einem Beispiel kann/können das/die Ventil/e 14 an das Formgedächtnispolymer 10' geklammert oder sonst wie daran angebracht sein, sodass, wenn Wärme auf das Ende 24 angewendet wird und das/die Ventil/e 14 entfernt ist/sind, das Ende 24 des Formgedächtnispolymers in seine weiter offene temporäre Form verformt wird, um das Teil 20 daraus zu entnehmen. In einem weiteren Beispiel kann/können das/die Ventil/e 14 entfernt werden, während sich das Formgedächtnispolymer 10 in seiner permanenten Form befindet, und dann kann das Formgedächtnispolymer 10' in seine temporäre Form verformt werden, um das Teil 20 daraus zu entnehmen. Es sollte einzusehen sein, dass, da zusätzlich zum Erwärmen des Formgedächtnispolymers 10' das Ventil 14 entfernt wurde, das Verformen des Formgedächtnispolymers 10' in seine weiter offene temporäre Form mithilfe einer äußerlich angewendeten mechanischen Kraft anstelle der Verwendung von Druck bewerkstelligt werden kann. Das Formgedächtnispolymer 10' wird dann auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur T_SW abgekühlt, um die Version der temporären Form mit offenem Ende festzulegen. Das Formgedächtnispolymer 10' kann dann verwendet werden, um ein weiteres Teil mit derselben Form zu bilden.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1B und dann auf die 1F bis 1H ist ein weiteres Beispiel des Verfahrens veranschaulicht. Nachdem das Formgedächtnispolymer 10 von seiner permanenten Form verformt und in seine temporäre Form festgelegt wurde, wie in 1B gezeigt, und bevor die Formmasse 18' (in diesem Beispiel wird das Flüssigharz als Formmasse 18' verwendet) in den Hohlraum 12' eingeleitet wird, wird ein dreidimensionaler Faservorformling 22 in den Hohlraum 12' eingeleitet (wie in 1F gezeigt). Es sollte einzusehen sein, dass der Vorformling 22 aus einem Material bestehen kann, welches verformbar ist, und derart geformt sein kann, dass er Gießformsperrmerkmale aufweist. Somit entspricht die Form des dreidimensionalen Faservorformlings 22 (wie in den entsprechenden Fig. gezeigt) der vorbestimmte Teileform.
Nach dem Einleiten des dreidimensionalen Faservorformlings 22 in den Hohlraum 12' wird das Formgedächtnispolymer 10' zurück in seine permanente Form gebracht, wie in 1G gezeigt. Dies kann bewerkstelligt werden, indem z. B. das Formgedächtnispolymer 10' auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur T_SW erwärmt wird. In einer Ausführungsform kann das Erwärmen an einem Ende des Formgedächtnispolymers 10' (z. B. dem Ende, das von dem Ventil 14 am weitesten entfernt ist) beginnen und sich allmählich das Formgedächtnispolymer 10' entlang fortsetzen, bis das gegenüberliegende Ende des Formgedächtnispolymers 10' erwärmt ist. Infolgedessen verformt sich das Formgedächtnispolymer 10' allmählich von der temporären Form zurück in die permanente Form, die sich um den Vorformling 22 herum angleicht. Es sollte einzusehen sein, dass die allmähliche Verformung des Formgedächtnispolymers 10 zurück in die permanente Form einen guten Sitz zwischen dem Vorformling 22 und dem Formgedächtnispolymer 10 (einschließlich des Gießformsperrmerkmals 16) in seiner permanenten Form zulässt. Es sollte ferner einzusehen sein, dass die passende Wahl der Wärme, die angewendet werden soll, um das Formgedächtnispolymer 10 allmählich zurück in die permanente Form zu verformen, zumindest teilweise von der Form des Vorformlings 22 und der permanenten Form des Formgedächtnispolymers 10 abhängig ist. Danach wird das Formgedächtnispolymer 10 (nun in seiner permanenten Form) auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur T_SW abgekühlt, um die permanente Form des Formgedächtnispolymers 10 festzulegen.
