DE102012209884A1 - Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks wird bereitgestellt. In diesem Verfahren werden eine duktile Platte, eine Kernschicht und ein Prepreg kombiniert, um eine Sandwichstruktur zu bilden. Die Kernschicht befindet sich zwischen der duktilen Platte und dem Prepreg. Die Sandwichstruktur wird ausgeformt, um die dreidimensionale Sandwichstruktur zu sein. Die dreidimensionale Sandwichstruktur wird erhitzt, um das Prepreg zu härten.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mit einem Verbundmaterial.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Mit dem Fortschritt in der Halbleitervorrichtungs- und Anzeigetechnologie werden elektronische Produkte hin zu kleiner Größe, Multifunktionalität und vereinfachter Tragbarkeit entwickelt. Übliche tragbare elektronische Produkte schließen Notebookcomputer, Tabletcomputer und Mobiltelefone ein.
  • Um Gewicht zu reduzieren und strukturelle Stärke von Gehäusen der tragbaren elektronischen Produkte zu erhöhen, ist ein existierendes Verfahren ein Verbundmaterial aus Fasern bzw. Fiber und Metall zu verwenden, um die Gehäuse herzustellen. Bei der Herstellung des Gehäuses mit Verbundmaterial aus Fasern und Metall wird eine flache Metallplatte dreidimensional in ein dreidimensionales Metallwerkstück ausgeformt. Ein Prepreg bzw. vorimprägnierte Fasern überlagern dann an einer Fläche des dreidimensionalen Metallwerkstücks und das Prepreg ist gekrümmt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Entsprechend ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gerichtet.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks bereit. In diesem Verfahren werden eine duktile Platte, eine Kernschicht und ein Prepreg kombiniert, um eine Sandwichstruktur zu bilden. Die Kernschicht befindet sich zwischen der duktilen Platte und dem Prepreg. Die Sandwichstruktur wird ausgeformt, um eine dreidimensionale Sandwichstruktur zu sein. Die dreidimensionale Sandwichstruktur wird dann erhitzt, um das Prepreg auszuhärten bzw. zu härten bzw. zu vernetzten.
  • Im Hinblick auf das Vorangegangene werden die duktile Platte, die Kernschicht und das Prepreg kombiniert, um die Sandwichstruktur zu bilden. Die dreidimensionale Sandwichstruktur wird dann ausgeformt und das Prepreg wird gehärtet, um ein dreidimensionales Werkstück zu bilden.
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden weiter aus weiteren technischen Merkmalen, die durch die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart sind, verstanden, wobei es gezeigte und beschriebene bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung gibt, einfach durch Zeigen von Betriebsarten, die am besten geeignet sind, um die Erfindung auszuführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A bis 1C zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines eingekreisten Abschnitts 2 aus 1A.
  • 3 zeigt mehrere Sandwichstrukturen aus 1A, die als eine Rolle gebildet wurden bzw. aufgerollt wurden.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • 1A bis 1C zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines eingekreisten Abschnitts 2 aus 1A. Mit Bezug auf 1A und 2, werden eine erste duktile Platte 110, eine Kernschicht 120 und ein Prepreg 130 kombiniert, um eine Sandwichstruktur 100 zu bilden mit der Kernschicht 120 befindlich zwischen der duktilen Platte 110 und dem Prepreg 130. Die duktile Platte 110 kann eine Metallplatte bzw. ein Metallblech oder eine Platte aus einem duktilen Material, die Metall beinhaltet, sein.
  • Abhängig von unterschiedlichen Produktdesigns kann die Kernschicht 120 aus mehreren Materialschichten oder einer einzelnen Materialschicht gebildet werden. Zusätzlich, entsprechend Anforderungen an äußere Erscheinungsform oder Strukturstärke der Produkte, kann die Kernschicht 120 eine einheitliche bzw. gleichmäßige Dicke oder eine uneinheitliche bzw. ungleichmäßige Dicke aufweisen. Ebenso kann die duktile Platte 110 eine einheitliche Dicke oder eine uneinheitliche Dicke aufweisen und das Prepreg 130 kann eine einheitliche Dicke oder eine uneinheitliche Dicke aufweisen.
  • In dem Schritt des Kombinierens der duktilen Platte 110, der Kernschicht 120 und des Prepreg 130 kann die Kernschicht an die duktile Platte 110 angehaftet bzw. verbunden werden und dann wird das Prepreg 130 and die Kernschicht 120 angehaftet. Jedoch ist nicht vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung durch die hier beschriebenen Ausführungsformen begrenzt wird.
