DE102020007010B3

DE102020007010B3 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils

Info

Publication number: DE102020007010B3
Application number: DE102020007010.8A
Authority: DE
Inventors: Lars Schmohl; Martina Gayduschek; Martin Stiefel; Christoph Srowig; Jens Goedecke
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2040-11-17
Also published as: WO2022101064A1; CN116438083A; US20240100878A1; EP4244072A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1), wobei ein Prägestempel (2) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt wird und mittels des Prägestempels (2) ein Muster (M) in eine Bauteilmaterialschicht (3) geprägt wird.Erfindungsgemäß wird das Muster (M) durch einen Kunden ausgewählt und/oder erstellt. Dieses vom Kunden ausgewählte und/oder erstellte Muster (M) wird dann über eine digitale Plattform, auf welche der Kunde mittels eines Kundenendgeräts zugreift, oder über ein Anwenderprogramm auf dem Kundenendgerät an eine additive Fertigungsvorrichtung (4), mittels welcher der Prägestempel (2) im additiven Fertigungsverfahren hergestellt wird, übermittelt. Der Prägestempel (2) wird dann mittels der additiven Fertigungsvorrichtung (4) im additiven Fertigungsverfahren korrespondierend zum übermittelten Muster (M) hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind, wie in der DE 10 2015 216 325 A1 beschrieben, ein Verfahren zur Herstellung eines Dekorbauteils mit einer erhaben geprägten Sichtoberfläche sowie ein durch das Verfahren hergestelltes Dekorbauteil bekannt. Bei dem Verfahren werden eine Prägevorrichtung mit einer Prägematrize und einer Prägepatrize sowie zumindest eine Dekormaterialschicht bereitgestellt. Die Dekormaterialschicht wird derart zwischen der Prägematrize und der Prägepatrize angeordnet, dass eine Sichtoberfläche der Dekormaterialschicht der Prägematrize zugewandt ist und eine der Sichtoberfläche gegenüberliegende Rückseitenfläche der Dekormaterialschicht der Prägepatrize zugewandt ist. Anschließend wird mittels der Prägevorrichtung ein Prägevorgang durchgeführt, so dass die Dekormaterialschicht nach dem Prägevorgang einen erhabenen Bereich auf der Sichtoberfläche und einen gegenüberliegenden vertieften Bereich auf der Rückseitenfläche aufweist. Zur Stabilisierung des erhabenen Bereichs wird ein Einlegeelement im vertieften Bereich angeordnet.
Weiterhin ist aus der US 2005/0053275 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem aus einem zweidimensionalen Bild ein geprägtes Objekt erstellt wird. Der zum Prägen verwendete Stempel wird dabei durch einen 3D-Drucker hergestellt.
Darüber hinaus zeigt die US 2013/0255346 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines geprägten Metallteils. Dabei wird der Prägestempel mit Hilfe eines additiven HerstellungsVerfahrens gefertigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils wird ein Prägestempel mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, beispielsweise mittels 3D-Druck, hergestellt und mittels des Prägestempels wird ein Muster in eine Bauteilmaterialschicht geprägt.
Erfindungsgemäß wird das Muster durch einen Kunden ausgewählt und/oder erstellt. Dieses vom Kunden ausgewählte und/oder erstellte Muster wird dann über eine digitale Plattform, auf welche der Kunde mittels eines Kundenendgeräts zugreift, oder über ein auch als Application oder kurz App bezeichnetes Anwenderprogramm auf dem Kundenendgerät an eine additive Fertigungsvorrichtung, mittels welcher der Prägestempel im additiven Fertigungsverfahren hergestellt wird, übermittelt. Der Prägestempel wird dann mittels der additiven Fertigungsvorrichtung im additiven Fertigungsverfahren korrespondierend zum übermittelten Muster hergestellt. Korrespondierend zum übermittelten Muster kann insbesondere bedeuten, dass der Prägestempel zweckmäßigerweise als Negativ zum übermittelten Muster hergestellt wird, um das Muster entsprechend als Positiv auf dem Bauteil zu erzeugen. Das Kundenendgerät ist beispielsweise ein Mobiltelefon oder Computer, insbesondere ein so genanntes Smartphone, ein PC, ein Tabletcomputer oder ein Notebook. Die Auswahl und/oder Erstellung des Musters durch den Kunden kann beispielsweise auf der digitalen Plattform oder im Anwenderprogramm erfolgen.
