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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines polymeren Verkleidungsteils für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verkleidungsteil ein dünnwandiges und dreidimensional ausgebildetes Verkleidungssichtteil aus einem polymeren Material mit einer bestimmungsgemäßen Sichtseite und einer der Sichtseite gegenüberliegenden Innenseite, sowie eine das Verkleidungssichtteil versteifende Tragstruktur aufweist und die Tragstruktur mit der Innenseite des Verkleidungssichtteils verbunden ist, umfassend den folgenden Schritt: Herstellen der Tragstruktur mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aus einem weiteren polymeren Material.
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Eine gattungsgemäßes Verfahren kann der Patentschrift
EP 3 356 205 B1 entnommen werden. Das Dokument beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Polymeren Verkleidungsteils für ein Kraftfahrzeug, wobei hier das Verkleidungssichtteil und die als Energieabsorptionselement ausgebildete versteifende Tragstruktur monolithisch entweder in einem Spritzgussverfahren oder mittels eines additiven Fertigungsverfahrens (beispielsweise einem 3-D Druckverfahren) in einem zusammenhängenden Stück hergestellt werden.
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Die Herstellung in einem Spritzgussverfahren erlaubt es nur in geringem Umfang hinterschnittige Bereiche insbesondere innerhalb der Tragstruktur zu realisieren. Die komplette Herstellung sowohl der Tragstruktur als auch des Verkleidungssichtteils mittels eines additiven Fertigungsverfahrens zeigte diese Nachteile nicht, führt jedoch insbesondere auf der Sichtseite des Verkleidungssichtteils zu einer ungenügenden Oberflächenqualität, welche durch einen Lackierung noch zusätzlich verstärkt werden würde. Somit wäre bei einem mittels additive Fertigungsverfahren hergestellten Verkleidungssichtteil-Tragstruktur-Verkleidungsteils zur Erreichung einer akzeptablen Oberflächenqualität (einer sogenannten Class A - Oberfläche) aufwändige Nacharbeiten, wie beispielsweise das Schleifen und Spachteln der Sichtseite notwendig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines polymeren Verkleidungsteils für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches die Nachteile des Stands der Technik behebt und die Herstellung eines Verkleidungsteils mit einer akzeptablen Oberflächenqualität ohne Restriktionen hinsichtlich der geometrischen Ausbildung der Tragstruktur ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines polymeren Verkleidungsteils für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verkleidungsteil ein dünnwandiges und dreidimensional ausgebildetes Verkleidungssichtteil aus einem polymeren Material mit einer bestimmungsgemäßen Sichtseite und einer der Sichtseite gegenüberliegenden Innenseite, sowie eine das Verkleidungssichtteil versteifende Tragstruktur aufweist und die Tragstruktur mit der Innenseite des Verkleidungssichtteils verbunden ist, umfassend den folgenden Schritt:
- - Herstellen der Tragstruktur mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aus einem weiteren polymeren Material,
wobei das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst:
- - Bereitstellen des dünnwandigen und dreidimensional ausgebildeten Verkleidungssichtteils mittels eines Spritzgussverfahrens oder mittels eines Tiefziehverfahrens, und
- - Verbinden der Tragstruktur mit der Innenseite des Verkleidungssichtteils, indem das weitere polymere Material der Tragstruktur auf der Innenseite des bereitgestellten Verkleidungssichtteils mittels des additiven Fertigungsverfahrens zu der fertigen Tragstruktur aufgebaut wird und hierbei eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Tragstruktur und dem Verkleidungssichtteil hergestellt wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen zunächst das dünnwandigen und dreidimensional ausgebildete Verkleidungssichtteil mittels eines Spritzgussverfahrens oder mittels eines Tiefziehverfahrens (vorzugsweise aus einem plattenförmigen Halbzeug) mit einer dann hochwertigen Oberfläche der Sichtseite bereitzustellen und die Tragstruktur über ein additives Fertigungsverfahren herzustellen. Die Verbindung von Verkleidungssichtteil und Tragstruktur erfolgt hierbei in Vorteilhafterweise zusammen mit der Herstellung der Tragstruktur, in dem die Tragstruktur auf der Innenseite des bereitgestellten Verkleidungssichtteils mittels des additiven Fertigungsverfahrens zu der fertigen Tragstruktur aufgebaut wird und hierbei eine stoffschlüssige Verbindung (insbesondere eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung) zwischen der Tragstruktur und der Verkleidungssichtteil hergestellt wird. Das Verkleidungssichtteil kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer sehr geringen Komplexität hergestellt werden, da keine Befestigungspunkte zu der Tragstruktur auf der Innenseite des Verkleidungssichtteils notwendig sind, da diese sich die Tragstruktur bei ihrer Herstellung stoffschlüssig mit dem Verkleidungssichtteil verbindet.
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Das polymere Material des Verkleidungssichtteils und das weitere polymere Material der Tragstruktur können identisch oder artgleich oder untereinander verträglich sein.