  • In dem Schritt des Kombinierens der duktilen Platte 110 und der Kernschicht 120 kann eine anhaftende Schicht bzw. eine Haftschicht 115 verwendet werden, um die duktile Platte 110 und die Kernschicht 120 zusammenzuhaften bzw. zu verbinden. Die anhaftende Schicht 115 kann durch Beschichten eines anhaftenden Materials an der duktilen Platte 110 oder der Kernschicht 120 gebildet werden.
  • In dem Schritt des Kombinierens der Kernschicht 120 und des Prepreg 130 kann eine anhaftende Schicht 125 verwendet werden, um die Kernschicht 120 und das Prepreg 130 zusammenzuhalten bzw. zu verbinden. Die anhaftende Schicht 125 kann durch Beschichten eines anhaftenden Materials bzw. Haftmaterials an der Kernschicht 120 oder dem Prepreg 130 gebildet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform können die Kernschicht 120 und das Prepreg 130 durch eine vorimprägnierte Flüssigkeit an einer Fläche des Prepreg 130 kombiniert werden ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen anhaftenden Schicht. Die vorimprägnierte Flüssigkeit an der Fläche des Prepreg 130 schließt Ethoxylinharz ein. Zusätzlich, wenn die Kernschicht 120 eine Öffnung aufweist, bedarf der Prozess der Herstellung der dreidimensionalen Struktur keiner zusätzlichen anhaftenden Schicht. Wenn die Kernschicht 120 eine Öffnung aufweist, können die Kernschicht 120 und das Prepreg 130 zuerst unter Verwendung der vorimprägnierten Flüssigkeit an der Fläche des Prepreg 130 kombiniert werden. Die vorimprägnierte Flüssigkeit kann an die andere Seite der Kernschicht 120 über die Öffnung der Kernschicht 120 verteilt werden. Dann, beim Kombinieren der duktilen Platte 110 mit der Kernschicht 120 kann die duktile Platte 110 mit der Kernschicht 120 kombiniert werden, um die dreidimensionale Struktur nur durch die vorimprägnierte Flüssigkeit zu bilden, ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen anhaftenden Schicht.
  • In dieser Ausführungsform, wenn die duktile Platte 110 eine Metallplatte ist, kann die Metallplatte eine Zinn überzogene Stahlplatte (SPIE), eine Aluminiumplatte oder eine Platte aus rostfreiem Stahl (SUS-Platte) sein. Ein Material der Kernschicht 120 kann ein Kunststoff, Pflanzenfasern, Kohlestofffasern, Glasfasern oder Graphit sein. Das Prepreg 130 wird aus einem Faserstoff gebildet, der mit einem Harz imprägniert ist. Der Faserstoff des Prepreg 130 kann Kohlestofffasern, Pflanzenfasern oder Glasfasern sein.
  • Mit Bezug auf 1B, nachdem die Sandwichstruktur 100 aus 1A gebildet wurde, wird die Sandwichstruktur 100 ausgeformt, um eine dreidimensionale Sandwichstruktur 100a zu sein. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Sandwichstruktur 100 durch Stanzen bzw. Stempeln bzw. Prägen ausgeformt sein.
  • Mit Bezug auf 1C, nachdem die Sandwichstruktur 100 ausgeformt wurde, um die dreidimensionale Sandwichstruktur 100a zu sein, wird das Prepreg 130 ausgehärtet, so dass die dreidimensionale Sandwichstruktur 100a ein dreidimensionales Werkstück 200 wird (z. B. ein Gehäuse einer elektronischen Vorrichtung). Das Aushärten des Prepreg 130 dient dem Aushärten des halbvernetzten bzw. halbausgehärteten Harzteils des Prepreg 130. In der vorliegenden Ausführungsform kann das Prepreg 130 mit einer thermisches Abbinden bzw. Thermofixierungsmethode bzw. einer duroplastischen Methode ausgehärtet werden.
  • Falls die Sandwichstruktur 100 aus 1A durch Stanzen ausgeformt wird, kann das Prepreg 130 durch Wärme, die von einer Stanzform bzw. Stempelform bzw. Prägeform geführt wird, ausgehärtet werden. Nachdem die Sandwichstruktur 100 aus 1A ausgeformt wurde, um die dreidimensionale Sandwichstruktur 100a aus 1B zu sein, kann die dreidimensionale Sandwichstruktur 100a weiterhin in einer Wärmevorrichtung angeordnet werden, um einen Erwärmungsprozess durchzumachen, um das Prepreg 130 auszuhärten, gemäß den gegenwärtigen Designs des Herstellungsprozesses.