Dabei wird der Prägestempel mit einer Klebeschicht versehen und verbleibt nach dem Prägen als Versteifungselement auf der von der Sichtseite abgewandten Rückseite der Bauteilmaterialschicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Individualisierung des Bauteils durch eine individuelle Prägung entsprechend Vorgaben des Kunden, d. h. entsprechend dem von ihm ausgewählten und/oder erstellten Muster. Insbesondere wird dadurch die Herstellung solcher Bauteile ab einer Stückzahl von Eins ermöglicht, d. h. es müssen keine Serienprodukte hergestellt werden und entsprechend der ermöglichten Individualisierung werden vorteilhafterweise auch keine Serienprodukte hergestellt.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können vorteilhafterweise alle denkbaren grafischen Details umgesetzt werden, beispielsweise Schriftzüge oder Logos.
In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens wird, vorteilhafterweise automatisch und vorteilhafterweise maschinell, anhand digitaler Daten des vom Kunden ausgewählten und/oder erstellten Musters eine Qualität und/oder eine Realisierbarkeit des Musters auf dem Bauteil und/oder eine Realisierbarkeit der Herstellung des Prägestempels korrespondierend zu diesem Muster überprüft. Dies kann beispielsweise durch die digitale Plattform oder durch das Anwenderprogramm erfolgen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Muster tatsächlich auf dem Bauteil erzeugt werden kann, insbesondere mit einer vorgegebenen Mindestqualität erzeugt werden kann.
In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens werden, insbesondere nach dieser Überprüfung und aufgrund von Ergebnissen dieser Überprüfung, die digitalen Daten des vom Kunden ausgewählten und/oder erstellten Musters ergänzt und/oder korrigiert, insbesondere bezüglich Tiefeninformationen und/oder bezüglich einer Bildqualität. Dadurch kann die Erzeugung des Musters auf dem Bauteil ermöglicht werden, insbesondere auch dann, wenn die Erzeugung des Musters auf dem Bauteil mit den ursprünglichen digitalen Daten des vom Kunden ausgewählten und/oder erstellten Musters nicht möglich wäre, beispielsweise aufgrund einer zu schlechten Bildqualität und/oder aufgrund fehlender oder falscher Tiefeninformationen. Es wird dann vorteilhafterweise das vom Kunden ausgewählte und/oder erstellte und entsprechend ergänzte und/oder korrigierte Muster an die additive Fertigungsvorrichtung übermittelt.
Vorteilhafterweise wird das Muster mittels des Prägestempels einseitig in die Bauteilmaterialschicht geprägt, insbesondere in eine Sichtseite der Bauteilmaterialschicht. Es wird somit keine Matrize und Patrize benötigt, sondern nur ein einzelner Prägestempel, und nur dieser einzelne Prägestempel wird auf die oben beschriebene Weise hergestellt.
Vorteilhafterweise wird die Bauteilmaterialschicht vor dem Prägen erwärmt. Dadurch wird das Prägen ermöglicht oder zumindest erleichtert, eine Dauerhaftigkeit des geprägten Musters wird sichergestellt, Beschädigungen der Bauteilmaterialschicht durch das Prägen werden verhindert und es wird eine gute Qualität des Musters im Bauteil sichergestellt.
Beispielsweise wird das Muster mittels des Prägestempels in eine als Flächenware ausgebildete Bauteilmaterialschicht geprägt, insbesondere in eine aus Leder oder Textil ausgebildete Bauteilmaterialschicht.
