DE102018207444A1

DE102018207444A1 - Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils

Info

Publication number: DE102018207444A1
Application number: DE102018207444.5A
Authority: DE
Inventors: Lukas Knorr; Martin Friedrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2019-11-21
Also published as: CN111936253B; CN111936253A; US20200398462A1; WO2019219317A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines eine durch Schäumen eines schäumbaren Materials (6) gebildete Schaumstruktur (8) umfassenden Strukturbauteils (1), umfassend die folgenden Schritte:- additives Aufbauen eines die Außengeometrie des herzustellenden Strukturbauteils (1) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, abbildenden, einen Aufnahmeraum (5) zur Aufnahme von schäumbarem Material (6) umfassenden Aufnahmebauteils (7),- Einbringen von wenigstens einem schäumbaren Material (6) in den Aufnahmeraum (5) des Aufnahmebauteils (7),- Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Schäumen des in den Aufnahmeraum des Aufnahmebauteils (7) eingebrachten schäumbaren Materials (6) unter Ausbildung der Schaumstruktur (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, welches eine durch Schäumen eines schäumbaren Materials gebildete Schaumstruktur umfasst.
Entsprechende Verfahren zur Herstellung eines eine durch Schäumen eines schäumbaren Materials gebildete Schaumstruktur umfassenden Strukturbauteils sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen dem Grunde nach bekannt.
Dabei ist die Durchführung bekannter Verfahren zur Herstellung entsprechender Strukturbauteile bisweilen vergleichsweise aufwändig, sodass eine fertigungstechnisch einfache und schnelle sowie kostengünstige Herstellung entsprechender Strukturbauteile, welche z. B. im Rahmen der Herstellung von Prototypenbauteilen erforderlich bzw. gewünscht sein kann, nicht in gänzlich zufriedenstellender Weise möglich ist.
Es besteht demnach ein Bedarf nach einem demgegenüber verbesserten Verfahren zur Herstellung entsprechender Strukturbauteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein, insbesondere im Hinblick auf eine einfache und schnelle sowie kostengünstige Herstellung entsprechender Strukturbauteile, verbessertes Verfahren zur Herstellung eines eine durch Schäumen eines schäumbaren Materials gebildete Schaumstruktur umfassenden Strukturbauteils anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines eine durch Schäumen eines schäumbaren Materials gebildete Schaumstruktur umfassenden Strukturbauteils gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens.
Das hierin beschriebene Verfahren dient zur Herstellung eines eine durch Schäumen eines schäumbaren Materials gebildete Schaumstruktur, d. h. einen durch Schäumen eines schäumbaren Materials gebildeten Schaum, umfassenden Strukturbauteils. Bei einem entsprechenden Strukturbauteil kann es sich insbesondere um ein Prototypenbauteil handeln; das Verfahren kann entsprechend insbesondere zur Herstellung von Prototypenbauteilen angewendet bzw. durchgeführt werden.
Das Verfahren umfasst die folgenden wesentlichen Schritte:
In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt ein additives bzw. generatives. Aufbauen bzw. Ausbilden eines einen Aufnahmeraum bzw. ein Aufnahmevolumen zur Aufnahme von schäumbarem Material umfassenden Aufnahmebauteils. Hierbei ist wesentlich, dass das Aufnahmebauteil die Außengeometrie bzw. -kontur des eigentlich herzustellenden Strukturbauteils zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, abbildet. Die geometrisch-konstruktive Gestalt des Aufnahmebauteils wird sonach im Hinblick auf die geometrisch-konstruktive Gestalt des eigentlich herzustellenden Strukturbauteils gewählt.
Im Rahmen des additiven Aufbauens bzw. Ausbildens des Aufnahmebauteils können gegebenenfalls Funktionselemente, wie z. B. Aufnahmen, an und/oder in dem Aufnahmebauteil ausgebildet werden.
Der additive Aufbau des Aufnahmebauteils erfolgt typischerweise durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung - die Verfestigung kann insbesondere durch einen Aushärte-, Schmelz- oder Sintervorgang erfolgen - von Baumaterialschichten aus einem entsprechend verfestigbaren Baumaterial. Der additive Aufbau des Aufnahmebauteils erfolgt auf Grundlage von die Geometrie des Aufnahmebauteils beschreibenden Baudaten. Es kommen grundsätzlich sämtliche additive Aufbauverfahren zum additiven Aufbau des Aufnahmebauteils in Betracht, sodass lediglich beispielhaft auf ein selektives Lasersinterverfahren, ein selektives Laserschmelzverfahren, ein selektives Elektronenstrahlschmelzverfahren, einen Stereolithograhieverfahren oder ein Binder-Jetting-Verfahren verwiesen wird. Der additive Aufbau des Aufnahmebauteils erfolgt in einer Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte; die konkrete Ausführung der Vorrichtung bestimmt sich nach dem konkret eingesetzten additiven Aufbauverfahren.