Weiter Bezug nehmend auf 1G wird die Formmasse 18' in den Hohlraum 12 (in 1G nicht gezeigt) des Formgedächtnispolymers 10 eingeleitet, sodass sie den dreidimensionalen Vorformling 22 durchtränkt. Wie zuvor erwähnt, ist die Formmasse 18' in dieser Ausführungsform ein Flüssigharz. Nicht einschränkende Beispiele von geeigneten Harzen umfassen Epoxide, Polyester, Vinylester oder Urethane. In einem Beispiel kann die/das Formmasse/Harz 18' durch Einspritzen über das Ventil 14 unter Vakuum (das über ein weiteres Ventil, nicht gezeigt, erzeugt wurde) oder andernfalls ohne Vakuum in den Hohlraum 12 eingeleitet werden.
Die/das Formmasse/Harz 18' wird danach bei einer Temperatur unter der Schalttemperatur T_SW des Formgedächtnispolymers 10 ausgehärtet, wenn das Harz 18' eine vorbestimmte Aushärtungskinetik besitzt. Bei dieser Temperatur wird die Formmasse 18' in die vorbestimmte Teileform festgelegt und bildet das Teil 20', wie in 1H gezeigt.
Nachdem das Teil 20' gebildet wurde, wird das Formgedächtnispolymer 10 zurück in seine temporäre Form verformt (wie bei der Bezugsziffer 10' in 1H gezeigt). Das Verformen des Formgedächtnispolymers 10 kann bewerkstelligt werden, indem das Formgedächtnispolymer 10 auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur T_SW erwärmt wird und ein Druck oder eine mechanische Kraft auf den Hohlraum 12 oder auf eine Außenfläche des Formgedächtnispolymers 10 angewendet wird, wie hierin oben beschrieben. Wie zuvor beschrieben, wird/werden in einer Ausführungsform vor dem oder während des Festlegen/s des Formgedächtnispolymers 10' in seiner temporären Form das/die Ventil/e 14 von dem Formgedächtnispolymer 10 entfernt, und ein Ende 24 des Formgedächtnispolymers 10 wird nach oben geöffnet (wie in 1G gezeigt), sodass das Teil 20' aus dem Hohlraum 12' entnommen werden kann.
Danach wird das resultierende Formgedächtnispolymer 10' auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur T_SW abgekühlt, um die temporäre Form mit offenem Ende festzulegen. Während sich das Formgedächtnispolymer 10' in seiner temporären Form mit offenem Ende befindet, wird das Teil 20 dann aus dem Hohlraum 12' entnommen.
Ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Formgebung eines Teiles 20 ist in den 2A bis 2E schematisch veranschaulicht, während ein noch weiteres Beispiel des Verfahrens in den 2A bis 2C, 2F, 2G und 2E schematisch veranschaulicht ist.
In beiden Beispielen der 2-Serie ist das Formgedächtnispolymer eine Gießform (hierin mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet, wenn sich das Formgedächtnispolymer in seiner permanenten Form befindet, und durch die Bezugsziffer 100' bezeichnet, wenn sich das Formgedächtnispolymer in seiner temporären Form befindet) eines Formgebungswerkzeuges 30. Eine weitere Gießform 32 des Werkzeuges 30 ist aus einem Nicht-Formgedächtnispolymer (z. B. einem Material, das kein Formgedächtnispolymer ist, z. B. ein Metall, ein Glas, eine Keramik oder ein Polymer ohne Formgedächtniseigenschaften) gebildet. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Gießform 100, 100' eine obere Gießform des Formgebungswerkzeuges 30 und die andere Gießform 32 ist eine untere Gießform des Formgebungswerkzeuges 30. Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2A ist das Formgedächtnispolymer 100 für jedes der Beispiele, die in den 2A bis 2G gezeigt sind, in seiner permanenten Form vorgesehen, die an die vorbestimmte Teileform (ähnlich den Beispielen, die in den 1A bis 1H gezeigt sind) angeglichen ist. Das Formgedächtnispolymer 100 umfasst einen darin definierten Hohlraum 120. Die untere Gießform 32 ist mit einer relativ flachen Fläche 34 gezeigt. Es sollte einzusehen sein, dass die untere Gießform 32 eine beliebige Form aufweisen kann, sofern die Form der unteren Gießform 32 nicht zu einer Gießformsperre des gebildeten Teiles führt.