Beispielsweise wird mittels des oben beschriebenen Verfahrens ein Bauteil für ein Fahrzeug hergestellt, zum Beispiel ein als Fahrzeuginterieurbauteil ausgebildetes Bauteil, beispielsweise ein als Sitzbezug oder Kopfstützenbezug oder Fußmatte oder Stoffverkleidung ausgebildetes Bauteil. Dadurch wird auf kostengünstige Weise eine Individualisierung von Fahrzeugen entsprechend Kundenwünschen ermöglicht, beispielsweise bereits beim Kauf eines Fahrzeugs, insbesondere eines Neufahrzeugs, oder jederzeit als Nachrüstlösung oder als Austausch eines bereits im Fahrzeug vorhandenen Bauteils durch das mittels des Verfahrens individualisierte Bauteil. Das Anwenderprogramm und/oder die digitale Plattform wird dabei vorteilhafterweise durch einen Fahrzeughersteller und/oder Fahrzeughändler bereitgestellt. Durch das beschriebene Verfahren wird insbesondere eine bessere Kundenbindung erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch Verfahrensebenen eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils, und
2 schematisch einen Teil eines Verfahrensablaufs des Verfahrens.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt fünf Verfahrensebenen VE1 bis VE5 eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils 1. Dabei sind die oberen drei Verfahrensebenen VE1 bis VE3 in der digitalen Welt angesiedelt, d. h. Verfahrensabläufe auf diesen drei Verfahrensebenen VE1 bis VE3 erfolgen vorteilhafterweise rein digital, und die beiden unteren Verfahrensebenen VE4, VE5 sind in der physischen Welt angesiedelt, d. h. hier erfolgen physische Herstellungsprozesse, zunächst zur Herstellung eines Prägestempels 2 und danach zum Prägen eines Musters M in eine Bauteilmaterialschicht 3. Der Verfahrensablauf in diesen beiden unteren Verfahrensebenen VE4, VE5 wird in 2 nochmals detailliert dargestellt und anschließend erläutert.
In dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Bauteils 1, insbesondere für ein Fahrzeug, insbesondere zur Herstellung eines Fahrzeuginterieurbauteils, beispielsweise eines Sitzbezugs oder Kopfstützenbezugs oder einer Fußmatte oder einer Stoffverkleidung, wird das Muster M, welches durch Prägen des Bauteils 1 auf dem Bauteil 1 erzeugt werden soll, durch einen Kunden ausgewählt und/oder erstellt. Dies erfolgt auf der obersten und somit ersten Verfahrensebene VE1 des Verfahrens und somit in der digitalen Welt. Ein digitaler Service für den Kunden, um dies zu ermöglichen, wird dem Kunden beispielsweise von einem Fahrzeughersteller und/oder Fahrzeughändler bereitgestellt, beispielsweise in Form einer digitalen Plattform oder eines Anwendungsprogramms für ein Kundenendgerät. Insbesondere bei der digitalen Plattform kann beispielsweise der Fahrzeughändler dem Kunden behilflich sein und für den Kunden auf diese digitale Plattform zugreifen.
Dieses vom Kunden ausgewählte und/oder erstellte Muster M wird dann über die digitale Plattform, auf welche der Kunde mittels des Kundenendgeräts zugreift oder beispielsweise der Fahrzeughändler im Auftrag des Kunden mittels eines entsprechenden Endgeräts zugreift, oder über das Anwenderprogramm auf dem Kundenendgerät an eine additive Fertigungsvorrichtung 4 übermittelt. Vorteilhafterweise wird jedoch noch vor dieser Übermittlung an die additive Fertigungsvorrichtung 4 anhand digitaler Daten des vom Kunden ausgewählten und/oder erstellten Musters eine Qualität und/oder eine Realisierbarkeit des Musters M auf dem Bauteil 1 und/oder eine Realisierbarkeit einer Herstellung des Prägestempels 2 korrespondierend zu diesem Muster M überprüft. Dies erfolgt auf der zweiten Verfahrensebene VE2, somit noch in der digitalen Welt. Beispielsweise kann dies durch die digitale Plattform oder durch das Anwenderprogramm erfolgen.
In einer möglichen Ausführungsform werden, insbesondere nach dieser Überprüfung und aufgrund von Ergebnissen dieser Überprüfung, die digitalen Daten des vom Kunden ausgewählten und/oder erstellten Musters M ergänzt und/oder korrigiert, insbesondere bezüglich Tiefeninformationen und/oder bezüglich einer Bildqualität.