Das additiv hergestellte Aufnahmebauteil kann aufgrund seiner durch das Vorsehen eines entsprechenden Aufnahmeraums bzw. Aufnahmevolumens auch als zur Aufnahme von schäumbarem Material eingerichtete Aufnahmehülle bezeichnet bzw. erachtet werden.
In einem auf den ersten Schritt folgenden zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Einbringen von wenigstens einem schäumbaren bzw. expandierbarem oder (vor)expandiertem Material in den Aufnahmeraum des Aufnahmebauteils. Das Aufnahmebauteil wird sonach mit wenigstens einem schäumbaren Material befüllt. Das Einbringen des wenigstens einen schäumbaren Materials in das Aufnahmebauteil kann manuell oder zumindest teilautomatisiert erfolgen.
In einem auf den zweiten Schritt folgenden dritten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Schäumen des in den Aufnahmeraum des Aufnahmebauteils eingebrachten schäumbaren Materials unter Ausbildung der Schaumstruktur bzw. des Schaums und somit des Strukturbauteils. Die Maßnahme zum Schäumen des in den Aufnahmeraum des Aufnahmebauteils eingebrachten schäumbaren Materials beinhaltet beispielsweise eine ausreichend hohe Einbringung von Energie in das schäumbare Material, welche zu einem Schäumen bzw. einem Expandieren des schäumbaren Materials und so zur Ausbildung einer, insbesondere geschlossen- oder offenzelligen, Schaumstruktur führt. Bei der Energie kann es sich z. B. um thermische Energie, z. B. in Form eines entsprechend temperierten Temperiermediums, wie z. B. Dampf, und/oder um Strahlungsenergie, wie z. B. UV-Strahlung, handeln. Auch chemisch initiierte Schäumvorgänge, wie sie z. B. bei Mehrkomponenten-Schäumen möglich sind, sind denkbar.
Durch die verfahrensgemäße additive Ausbildung eines die Außengeometrie bzw. - kontur des herzustellenden Strukturbauteils abbildenden Aufnahmebauteils ist eine einfache und schnelle sowie kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung eines entsprechenden Strukturbauteils gegeben; es liegt somit ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Strukturbauteils vor.
Wie erwähnt, kann das Aufnahmebauteil als zur Aufnahme von schäumbaren Material eingerichtete Aufnahmehülle bezeichnet bzw. erachtet werden. Das Aufnahmebauteil kann sonach insbesondere die Funktion einer die Schaumstruktur, insbesondere umfangsmäßig, zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, umgebenden bzw. umschließenden Hülle übernehmen. Das Aufnahmebauteil kann sonach hüllenartig ausgebildet werden.
Entsprechend ist es insbesondere möglich, dass das Strukturbauteil als ein eine, insbesondere kompakte, Außenhaut und einen von dieser umschlossenen Kern umfassendes Integralschaumstrukturbauteil, kurz als eine eine, insbesondere kompakte, Außenhaut und einen geschäumten Kern umfassende Integralschaumstruktur, ausgebildet wird, wobei das Aufnahmebauteil die Außenhaut und die Schaumstruktur den Kern des Integralschaumstrukturbauteils bildet.
Das schäumbare Material kann im Rahmen der Durchführung der wenigstens einen Maßnahme zum Schäumen des in den Aufnahmeraum des Aufnahmebauteils eingebrachten schäumbaren Materials, insbesondere form- und/oder stoffschlüssig, mit dem Aufnahmebauteil verbunden werden. Für eine formschlüssige Verbindung ist typischerweise ein Ein- und/oder Durchgreifen des Schaums in bzw. durch das Aufnahmebauteil, oder umgekehrt, erforderlich. Eine formschlüssige Verbindung erfordert nicht zwingend eine chemische Ähnlichkeit bzw. Verträglichkeit zwischen dem das Aufnahmebauteil bildenden Material und dem schäumbaren Material. Für eine stoffschlüssige Verbindung ist dagegen typischerweise eine gewisse chemische Ähnlichkeit bzw. Verträglichkeit zwischen dem das Aufnahmebauteil bildenden Material und dem schäumbaren Material erforderlich; dies kann z. B. bei chemisch ähnlichen bzw. verträglichen Metallen bzw. Kunststoffen der Fall sein. Beispielhaft wird auf die chemische Verträglichkeit zwischen, z. B. Polyurethan-basierten, Kunststoffen verwiesen. Analoges gilt selbstverständlich für andere chemisch ähnliche bzw. chemisch verträgliche Materialien bzw. Materialgruppen.