  • Insbesondere in dem Schritt des Bildens der Sandwichstruktur 100 aus 1A werden die duktile Platte 110, die Kernschicht 120 und das Prepreg 130 für gewöhnlich in Stücke mit einer gewünschten Größe geschnitten und dann zusammengefügt, um die Sandwichstruktur 100 zu bilden. Jedoch, gemäß gegenwärtigen Designs des Herstellungsprozesses, können mehrere Sandwichstrukturen 100 als eine Rolle gebildet werden, wie in 3 gezeigt. In dem Schritt des Ausformens der Sandwichstruktur 100 aus 1A, wird die Rolle aus Sandwichstrukturen 100 in individuelle Sandwichstrukturen 100 aufgeschnitten, die dann zu Ausformung ausgerollt werden, um die dreidimensionale Sandwichstruktur 100a aus 1B zu sein.
  • Zusammenfassend werden in der vorliegenden Erfindung die duktile Platte, die Kernschicht und das Prepreg kombiniert, um die Sandwichstruktur zu bilden. Die dreidimensionale Sandwichstruktur wird dann ausgeformt und das Prepreg wird ausgehärtet, um ein dreidimensionales Werkstück zu bilden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung in Kombination mit einem Rollprozess an einer Vorproduktionsstufe ausgeführt werden, um die Produktivität zu erhöhen.
  • Es wird für Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Struktur der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich oder das Wesen der Erfindung zu verlassen. Hinsichtlich der vorhergehenden Ausführungen ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen dieser Erfindung überdeckt, falls sie in den Schutzbereich der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.

Claims (14)

  1. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks, umfassend: Kombinieren einer duktilen Platte, einer Kernschicht und eines Prepreg, um eine Sandwichstruktur zu bilden, wobei sich die Kernschicht zwischen der duktilen Platte und dem Prepreg befindet; Ausformen der Sandwichstruktur, um eine dreidimensionale Sandwichstruktur zu sein; und Erwärmen der dreidimensionalen Sandwichstruktur, um das Prepreg auszuhärten.
  2. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei in dem Schritt des Bildens der Sandwichstruktur die Sandwichstruktur als eine Rolle gebildet wird und in dem Schritt des Ausformens der Sandwichstruktur die Rolle aus der Sandwichstruktur entrollt wird, um die Sandwichstruktur auszuformen.
  3. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei in dem Schritt des Kombinierens der duktilen Platte, der Kernschicht und des Prepreg die Kernschicht an die duktile Platte angehaftet wird und das Prepreg dann an die Kernschicht angehaftet wird und in dem Schritt des Kombinierens der duktilen Platte und der Kernschicht eine Haftschicht verwendet wird, um die duktile Platte und die Kernschicht zusammenzuhaften.
  4. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei in dem Schritt des Kombinierens der duktilen Platte, der Kernschicht und des Prepreg die Kernschicht an das Prepreg angehaftet wird und die duktile Platte dann an die Kernschicht angehaftet wird.
  5. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 4, wobei die Kernschicht mehrere Öffnungen aufweist und eine vorimprägnierte Flüssigkeit des Prepreg verwendet wird, um das Prepreg und die Kernschicht zu kombinieren und um die Kernschicht und die duktile Platte zu kombinieren.
  6. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei in dem Schritt des Ausformens der Sandwichstruktur die Sandwichstruktur durch Stempeln ausgeformt wird.
  7. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei in dem Schritt des Härtens des Prepreg das Prepreg in einer Thermofixierungsmethode ausgehärtet wird.
  8. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 7, wobei in dem Schritt des Härtens des Prepreg eine Form, die verwendet wird, um die Sandwichstruktur auszuformen, erwärmt wird, um das Prepreg auszuhärten.
  9. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei die duktile Platte eine Metallplatte oder eine Platte aus einem duktilen Material, das Metall enthält, ist.
  10. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei ein Material der Kernschicht ein Kunststoff, Pflanzenfasern, Kohlenstofffasern, Glasfasern oder Graphit ist.
  11. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei die Fasern des Prepreg Kohlenstofffasern, Pflanzenfasern oder Glasfasern sind.
  12. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei die Kernschicht eine ungleichmäßige Dicke aufweist und aus mehreren Materialschichten oder einer einzelnen Materialschicht gebildet ist.
  13. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei die duktile Platte eine ungleichmäßige Dicke aufweist.
  14. Verfahren zu Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 1, wobei das Prepreg eine ungleichmäßige Dicke aufweist.
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