Die Beispiele des Verfahrens, das in den 2A bis 2G veranschaulicht ist, beginnen, indem das Formgedächtnispolymer 100 von seiner permanenten Form in seine temporäre Form verformt wird, wie von 2A bis 2B gezeigt. Ebenfalls ähnlich wie bei den Beispielen des Verfahrens, das in den 1A bis 1H veranschaulicht ist, ist die temporäre Form des Formgedächtnispolymers (hierin durch die Bezugsziffer 100' bezeichnet) eine Form, die größer ist als die vorbestimmte Teileform, und umfasst einen darin definierten Hohlraum 120' (wie in 2B gezeigt). Das Verformen des Formgedächtnispolymers 100 in seine temporäre Form kann z. B. bewerkstelligt werden, indem das Formgedächtnispolymer 100 erwärmt und, in einigen Fällen, eine Kraft angewendet wird. Danach wird die temporäre Form des umgewandelten Formgedächtnispolymers 100' festgelegt, indem das Formgedächtnispolymer 100' unter seine Schalttemperatur T_SW abgekühlt wird.
Ein Vorformling 22' wird auf der flachen Fläche 34 der unteren Gießform 32 angeordnet und der Hohlraum 120' des Formgedächtnispolymers 100' in seiner temporären Form wird mit dem Vorformling 22' ausgerichtet (auch in 2B gezeigt). Danach wird die obere Gießform (d. h. das Formgedächtnispolymer 100' in seiner temporären Form) in Richtung der unteren Gießform 32' gezogen, sodass der Hohlraum 120' den Vorformling 22' im Wesentlichen umgibt (wie in 2C gezeigt), wobei ein Zwischenraum 36 zwischen dem Vorformling 22' und einer Innenfläche des Formgedächtnispolymers 100' verbleibt.
In dem Beispiel des Verfahrens, das in den 2A bis 2E veranschaulicht ist, wird das Formgedächtnispolymer 100' in seine permanente Form zu rückgebracht, indem das Formgedächtnispolymer 10' in seiner temporären Form erwärmt wird (wie in 2D gezeigt). Die permanente Form des Formgedächtnispolymers 100 (wie in 2E gezeigt) wird festgelegt, indem das Formgedächtnispolymer 100 auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur T_SW abgekühlt wird.
In einem Beispiel wird die Formmasse 18' (z. B. ähnlich denen, die unter Bezugnahme auf das Beispiel in den 1A–1B und 1F–1H beschrieben sind) über ein Ventil, eine Einspritzöffnung oder dergleichen (zum besseren Verständnis in der 2-Serie nicht gezeigt) in den Hohlraum 120 des Formgedächtnispolymers 100 eingespritzt, nachdem es in seiner permanenten Form festgelegt wurde (wie in 2D gezeigt). In dem vorliegenden Beispiel durchtränkt die eingespritzte Formmasse 18' den Vorformling 22' und gleicht sich an die Teileform an, da die Teileform durch die Innenfläche/Innenwände des Formgedächtnispolymers 100 in seiner permanenten Form definiert ist.
Es sollte einzusehen sein, dass in einem weiteren Beispiel die Formmasse 18' in den Hohlraum 120 eingespritzt wird, bevor oder während das Formgedächtnispolymer 100 in seine permanente Form zurückkehrt (hierin unten stehend mit Bezugnahme auf 2F weiter erläutert).
Weiterhin Bezug nehmend auf die 2A–2E-Serie wird die eingespritzte Masse 18' dann durch Aushärten in die vorbestimmte Teileform festgelegt, um dadurch das in 2E gezeigte Teil 20 zu bilden. In diesem nicht einschränkenden Beispiel kann die Formmasse 18' ein beliebiges der zuvor beschriebenen Harze wie z. B. Epoxide, Polyester, Vinylester, Urethane und/oder dergleichen und/oder Kombinationen davon umfassen.
Weiterhin Bezug nehmend auf 2E wird nach dem das Aushärten der Formmasse 18' das Formgedächtnispolymer 100 neuerlich verformt und umgewandelt wird in seine temporäre Form 100 und zurück festgelegt. Nach dem Festlegen der temporären Form des Polymers 100' wird die obere Gießform (d. h. das Formgedächtnispolymer 100' in seiner temporären Form) von der unteren Gießform 32 weggezogen. Dann wird das Teil 20 aus dem Formwerkzeug 30 entnommen (in den Fig. nicht gezeigt).