In allen Fällen kann eine Verbindung zwischen dem schäumbaren Material und dem Aufnahmebauteil durch eine oberflächenaktivierende Maßnahme, d. h. z. B. eine Corona- oder Plasmabehandlung, bedingt oder begünstigt werden. In diesem Zusammenhang ist auch die Verwendung einer haftungsvermittelnden Komponente, d. h. z. B. einer haftungsvermittelnden Schicht, denkbar.
Zur Ausbildung des Aufnahmebauteils kommen grundsätzlich sämtliche im Rahmen eines additiven Aufbauverfahrens verarbeitbare Materialien in Betracht. Da additive Aufbauverfahren insbesondere im Zusammenhang mit Metallen und Kunststoffen weithin etabliert sind, kann das Aufnahmebauteil z. B. aus einem, insbesondere pulverförmigen, Metall oder einem, insbesondere pulverförmigen, Kunststoff aufgebaut werden. Da die strukturellen Eigenschaften, d. h. insbesondere die mechanischen Eigenschaften, des Strukturbauteils auch über die Materialwahl des Aufnahmebauteils beeinflusst bzw. gesteuert werden können, bestimmt sich die Materialwahl des Aufnahmebauteils typischerweise auch nach den gewünschten strukturellen Eigenschaften des Strukturbauteils.
Als schäumbares Material kommen grundsätzlich sämtliche chemisch und/oder physikalisch schäumbare Materialien, insbesondere chemisch und/oder physikalisch schäumbare Metalle oder chemisch und/oder physikalisch schäumbare Kunststoffe, in Betracht. Hierunter sind insbesondere auch schäumbare Partikelschaummaterialien bzw. Kunststoffpartikelschaummaterialien zu verstehen. Bei der Schaumstruktur kann es sich sonach insbesondere um eine Metallschaum- oder um eine Kunststoffschaumstruktur, insbesondere um eine Kunststoffpartikelschaumstruktur, handeln. Da die strukturellen Eigenschaften, d. h. insbesondere die mechanischen Eigenschaften, des Strukturbauteils auch über die Materialwahl des schäumbaren Materials beeinflusst bzw. gesteuert werden können, bestimmt sich die Materialwahl des schäumbaren Materials typischerweise auch nach den gewünschten strukturellen Eigenschaften des Strukturbauteils.
Das Aufnahmebauteil kann mit wenigstens einem einen Teil einer aufnahmebauteilseitigen Funktionsstruktur bildenden Funktionselement ausgebildet wird. Die Ausbildung entsprechender Funktionselemente bzw. -strukturen ist aufgrund des additiven Aufbaus des Aufnahmebauteils ohne Weiteres möglich; der additive Aufbau des Aufnahmebauteils ermöglicht die Realisierung in funktioneller Hinsicht unterschiedlicher Funktionselemente bzw. -strukturen.
