DE102018215003A1 - Multi-layer component - Google Patents
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Abstract
Mehrlagiges Bauteil (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mittellage (2) und wenigstens zwei, zumindest bereichsweise an gegenüberliegenden Haupterstreckungsoberflächen der Mittellage (2) angeordneten Außenlagen (3, 3'), wobei die Mittellage (2) mittels eines additiven Fertigungsverfahren hergestellt ist.Multi-layer component (1), in particular for a motor vehicle, with a middle layer (2) and at least two outer layers (3, 3 ') arranged at least in regions on opposite main extension surfaces of the middle layer (2), the middle layer (2) using an additive manufacturing process is made.
Description
Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges Bauteil, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a multilayer component, in particular for a motor vehicle.
Mehrlagige Bauteile sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl an unterschiedlichen Ausführungsformen für verschiedene Anwendungszwecke dem Grunde nach bekannt.Multi-layer components are basically known from the prior art in a large number of different embodiments for different application purposes.
Diese mehrlagigen Bauteile - auch Schichtbauteile genannt - weisen meist eine Mittellage und wenigstens zwei, an den gegenüberliegenden Haupterstreckungsoberflächen der Mittellage angeordnete Außenlagen auf. Der mehrlagige Aufbau erlaubt es dem Bauteil gezielte Bauteileigenschaften zu verleihen. Auf Grund des mehrlagigen Aufbaus ist der Produktionsprozess mit Aufwänden verbunden. Auch erscheint das Gewicht der mehrlagigen Bauteile des Standes der Technik verbesserungswürdig.These multi-layer components - also called layer components - usually have a central layer and at least two outer layers arranged on the opposite main extension surfaces of the central layer. The multilayer structure allows the component to be given specific component properties. Due to the multi-layer structure, the production process involves effort. The weight of the multilayer components of the prior art also appears to be in need of improvement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes mehrlagiges Bauteil anzugeben, das insbesondere geringere Herstellkosten und/oder ein geringeres Gewicht aufweist.The invention has for its object to provide an improved multi-layer component, which in particular has lower manufacturing costs and / or a lower weight.
Die Aufgabe wird durch ein mehrlagiges Bauteil gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des mehrlagigen Bauteils gemäß Anspruch 1.The object is achieved by a multi-layer component according to claim 1. The dependent claims relate to possible embodiments of the multi-layer component according to claim 1.
Das hierin beschriebene mehrlagige Bauteil weist einen mehrlagigen Aufbau auf und kann somit auch als Laminat bezeichnet bzw. erachtet werden. Eine erste Lage des mehrlagigen Bauteils wird durch die Mittellage bzw. Zentrallage gebildet. Zwei weitere Lagen, die Außenlagen sind jeweils zumindest bereichsweise an einer der zwei sich gegenüberliegenden Haupterstreckungsoberflächen der Mittellage angeordnet. Das Bauteil kann beispielsweise eine quaderartige Form aufweisen, wobei dessen Ober- und Unterseite die Oberflächen mit der größten Ausbreitung bilden und schließlich in Form der Außenlagen vorliegen. So können die Außenlagen die Oberseite und die Unterseite des Bauteils bilden.The multi-layer component described here has a multi-layer structure and can therefore also be referred to or regarded as a laminate. A first layer of the multi-layer component is formed by the middle layer or central layer. Two further layers, the outer layers are each arranged at least in regions on one of the two opposite main extension surfaces of the middle layer. The component can have, for example, a cuboid shape, the upper and lower sides of which form the surfaces with the greatest spread and are finally in the form of the outer layers. The outer layers can form the top and bottom of the component.
Wenigstens eine Außenlage, vorzugsweise beide Außenlagen, können an der Mittellage flächig verbunden sein. Insbesondere eine überwiegend flächige oder vollflächige Verbindung der Außenlage oder der Außenlagen an der Mittellage ist vorteilhaft.At least one outer layer, preferably both outer layers, can be connected flatly to the middle layer. A predominantly flat or full-surface connection of the outer layer or the outer layers to the middle layer is advantageous.
