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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formschalen in einem Metallsprüh- oder Metallspritzverfahren sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Formschale. Derartige Formschalen sind vorzugsweise aus Nickel gebildet und werden zum Formen von Kunststoffen z. B. im Rotationssinterverfahren, im In-Mould-Graining-Verfahren, im Spritzgießverfahren oder in verwandten Verfahren eingesetzt.
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Mit Slush-Schalen sollen Formwerkzeuge bezeichnet sein, die zur Herstellung von Formhäuten im Rotationssinterverfahren eingesetzt werden. Statt Rotationssinterverfahren wird auch die Bezeichnung Slush-Verfahren gebraucht. Derart hergestellte Formhäute, auch Slushhäute genannt, kommen unter anderem als Verkleidungsteile in Kraftfahrzeuginnenräumen zum Einsatz.
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Zur Herstellung von Slushhäuten wird ein Kunststoff, der zumeist in Form eines Pulvers oder Granulats vorliegt, in die beheizte Slush-Schale eingebracht, die um mindestens eine Rotationsachse rotierbar ist. Infolge einer Rotationsbewegung der Schale und eines Wärmeübertrags von der Schale auf das Granulat wird der Kunststoff geschmolzen und auf einer Formseite der Schale verteilt. Typischerweise nimmt die Slush-Schale während des Rotationssinterprozesses Temperaturen zwischen 200°C und 250°C an. Nach einem Abkühlen des Kunststoffs kann die Slushhaut der Schale entnommen werden.
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Eine Form einer Funktionsseite der Slushhaut ist durch die Formseite der Slush-Schale bestimmt. Dabei ist die Funktionsseite diejenige Seite der Slushhaut, die der Formseite der Slush-Schale während des Rotationssinterprozesses unmittelbar zugewandt ist. Eine Gestalt der Slushhaut wird zusätzlich maßgeblich durch den Wärmeübertrag von der Schale auf die Haut während des Rotationssinterprozesses beeinflusst. Dieser Wärmeübertrag kann an unterschiedlichen Stellen der Slush-Schale verschieden groß sein. Mögliche Ursachen dafür sind eine inhomogene Beheizung, vor allem aber eine lokale Variation einer Dicke, einer Wärmekapazität, einer Wärmeleitfähigkeit oder einer Geometrie der Slush-Schale. An Stellen der Slush-Schale, an denen während des Slush-Prozesses eine größere Wärmemenge auf die Slushhaut übertragen wird, nimmt diese eine größere Dicke an als an solchen Stellen, an denen der Wärmeübertrag auf die Haut geringer ist.
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Eine möglichst genaue Kontrolle einer Temperaturverteilung in der Schale während des Slush-Prozesses ist also wünschenswert, um der Slushhaut eine gewünschte Form geben und eine Herstellung der Slushhaut reproduzierbar gestalten zu können. Die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit der Schale haben zudem hohen Einfluss auf eine zur Herstellung der Slushhaut benötigte Energiemenge sowie auf eine zur Herstellung der Haut erforderliche Hestellungszeit. Letztere ist unter anderem durch eine zum Aufheizen notwendige Heizzeit und zum Abkühlen der Schale notwendige Kühlzeit bestimmt. Um die Herstellungszeit der Slushhaut möglichst kurz und Energieverluste während des Prozesses möglichst gering zu halten, sind daher Slush-Schalen mit geringer Wärmekapazität und hoher Wärmeleitfähigkeit vorzuziehen.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von Formschalen wird zunächst ein Fräsmodell z. B. aus Aluminium hergestellt. Aus diesem wird durch eine Reihe von Abgüssen ein Badmodell erzeugt, welches beispielsweise aus Kunststoffharz gefertigt und mit Glas- oder Holzfasern verstärkt oder gefüllt ist. In einem weiteren Schritt wird auf dem Badmodell in einem Galvanisierungsprozess eine Metallschicht abgeschieden, welche nach Abschluss des Galvanisierungsprozesses die Formschale bildet. Zur Bildung der Metallschicht wird häufig Nickel verwendet.