Das oder wenigstens ein entsprechendes Funktionselement kann z. B. als eine einen Einlass für ein einen Schäumvorgang des schäumbaren Materials initiierendes und/oder unterstützendes, insbesondere gasförmiges oder flüssiges, Medium bildende Öffnung ausgebildet werden. Es ist beispielsweise auch möglich, dass das oder wenigstens ein entsprechendes Funktionselement als eine einen Auslass für bei einem Schäumvorgang des schäumbaren Materials entstehendes, insbesondere gasförmiges oder flüssiges, Medium bildende Öffnung ausgebildet wird. Ebenso ist es beispielsweise möglich, dass das oder wenigstens ein Funktionselement als Anschluss für eine ein bestimmtes Druckniveau, insbesondere ein bestimmtes Unterdruckniveau, innerhalb des Aufnahmebauteils erzeugende Druckerzeugungseinrichtung, insbesondere eine Vakuumerzeugungseinrichtung, ausgebildet wird. Über Anschluss einer entsprechenden Druckerzeugungseinrichtung kann z. B. eine gleichmäßige Füllung ohne Lufteinschlüsse ermöglicht werden. Weiterhin ist es beispielsweise möglich, dass das oder wenigstens ein Funktionselement z. B. als ein das Aufnahmebauteil zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, mechanisch verstärkendes Verstärkungselement, d. h. z. B. ein Gitter, eine Rippe, Sicke, etc., ausgebildet wird. Schließlich ist es beispielsweise möglich, dass das oder wenigstens ein Funktionselement als ein den Aufnahmeraum zumindest abschnittsweise stützendes, insbesondere stabartiges bzw. -förmiges, Stützelement (Support) ausgebildet wird. Andere Ausführungen entsprechender Funktionselemente sind denkbar. Selbstverständlich kann das Aufnahmebauteil mit in funktioneller Hinsicht unterschiedlichen Funktionselementen ausgebildet werden. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise auf Trennelemente bzw. -wände zu verweisen, welche den Aufnahmeraum des Aufnahmebauteils in voneinander abgetrennte einzelne, separat mit schäumbarem Material befüllbare und somit separat schäumbare Bereiche aufteilen.
Die wenigstens eine Maßnahme zum Schäumen des wenigstens einen schäumbaren Materials kann in einem einen, insbesondere temperierbaren, Werkzeuginnenraum (Werkzeugkavität) umfassenden Werkzeug durchgeführt werden. Hierzu kann insbesondere ein Schäumwerkzeug verwendet werden, welches, je nach konkreter Art des Schäumvorgangs unterschiedlich funktionalisiert ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann ein Schäumwerkzeug mit einer Möglichkeit zum Einbringen einer zum Initiieren bzw. Steuern des Schäumvorgangs des schäumbaren Materials erforderlichen Energiemenge ausgestattet sein; dies kann z. B. durch ein Temperieren des Werkzeugs bzw. des Werkzeuginnenraums, ein Einbringen von Dampf in das Werkzeug bzw. den Werkzeuginnenraum oder ein Einbringen von Strahlungsenergie in das Werkzeug bzw. den Werkzeuginnenraum gelöst sein. Wie sich im Weiteren im Zusammenhang mit einer zweckmäßigen in den Werkzeuginnenraum einbringbaren Stützstruktur ergibt, ist es nicht erforderlich, dass das Werkzeug die Au-ßengeometrie bzw. -kontur des herzustellenden Strukturbauteils abbildet. Derart kann der anlagentechnische bzw. fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung des Strukturbauteils erheblich reduziert werden.
In den Werkzeuginnenraum kann wenigstens eine die Außengeometrie bzw. -kontur des Aufnahmebauteils zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, negativ abbildende Stützstruktur eingebracht werden. Die das Aufnahmebauteil sonach zumindest abschnittsweise abstützende Stützstruktur kann insbesondere bei vergleichsweise komplexen Geometrien des Aufnahmebauteils zweckmäßig sein. Die Stützstruktur kann zudem eine Abfuhr bzw. Verteilung von gegebenenfalls während des Schäumvorgangs des schäumbaren Materials entstehender Wärme sowie eine Verhinderung einer aufgrund des Schäumvorgangs des schäumbaren Materials möglicherweise bedingten Expansion des Aufnahmebauteils ermöglichen. Das Einbringen der Stützstruktur erfolgt typischerweise vor Durchführen der wenigstens einen Maßnahme zum Schäumen des schäumbaren Materials. Die Stützstruktur kann nach Abschluss des Schäumvorgangs des schäumbaren Materials entfernt und gegebenenfalls wiederverwendet werden.
Die Stützstruktur kann z. B. durch Befüllen des Werkzeuginnenraums mit einem schütt- bzw. rieselfähigen, d. h. insbesondere granulat- oder pulverartigen, Stützmaterial gebildet werden, insbesondere derart, dass das granulat- oder pulverförmige Stützmaterial das in den Werkzeuginnenraum eingebrachte Aufnahmebauteil zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, umgibt. Ein entsprechendes schütt- bzw. rieselfähiges Stützmaterial kann inerte Eigenschaften aufweisen. Bei einem entsprechenden schütt- bzw. rieselfähigen Stützmaterial kann es sich sonach z. B. um Glaskörper, insbesondere um Glaskugeln, handeln.