Kern der Erfindung ist, dass die Mittellage mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist. Durch Verwendung eines additiven Fertigungsverfahrens wird es ermöglicht einen hohen Grad an Gestaltungsfreiheit dem mehrlagigen Bauteil einzuräumen, da insbesondere auch ein komplexer Verlauf der Oberflächengestalt des Bauteils auf einfache Weise herstellbar ist. Als additives Fertigungsverfahren kann beispielsweise eines der nachfolgenden Fertigungsverfahren gewählt werden: Selektives Laser Sintern (SLS), Multi-Jet Fusion (MJF), Continuous Liquid Interface Produktion (CLIP) und/oder Stereolithographie (SLA). Vorteilhaft an den angegebenen Verfahren ist, dass sich diese neben der Prototypenherstellung auch für die Herstellung von Serienbauteilen eigenen und ggf. durch eine Veränderung der Verfahrensparamater während oder nach dem Herstellungsprozess die Bauteileigenschaften innerhalb des Bauteils gezielt bzw. definiert verändern bzw. einstellen lassen.The essence of the invention is that the middle layer is produced by means of an additive manufacturing process. By using an additive manufacturing process it is possible to give the multilayer component a high degree of design freedom, since in particular a complex course of the surface shape of the component can also be produced in a simple manner. For example, one of the following manufacturing processes can be selected as the additive manufacturing process: Selective Laser Sintering (SLS), Multi-Jet Fusion (MJF), Continuous Liquid Interface Production (CLIP) and / or Stereolithography (SLA). An advantage of the specified methods is that, in addition to the production of prototypes, they can also be used for the production of series components and, if necessary, by changing the process parameters during or after the manufacturing process, the component properties within the component can be changed or set in a targeted or defined manner.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Mittellage aus einem Kernbereich und wenigstens zwei, an gegenüberliegenden Haupterstreckungsoberflächen des Kernbereichs angeordneten Oberflächenbereichen, wobei die Oberflächenbereiche der Mittellage vorzugsweise eine schichtartige und/oder eine ebene Form aufweisen. Die Außenlagen können jeweils an einem Oberflächenbereich der Mittellage angeordnet sein. Die Oberflächenbereiche der Mittellage können in ihrer Bauteil- bzw. Materialeigenschaft von der Bauteil- bzw. Materialeigenschaft des Kernbereichs der Mittellage abweichen. Hierzu bietet es sich an im Zuge des additiven Fertigungsverfahrens der Mittellage durch unterschiedliche Verfahrensparameter und/oder durch eine andersartige geometrische Gestalt des aufgebauten Materials, gezielte Bauteilbereichseigenschaften einzustellen. Typischerweise können veränderbare Verfahrensparameter eines additiven Fertigungsverfahrens, abhängig von dem konkreten Verfahren unter anderem sein: Belichtungsintensität, Belichtungsgeschwindigkeit, Abkühlzeit, Baumaterialwechsel und Prozesstemperatur. Die schichtartige Form des Oberflächenbereichs kann zumindest bereichsweise eben ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die schichtartige Form des Oberflächenbereichs zumindest bereichsweise wenigstens eine Krümmung in zumindest einer Raumebene aufweisen. Insbesondere können für das Bauteil und/oder für wenigstens einen Oberflächenbereich zumindest bereichsweise Geometrien mit Krümmungen in wenigstens zwei Richtungen erreicht werden.In an advantageous embodiment, the central layer consists of a core region and at least two surface regions arranged on opposite main extension surfaces of the core region, the surface regions of the central layer preferably having a layer-like and / or a flat shape. The outer layers can each be arranged on a surface area of the middle layer. The component or material properties of the surface areas of the middle layer can differ from the component or material properties of the core area of the middle layer. For this purpose, it is advisable to set specific component area properties in the course of the additive manufacturing process of the middle layer by means of different process parameters and / or by a different type of geometric shape of the built-up material. Typically, changeable process parameters of an additive manufacturing process, depending on the specific process, can include the following: exposure intensity, exposure speed, cooling time, change of building material and process temperature. The layer-like shape of the surface area can be flat at least in some areas. Alternatively or additionally, the layer-like shape of the surface area can have at least one curvature in at least one spatial area in at least one spatial plane. In particular, geometries with curvatures in at least two directions can be achieved for the component and / or for at least one surface area, at least in regions.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die im additiven Fertigungsverfahren hergestellte Mittellage aus Kunststoff, insbesondere aus Kunstharz. Dieser Werkstoff erlaubt die Erzeugung eines leichten Bauteils bei einem zugleich hohem Grad an Gestaltungsfreiheit für die Geometrie der Mittellage.In a preferred embodiment, the middle layer produced by the additive manufacturing process consists of plastic, in particular synthetic resin. This material allows the production of a lightweight component with a high degree of design freedom for the geometry of the middle layer.