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Die Herstellung von Formschalen im Galvano-Verfahren weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Zum einen ist die Herstellungszeit zu nennen, die bis zu sechs Monate betragen kann. Dies ist durch die Erzeugung der Zwischenabgüsse des ursprünglichen Fräsmodells und durch den Galvanisierungsprozess bedingt. Zum anderen ist eine genaue Kontrolle der Dicke, der Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit der Formschale nur sehr eingeschränkt möglich. Schließlich ist die Herstellung der Formschale mittels Galvinisieren unflexibel. Nach der aufwendigen Erstellung des Badmodells nämlich sind Form und Oberfläche der Formschale vorbestimmt. Insbesondere in Zusammenhang mit der langen Herstellungszeit des Badmodells ist dies von Nachteil, da nachträgliche Änderungen eines Designs der Formhaut, die mit der Formschale gefertigt werden soll, nach einem Beginn des Herstellungsprozesses der Formschale kaum vorgenommen werden können.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Formschalen vorzuschlagen, das es erlaubt, eine Herstellungszeit so weit wie möglich zu verkürzen, einen Herstellungsprozess möglichst flexibel zu gestalten und eine Temperaturverteilung in der Schale während eines Rotationssinterprozesses so genau wie möglich kontrollierbar zu machen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein Verfahren zur Herstellung von Formschalen in einem Metallsprüh- oder Metallspritzverfahren umfasst folgende Schritte:
- – Aufbringen einer Opferschicht auf ein Fräsmodell,
- – Aufbringen einer Metallschicht auf eine von dem Fräsmodell abgewandte Seite der Opferschicht, wobei das Aufbringen der Metallschicht mittels Anwendung des Metallsprüh- oder Metallspritzverfahrens erfolgt, sowie
- – Entfernen der Opferschicht und Trennen der Metallschicht von dem Fräsmodell.
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Die nach dem vorliegend beschriebenen Verfahren hergestellte Formschale umfasst die Metallschicht, nachdem diese durch das Entfernen der Opferschicht von dem Fräsmodell getrennt worden ist. Mit anderen Worten wird die Formschale von der Metallschicht gebildet. Das Fräsmodell kann aus Aluminium gebildet sein. Bei dem Metallsprüh- oder Metallspritzverfahren kann es sich um Kaltgasspritzen, Flammspritzen, Plasmaspritzen oder ein verwandtes Metall-Beschichtungsverfahren handeln.
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Bei Anwendung des Metallsprüh- oder Metallspritzverfahrens wird ein Prozessgas mittels einer Düse auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Das zur Bildung der Metallschicht verwendete Metall wird zumeist in pulverisierter Form in diesen Gasstrahl injiziert und mit diesem auf die Opferschicht aufgebracht. Im Falle von Plasma- oder Flammspritzverfahren wird das Metall vor oder beim Injizieren in den Gasstrahl unter hohen Temperaturen verflüssigt. Trifft das Metall auf die Opferschicht, so bildet sich auf dieser die Metallschicht aus. Eigenschaften der Metallschicht können durch einstellbare Parameter des Metallsprüh- oder Metallspritzverfahrens beeinflusst werden.
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Auf diese Weise beeinflussbare Eigenschaften der Metallschicht umfassen beispielsweise eine Dichte, eine Härte, eine Steifigkeit, eine Zugfestigkeit, eine Druckfestigkeit, eine Wärmekapazität oder eine Wärmeleitfähigkeit. Die Parameter, mittels derer diese Eigenschaften der Metallschicht einstellbar sind, umfassen beispielsweise eine Korngröße des pulverisierten Metalls, eine Aufprallgeschwindigkeit des Metalls auf der Opferschicht, eine Wahl des Prozessgases sowie eine Temperatur des Prozessgases. Typischerweise ist die Düse zum Metallsprühen oder zum Metallspritzen an einem Roboterarm angeordnet, mit Hilfe dessen sie über die von dem Fräsmodell abgewandte Seite der Opferschicht bewegbar ist. Vorzugsweise können dabei ein Abstand zwischen der Düse und der Opferschicht sowie eine relative Orientierung zwischen der Düse und der Opferschicht beliebig variiert werden. Zur Bildung der Metallschicht kann das Metallsprüh- oder Metallspritzverfahren mit einer Vielzahl von Metallen eingesetzt werden, beispielsweise Ni, Cu, Fe, Al, Zn, Sn, Mg oder andere.
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Eine zum Herstellen der Formschale benötigte Herstellungszeit kann durch die Anwendung des Metallsprüh- oder Metallspritzverfahrens gegenüber Galvano-Verfahren erheblich verkürzt werden. Zum einen kann in einem gegebenen Zeitraum erheblich mehr Metall zum Bilden der Metallschicht auf die Opferschicht aufgebracht werden als dies bei Galvano-Verfahren möglich ist. Zum anderen ist es nicht notwendig wie bei der Herstellung mittels Galvano-Verfahren eine Reihe von Zwischenformen zu erstellen.