Das Strukturbauteil kann als ein in einem Kraftfahrzeug zu verbauendes Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere als ein Verkleidungselement, hergestellt werden. Dies gilt auch im Zusammenhang mit der weiter oben erwähnten Möglichkeit der Herstellung des Strukturbauteils als Prototypenbauteil. Das herzustellende Strukturbauteil kann demnach ein Prototypenbauteil eines in einem Kraftfahrzeug zu verbauenden Kraftfahrzeugbauteils, insbesondere eines Verkleidungselements, sein.
Die Erfindung betrifft neben dem Verfahren auch ein Strukturbauteil, welches gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren gelten sonach analog für das Strukturbauteil.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, welches wenigstens ein entsprechendes Strukturbauteil umfasst. Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren gelten sonach analog für das Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang beispielhaften den in den Zeichnungen dargestellten beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Fig. eine Prinzipdarstellung eines im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens verwendeten Werkzeugs.
Die einzige Fig. zeigt eine Prinzipdarstellung eines im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Strukturbauteils 1 verwendbaren bzw. verwendeten Werkzeugs 2 in einer perspektivischen Ansicht.
Das Strukturbauteil 1 kann als ein in einem Kraftfahrzeug zu verbauendes Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere als ein Verkleidungselement, hergestellt werden. Insbesondere kann das herzustellende Strukturbauteil 1 ein Prototypenbauteil eines in einem Kraftfahrzeug zu verbauenden Kraftfahrzeugbauteils, insbesondere eines Verkleidungselements, sein.
Das Werkzeug 2 umfasst einen durch Werkzeugwandungsabschnitte 3 begrenzten bzw. definierten Werkzeuginnenraum 4. Der Werkzeuginnenraum 4 kann über nicht näher dargestellte Temperiereinrichtungen temperiert werden.
Das z. B. vermittels des Werkzeugs 2 durchführbare Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt ein additives bzw. generatives Ausbilden bzw. Aufbauen eines einen Aufnahmeraum 5 bzw. ein Aufnahmevolumen zur Aufnahme von schäumbarem Material 6 umfassenden Aufnahmebauteils 7. Hierbei ist wesentlich, dass das Aufnahmebauteil 7 bereits die Außengeometrie bzw. - kontur des eigentlich herzustellenden Strukturbauteils 1 abbildet. Die geometrisch-konstruktive Gestalt des Aufnahmebauteils 7 wird sonach im Hinblick auf die geometrisch-konstruktive Gestalt des eigentlich herzustellenden Strukturbauteils 1 gewählt.
Die additive Ausbildung des Aufnahmebauteils 7 erfolgt durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem entsprechend verfestigbaren Baumaterial. Die additive Ausbildung des Aufnahmebauteils 7 erfolgt auf Grundlage von die Geometrie des Aufnahmebauteils 7 beschreibenden Baudaten. Es kommen grundsätzlich sämtliche additive Aufbauverfahren zur additiven Ausbildung des Aufnahmebauteils 7 in Betracht, sodass lediglich beispielhaft auf ein selektives Lasersinterverfahren, ein selektives Laserschmelzverfahren, ein selektives Elektronenstrahlschmelzverfahren, einen Stereolithograhieverfahren oder ein Binder-Jetting-Verfahren verwiesen wird. Die additive Ausbildung des Aufnahmebauteils erfolgt typischerweise in einer gesonderten Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte; die konkrete Ausführung der Vorrichtung bestimmt sich nach dem konkret eingesetzten additiven Aufbauverfahren.
Ersichtlich kann das additive hergestellte Aufnahmebauteil 7 aufgrund seiner durch das Vorsehen eines entsprechenden Aufnahmeraums 5 auch als zur Aufnahme von schäumbarem Material 6 eingerichtete Aufnahmehülle bezeichnet bzw. erachtet werden.
In einem auf den ersten Schritt folgenden zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Einbringen von einem schäumbaren bzw. expandierbarem Material 6 in den Aufnahmeraum 5 des Aufnahmebauteils 7. In der Fig. ist das schäumbare Material bereits in den Aufnahmeraum 5 des Aufnahmebauteils 7 eingebracht. Das Aufnahmebauteil 7 wird sonach mit einem schäumbaren Material 6 befüllt. Das Einbringen des schäumbaren Materials 6 in das Aufnahmebauteil 7 kann manuell oder zumindest teilautomatisiert erfolgen.