Der Kernbereich kann zumindest bereichsweise eine gitterartige Struktur aufweisen, vorzugsweise weist der Kernbereich eine zumindest bereichsweise regelmäßige gitterartige Struktur auf. Die gitterartige Struktur erlaubt die Schaffung von Hohlräumen im Bereich der Mittellage und damit im Inneren des Bauteils. Diese Hohlräume führen zu einer Reduktion des Bauteilgewichts. Auch kann in einer besonderen stabilen Ausführungsform die gitterartige Struktur eine Wabenstruktur bilden. Mit anderen Worten kann eine gitterartige Struktur durch ein Gitter mit einer Vielzahl an in mindestens zwei Richtungen angeordneten bzw. ausgerichteten stützenartigen Gitterelemente ausgebildet sein. Durch die Beabstandung der Gitterelemente werden Hohlräume definiert, die beispielsweise auch ein poröses Gebilde bilden können.The core area can have a lattice-like structure at least in some areas, preferably the core area has a lattice-like structure that is at least in some areas regular. The grid-like structure allows the creation of cavities in the area of the middle layer and thus in the interior of the component. These voids lead to one Reduction of component weight. In a particularly stable embodiment, the lattice-like structure can also form a honeycomb structure. In other words, a lattice-like structure can be formed by a lattice with a plurality of support-like lattice elements arranged or aligned in at least two directions. The spacing of the lattice elements defines cavities which, for example, can also form a porous structure.
Alternativ oder zusätzlich kann der Kernbereich eine zumindest bereichsweise unregelmäßige gitterartige Struktur aufweist, wobei bevorzugt erste Gitterelemente eines ersten Bereichs des Kernbereichs im Vergleich zu zweiten Gitterelementen eines zweiten Bereichs des Kernbereichs verschieden ausgebildet sind, wobei besonders bevorzugt ersten Gitterelemente im Vergleich zu den zweiten Gitterelementen hinsichtlich Dicke, Länge, Orientierung, Form und/oder Abstand unterschiedlich ausgebildet sind. Die unregelmäßige gitterartige Struktur ermöglicht es, durch die gezielte Gestaltung der unregelmäßigen gitterartigen Struktur bereits im additiven Herstellungsprozess eine auf Grund der Geometrie des Kernbereichs eine „Einstellung“ der Material- bzw. Bauteileigenschaften der Mittellage und damit schließlich auch des mehrlagigen Bauteils vorzunehmen. So können an Bereichen mit im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Bauteils höherer mechanischer Beanspruchung eine Verstärkung der gitterartigen Struktur im Vergleich zu nicht in diesem Maße beanspruchten Bereichen vorgesehen sein. D.h. z.B., dass die Gitterelemente zweier Bereiche des Kernbereichs im Vergleich zueinander eine Abweichung in der Querschnittskontur und der Dicke aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die gitterartige Struktur des Kernbereichs vollständig unregelmäßig ist, so dass an jedem Bereich des Kernbereichs eine unterschiedliche Ausgestaltung der Gitterelemente vorliegt.As an alternative or in addition, the core region can have an at least regionally irregular lattice-like structure, preferably first lattice elements of a first region of the core region being designed differently from second lattice elements of a second region of the core region, particularly preferably first lattice elements compared to the second lattice elements with regard to thickness , Length, orientation, shape and / or distance are formed differently. The irregular lattice-like structure makes it possible, through the targeted design of the irregular lattice-like structure, to “set” the material or component properties of the middle layer and thus ultimately also of the multi-layer component already in the additive manufacturing process due to the geometry of the core area. In areas with higher mechanical stresses when the component is used as intended, the grid-like structure can be reinforced in comparison to areas not stressed to this extent. That e.g. that the lattice elements of two areas of the core area have a difference in cross-sectional contour and thickness compared to each other. It can also be provided that the lattice-like structure of the core area is completely irregular, so that there is a different design of the lattice elements at each area of the core area.