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 2C in dem Beispiel des Verfahrens, das in den 2A bis 2C, 2F und 2G veranschaulicht ist, wird, nachdem das Formgedächtnispolymer 100 in seine temporäre Form (100') verformt wurde, die Formmasse 18' in den zwischen einer Innenfläche 38 des Hohlraumes 120' und dem Vorformling 22' gebildeten Zwischenraum 36 eingeleitet. In diesem Beispiel wird das Einleiten der Masse 18' bewerkstelligt, bevor das Formgedächtnispolymer 100' zurück in seine permanente Form gebracht wird oder während es zurückkehrt (d. h., das Einleiten findet statt, während sich das Formgedächtnispolymer 100' in seiner temporären Form befindet, oder während das Formgedächtnispolymer 100' gerade zurück in seine permanente Form gebracht wird) (wie in 2 gezeigt). Wenn das Formgedächtnispolymer 100' in seine permanente Form zurückgekehrt ist (wie bei der Bezugsziffer 100 in 2G gezeigt), durchtränkt die Formmasse 18' den Vorformling 22' und gleicht sich dann an die vorbestimmte Teileform an, die durch das Formgedächtnispolymer 100 in seiner permanenten Form definiert ist. Dann wird die Formmasse 18' ausgehärtet und in die vorbestimmte Teileform festgelegt, um dadurch das Teil 20 zu bilden (wie auch in 2G gezeigt). Es sollte einzusehen sein, dass das vorliegende Beispiel auch umgekehrt bewerkstelligt werden kann, wobei das Formgedächtnispolymer der untere Teil 32 des Werkzeuges 30 ist und die Nicht-Formgedächtnispolymermasse der obere Teil des Werkzeuges ist. In diesem Beispiel wird die Formmasse 18' in den Hohlraum 120, 120' gegossen (und nicht z. B. durch Einspritzen eingeleitet).
Nach dem Aushärten der Formmasse 18' kann das Formgedächtnispolymer 100 über seine Schalttemperatur T_SW erwärmt und in eine temporäre Form 100' umgewandelt werden, wie in 2E gezeigt. Die obere Gießform (d. h. das Formgedächtnispolymer 100' in seiner temporären Form) wird von der unteren Gießform 32 weggezogen und das Teil 20 wird aus dem Formwerkzeug 30 entnommen.
Es sollte einzusehen sein, dass die Beispiele der in Verbindung mit der 2-Serie beschriebenen Verfahren auch mithilfe einer Bulk-Molding-Masse 18 ohne Vorformling 22' bewerkstelligt werden können. In solchen Fällen wird die Masse 18' in den Hohlraum 120, 120' eingespritzt oder anders eingeleitet werden und in der wünschenswerten permanenten Form 100 ausgehärtet. Wenn die Bulk-Molding-Masse 18 verwendet wird, ist es nicht notwendig, das Formgedächtnispolymer 100 vor dem Einspritzen (wenn das Formgedächtnispolymer der obere Teil des Werkzeuges ist) oder Gießen (wenn das Formgedächtnispolymer der untere Teil des Werkzeuges ist) in eine temporäre Form zu schalten. Die Bulk-Molding-Masse 18 nimmt dann die Kontur der durch den Hohlraum 120 definierten Teileform an und wird bei der Aushärtungstemperatur T_C ausgehärtet, um das Teil 20 zu bilden. Das Teil 20 kann aus dem Werkzeug 30 genommen werden, indem das Formgedächtnispolymer in seiner permanenten Form 100 auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur T_SW erwärmt wird. An diesem Punkt kann das Formgedächtnispolymer bei Vorhandensein z. B. einer mechanischen Kraft oder eines Druckes in eine temporäre Form 100' geschaltet werden, um ein relativ einfaches Entnehmen des Teiles 20 zuzulassen.