In einem auf den zweiten Schritt folgenden dritten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Schäumen des in den Aufnahmeraum 5 des Aufnahmebauteils 7 eingebrachten schäumbaren Materials 6 unter Ausbildung einer Schaumstruktur 8 des Strukturbauteils 1 und somit des Strukturbauteils 1. Der Schäumvorgang des schäumbaren Materials 6 ist in der Fig. schematisch gezeigt. Die Maßnahme zum Schäumen des schäumbaren Materials 6 beinhaltet eine ausreichend hohe Einbringung von Energie in das schäumbare Material 6, welche zu einem Schäumen bzw. einem Expandieren des schäumbaren Materials 6 und so zur Ausbildung einer, insbesondere geschlossen- oder offenzelligen, Schaumstruktur 8 führt. Bei der Energie kann es sich z. B. um thermische Energie, z. B. in Form eines entsprechend temperierten Temperiermediums, wie z. B. Dampf, und/oder um Strahlungsenergie, wie z. B. UV-Strahlung, handeln. Auch chemisch initiierte Schäumvorgänge, wie sie z. B. bei Mehrkomponenten-Schäumen möglich sind, sind denkbar.
Wie erwähnt, kann das Aufnahmebauteil 7 als zur Aufnahme von schäumbaren Material 6 eingerichtete Aufnahmehülle bezeichnet bzw. erachtet werden. Das Aufnahmebauteil 7 übernimmt sonach insbesondere die Funktion einer die Schaumstruktur 8 umfangsmäßig umgebenden bzw. umschließenden Hülle. Das Aufnahmebauteil ist sonach hüllenartig ausgebildet.
In dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Strukturbauteil 1 als ein eine kompakte Außenhaut 9 und einen von dieser umschlossenen Kern 10 umfassendes Integralschaumstrukturbauteils bzw. -struktur ausgebildet, wobei das Aufnahmebauteil 7 die Außenhaut 9 und die Schaumstruktur 8 den Kern 10 des Integralschaumstrukturbauteilss bildet.
Das schäumbare Material 6 kann im Rahmen der Durchführung der Maßnahme zum Schäumen, insbesondere form- und/oder stoffschlüssig, mit dem Aufnahmebauteil 7 verbunden werden. Für eine formschlüssige Verbindung ist typischerweise ein Ein- und/oder Durchgreifen des Schaums in bzw. durch das Aufnahmebauteil, oder umgekehrt, erforderlich. Eine formschlüssige Verbindung erfordert nicht zwingend eine chemische Ähnlichkeit bzw. Verträglichkeit zwischen dem das Aufnahmebauteil 7 bildenden Material und dem schäumbaren Material 6. Für eine stoffschlüssige Verbindung ist dagegen eine gewisse chemische Ähnlichkeit bzw. Verträglichkeit zwischen dem das Aufnahmebauteil 7 bildenden Material und dem schäumbaren Material 6 erforderlich; dies ist in dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel beispielhaft dadurch realisiert, dass das Aufnahmebauteil 7 aus einem thermoplastische Polyurethan (TPU) und das schäumbare Material aus Polyurethan (PUR) gebildet ist. Analoges gilt selbstverständlich für andere chemisch ähnliche bzw. chemisch verträgliche Materialien bzw. Materialgruppen.
Das Aufnahmebauteil 7 kann mit wenigstens einem einen Teil einer aufnahmebauteilseitigen Funktionsstruktur bildenden Funktionselement 11 ausgebildet werden. Die Ausbildung entsprechender Funktionselemente 11 ist aufgrund des additiven Aufbaus des Aufnahmebauteils 7 ohne Weiteres möglich; der additive Aufbau des Aufnahmebauteils 7 ermöglicht die Realisierung in funktioneller Hinsicht unterschiedlicher Funktionselemente 11.
In dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein erstes beispielhaftes Funktionselement 11 als eine einen Einlass für ein einen Schäumvorgang des schäumbaren Materials initiierendes und/oder unterstützendes, insbesondere gasförmiges oder flüssiges, Medium bildende Öffnung 12 ausgebildet. Ein zweites beispielhaftes Funktionselement 11 ist als eine einen Auslass für ein bei einem Schäumvorgang des schäumbaren Materials 6 entstehendes, insbesondere gasförmiges oder flüssiges, Medium bildende Öffnung 13 ausgebildet. Ersichtlich sind die beiden Öffnungen 12, 13 an unterschiedlichen, insbesondere einander gegenüber liegenden, Wandungsabschnitten des Aufnahmebauteils 7 ausgebildet.