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens ein erster Oberflächenbereich der Mittellage zu mindestens 50 % eine erste Haupterstreckungsoberfläche des Kernbereichs abschließt, vorzugsweise zu mindestens 90 % eine erste Haupterstreckungsoberfläche des Kernbereichs abschließt, besonders bevorzugt vollständig eine erste Haupterstreckungsoberfläche des Kernbereichs abschließt. Der Oberflächenbereich der Mittellage kann auch als ein Bereich mit der Funktion einer möglichst guten Verbindung der Mittellage mit der angrenzenden Außenlage verstanden werden. Hierbei kann beispielsweise eine Mindestkontaktfläche zum flächigen Verbinden von Außenlage und Mittellage angestrebt werden. Im Falle eines, in seinem Inneren gitterartig ausgebildeten Kernbereichs, kann durch das zumindest bereichsweise Verschließen, Bedecken bzw. Abschließen des gitterartigen Randbereichs, also des Oberflächenbereichs der Mittellage, eine verbindungsförderliche Mindestkontaktfläche der Mittellage für die Verbindung mit der Außenlage bereitgestellt werden.Furthermore, it has proven to be advantageous if at least a first surface area of the central layer closes at least 50% of a first main extension surface of the core area, preferably closes at least 90% of a first main extension surface of the core area, particularly preferably completely closes a first main extension surface of the core area. The surface area of the middle layer can also be understood as an area with the function of connecting the middle layer as well as possible to the adjacent outer layer. In this case, for example, a minimum contact area for the flat connection of the outer layer and middle layer can be sought. In the case of a core area which is designed like a grid in its interior, the at least area-wise closing, covering or closing off the grid-like edge area, i.e. the surface area of the middle layer, can provide a connection-promoting minimum contact area of the middle layer for the connection to the outer layer.
Dies kann auch auf den zweiten Oberflächenbereich analog angewandt werden, sodass wenigstens ein zweiter Oberflächenbereich der Mittellage zu mindestens 50 % eine, der ersten Haupterstreckungsoberfläche gegenüberliegende zweite Haupterstreckungsoberfläche des Kernbereichs abschließt, vorzugsweise zu mindestens 90 % eine, der ersten Haupterstreckungsoberfläche gegenüberliegende zweite Haupterstreckungsoberfläche des Kernbereichs abschließt, besonders bevorzugt vollständig eine, der ersten Haupterstreckungsoberfläche gegenüberliegende zweite Haupterstreckungsoberfläche des Kernbereichs abschließt.This can also be applied analogously to the second surface area, so that at least a second surface area of the central layer closes at least 50% of a second main extension surface of the core region opposite the first main extension surface, preferably at least 90% of a second main extension surface of the core region opposite the first main extension surface , particularly preferably completely closes a second main extension surface of the core region opposite the first main extension surface.