Ein noch weiteres Beispiel des Verfahrens zur Formgebung eines Teiles ist in den 3A bis 3D zusammen schematisch veranschaulicht. Dieses Beispiel ist den Beispielen ähnlich, die in den 2A bis 2G veranschaulicht sind, wobei das Formgedächtnispolymer eine Gießform (in diesem Beispiel mit 1000 bezeichnet, wenn das Formgedächtnispolymer in seiner permanenten Form vorliegt, und mit 1000' bezeichnet, wenn das Formgedächtnispolymer in seiner temporären Form vorliegt) eines Formgebungswerkzeuges 30' ist und eine weitere Gießform 32 des Werkzeuges 30' aus einem Nicht-Formgedächtnispolymer gebildet ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist, die Gießform 1000, 1000' eine obere Gießform des Formgebungswerkzeuges 30', und die weitere Gießform 32 ist eine untere Gießform des Formgebungswerkzeuges 30'. Anders als in der 2-Serie ist jedoch die permanente Form des Formgedächtnispolymers 1000 in diesem Beispiel eine nicht vorbestimmte Teileform. Wie in 3A gezeigt, ist die permanente Form des Formgedächtnispolymers 1000' im Wesentlichen flach. Des Weiteren ist die temporäre Form des Formgedächtnispolymers 1000 an die vorbestimmte Teileform angeglichen. In seiner temporären Form umfasst das Formgedächtnispolymer 1000' einen darin definierten Hohlraum 1200'.
In dem vorliegenden Beispiel beginnt das Verfahren, indem ein Vorformling 22' auf der flachen Fläche 34 der unteren Gießform 32 angeordnet wird (wie in 3A gezeigt). Der Vorformling 22' kann z. B. eine dreidimensionale Form des ursprünglichen Teiles besitzen und kann mithilfe einer Vielfalt von Verfahren hergestellt werden, die Aufschlämmungsverfahren, dreidimensionale Webverfahren, dreidimensionale Wirkverfahren und/oder dergleichen umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Es sollte einzusehen sein, dass der Vorformling 22' (zur Verwendung in dem vorliegenden Beispiel) jede beliebige Form besitzen kann, die einen hinreichenden Betrag an strukturellem Widerstand gegenüber dem Formge dächtnispolymer 10 bereitstellen wird, wenn die Wärme und die Kraft auf das Formgedächtnispolymer 10 angewendet werden, sodass sich das Formgedächtnispolymer 10 an die vorbestimmte Teileform angleicht.
Danach wird die obere Gießform (d. h. das Formgedächtnispolymer 1000 in seiner permanenten Form) in Richtung der unteren Gießform 32 gezogen. Während des oder nach dem Zeitpunkt/s, zu dem das Formgedächtnispolymer 1000 in Richtung der unteren Gießform 32 gezogen wird, wird das Formgedächtnispolymer 1000 von seiner permanenten Form in seine temporären Form verformt (siehe 3B). Das Verformen des Formgedächtnispolymers 1000' in seine temporäre Form kann bewerkstelligt werden, indem z. B. das Formgedächtnispolymer 1000 in seiner permanenten Form auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur T_SW erwärmt wird und das Formgedächtnispolymer 1000' unter Verwendung z. B. eines Luft- oder Fluiddrucks und/oder mechanischer Kräfte um den Vorformling 22' herum gezwungen wird. Danach kann das angeglichene Formgedächtnispolymer 1000' auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur T_SW abgekühlt werden, um die temporäre Form festzulegen. Es sollte einzusehen sein, dass, wenn das Formgedächtnispolymer 1000' in seine temporäre Form verformt ist, das Formgedächtnispolymer 1000' den Vorformling 22' im Wesentlichen umgibt (wie in 3B gezeigt).
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3C wird eine Formmasse 18' (z. B. das Harz, das gleichermaßen für das Beispiel des Verfahrens beschrieben ist, welches in den 1A, 1B und 1F bis 1H veranschaulicht ist) in den Hohlraum 1200' des Formgedächtnispolymers 1000' in seiner temporären Form eingeleitet. In einem Beispiel wird die Formmasse 18' mithilfe eines Ventils, einer Einspritzöffnung oder dergleichen (in der 3-Serie nicht gezeigt) in den Hohlraum 1200' eingeleitet. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass, wenn das Formgebungsverfahren umgekehrt aus geführt wird (wie oben beschrieben), die Formmasse 18' andererseits in den Hohlraum 1200' gegossen werden kann.