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Beim Trennen der Metallschicht von dem Fräsmodell übernimmt die Opferschicht eine Schutzfunktion. Bei diesem Trennen auftretende mechanische Schäden an der Metallschicht und am Fräsmodell werden durch das Vorhandensein der Opferschicht verringert. Damit kann eine Lebensdauer des Fräsmodells in vorteilhafter Weise erhöht werden. Eine Dicke der Opferschicht kann zwischen 0.5 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 1.5 mm betragen.
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Ein Verlauf und eine Oberflächenbeschaffenheit einer der Opferschicht zugewandten Formseite der Metallschicht und späteren Formschale werden durch eine Form der von dem Fräsmodell abgewandten Seite der Opferschicht bestimmt. Durch leicht veränderte Ausgestaltungen der Opferschicht können so mit ein und demselben Fräsmodell Formschalen mit leicht verschiedener Form oder Oberflächenbeschaffenheit in einfacher Weise hergestellt werden. Auf diese Art und Weise wird eine Flexibilität während des Herstellungsprozesses erhöht. Denn eine Form der Metallschicht und späteren Formschale kann auch nach dem Erstellen des Fräsmodells variiert werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die derart hergestellte Formschale als Slush-Schale, als In-Mold-Graining-Schale oder als Spritzgießschale ausgebildet. Vorzugsweise ist die Formschale aus Nickel gebildet. Die gemäß dem vorliegend beschriebenen Verfahren hergestellten Formschalen können also bei einer Vielzahl von Plastikformverfahren als Formen eingesetzt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Metallsprüh- oder Metallspritzverfahren ein Kaltgasspritzverfahren. Beim Kaltgasspritzen wird das Prozessgas, z. B. Stickstoff, Argon, Helium oder Wasserstoff, auf eine Temperatur von einigen 1000°C erhitzt und mittels einer Lavaldüse auf Geschwindigkeiten von typischerweise 200 bis 1300 m/s beschleunigt. Das Metall, mit welchem die Metallschicht gebildet werden soll, wird in Pulverform in den Gasstrahl injiziert. Typische Korngrößen für das als Pulver vorliegende Metall betragen 10 bis 50 μm. Anders als beispielsweise beim Plasma- oder Flammspritzen wird das Zur Bildung der Metallschicht verwendete Metall beim Kaltgasspritzen nicht verflüssigt. Die Metallschicht bildet sich allein durch die hohe Aufprallgeschwindigkeit des Metalls beim Auftreffen auf die Opferschicht. Dazu muss das Metall beim Aufprall eine kritische Geschwindigkeit überschreiten. Diese hängt ab von dem verwendeten Metall, von der Korngrö-ße des Metalls, von der Art des Prozessgases, von dessen Temperatur sowie von einem Material der Opferschicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Opferschicht Metall. Mit anderen Worten wird beim Aufbringen der Opferschicht auf das Fräsmodell Metall aufgebracht. Dabei kann die Opferschicht in einem Galvanisierungsprozess auf der Formoberfläche des Fräsmodells abgeschieden werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Opferschicht ebenso wie die Metallschicht mittels des Metallsprüh- oder Metallspritzverfahrens auf die Formseite des Fräsmodells aufgebracht wird. Die Tatsache, dass die Opferschicht Metall umfasst, ist dem folgenden Beschichten der Opferschicht mit der Metallschicht mittels des Metallsprüh- oder Metallspritzverfahrens in vorteilhafter Weise zuträglich, da die Metallschicht sich auf eine metallene Opferschicht besonders gut aufbringen lässt. Vorzugsweise sind ein Material, aus dem die Formseite des Fräsmodells gebildet ist, sowie das Metall, welches zur Bildung der Metallschicht auf die Opferschicht aufgebracht wird, von dem Material der Opferschicht verschieden. Die Opferschicht kann aus Kupfer gebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Opferschicht andere Metalle umfasst. So kann die Opferschicht ebenso aus einer Mehrzahl von verschiedenen Metallen zusammengesetzt sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Entfernen der Opferschicht durch Lösen der Opferschicht in einem säurehaltigen oder laugehaltigen Bad vorgenommen. Bei dem Bad kann es sich um ein Sodabad handeln. Zu diesem Zweck sind das Material der Opferschicht, des Fräsmodells und