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die wenigstens eine Außenlage faserverstärkten Kunststoff, Glas und/oder Metall auf, wobei vorzugsweise die Außenlage Verstärkungsfasern und eine Kunststoffmatrix aufweist, wobei (a) die Verstärkungsfasern: Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern und/oder Aramidfasern, und/oder (b) die Kunststoffmatrix eine Duro- oder Thermoplastmatrix, insbesondere Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE) aufweisen. Durch die Verwendung von faserverstärkten Kunststoff, Glas und/oder Metall für die wenigstens eine Außenlage, vorzugsweise für beide Außenlagen, kann die mechanische Beanspruchbarkeit des Bauteils und insbesondere die Festigkeit und Biegefestigkeit bei gleichzeitig niedrigen Bauteilgewicht gesteigert werden. So kann sich im Wesentlichen eine Funktionstrennung ergeben, wonach die Außenlage(n) eine hohe Festigkeit und die Mittellage eine niedrigere Festigkeit besitzt. Die Biegefestigkeit des Bauteils selbst kann durch einen vorzugsweise großen Trennungsabstand der beiden Außenlagen erreicht werden. Der Trennungsabstand wird durch die Gestalt der Mittellage erreicht, welche den Trennungsabstand im Wesentlichen „überbrückt“. Es kann ferner von Vorteil sein, wenn die Verstärkungsfasern als unidirektionale Schicht ausgebildet sind. Als unidirektionale Schicht wird eine Schicht eines Faser-Kunststoff-Verbunds bezeichnet, in welcher zumindest überwiegend, vorzugsweise alle, Fasern in eine einzige Richtung orientiert sind.In a further advantageous embodiment, the at least one outer layer has fiber-reinforced plastic, glass and / or metal, the outer layer preferably having reinforcing fibers and a plastic matrix, where (a) the reinforcing fibers: glass fibers, carbon fibers, ceramic fibers and / or aramid fibers, and / or (b) the plastic matrix has a thermoset or thermoplastic matrix, in particular polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyether imide (PEI) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE). By using fiber-reinforced plastic, glass and / or metal for the at least one outer layer, preferably for both outer layers, the mechanical strength of the component and in particular the strength and flexural strength can be increased with a low component weight. This can essentially result in a separation of functions, according to which the outer layer (s) have a high strength and the middle layer has a lower strength. The bending strength of the component itself can be achieved by a preferably large separation distance between the two outer layers. The separation distance is achieved through the shape of the middle layer, which essentially "bridges" the separation distance. It can also be advantageous if the reinforcing fibers are designed as a unidirectional layer. A unidirectional layer is a layer of a fiber-plastic composite in which at least predominantly, preferably all, fibers are oriented in a single direction.
Sofern die Kunststoffmatrix als Duroplastmatrix ausgebildet ist, kann diese aus Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR), Aminoharze, Melaminharz (MF/MP) und/oder Harnstoffharz (UF) ausgebildet sein.If the plastic matrix is designed as a thermoset matrix, it can consist of epoxy resin (EP), unsaturated polyester resin (UP), vinyl ester resin (VE), phenol-formaldehyde resin (PF), diallyl phthalate resin (DAP), methacrylate resin (MMA), polyurethane (PUR), amino resins , Melamine resin (MF / MP) and / or urea resin (UF) can be formed.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass sämtliche Außenlagen eines Bauteils die gleichen Verstärkungsfasern aufweisen, vorzugsweise den gleiche faserverstärkten Kunststoff aufweisen. It can further be provided that all outer layers of a component have the same reinforcing fibers, preferably have the same fiber-reinforced plastic.