Ebenso ist es beispielsweise möglich, dass ein Funktionselement 11 als Anschluss für eine ein bestimmtes Druckniveau, insbesondere ein bestimmtes Unterdruckniveau, innerhalb des Aufnahmebauteils 4 erzeugende Druckerzeugungseinrichtung, insbesondere eine Vakuumerzeugungseinrichtung, ausgebildet wird. Über den Anschluss einer entsprechenden Druckerzeugungseinrichtung kann z. B. eine gleichmäßige Füllung ohne Lufteinschlüsse ermöglicht werden. Selbstverständlich kann auch eine entsprechende Öffnung 12 als ein solcher Anschluss verwendet werden.
Weiterhin wäre es beispielsweise möglich, dass ein Funktionselement 11 als ein das Aufnahmebauteil 7 zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, mechanisch verstärkendes Verstärkungselement, d. h. z. B. ein Gitter, eine Rippe, Sicke, etc., oder als ein den Aufnahmeraum 5 zumindest abschnittsweise stützendes, insbesondere stabartiges bzw. -förmiges, Stützelement (Support) ausgebildet wird. Selbstverständlich kann das Aufnahmebauteil 7 mit in funktioneller Hinsicht unterschiedlichen Funktionselementen 11 ausgebildet werden. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise auf Trennelemente bzw. -wände zu verweisen, welche den Aufnahmeraum des Aufnahmebauteils 7 in voneinander abgetrennte einzelne, separat mit schäumbarem Material 6 befüllbare und somit separat schäumbare Bereiche aufteilen.
Das Werkzeug 2 ist mit einer Möglichkeit zum Einbringen einer zum Initiieren bzw. Steuern des Schäumvorgangs des schäumbaren Materials 6 erforderlichen Energiemenge ausgestattet; dies kann z. B. durch die erwähnte Möglichkeit des Temperierens des Werkzeugs 2 - in dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine bodenseitige Temperierung des Werkzeugs 2 bzw. des Werkzeuginnenraums 4 bzw. des Werkzeuginnenraums 4 über die geschwungene Linie 16 angedeutet - erfolgen. Denkbar ist grundsätzlich auch ein Einbringen von Dampf in das Werkzeug 2 bzw. den Werkzeuginnenraum 4 oder ein Einbringen von Strahlungsenergie in das Werkzeug 2 bzw. den Werkzeuginnenraum 4.
In dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist in den Werkzeuginnenraum 4 eine die Außengeometrie bzw. -kontur des Aufnahmebauteils 7 zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, negativ abbildende Stützstruktur 14 eingebracht. Die das Aufnahmebauteil 7 sonach abstützende Stützstruktur 14 kann insbesondere bei vergleichsweise komplexen Geometrien des Aufnahmebauteils zweckmäßig sein. Die Stützstruktur 14 kann zudem eine Abfuhr bzw. Verteilung von gegebenenfalls während des Schäumvorgangs des schäumbaren Materials 6 entstehender Wärme sowie eine Verhinderung einer aufgrund des Schäumvorgangs des schäumbaren Materials 6 möglicherweise bedingten Expansion des Aufnahmebauteils 7 ermöglichen. Das Einbringen der Stützstruktur 14 erfolgt typischerweise vor Durchführen der Maßnahme zum Schäumen des schäumbaren Materials 6. Die Stützstruktur 14 kann nach Abschluss des Schäumvorgangs des schäumbaren Materials 6 entfernt und gegebenenfalls wiederverwendet werden.
Die Stützstruktur 14 ist in dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel durch Befüllen des Werkzeuginnenraums 4 mit einem schütt- bzw. rieselfähigen, d. h. insbesondere granulat- oder pulverartigen, Stützmaterial 15 gebildet, insbesondere derart, dass das granulat- oder pulverförmige Stützmaterial 15 das in den Werkzeuginnenraum 4 eingebrachte Aufnahmebauteil 7 umgibt. Ein entsprechendes schütt- bzw. rieselfähiges Stützmaterial 15 kann inerte Eigenschaften aufweisen. Bei einem entsprechenden schütt- bzw. rieselfähigen Stützmaterial 15 kann es sich sonach z. B. um Glaskörper, insbesondere um Glaskugeln, handeln.