das Material zumindest der Oberfläche der Metallschicht derart zu wählen, dass die Opferschicht in dem alkalischen Bad gelöst wird, nicht aber das Fräsmodell und die Metallschicht. Als alkalisches Bad kann beispielsweise ein stark alkalisches Sodabad verwendet werden. Dann können das Fräsmodell aus Aluminium, die Opferschicht aus Kupfer und die Metallschicht zumindest an einer Oberfläche der Metallschicht aus Nickel gebildet sein. Auf diese Weise kann die fertige Metallschicht von dem Fräsmodell getrennt werden, ohne dass es nötig ist, mechanische Kräfte auf das Fräsmodell und die Metallschicht auszuüben, welche Schäden an diesen Komponenten hervorrufen könnten. Eine mechanische Beanspruchung des Fräsmodells und der Metallschicht werden bei der Trennung von Fräsmodell und Metallschicht in dem alkalischen Bad also vorteilhaft minimiert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Metallschicht derart auf die Opferschicht aufgebracht, dass eine Dicke der Metallschicht lokal variiert. Typischerweise variiert die Dicke der Metallschicht zwischen 2 und 10, vorzugsweise zwischen 3 und 6 mm. Vorzugsweise wird die Metallschicht in einer definierten Geometrie auf die Opferschicht aufgebracht. Durch eine kontrollierte lokale Variation der Dicke der Metallschicht kann eine örtliche Verteilung eines Wärmeübertrages von der Formschale z. B. auf eine Slushhaut während eines Rotationssinterprozesses gezielt gesteuert werden. Damit können beispielsweise Stanzbereiche der Slushhaut dünner und Funktionsbereiche der Slushhaut gezielt dicker ausgebildet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden beim Aufbringen der Metallschicht mindestens zwei unterschiedliche Metalle aufgebracht.
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Mit anderen Worten kann die Metallschicht mindestens zwei unterschiedliche Metalle umfassen. Dabei kann eine Zusammensetzung der Metallschicht aus den mindestens zwei Metallen lokal variiert werden. So kann in einem ersten Bereich der Opferschicht ein erstes Metall und in einem zweiten Bereich der Opferschicht ein zweites Metall aufgebracht werden, wobei das erste Metall von dem zweiten Metall verschieden ist. Dabei können der erste und der zweite Bereich verschiedene Schichten der Metallschicht bilden. Es ist auch denkbar, dass die Metallschicht in dem ersten Bereich zu 20 Prozent aus dem ersten und zu 80 Prozent aus dem zweiten Metall und in dem zweiten Bereich zu 40 Prozent aus dem ersten Metall und zu 60 Prozent aus dem zweiten Metall gebildet ist. Dabei sei die genannte Prozentzahl jeweils auf das Gewicht bezogen. Die hier genannten Zahlenwerte stellen jedoch nur Beispiele dar. Grundsätzlich sind beliebige Mischungsverhältnisse einer Mehrzahl von Metallen denkbar. Beim Aufbringen der Metallschicht mittels des Metallsprüh- oder Metallspritzverfahrens können derartige lokale Variationen der Zusammensetzung der Metallschicht erzeugt werden, indem gleichzeitig verschiedene Mengen verschiedener Metalle in den Gasstrahl injiziert werden. Mit „Menge” sei dabei ein in einem vorgegebenen Zeitraum in den Gasstrahl injiziertes Gewicht des jeweiligen Metalls gemeint. Durch die gezielte lokale Variation der Zusammensetzung der Metallschicht können eine räumliche Verteilung der Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit in der Metallschicht bzw. in der von der fertigen Metallschicht gebildeten Formschale kontrolliert werden. Damit kann beispielsweise eine Dicke einer mit der Formschale in einem Rotationssinterverfahren hergestellten Slushhaut an verschiedenen Stellen der Slushhaut gezielt beeinflusst werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wird auf einer Seite der Metallschicht, auf der die Opferschicht entfernt wurde, eine Narbe aufgebracht. Diese Seite der Metallschicht ist eine Formseite der Metallschicht. Die Narbe bestimmt eine Textur einer Funktionsseite einer mit der Formschale hergestellten Formhaut. Die Narbe kann mittels Lasergravieren oder mittels Auftragen einer Keramikfolie, vorzugsweise einer flexiblen Keramikfolie, auf die Metallschicht aufgebracht werden. Damit ist das Verfahren zur Herstellung der Formschale besonders flexibel. Dadurch