Die wenigstens eine Außenlage kann stoff-, kraft- oder formschlüssig an der Mittellage befestigt sein, vorzugsweise ist die wenigstens eine Außenlage stoffschlüssig, mit der Mittellage verbunden, d.h. z.B. durch Schweißen und/oder Kleben. Insbesondere das Schweißen ist vorteilhaft, da keine Vermittlerschicht mehr notwendig ist. Eine zumindest stoffschlüssige Verbindung der Mittellage mit wenigstens einer Außenlage kann auch durch gezielte Nutzung eines Zwischenproduktstatus der Mittellage innerhalb dessen additiven Herstellungsprozesses erreicht werden. Beispielsweise kann in einem SLA-Verfahren die Mittellage in einer ersten Stufe zunächst dessen wesentliche Geometrieform bildend, hergestellt werden (auch als Grünling bezeichnet). In einer zweiten Stufe wird die Mittellage bzw. der Grünling einer Nachaushärtung unterzogen. Die Nachaushärtung erfolgt beispielsweise durch thermische und/oder UV-Licht-Beaufschlagung der Mittellage bzw. des Grünlings, so dass danach die fertige Mittelage vorliegt. Im Status des Grünlings kann die Mittellage zumindest eine noch nicht gänzlich ausgehärtete Oberfläche mit einer klebrigen Eigenschaft aufweisen. Diese klebrige Oberflächeneigenschaft des Grünlings kann zur zumindest stoffschlüssigen Verbindung der Mittellage mit wenigstens einer Außenlage genutzt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass vor der Nachaushärtung der Grünling einem Reinigungsprozess unterzogen wird. Mit diesem Reinigungsprozess wird an den gereinigten Bereichen die klebrige Eigenschaft zumindest reduziert. Vorteilhafterweise werden im Reinigungsprozess die nicht mit wenigstens einer Außenlage in Kontakt stehenden Bereiche der Mittellage gereinigt, so dass die klebrige Eigenschaft der als Grünling vorliegenden Mittellage zur Anbindung der wenigstens einen Außenlage zur Verfügung steht. Vorteilhafterweise kann sich die Reinigung vor einer Nachaushärtung zumindest auf Teile des Kernbereichs ausschließlich beschränken.The at least one outer layer can be attached to the middle layer in a material, non-positive or positive manner, preferably the at least one outer layer is integrally connected to the middle layer, i.e. e.g. by welding and / or gluing. Welding in particular is advantageous because there is no longer any need for an intermediate layer. An at least cohesive connection of the middle layer with at least one outer layer can also be achieved through the targeted use of an intermediate product status of the middle layer within its additive manufacturing process. For example, in a SLA process, the middle layer can first be produced in a first stage, forming its essential geometric shape (also referred to as green body). In a second stage, the middle layer or green body is subjected to post-curing. The post-curing takes place, for example, by applying thermal and / or UV light to the central layer or the green body, so that the finished central layer is then present. In the status of the green compact, the middle layer can have at least one surface that is not yet fully hardened and has a sticky property. This sticky surface property of the green compact can be used for at least materially connecting the middle layer to at least one outer layer. Provision can also be made for the green compact to be subjected to a cleaning process prior to post-curing. With this cleaning process, the sticky property is at least reduced on the cleaned areas. Advantageously, the areas of the middle layer that are not in contact with at least one outer layer are advantageously cleaned in the cleaning process, so that the sticky property of the middle layer present as a green body is available for connecting the at least one outer layer. Advantageously, the cleaning prior to post-curing can be limited to at least parts of the core area.
Um eine gute Verbindung zwischen der Mittellage und der Außenlage zu erreichen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens ein Oberflächenbereich des Kernbereichs zumindest einen Aufnahmebereich zur Aufnahme wenigstens eines Teils der Außenlage aufweist, vorzugsweise ist der Aufnahmebereich als Ausnehmung ausgebildet. Der Aufnahmebereich oder die Ausnehmung kann ein von einer ebenen Form oder von einer übergeordneten Körperkontur (z.B. einer regelmäßigen übergeordneten geometrischen Körperkontur) abweichender, durch die Mittellage, vorzugsweise durch den Oberflächenbereich der Mittellage, gebildeter Kontaktbereich der Mittellage mit der Außenlage sein. Allgemein gesprochen kann der Oberflächenbereich der Mittellage durch Hervorhebungen und/oder Ausnehmungen vergrößert werden, um eine größere Kontaktfläche zwischen Mittellage und Außenlage zu erreichen. Diese Hervorhebungen können beispielsweise als zumindest bereichsweise regelmäßige oder unregelmäßige Oberflächenstruktur an dem Oberflächenbereich der Mittellage vorliegen. Diese Oberflächenstruktur kann vorzugsweise eine geringe Höhe (Erstreckung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Bauteiles) von