Die Formmasse 18' gleicht sich im Allgemeinen der vorbestimmten Teileform an, die durch das Formgedächtnispolymer 1000' in seiner temporären Form definiert ist. Die Masse 18' wird durch Aushärten in die vorbestimmte Teileform festgelegt, um dadurch das Teil 20 zu bilden (wie in 3D gezeigt). Das Aushärten kann z. B. bei einer Temperatur unter einer Schalttemperatur T_SW des Formgedächtnispolymers 1000' bei Vorliegen einer gewünschten Aushärtungskinetik der Formmasse 18' bewerkstelligt werden.
Nach dem Aushärten der Formmasse 18' wird das Formgedächtnispolymer 1000', unter nunmehriger Bezugnahme auf 3D, zurück in seine permanente Form (wie bei der Bezugsziffer 1000 gezeigt) gebracht. Dies kann bewerkstelligt werden, indem das Formgedächtnispolymer 1000' auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur T_SW erwärmt wird, um dadurch die Verformung des Formgedächtnispolymers 1000' von seiner temporären Form zurück in seine permanente Form auszulösen. Danach wird das Formgedächtnispolymer 1000 auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur T_SW abgekühlt, um die permanente Form festzulegen.
Nach dem Zurückbringen des Formgedächtnispolymers 1000 in seine permanente Form wird die obere Gießform (d. h. das Formgedächtnispolymer 1000, nun in seiner permanenten Form) von der unteren Gießform 32 weggezogen. Dann wird das Teil 20 aus dem Formwerkzeug 30' entnommen.
4 ist hierin oben stehend erwähnt und zeigt Beispiele der Temperaturbeziehungen zwischen den verschiedenen Schritten des Beispielverfah rens der 1A bis 1E. Es ist einzusehen, dass in diesem Graph die tatsächlichen Temperaturen von dem/den Formgedächtnispolymer/en und der/den Formmasse/n, die verwendet werden, abhängig sein können, und sich so weit oder so wenig über oder unter die angegebenen Temperaturen hinaus erstrecken können, wie es wünschenswert oder notwendig ist, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Es sollte ferner einzusehen sein, dass, wenn unter T_C abgekühlt wird, nicht unbedingt Raumtemperatur (RT) erreicht werden muss.
Es sollte einzusehen sein, dass in den hierin offenbarten Beispielen die Formgedächtnispolymere 10, 100, 1000 als Ummantelungen dienen, die verschiedene Formmassen 18, 18' und/oder Vorformlinge 22, 22' einschließlich der Formmasse 18, 18' umgeben und in eine gewünschte vorbestimmte Teileform formen, indem (ein- oder mehrere Male) zwischen permanenten 10, 100, 100 und temporären 10', 100', 1000' Formen geschaltet wird.
Es sollte einzusehen sein, dass, wenngleich die verschiedenen Beispiele des oben beschriebenen Verfahrens verwendet werden können, um ein Teil zu bilden, das Teil zumindest ein Gießformsperrmerkmal aufweisen kann oder nicht. Es sollte einzusehen sein, dass die vorliegende Offenlegung weder auf Teile beschränkt sein soll, die Gießformsperrmerkmale aufweisen, noch auf Teile beschränkt sein soll, die keine Gießformsperrmerkmale aufweisen.
Während verschiedene Ausführungsformen im Detail beschrieben wurden, wird für einen Fachmann offensichtlich sein, dass die offenbarten Ausführungsformen abgewandelt werden können. Aus diesem Grund ist die vorangegangene Beschreibung als beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten.