nämlich, dass die Narbe nachträglich auf die Metallschicht aufgebracht wird, können mit ein und demselben Fräsmodell Formschalen mit jeweils unterschiedlichen Narben hergestellt werden. Vor dem Aufbringen der Narbe kann die Schale geschliffen, poliert oder chemisch behandelt werden. Wenn die Narbe durch die Keramikfolie gebildet wird, ist es möglich, die Letztere im Laufe einer Lebensdauer der Formschale mehrfach zu entfernen und durch eine neue Keramikfolie zu ersetzen. Damit ist es nicht notwendig, eine neue Formschale herzustellen, wenn die Narbe der Formschale sich infolge von Gebrauch mit der Zeit abgenutzt hat. Dies trägt in vorteilhafter Weise zu einer Langlebigkeit der Formschale bei.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1a schematisch einen Schnitt eines Fräsmodells,
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1b ein Aufbringen einer Opferschicht auf das Fräsmodell unter Anwendung eines Metallsprüh- oder Metallspritzverfahrens,
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2 ein Aufbringens einer Metallschicht auf die Opferschicht gemäß einem ersten Beispiel,
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3a ein Aufbringen eines ersten Teils einer Metallschicht auf die Opferschicht gemäß einem zweiten Beispiel,
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3b ein Aufbringen eines zweiten und dritten Teils der Metallschicht gemäß dem zweiten Beispiel,
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3c ein Aufbringen eines vierten Teils der Metallschicht gemäß dem zweiten Beispiel,
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4 gemäß dem zweiten Beispiel ein Entfernen der Opferschicht in einem alkalischen Bad,
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5 eine Formschale gemäß dem zweiten Beispiel,
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6a die Formschale aus 5 mit einer Narbe aus Keramikfolie und
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6b die Formschale aus 5 mit einer mittels Lasergravur aufgebrachten Narbe.
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1a zeigt einen Schnitt eines Fräsmodells 1, das aus Aluminium gefertigt ist. Das Fräsmodell weist eine Formseite 2 und eine Rückseite 3 auf. Bei der Formseite 2 des Fräsmodells 1 handelt es sich um eine Negativform einer als Slush-Schale ausgebildeten Formschale, die mit dem Fräsmodell 1 hergestellt werden soll. Eine Abmessung des Fräsmodells 1 in Längsrichtung beträgt etwa 1 m.
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1b zeigt das Aufbringen einer Opferschicht 4 auf die Formseite 2 des Fräsmodells 1. Dabei seien hier und im Folgenden wiederkehrende Merkmale jeweils mit identischen Bezugszeichen versehen. Das Aufbringen der Opferschicht 4, die aus Kupfer gebildet sein soll, erfolgt unter Anwendung eines Kaltspritzverfahrens. Das Kupfer zur Bildung der Opferschicht 4 wird mittels einer Düse 5 auf die Formseite 2 des Fräsmodells 1 aufgesprüht. Die Düse 5 ist an einem Roboterarm angeordnet, der in 1b jedoch nicht dargestellt ist. Der Roboterarm kann die Düse 5 über die Formseite 2 des Fräsmodells 1 bewegen. Dabei können ein Abstand 6 und eine relative Orientierung der Düse 5 zu dem Fräsmodell 1 durch den Roboterarm beliebig variiert werden. Zudem zeigt 1b schematisch wie mittels der Düse 5 ein Strahl 7 von Kupferpartikeln auf die Formseite 2 des Fräsmodells 1 aufgebracht wird, wobei eine Korngröße der Kupferpartikel zwischen 10 und 100 μm beträgt. Zu diesem Zweck beschleunigt die Düse 5 ein Prozessgas – hier Stickstoff – auf eine Geschwindigkeit von ca. 1000 m/s. Mittels eines hier ebenfalls nicht dargestellten Zerstäubers werden die in Pulverform vorliegenden Kupferpartikel in den Stickstoffstrahl injiziert und von diesem gegen die Formseite 2 des Fräsmodells 1 beschleunigt, wo sie mit hoher Geschwindigkeit auftreffen und die kupferne Opferschicht 4 bilden. Die Opferschicht 4 hat eine dem Fräsmodell 1 zugewandte Seite, die hier mit der Formseite 2 des Fräsmodells 1 zusammenfällt, und eine von dem Fräsmodell 1 abgewandte Seite 8. Nach beendetem Aufbringen der Opferschicht 4 weist diese eine konstante Dicke 9 von etwa 1 mm auf.