zum Beispiel im Bereich von einem Zwanzigstel bis der Hälfte der Schichtdicke der Außenlage aufweisen. Durch diese, die Kontaktfläche von Mittellage und Außenlage bzw. von Oberflächenbereich der Mittellage und Außenlage, vergrößernde Maßnahme wird eine Verstärkung des Anhaftens bzw. der Befestigung erreicht. Der Aufnahmebereich und/oder die Ausnehmung kann derart ausgebildet sein, dass zumindest das in den Aufnahmebereich und/oder in die Ausnehmung aufgenommene Material der Außenlage als Strang- oder Bandmaterial schichtartig, strangartig und/oder bandartig angeordnet ist. Auch kann das in den Aufnahmebereich eingebrachte Material während dessen Anbringung als Strang- und/oder Bandmaterial vorliegen werden. Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Aufnahmebereich der Mittellage wenigstens einen Hinterschnittbereich aufweist. Der Hinterschnittbereich ist dabei als ein Bereich der in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Mittellage nicht offen liegt zu verstehen, d.h. dass dieser Bereich für ein Einfügen eines Elementes mit der Fügerichtung in der Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Mittellage nicht frei liegt. In einer vorzugsweisen Ausführung ist ein Bereich der Mittellage an dem Oberflächenbereich der Mittellage mit einem, insbesondere mehreren, L-, T- oder Pilz-förmigen Element versehen, das wenigstens einen Hohlräum bzw. Hinterschnittbereich bildet. Beispielsweise kann die Außenlage als Fasermaterial gebildet werden, derart, dass das Fasermaterial auf die Oberfläche der Mittellage aufgelegt wird. Als Matrix dieser Außenlage wird zum Beispiel Harz in flüssiger Form zugegeben, welches auch in die Hinterschnittbereiche eindringt und nach dessen Aushärtung damit eine aus Fasern und Matrix bestehende Mittellage bildet, die eine in z-Richtung (senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Mittelage) wirkende stoffschlüssige Verbindungskomponente für die Verbindung von Mittellage und Außenlage aufweist.In order to achieve a good connection between the middle layer and the outer layer, it has proven to be advantageous if at least one surface area of the core area has at least one receiving area for receiving at least a part of the outer layer, preferably the receiving area is designed as a recess. The receiving area or the recess can be a contact area of the middle layer with the outer layer, which deviates from a flat shape or from a superordinate body contour (e.g. a regular superordinate geometrical body contour), preferably through the surface area of the middle layer. Generally speaking, the surface area of the middle layer can be enlarged by means of highlights and / or recesses in order to achieve a larger contact area between the middle layer and the outer layer. These highlights can be present, for example, as a regular or irregular surface structure at least in some areas on the surface area of the middle layer. This surface structure can preferably have a low height (extension perpendicular to the main extension plane of the component) of, for example, in the range from one twentieth to half the layer thickness of the outer layer. This measure, which enlarges the contact area of the middle layer and outer layer or of the surface area of the middle layer and outer layer, reinforces the adherence or the fastening. The receiving area and / or the recess can be designed in such a way that at least the material of the outer layer received in the receiving area and / or in the recess is arranged in a layer-like, strand-like and / or band-like manner as strand or strip material. The material introduced into the receiving area can also be present as strand and / or strip material during its attachment. Furthermore, it has proven to be advantageous if the receiving area of the central layer has at least one undercut area. The undercut area is to be understood as an area that is not exposed in a direction perpendicular to the main extension plane of the central layer, i.e. that this area for inserting an element with the joining direction is not exposed in the direction perpendicular to the main extension plane of the central position. In a preferred embodiment, an area of the middle layer on the surface area of the middle layer is provided with one, in particular several, L, T or mushroom-shaped element which forms at least one cavity or undercut area. For example, the outer layer can be formed as a fiber material such that the fiber material is placed on the surface of the middle layer. Resin in liquid form, for example, is added as a matrix of this outer layer, which also penetrates into the undercut areas and, after it has hardened, thus forms a middle layer consisting of fibers and matrix, which acts as a cohesive connection component in the z direction (perpendicular to the main extension plane of the middle layer) has the connection between the middle layer and the outer layer.