Anhand der Fig. ist ersichtlich, dass das Werkzeug 2 die Außengeometrie bzw. - kontur des herzustellenden Strukturbauteils 1 nicht abbildet. Dies ist aufgrund der Verwendung einer entsprechenden Stützstruktur 14 nicht erforderlich.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines eine durch Schäumen eines schäumbaren Materials (6) gebildete Schaumstruktur (8) umfassenden Strukturbauteils (1), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - additives Aufbauen eines die Außengeometrie des herzustellenden Strukturbauteils (1) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, abbildenden, einen Aufnahmeraum (5) zur Aufnahme von schäumbarem Material (6) umfassenden Aufnahmebauteils (7), - Einbringen von wenigstens einem schäumbaren Material (6) in den Aufnahmeraum (5) des Aufnahmebauteils (7), - Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Schäumen des in den Aufnahmeraum des Aufnahmebauteils (7) eingebrachten schäumbaren Materials (6) unter Ausbildung der Schaumstruktur (8).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmebauteil (7) hüllenartig ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (1) als ein eine Außenhaut (9) und einen von dieser umschlossenen Kern (10) umfassendes Integralschaumstrukturbauteil ausgebildet wird, wobei das Aufnahmebauteil (7) die Außenhaut (9) und die Schaumstruktur (8) den Kern (10) des Integralschaumstrukturbauteils bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schäumbare Material (6) im Rahmen der Durchführung der wenigstens einen Maßnahme zum Schäumen des in den Aufnahmeraum (5) des Aufnahmebauteils (7) eingebrachten schäumbaren Materials (6), insbesondere form- und/oder stoffschlüssig, mit dem Aufnahmebauteil (7) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmebauteil (7) aus einem, insbesondere pulverförmigen, Metall oder einem, insbesondere pulverförmigen, Kunststoff hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisch und/oder physikalisch schäumbares Material (6), insbesondere ein chemisch und/oder physikalisch schäumbares Metall oder ein chemisch und/oder physikalisch schäumbarer Kunststoff, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmebauteil (7) mit wenigstens einem einen Teil einer aufnahmebauteilseitigen Funktionsstruktur bildenden Funktionselement (11) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oder wenigstens ein Funktionselement (11) als eine einen Einlass für ein einen Schäumvorgang des schäumbaren Materials initiierendes und/oder unterstützendes Medium bildende Öffnung (12) ausgebildet wird, oder das oder wenigstens ein Funktionselement (11) als eine einen Auslass für bei einem Schäumvorgang des schäumbaren Materials entstehendes, insbesondere gasförmiges, Medium bildende Öffnung (13) ausgebildet wird, oder das oder wenigstens ein Funktionselement (11) als Anschluss für eine ein bestimmtes Druckniveau innerhalb des Aufnahmebauteils (7) erzeugende Druckerzeugungseinrichtung, insbesondere eine Vakuumerzeugungseinrichtung, ausgebildet wird, oder das oder wenigstens ein Funktionselement (11) als ein das Aufnahmebauteil (7) zumindest abschnittsweise mechanisch verstärkendes Verstärkungselement ausgebildet wird, oder das oder wenigstens ein Funktionselement (11) als ein den Aufnahmeraum (5) zumindest abschnittsweise stützendes Stützelement ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Maßnahme zum Schäumen des wenigstens einen schäumbaren Materials (6) in einem einen, insbesondere temperierbaren, Werkzeuginnenraum (4) umfassenden Werkzeug (2) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Werkzeuginnenraum (4) wenigstens ein die Außengeometrie des Aufnahmebauteils (7) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, negativ abbildende Stützstruktur (14) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (14) durch Befüllen des Werkzeuginnenraums (4) mit einem schütt- oder rieselfähigen Stützmaterial (15) gebildet wird, insbesondere derart, dass das schütt- oder rieselfähige Stützmaterial (15) das in den Werkzeuginnenraum (4) eingebrachte Aufnahmebauteil (7) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, umgibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmebauteil (7) durch ein selektives Lasersinterverfahren, ein selektives Laserschmelzverfahren, ein selektives Elektronenstrahlschmelzverfahren, einen Stereolithograhieverfahren, ein Binder-Jetting-Verfahren, additiv aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (1) als ein in einem Kraftfahrzeug zu verbauendes Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere als ein Verkleidungselement, ausgebildet wird.
Strukturbauteil (1), dadurch gekennzeichnet, dass es gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Strukturbauteil (1) nach Anspruch 14.