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2 zeigt ein erstes Beispiel eines Aufbringens einer Metallschicht 10 aus Nickel auf die von dem Fräsmodell 1 abgewandte Seite 8 der Opferschicht 4. Auch das Aufbringen der Nickelschicht 10, die in einem fertiggestellten Zustand eine Slush-Schale bildet, erfolgt unter Anwendung des Kaltgasspritzverfahrens. Zum Aufbringen der Nickelschicht 10 werden Nickelpartikel mittels des Zerstäubers der Düse 5 in den Strahl des Prozessgases injiziert und mit diesem in einem Strahl 11 gegen die Opferschicht 4 beschleunigt. Die Nickelschicht 10 bildet sich infolge der hohen Geschwindigkeit, mit welcher der Strahl 11 von Nickelpartikeln auf die Opferschicht 4 auftrifft. Während des Aufsprühens der Nickelpartikel auf die kupferne Opferschicht 4 können Parameter des Kaltgasspritzverfahrens, welche Eigenschaften der Nickelschicht 10 beeinflussen, verändert werden. Diese Parameter können beispielsweise die Geschwindigkeit des Prozessgases, die Temperatur des Prozessgases und einen Abstand 12 zwischen der Düse 5 und der auf der Opferschicht 4 sich aufbauenden Nickelschicht 10 umfassen. Ebenso kann ein Gewicht von in einer gegebenen Zeiteinheit in der Düse zerstäubten Nickelpartikeln kontinuierlich variiert werden. Insbesondere ist es möglich, die Nickelpartikel derart auf die Opferschicht 4 aufzusprühen, dass eine Dicke 13a bzw. 13b Nickelschicht 10 lokal variiert. Mit anderen Worten ist eine erste Dicke 13a der Nickelschicht 10 an einer ersten Stelle von einer zweiten Dicke 13b der Nickelschicht 10 an einer zweiten Stelle verschieden. In 2 beträgt die erste Dicke 13a 3 mm und die zweite Dicke 13b beträgt 5,5 mm.
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Ein Entfernen der Opferschicht und ein Trennen der Nickelschicht 10 von dem Fräsmodell 1 erfolgt durch Lösen der kupfernen Opferschicht 4 in einem alkalischen Bad in einer dem folgenden zweiten Beispiel analogen Weise (siehe 4).
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In den folgenden 3a bis 3c ist ein zweites Beispiel für das Aufbringen einer Metallschicht 100 auf die Opferschicht 4 aus 1b dargestellt. Die fertige Metallschicht 100 ist in den 3c und 4 gezeigt. Auch in dem hier illustrierten zweiten Beispiel erfolgt das Aufbringen der Metallschicht 100 unter Anwendung des Kaltgasspritzverfahrens. In diesem zweiten Beispiel wird die Metallschicht 100 derart auf die Opferschicht 4 aufgebracht, dass sie zumindest teilweise aus zwei unterschiedlichen Metallen zusammengesetzt ist. Beim Aufbringen der Metallschicht 100 werden also mindestens zwei unterschiedliche Metalle auf die Opferschicht 4 aufgebracht. Dabei soll ein erstes Metall Nickel und ein zweites Metall Kupfer sein. Nickel und Kupfer haben jeweils unterschiedliche Wärmekapazitäten und unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten. Zum Schutz des Kupfers bei einer späteren chemischen Behandlung kann die Metallschicht 100 derart aufgebracht werden, dass das Kupfer nach Abschluss des Aufbringungsprozesses jeweils mit Nickel nach außen hin abgedeckt ist, vorzugsweise vollständig.
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Auch in den 3a bis 3c wird die teilweise aus Nickel und teilweise aus Kupfer bestehende Metallschicht 100 im Kaltgasspritzverfahren auf die Opferschicht 4 aufgebracht. In 3a sprüht die Düse 5 einen Strahl 14 von Nickelpartikeln auf die Opferschicht 4, wodurch ein erster Bereich 15 der Metallschicht 100 gebildet wird, der ausschließlich aus Nickel besteht. Eine der Opferschicht 4 zugewandte Formseite 16 des ersten Bereichs 15 der Metallschicht 100 fällt hier mit der von dem Fräsmodell 1 abgewandten Seite 8 der Opferschicht 4 zusammen. Eine Dicke 17 des ersten Bereichs 15 der Metallschicht 100 beträgt überall etwa 1.5 mm.
