DE102017217763A1

DE102017217763A1 - Verfahren zur Herstellung von Hybridbauteilen sowie Verwendungen solcher Hybridbauteile

Info

Publication number: DE102017217763A1
Application number: DE102017217763.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas COTT; Thomas Flaskamp; Philipp Grunden; Manuel Grundmann; Stefan Mayer; Lothar Patberg
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-04-11
Also published as: WO2019068786A1; CN111194261A; EP3691883A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Hybridbauteilen mit integrierter Funktion, welches die Schritte beinhaltet: Aufbringen eines Haftvermittlers (2) auf die metallische Grundplatte (1), Zuschneiden der metallischen Grundplatte (1) vor oder nach der Aufbringung des Haftvermittlers (2) und Aufbringen eines Funktionselements (3) aus Kunststoff auf den Haftvermittler (2) durch additive Fertigungsverfahren.. Des Weiteren betrifft die Erfindung Hybridbauteile, welche gemäß diesem Verfahren hergestellt wurden sowie Anwendungen dieser Hybridbauteile.

Description

Technisches Gebiet (Technical Field)
Auf dem Gebiet der hybriden Bauteile werden verschiedene Materialien kombiniert, um die Eigenschaften möglichst effizient auf die entsprechend Anforderungen anzupassen.
Technischer Hintergrund (Background Art)
Aus dem Stand der Technik sind Hybride Materialien beispielsweise in Form von mehrschichtigem Sandwichmaterial bekannt, welche jedoch über die Fläche weitgehend einheitliche Eigenschaften aufweisen und keine zusätzlichen Funktionen übernehmen.
Zur Fertigung komplexer Bauteile ist die Kombination separat gefertigter Einzelkomponenten bekannt. Hierbei sind die weiteren Einzelkomponenten jedoch separat zu fertigen und zusätzliche Positionier- und Montageschritte erforderlich, was den Fertigungsaufwand deutlich erhöht.
Aus DE 10 2013 109 616 A1 ist beispielsweise weiter bekannt, dass Hybridbauteile durch direktes Spritzgießen oder Pressformen hergestellt werden, wobei ein Metallblech in ein eigens anzufertigendes Formwerkzeug eingelegt wird. Dies ist daher wirtschaftlich nur für große Stückzahlen mit einheitlicher Geometrie einsetzbar.
Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Hybridbauteilen sowie derartige Hybridbauteile bereitzustellen, welche flexible gestaltet und wirtschaftlich herstellbar sind.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie von Hybridbauteilen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6. In den Ansprüchen 8 bis 11 sind Verwendungen der erfindungsgemäßen Lösung angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Erzeugung flächiger Hybridbauteile mit integrierter Funktion, welches die Schritte beinhaltet:

• Aufbringen eines Haftvermittlers auf die metallische Grundplatte,
• Zuschneiden der metallischen Grundplatte vor oder nach der Aufbringung des Haftvermittlers,
• Aufbringen eines Funktionselements aus Kunststoff auf den Haftvermittler durch additive Fertigungsverfahren.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens wird eine flexible Fertigung von Hybridbauteilen ermöglicht. Durch die Ausbildung der Funktionselemente durch additive Fertigungsverfahren, sind der Formgebung und Variantenzahl keine Grenzen gesetzt und es lassen sich kleine Stückzahlen sowie Einzelstücke gezielt und wirtschaftlich herstellen. Durch die direkte Aufbringung auf die metallische Grundplatte entfallen Schritte zur Montage. Um die Anbindung der Funktionselemente an die metallische Grundplatte zu verbessern wird ein Haftvermittler aufgebracht. Der Haftvermittler kann nach dem Beschnitt der Grundplatte aufgebracht werden, was die Vorteile bietet, dass der Haftvermittler nur partiell aufgebracht oder auch eine Verunreinigung des Haftvermittlers während des Transports vermieden werden kann. Hinsichtlich der Prozesseffizient kann der Haftvermittler alternativ auch vor dem Beschnitt aufgebracht werden, was die Aufbringung, insbesondere von vollflächigen Haftvermittlerschichten vereinfacht. Die metallische Grundplatte ist in bevorzugten Ausführungsformen aus Stahl gebildet, kann jedoch auch aus anderen Metallen, insbesondere Aluminium oder Magnesium beziehungsweise deren Legierungen bestehen.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass die additiven Fertigungsverfahren ausgewählt sind aus Fused Filament Fabrication (FFF) und Selektivem Laserschmelzen (SLM). Durch diese Fertigungsverfahren können die Funktionselemente flexibel gefertigt und nahezu beliebig auf der metallischen Grundplatte positioniert beziehungsweise aufgebracht werden.
Verfahren gemäß weiteren Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Grundplatte vor oder nach dem Aufbringen der Funktionselemente umgeformt wird. Hybridbauteile erfordern je nach Anwendung das nicht nur die Funktionselemente sondern auch die metallische Grundplatte ein dreidimensionale Form aufweisen. Die Umformung kann vor oder nach der Aufbringung der Funktionselemente erfolgen. Eine Umformung vor Aufbringung weist den Vorteil auf, dass das ein Beschädigung der Funktionselemente durch oder während der Umformung vermieden wird und die Funktionselemente direkt mit verschiedenen Bereichen der metallischen Grundplatte in Verbindung gebracht werden können, um beispielsweise Funktionselemente einzubringen, die versteifend auf das Hybridbauteil wirken oder durch die Umformung gebildete Kanäle und dergleichen zu überbrücken beziehungsweise abzudecken. Alternativ oder zusätzlich kann die Umformung erst nach der Aufbringung der Funktionselemente erfolgen, wodurch die Aufbringung in Bereichen, die nach der Umformung nicht mehr zugänglich sind zu ermöglichen.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung durch Biegen, Pressen, Tiefziehen, Kanten oder Profilieren vorgenommen wird.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte vor dem Aufbringen des Funktionselements vollflächig mit einer Kunststoffschicht versehen wird. Durch eine vollflächige Kunststoffschicht wird zum einen die Anbindung der durch additive Fertigungsprozesse aufgebrachten Funktionselemente aus Kunststoff an die metallische Grundplatte verbessert und zum anderen können die Eigenschaften der metallischen Grundplatte beeinflusst werden. So kann beispielsweise durch die vollflächige Kunststoffschicht, die Dämpfungseigenschaften verbessert oder die elektrische Leitfähigkeit verringert werden. Für die Kunststoffschicht eigenen sich bevorzugt alle Thermoplaste, insbesondere PA, PE, PP oder PLA.
Verfahren gemäß weiteren Ausführungsformen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler eine Kunststoffschicht beinhaltet. Durch die Ausbildung, dass der Haftvermittler durch eine Kunststoffschicht gebildet wird beziehungsweise eine Kunststoffschicht beinhaltet, kann diese bereits als z.B. vollflächige Kunststoffschicht verwendet werden oder deren Anbindung sowie der Funktionselemente wird vereinfacht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Hybridbauteil umfassend eine metallische Grundplatte, eine Schicht eines Haftvermittlers sowie ein Funktionselement aus Kunststoff, welches dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil mit einem der Verfahren gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsformhergestellt ist. Hierdurch weist das Hybridbauteil eine flexible an die jeweilige Verwendung angepasste Form auf und kann ohne gesondert anzufertigende Werkzeuge mit individuell geformten Funktionselementen versehen werden. Die Einzelheiten und Vorteile sind bereits oben zu den Verfahren ausgeführt und analog auf die Hybridbauteile anwendbar.
Bevorzugte Ausführungsformen des Hybridbauteils sind dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement als Anbindungspunkt für Befestigungsmittel oder Konstruktionsbauteil ausgebildet ist. Beispielhafte Ausführungen und deren Vorteile werden folgend ausgeführt.
Verwendung findet ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, als Gehäusebauteil. Hierbei wird beispielsweise durch das Hybridbauteil eine Gehäuseschale gebildet, wobei die Funktionselemente als Anbindungspunkte oder Aufnahme für im Gehäuse unterzubringende Komponenten dient oder eine Verbindung der Gehäuseschalen untereinander ausbildet. Die Ausbildung der Funktionselemente aus Kunststoff weist hierbei den Vorteil auf, dass bei elektrischen beziehungsweise elektronischen Komponenten eine Isolierung gegenüber dem Gehäuse erfolgen kann.
Weitere Verwendung finden erfindungsgemäße Hybridbauteile, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, als Verkleidungsbauteil. Das Hybridbauteil stellt hier die flächige Verkleidung dar, die beispielsweise für Fahrzeuge, Maschinen, Gebäude oder Möbel einsetzbar sind. Durch die Funktionselemente kann, insbesondere an der Innenseite, die Befestigung der Verkleidungsbauteile an der Grundstruktur erfolgen. Des Weiteren kann jedoch auch, insbesondere an der Außenseite, durch Funktionselemente den Verkleidungsbauteilen zusätzliche Funktionen, wie Aufnahme oder Befestigungspunkte für Leitungen, Anbauteile und dergleichen, integriert werden.
Weitere Verwendung finden erfindungsgemäßer Hybridbauteile, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, als Orthese oder Prothese. Im medizinischen Bereich müssen Orthesen und Prothesen immer auf die jeweiligen Proportionen und fallspezifischen Gegebenheiten individuell angepasst werden. Hier kann durch das erfindungsgemäße Verfahren einfach eine Anpassung beziehungsweise Herstellung erfolgen, um dem Patienten schnell eine präzise und passgenaue Orthese oder Prothese bereitzustellen.
Verwendung finden erfindungsgemäße Hybridbauteile, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, weiter als Falt- oder Klappbehälter, wobei die Funktionselemente als Scharnier oder Verriegelungselement ausgebildet sind.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils
2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)
1 zeigt ein Hybridbauteil gemäß einer Ausführungsform, bei der eine ebene metallische Grundplatte (1) mit einer Schicht eines Haftvermittlers (2) beschichtet ist. Auf diese Haftvermittlerschicht (2) wurde durch additive Fertigungsverfahren, wie FFF oder SLM, ein Funktionselement (3) aufgebracht. Somit wird durch die metallische Grundplatte (1) ein ebener Träger mit Aufnahme- beziehungsweise Anbindungsstellen für weitere Komponenten, welche durch das Funktionselement (3) gebildet ist.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die metallische Grundplatte (1) als Rohr ausgebildet, welches vor oder nach der Aufbringung der Funktionselemente (3) geformt wurde. Es sind mehrere Funktionselemente (3) über den Umfang nach außen abstehend vorgesehen, die als Versteifungselemente oder auch als Führung oder Anbindungspunkte weiterer Komponenten dienen können.
3 zeigt ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel, bei dem die metallische Grundplatte (1) vor der Aufbringung des Funktionselements (3) in eine Schalenform umgeformt wurde und der Haftvermittler (2) auf der Innenseite vorgesehen ist. Das Funktionselement (3) erstreckt sich von einer Seite der metallischen Grundplatte (1) zur gegenüberliegenden Seite, wodurch die Form in Art einer Strebe versteift wird und sich darunter ein geschlossener Kanal beziehungsweise abschnittsweise geschlossene Umfangsquerschnitte gebildet werden.
Die verschiedenen Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar und nicht nur auf die beschriebenen oder dargestellten Beispiele von Ausführungsformen beschränkt. So kann neben der beschriebenen Umformung vor oder nach der Aufbringung der Funktionselemente ebenfalls eine Umformung sowohl vor als auch nach der Aufbringung vorgenommen werden. Die metallische Grundplatte kann auch aus mehreren Teilen bestehen, die entsprechend positioniert und durch die additiv aufgebrachten Funktionselemente aus Kunststoff verbunden werden.
Bezugszeichenliste