Claims

Verfahren zur Formgebung eines Teiles, umfassend, dass: ein Formgedächtnispolymer von einer permanenten Form in eine temporäre Form verformt wird, wobei die permanente Form eine vorbestimmte Teileform ist und die temporäre Form eine Form ist, die größer ist als die vorbestimmte Teileform, und wobei das Formgedächtnispolymer in jeder von der permanenten Form und der temporären Form einen Hohlraum darin definiert; eine Formmasse in den Hohlraum des Formgedächtnispolymers eingeleitet wird; und das Formgedächtnispolymer in seine permanente Form zurückgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Formgedächtnispolymer zumindest ein Ventil umfasst, das funktionell damit verbunden ist, wobei das zumindest eine Ventil eine Strömung eines Fluids in den Hohlraum des Formgedächtnispolymers oder aus diesem hinaus steuert, wobei das Fluid insbesondere aus der Formmasse, einem Gas, Wasser oder einem Lösungsmittel gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verformen des Formgedächtnispolymers von der permanenten Form in die temporäre Form umfasst, dass: das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur erwärmt wird; eine Kraft im Inneren des Hohlraumes angewendet wird, um dadurch das Formgedächtnispolymer von der permanenten Form in die temporäre Form zu verändern, wobei die Kraft aus einem Druck, einer mechanischen Kraft oder Kombinationen davon gewählt ist; und das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur abgekühlt wird, um das Formgedächtnispolymer in die temporäre Form festzulegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formmasse eine Niederdruck-Formfüllung ist, die aus einer SMC-Formmasse (sheet molding compound) gewählt ist, welche ein kristallisierbares Polyesterharz umfasst, eine Niederdruck-Formfüllung, einen Flüssigkautschuk oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Zurückbringen des Formgedächtnispolymers in die permanente Form bewerkstelligt wird, indem: das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur erwärmt wird, um dadurch eine Verformung des Formgedächtnispolymers von der temporären Form zurück in die permanente Form auszulösen; und das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur abgekühlt wird, um das Formgedächtnispolymer in der permanenten Form festzulegen und dadurch die Niederdruck-Formfüllung in die vorbestimmte Teileform anzugleichen.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, dass die angeglichene Niederdruck-Formfüllung ausgehärtet wird, wobei das Aushärten bei einer Temperatur unter der Schalttemperatur des Formgedächtnispolymers bewerkstelligt wird, wenn die Formmasse eine vorbestimmte Aushärtungskinetik besitzt, wobei nach dem Aushärten das Verfahren insbesondere ferner umfasst, dass: das Formgedächtnispolymer zurück in seine temporäre Form verformt wird; und das Teil aus dem Hohlraum des Formgedächtnispolymers entnommen wird, wenn das Formgedächtnispolymer in seiner temporären Form vorliegt, wobei das Verformen des Formgedächtnispolymers zurück in seine temporäre Form insbesondere bewerkstelligt wird, indem: das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur erwärmt wird; eine Kraft auf den Hohlraum angewendet wird, um das Formgedächtnispolymer von der permanenten Form in die temporäre Form zu verändern; und das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur abgekühlt wird, um das Formgedächtnispolymer in die temporäre Form festzulegen, wobei das Anwenden der Kraft auf den Hohlraum insbesondere bewerkstelligt wird, indem der Hohlraum mit Druck beaufschlagt wird oder eine mechanische Kraft auf den Hohlraum angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren vor dem Einleiten der Formmasse in den Hohlraum und nachdem das Formgedächtnispolymer in die temporäre Form verformt wurde ferner umfasst, dass ein dreidimensionaler Faservorformling in den Hohlraum des Formgedächtnispolymers in seiner temporären Form eingebracht wird, wobei der dreidimensionale Faservorformling die vorbestimmte Teileform aufweist, wobei das Zurückbringen des Formgedächtnispolymers in die permanente Form insbesondere bewerkstelligt wird, indem das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur erwärmt wird, wobei das Erwärmen an einem ersten Ende des Formgedächtnispolymers beginnt und zu einem zweiten Ende des Formgedächtnispolymers bewegt wird, um dadurch das Formgedächtnispolymer allmählich von der temporären Form zurück in die permanente Form und um den Vorformling herum zu verformen, und/oder wobei die Formmasse ein Harz ist und wobei nach dem Zurückbringen des Formgedächtnispolymers in die permanente Form das Harz durch Einspritzen in den Hohlraum eingeleitet wird, wobei das Harz den dreidimensionalen Faservorformling durchtränkt, ferner umfassend, dass insbesondere das Harz bei einer Temperatur ausgehärtet wird, die