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3b zeigt, wie auf den ersten Bereich 15 der Metallschicht 100 ein zweiter Bereich 18 und ein dritter Bereich 19 der Metallschicht 100 aufgebracht werden. Beim Aufbringen des zweiten Bereichs 18 und des dritten Bereichs 19 werden jeweils gleichzeitig Nickel- und Kupferpartikel in das Prozessgas injiziert. So besteht der zweite Teilbereich 18 der Metallschicht 100 in 3b zu 30% aus Nickel und zu 70% aus Kupfer. Der dritte Teilbereich 19 der Metallschicht 100 dagegen besteht zu jeweils 50% aus Nickel und aus Kupfer. Die Metallschicht 100 wird demnach derart auf die Opferschicht 4 aufgebracht, dass eine Zusammensetzung der Metallschicht 100 aus Nickel und aus Kupfer lokal variiert.
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Anders als im Falle des ersten Teilbereichs 15 der Metallschicht 100 werden der zweite Teilbereich 18 und der dritte Teilbereich 19 jedoch derart aufgebracht, dass Dicken 20a und 20b an verschiedenen Stellen des zweiten Teilbereichs 18 und dass Dicken 21a und 21b an verschiedenen Stellen des dritten Teilbereichs 19 jeweils unterschiedlich sind. Die Dicken 20a, 20b des zweiten Teilbereichs 18 sollen 1.2 mm und 1 mm betragen. Die Dicken 21a und 21b des dritten Teilbereichs 19 betragen 1.3 mm und 1.5 mm.
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In 3c schließlich ist das Aufbringen eines vierten Teilbereichs 22 der Metallschicht 100 auf die ersten drei Teilbereiche 15, 18 und 19 gezeigt. Zusammen bilden die Teilbereiche 15, 18, 19 und 22 die Metallschicht 100. Der vierte Teil 22 der Metallschicht 100 besteht wie der erste Teil 15 vollständig aus Nickel. Es ist zu erkennen, dass die ausschließlich aus Nickel bestehenden äußeren Teilbereiche 15 und 22 der Metallschicht 100 die teilweise aus Kupfer gebildeten inneren Teilbereiche 18 und 19 vollständig einschließen.
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Eine von dem Fräsmodell 1 und der Opferschicht 4 abgewandte Seite des vierten Teils 22 der Metallschicht 100 bildet eine Rückseite 23 der Metallschicht 100. Im Gegensatz zu dem ersten Teilbereich 15 der Metallschicht 100 ist eine Dicke des vierten Teilbereichs 22 der Metallschicht 100 lokal variabel.
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In 4 ist dargestellt, wie die Opferschicht 4 von dem Fräsmodell 1 und der Metallschicht 100 entfernt wird. Zu diesem Zweck wird eine aus dem Fräsmodell 1, der Opferschicht 4 und der Metallschicht 100 gebildete Einheit in einen Behälter 24 mit einem stark alkalischen Sodabad 25 gelegt. Ein pH-Wert des Sodabads 25 ist z. B. größer als 12. 4 ist entnehmbar, dass die aus dem Fräsmodell 1, der Opferschicht 4 und der Metallschicht 100 gebildete Einheit vollständig in das Sodabad 25 eingetaucht ist. Das Sodabad 25 löst die kupferne Opferschicht 4, nicht jedoch das aus Aluminium bestehende Fräsmodell 1 und die Metallschicht 100, deren aus dem ersten Teilbereich 15 und dem vierten Teilbereich 22 gebildete Oberfläche voll-ständig aus Nickel gebildet ist und im alkalischen Bad eine Funktion einer Schutzschicht für die inneren Teilbereiche 18 und 19 annimmt.
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Nach dem Lösen der Opferschicht 4 durch in dem Sodabad 25 können das Fräsmodell 1 und die Metallschicht 100 voneinander getrennt werden. Zum Trennen der Metallschicht 100 von dem Fräsmodell 1 ist es nicht erforderlich, zusätzliche Zug- oder Scherkräfte auf diese beiden Komponenten auszuüben. Das Entfernen der Opferschicht 4 durch das vorstehend beschriebene Lösen der Opferschicht 4 in dem Sodabad 25 geht demnach mit einer minimalen mechanischen Beanspruchung des Fräsmodells 1 und der Metallschicht 100 einher.