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Zwischen der Innenseite des Verkleidungssichtteils und der Tragstruktur kann zusätzlich eine Haftvermittlerschicht vorgesehen sein. Insbesondere bei einer Unverträglichkeit des polymeren Materials des Verkleidungssichtteils und des polymeren Materials der Tragstruktur kann dennoch mittels der Haftvermittlerschicht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verkleidungssichtteil und der Tragstruktur realisiert werden.
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Für den Fall, dass das Bereitstellen des dünnwandigen und dreidimensional ausgebildeten Verkleidungssichtteils mittels eines Tiefziehverfahrens erfolgt, kann das Tiefziehverfahren einen Schritt des Warmumformens beinhalten. Übliche Tiefziehverfahren für die Herstellung dünnwandiger und dreidimensional ausgebildeter Verkleidungssichtteile können das Thermoformen und/oder das Vakuumformen sein.
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Bevorzugt wird die Sichtseite des Verkleidungssichtteils mit wenigstens einer Lackschicht oder Lackfolie versehen. Alternativ oder in Kombination kann die Sichtseite des Verkleidungssichtteils vor dem Verbinden mit der Tragstruktur mit wenigstens einer Lackschicht oder Lackfolie versehen sein.
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Innerhalb der Tragstruktur kann wenigstens eine Aufnahme für einen Sensor, ein Heizelement oder einen Emitter ausgebildet werden. Ein möglicher Sensor kann hierbei insbesondere ein Lidar-Sensor und/oder ein Radarsensor und/oder ein Kamerasensor und/oder ein Infrarotsensor und/oder ein Ultraschallsensor sein. Ein Emitter kann hierbei insbesondere ein Radarstrahler und/oder ein Infrarotstrahler und/oder einen Ultraschallsender umfassen. Ein Heizelement kann hierbei insbesondere ein flächiges Heizelement sein.
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In der Tragstruktur können Verbindungsbereiche zu der Karosserie des Kraftfahrzeuges ausgebildet werden. Vorteilhafterweise werden bei der Herstellung der Tragstruktur mittels des generativen Fertigungsverfahrens bereits die Verbindungsbereiche (zum Beispiel Retainer, Schraubdome oder Rastverbindungselement) in der Tragstruktur ausgebildet werden.
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Das additive Fertigungsverfahren kann einen Schritt der Topologieoptimierung der Tragstruktur umfassen. Mittels einer Topologieoptimierung lässt sich ein Optimum zwischen dem Eigengewicht der Tragstruktur und Stabilität der auf die Tragstruktur im Hinblick auf einwirkende Kräfte erzielen.
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Das Verkleidungssichtteil kann bevorzugt während des Aufbaus der Tragstruktur auf der Innenseite des Verkleidungssichtteils über eine lineare Verfahreinheit und/oder einen mehrachsigen Roboterarm in seiner Relativposition zu dem Materialausgabeelement einer das additive Fertigungsverfahren durchführenden Fertigungsanlage verändert werden.
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Das Verkleidungssichtteil kann eine Stoßfängerverkleidung oder eine Kotflügelverkleidung oder ein Spoiler oder eine Türverkleidung oder eine Seitenspiegelverkleidung oder eine Schwellerverkleidung oder ein Dachmodul oder eine Kühlerverkleidung sein.
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Die Tragstruktur kann wenigstens eine energieabsorbierende Struktur umfassen. Eine energieabsorbierende Struktur kann beispielsweise eine sich unter Belastung zusammenfaltende Struktur oder eine Verrippung sein.
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Das additive Fertigungsverfahren kann insbesondere ein zeilenweise oder schichtweise Fertigungsverfahren sein. Das additive Fertigungsverfahren kann ein generatives oder additives Pulverbettverfahren, insbesondere selektives Laserschmelzen (SLM), selektives Lasersintern (SLS), selektives Hitzesintern (Selective Heat Sintering - SHS), selektives Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting - EBM / Electron Beam Additive Manufacturing - EBAM) oder Verfestigen von Pulvermaterial mittels Binder (Binder Jetting) umfassen. Das additive Fertigungsverfahren kann insbesondere ein generatives oder additives Freiraumverfahren, insbesondere Auftragsschweißen, Wax Deposition Modeling (WDM), Contour Crafting, Kunststoff-Pulver-Auftragsverfahren, Kaltgasspritzen, Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Welding - EBW) oder Schmelzeschichtungsverfahren wie Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF) umfassen. Das additive Fertigungsverfahren kann ein generatives oder additives Flüssigmaterialverfahren, insbesondere Stereolithografie (SLA), Digital Light Processing (DLP), Multi Jet Modeling (MJM), Polyjet Modeling oder Liquid Composite Moulding (LCM) umfassen. Ferner kann das additive Fertigungsverfahren andere generative oder additive Schichtaufbauverfahren, insbesondere Laminated Object Modelling (LOM), 3D-Siebdruck oder die Lichtgesteuerte Elektrophoretische Abscheidung umfassen.