Auch kann der Aufnahmebereich und/oder die Ausnehmung in einem Übergangsbereich und dieser Übergangsbereich im Bereich des Übergangs von der Mittellage zu einer Außenlage angeordnet sein, wobei die Außenlage zumindest bereichsweise, insbesondere vollflächig eine Haupterstreckungsoberfläche des Bauteils abdeckt. Durch das Vorsehen eines Übergangsbereichs wird eine gute Verbindung von zum Beispiel vollflächigen Schichten der Außenlage mit der Mittellage erreicht. Durch einen derart ausgebildeten Übergangsbereich ergibt sich eine Art Verzahnung und/oder für die Verbindung von Mittellage und Außenlage zumindest anteilig eine Art eines Formschlusses.The receiving area and / or the recess can also be arranged in a transition area and this transition area can be arranged in the area of the transition from the central position to an outer layer, the outer layer covering a main extension surface of the component at least in regions, in particular over the entire surface. By providing a transition area, a good connection of, for example, full-surface layers of the External position reached with the middle layer. A transition area designed in this way results in a type of toothing and / or, at least in part, a type of positive connection for the connection of the middle layer and the outer layer.
Das mehrlagige Bauteil ist vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug verbaut und kann insbesondere in seiner Auslegung von Außenlage und Mittellage, insbesondere in der Auslegung der gitterartigen Struktur des Kernbereichs, gezielt zur Erfüllung von Crash-Anforderungen angepasst sein. Beispielsweise kann das Bauteil als Rahmenbestandteil, Trennwandbestandteil zwischen Motorraum und Fahrgastzelle und/oder als Tür- oder Klappenbestandteil verwendet werden.The multi-layer component is preferably installed in a motor vehicle and can be specifically adapted to meet crash requirements, in particular in its design of the outer layer and central position, in particular in the design of the lattice-like structure of the core area. For example, the component can be used as a frame component, a partition component between the engine compartment and the passenger compartment and / or as a door or flap component.
Zur Herstellung eines mehrlagigen Bauteils haben sich folgende Verfahrensschritte als vorteilhaft erwiesen:
- - Bereitstellen einer in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellten Mittellage,
- - Bereitstellen zweier Außenlagen,
- - Verbinden der beiden Außenlagen an je einer der sich gegenüberliegenden Haupterstreckungsoberflächen der Mittellage.
- Provision of a middle layer produced in an additive manufacturing process,
- - provision of two outer layers,
- - Connect the two outer layers on one of the opposite main extension surfaces of the middle layer.
Die Außenlagen können vorzugsweise in einem von dem Fertigungsverfahren der Mittellage unterschiedlichen Fertigungsverfahren gefertigt sein. Die unterschiedlichen Fertigungsverfahren können sich durch die Fertigungsweise, das Fertigungsmaterial und/oder die Fertigungsparameter unterscheiden.The outer layers can preferably be produced in a different production process from the production process of the middle layer. The different manufacturing processes can differ in terms of the manufacturing method, the manufacturing material and / or the manufacturing parameters.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Prinzipdarstellung eines mehrlagigen Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 eine schematische Prinzipdarstellung eines mehrlagigen Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
3 eine schematische Prinzipdarstellung eines mehrlagigen Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform.
-
1 a schematic diagram of a multi-layer component according to a first embodiment; -
2 a schematic diagram of a multi-layer component according to another embodiment; -
3 is a schematic diagram of a multi-layer component according to another embodiment.
Die Mittellage
Die Außenlagen
Im Übergang von der Mittellage
Die Außenlagen
Gemäß der in
Hinsichtlich der Ausgestaltung der Oberflächenbereiche
Für die Auslegung der Dimensionierung der Außenlage
In
Der unterbrochene Bereich
Weiterführend ist in der in
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DE102018215003.6A DE102018215003A1 (en) | 2018-09-04 | 2018-09-04 | Multi-layer component |
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