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5 zeigt einen Schnitt einer als Slush-Schale ausgebildeten Formschale 200. Die Formschale 200 umfasst die fertig auf die Opferschicht 4 aufgebrachte Metallschicht 100 nach deren Trennen von dem Fräsmodell 1 in dem Sodabad 25 (siehe 4). Deutlich zu erkennen ist, dass eine Dicke der Formschale 200 zwischen der Formseite 16 und der Rückseite 23 der Formschale 200 lokal variiert. Mit anderen Worten ist die Dicke der Formschale 200 infolge der kontrollierten Aufbringung des Metalls im zuvor beschriebenen Kaltgaspritzprozess an verschiedenen Stellen jeweils unterschiedlich. Die Dicke der Formschale variiert bei dem hier gezeigten zweiten Beispiel zwischen 4 und 8 mm.
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In den 6a und 6b sind alternative Verfahren zum nachträglichen Aufbringen einer Narbe auf die Formseite 16 der als Slush-Schale ausgebildeten Formschale 200 dargestellt. Mit der Narbe ist dabei eine Textur einer Oberfläche der Formseite 16 bezeichnet. Beim Herstellen einer Slushhaut mit der Formschale 200 im Rotationssinterverfahren wird ein Negativ dieser Narbe auf die Slushhaut übertragen. Auf diese Weise können einer Oberfläche der Slushhaut beispielsweise Texturen aufgeprägt werden, die denjenigen von natürlichem Leder, von Geweben oder von natürlichen Oberflächen wie denen von Steinen nachempfunden sind. Vorliegend umfassen die Texturen Strukturen mit Abmessungen von etwa einem Millimeter oder weniger.
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In 6a ist das Aufbringen einer Lasernarbe 26 mittels Lasergravur schematisch dargestellt. Neben der Formschale 200 sind ein Laserkopf und mindestens ein fest oder beweglich mit dem Laserkopf verbundenes optisches Element gezeigt, wobei das optische Element hier als einfache Linse 28 ausgebildet ist. Der Laserkopf 27 und die Linse 28 werden von einem hier nicht gezeigten Roboterarm kontrolliert über die Formseite 16 der Formschale 200 bewegt. Die Linse dient dabei dem Fokussieren von Laserlicht 29 auf entsprechende Stellen auf der Formseite 16 der Formschale 200. Durch Variation einer Intensität des auf die Oberfläche der Formseite 16 treffenden Laserlichts 29 beim Bewegen des Laserkopfes 27 und der Linse 28 über die Formseite 16 der Formschale 200 wird der Formseite 16 ein Muster aufgeprägt. Die Variation der an verschiedenen Stellen auf die Oberfläche der Formseite 16 treffenden Laserlichtes 29 kann dabei durch direkte Modulation des vom Laserkopf 27 emittierten Laserlichtes 29, aber auch durch eine Veränderung von Abständen zwischen Laserkopf 27, Linse 28 und Formseite 16 bewirkt werden. Durch das hier beschriebene nachträgliche Aufbringen des Musters auf die Formseite 16 der Formschale 200 wird eine Flexibilität des Herstellungsprozesses derselben in vorteilhafter Weise erhöht, da Veränderungen der Formschale 200 noch zu einem späten Zeitpunkt im Herstellungsprozess vorgenommen werden können.
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In 6b ist schematisch eine alternative Methode zum nachträglichen Aufbringen einer Narbe auf die Formseite 16 der Formschale 200 gezeigt. In 6b ist neben der Formschale 200 eine flexible Keramikfolie 30 mit einer Narbenseite 31 und mit einer Rückseite 32 gezeigt. Die Keramikfolie 30 ist mit der Rückseite 32 auf die Formseite 16 der Formschale 200 aufgetragen. Bei der Keramikfolie 30 kann es sich beispielsweise um das Produkt Cera-Shibo des Herstellers Eschmann Textures in 51645 Gummersbach handeln. Die Narbenseite 31 der Keramikfolie 30 weist eine vorgefertigte Textur auf.
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Ein besonderer Vorteil des nachträglichen Aufbringens der Narbe in Form der flexiblen und genarbten Keramikfolie 30 besteht darin, dass die Keramikfolie 30 im Laufe einer Lebensdauer der Formschale 200 mehrfach auswechselbar ist, wenn die Narbenseite 31 infolge Gebrauchs abgenutzt oder wenn eine neue Narbe gewünscht wird. Dieselbe Formschale 200 kann also mit verschiedenen Narben beaufschlagt und so zur Herstellung unterschiedlicher Formhäute verwendet werden. Auch auf diese Weise wird die Flexibilität der Herstellung der Formschale 200 vorteilhaft erhöht.