niedriger ist als die Schalttemperatur des Formgedächtnispolymers, wenn das Harz eine vorbestimmte Aushärtungskinetik besitzt, wobei das Verfahren nach dem Aushärten insbesondere ferner umfasst, dass: das Formgedächtnispolymer zurück in die temporäre Form verformt wird; und das Teil aus dem Hohlraum des Formgedächtnispolymers entnommen wird, wenn das Formgedächtnispolymer in seiner temporären Form vorliegt, wobei das Verformen des Formgedächtnispolymers zurück in seine temporäre Form insbesondere bewerkstelligt wird, indem: das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur erwärmt wird; ein Druck oder eine mechanische Kraft auf den Hohlraum angewendet wird, um das Formgedächtnispolymer von der permanenten Form in die temporäre Form zu verändern; und das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur abgekühlt wird, um das Formgedächtnispolymer in die temporäre Form festzulegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Teileform zumindest ein Gießformsperrmerkmal umfasst, und/oder wobei das Formgedächtnispolymer eine Gießform eines Werkzeugs ist, wobei die Gießform ferner eine weitere Gießform aus keinem Formgedächtnispolymer umfasst, und wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: nach dem Verformen des Formgedächtnispolymers von der permanenten Form in die temporäre Form ein Vorformling auf einer Fläche der weiteren Gießform angeordnet wird; und vor dem Einleiten der Formmasse in den Hohlraum die Gießform in Richtung der weiteren Gießform gezogen wird, sodass das Formgedächtnispolymer in seiner temporären Form den Vorformling im Wesentlichen umgibt, und/oder wobei die Formmasse in den Hohlraum des Formgedächtnispolymers eingespritzt wird, bevor das Formgedächtnispolymer in seine permanente Form zurückgebracht wird, und wobei das Zurückbringen des Formgedächtnispolymers in seine permanente Form bewirkt, dass sich die Formmasse der vorbestimmten Teileform angleicht, und/oder wobei nach dem Zurückbringen des Formgedächtnispolymers in seine permanente Form die Formmasse in den Hohlraum des Formgedächtnispolymers eingespritzt wird und sich der vorbestimmten Teileform angleicht, und/oder wobei die Formmasse in den Hohlraum des Formgedächtnispolymers eingespritzt wird, wenn das Formgedächtnispolymer in seine permanente Form zurückgebracht wird.
Verfahren zur Formgebung eines Teiles, umfassend, dass: ein Formgedächtnispolymer von einer permanenten Form in eine temporäre Form verformt wird, wobei die permanente Form eine nicht vorbestimmte Teileform ist und die temporäre Form eine vorbestimmte Teileform ist, und die einen Hohlraum darin definiert; eine Formmasse in den Hohlraum des Formgedächtnispolymers in seiner temporären Form eingeleitet wird; und das Formgedächtnispolymer in seine permanente Form zurückgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Formgedächtnispolymer eine Gießform eines Werkzeugs ist, wobei die Gießform ferner eine weitere Gießform aus keinem Formgedächtnispolymer umfasst, und wobei das Verfahren vor dem Verformen des Formgedächtnispolymers von der permanenten Form in die temporäre Form ferner umfasst, dass: ein Vorformling auf einer Fläche der weiteren Gießform angeordnet wird; und die Gießform in Richtung der weiteren Gießform gezogen wird, sodass, wenn das Formgedächtnispolymer in die temporäre Form verformt wird, das Formgedächtnispolymer den Vorformling im Wesentlichen umgibt, und/oder wobei das Verformen des Formgedächtnispolymers von der permanenten Form in die temporäre Form umfasst, dass: das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur erwärmt wird; eine Kraft auf das Formgedächtnispolymer angewendet wird, um dadurch das Formgedächtnispolymer von der permanenten Form in die temporäre Form zu verändern, wobei die Kraft aus einem Druck, einer mechanischen Kraft oder Kombinationen davon gewählt ist; und das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur abgekühlt wird, um das Formgedächtnispolymer in die temporäre Form festzulegen, und/oder wobei die vorbestimmte Teileform zumindest ein Gießformsperrmerkmal umfasst, und/oder ferner umfassend, dass die Formmasse bei Vorhandensein einer gewünschten Aushärtungskinetik der Formmasse bei einer Temperatur unter der Schalttemperatur des Formgedächtnispolymers ausgehärtet wird; wobei das Aushärten insbesondere vor dem Zurückbringen des Formgedächtnispolymers in die permanente Form stattfindet, und wobei das Zurückbringen umfasst, dass: das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur über seiner Schalttemperatur erwärmt wird, um dadurch eine Verformung des Formgedächtnispolymers von der temporären Form zurück in die permanente Form auszulösen; und das Formgedächtnispolymer auf eine Temperatur unter seiner Schalttemperatur abgekühlt wird, um das Formgedächtnispolymer in der permanenten Form festzulegen.