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Das polymere Material des Verkleidungssichtteils und/oder das weitere polymere Material der Tragstruktur kann Polysulfon (PSU), Poly(ethersulfon) (PES), Polyetherimid (PEI), Poly(phenylensulfid) (PPS), Polyphenylensulfon (PPSU), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketone (PEK), Polyamidimid (PAI), Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Polyphthalamide (PPA), Polybenzimidazole (PBI), Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephtalat (PBT), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Syndiotaktisches Polystyrol (sPS), Polycarbonat (PC), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polyphenylenether (PPE), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polylactat (PLA), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere (ASA) oder Mischungen der vorgenannten Polymermaterialien umfassen. Sämtliche vorgenannten polymeren Materialien oder Mischungen von polymeren Materialien können zudem Verstärkungsfasern oder Verstärkungspartikel aufweisen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Figuren näher erläutert. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 in der Abfolge a) bis d) den Ablauf des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
- 2 in der Abfolge a) bis d) den Ablauf einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
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Die 1 zeigt in der Abfolge a) bis d) den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines polymeren Verkleidungsteils für ein Kraftfahrzeug. Das herzustellende Verkleidungsteil weist ein dünnwandiges und dreidimensional ausgebildetes Verkleidungssichtteil 1 aus einem polymeren Material mit einer bestimmungsgemäßen Sichtseite A und einer der Sichtseite A gegenüberliegenden Innenseite B, sowie eine das Verkleidungssichtteil 1 versteifende Tragstruktur 2 auf. Die Tragstruktur 2 ist mit der Innenseite B des Verkleidungssichtteils 1 verbunden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen des dünnwandigen und dreidimensional ausgebildeten Verkleidungssichtteils 1 mittels eines Spritzgussverfahrens oder mittels eines Tiefziehverfahrens (vgl. 1a), und
- - Herstellen der Tragstruktur 2 mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aus einem weiteren polymeren Material (vgl. 1b) bis 1d)), wobei das
- - Verbinden der Tragstruktur 2 mit der Innenseite B des Verkleidungssichtteils 1 erfolgt, indem das weitere polymere Material der Tragstruktur 2 auf der Innenseite B des bereitgestellten Verkleidungssichtteils 1 mittels des additiven Fertigungsverfahrens zu der fertigen Tragstruktur 2 aufgebaut wird und hierbei eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Tragstruktur 2 und dem Verkleidungssichtteil 1 hergestellt wird (vgl. 1b).
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Innerhalb der Tragstruktur 2 wird wenigstens eine Aufnahme 4 für einen Sensor, ein Heizelement oder einen Emitter ausgebildet.
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In der Tragstruktur 2 werden Verbindungsbereiche 5 zu der Karosserie des Kraftfahrzeuges ausgebildet.
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In der Abfolge a) bis d) der 2 ist im Unterschied zu der Abfolge in 1 zwischen der Innenseite B des Verkleidungssichtteils 1 und der Tragstruktur 2 zusätzlich eine Haftvermittlerschicht 3 vorgesehen. Die Haftvermittlerschicht kann beispielsweise mittels eines Sprühverfahrens oder mittels eines Eintauchverfahrens oder mittels eines Flutungsverfahrens oder mittels eines Siebdruckverfahrens oder mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens auf der Innenseite B des Verkleidungssichtteils 1 aufgebracht sein.
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Für beide in den 1 und 2 gezeigten Varianten kann gelten:
- Für den Fall, dass das Bereitstellen des dünnwandigen und dreidimensional ausgebildeten Verkleidungssichtteils 1 mittels eines Tiefziehverfahrens erfolgt kann das Tiefziehverfahren einen Schritt des Warmumformens beinhalten.
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Die Sichtseite A des Verkleidungssichtteils 1 kann mit wenigstens einer Lackschicht oder Lackfolie versehen werden oder bereits versehen sein.
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Das additive Fertigungsverfahren kann einen Schritt der Topologieoptimierung der Tragstruktur 2 umfassen.
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Das Verkleidungssichtteil 1 kann während des Aufbaus der Tragstruktur 2 auf der Innenseite B des Verkleidungssichtteils 1 über eine lineare Verfahreinheit und/oder einen mehrachsigen Roboterarm in seiner Relativposition zu dem Materialausgabeelement einer das additive Fertigungsverfahren durchführenden Fertigungsanlage verändert werden.
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Das Verkleidungssichtteil 1 kann eine Stoßfängerverkleidung oder eine Kotflügelverkleidung oder ein Spoiler oder eine Türverkleidung oder eine Seitenspiegelverkleidung oder eine Schwellerverkleidung oder ein Dachmodul oder eine Kühlerverkleidung sein.
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Die Tragstruktur 2 umfasst wenigstens eine energieabsorbierende Struktur.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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