1: Metallische Grundplatte
2: Haftvermittler
3: Funktionselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013109616 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Hybridbauteilen mit integrierter Funktion, welches die Schritte beinhaltet: • Aufbringen eines Haftvermittlers (2) auf die metallische Grundplatte (1), • Zuschneiden der metallischen Grundplatte (1) vor oder nach der Aufbringung des Haftvermittlers (2), • Aufbringen eines Funktionselements (3) aus Kunststoff auf den Haftvermittler (2) durch additive Fertigungsverfahren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die additiven Fertigungsverfahren ausgewählt sind aus Fused Filament Fabrication (FFF) und Selektivem Laserschmelzen (SLM).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Grundplatte (1) vor oder nach dem Aufbringen der Funktionselemente (3) umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung durch Biegen, Pressen, Tiefziehen, Kanten oder Profilieren vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) vor dem Aufbringen des Funktionselements (3) vollflächig mit einer Kunststoffschicht versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler (2) eine Kunststoffschicht beinhaltet.
Hybridbauteil umfassend eine metallische Grundplatte (1), eine Schicht eines Haftvermittlers (2) sowie ein Funktionselement (3) aus Kunststoff dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil mit einem der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
Hybridbauteil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (3) als Anbindungspunkt für Befestigungsmittel oder Konstruktionsbauteil ausgebildet ist.
Verwendung eines Hybridbauteils nach einem der Ansprüche 7 oder 8, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, als Gehäusebauteil.
Verwendung eines Hybridbauteils nach einem der Ansprüche 7 oder 8, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, als Verkleidungsbauteil.
Verwendung eines Hybridbauteils nach einem der Ansprüche 7 oder 8, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, als Orthese oder Prothese.
Verwendung eines Hybridbauteils nach einem der Ansprüche 7 oder 8, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, als Falt- oder Klappbehälter, wobei die Funktionselemente (3) als Scharnier oder Verriegelungselement ausgebildet sind.