Das vom Kunden ausgewählte und/oder erstellte Muster M, gegebenenfalls auf die oben beschriebene Weise ergänzt und/oder korrigiert, wird dann über die digitale Plattform, auf welche der Kunde mittels des Kundenendgeräts zugreift oder beispielsweise der Fahrzeughändler im Auftrag des Kunden mittels des entsprechenden Endgeräts zugreift, oder über das Anwenderprogramm auf dem Kundenendgerät an die additive Fertigungsvorrichtung 4 übermittelt. Die additive Fertigungsvorrichtung 4 erhält somit insbesondere Daten für eine Geometrie des herzustellenden Prägestempels 2. Diese Übermittlung erfolgt in der dritten Verfahrensebene VE3, welche eine Konnektivitätsebene des Verfahrens darstellt.
Der Prägestempel wird dann, wie in 2 gezeigt, mittels der additiven Fertigungsvorrichtung 4 in einem additiven Fertigungsverfahren, beispielsweise 3D-Druck, korrespondierend zum übermittelten Muster M hergestellt. Dies erfolgt in der vierten Verfahrensebene VE4, d. h. in der physischen Welt.
Mittels des Prägestempels 2 wird dann das Muster M in die Bauteilmaterialschicht 3 geprägt, beispielsweise in eine Flächenware, zum Beispiel aus Leder oder Textil, um dadurch das Bauteil 1 herzustellen. Dies erfolgt auf der fünften Verfahrensebene VE5. Hierzu wird die Bauteilmaterialschicht 3 zunächst mittels einer Heizvorrichtung 5 erwärmt oder erhitzt und anschließend wird der Prägestempel 2 auf die erwärmte oder erhitzte Bauteilmaterialschicht 3 gepresst.
Die Erwärmung der Bauteilmaterialschicht 3 kann dabei auf unterschiedliche Arten erfolgen: Da die beispielsweise durch ein 3D-Druckverfahren hergestellten Prägestempel 2 einen schlechteren Wärmeleitwert aufweisen als Metallstempel, gibt es einige Alternativen, um das Material der Flächenware, insbesondere das Leder, auf die erforderliche Temperatur (ca. 80 bis 100°C) zu bringen:
Bei Verwendung nur eines gedruckten Prägestempels 2 kann die Bauteilmaterialschicht 3 von der Rückseite, der von der Sichtseite abgewandten Seite, her mit einem ebenen Metallstempel beheizt werden. Ist dies der Fall, kann ergänzend hier der Prägevorgang in zwei Kraftstufen erfolgen: In der ersten Kraftstufe wird die Bauteilmaterialschicht 3 mit Hilfe des Prägestempels 2 leicht an den rückseitigen Metallstempel angedrückt, so dass die Bauteilmaterialschicht 3 bis zu ihrer Sichtseite durchheizen kann. Dann wird in einer zweiten Kraftstufe der eigentliche Prägevorgang ausgeführt.
Alternativ kann die Bauteilmaterialschicht 3 kurz vor dem Prägevorgang direkt aufgeheizt werden, beispielsweise durch einen Infrarotstrahler, durch Mikrowellenstrahlung oder durch Heißluft, oder durch ein Aufwärmen zwischen beheizten Platten oder Walzen.
Weiterhin ist es möglich, stattdessen den Prägestempel 2 aufzuheizen. Dies kann beispielsweise durch Infrarotstrahlung erfolgen. Vorteilhafterweise wird dabei das Material des Prägestempels 2 mit Farbstoffen ausgestattet, die im Infrarotbereich absorbieren, um die Erwärmung zu beschleunigen. Analog kann ein Aufheizen des additiv hergestellten Prägestempels 2 mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung erfolgen, wobei dem Material des Prägestempels 2 ein Additiv hinzugefügt werden kann, welches Mikrowellenstrahlung absorbiert und in Wärme umwandelt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Prägestempel mit einer elektrisch leitfähigen und beheizbaren Schicht ausgestattet werden.
Das Ergebnis ist das fertiggestellte Bauteil 1 mit dem eingeprägten Muster M.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird das Muster M mittels des Prägestempels 2 einseitig in die Bauteilmaterialschicht 3 geprägt, insbesondere in eine Sichtseite der Bauteilmaterialschicht 3. Es wird somit keine Matrize und Patrize verwendet, sondern nur der einzelne Prägestempel 2.
Alternativ dazu können aber auch Matrize und Patrize, damit also ein zweiseitiges Prägeverfahren, zum Einsatz kommen. Auf diese Weise kann auch ein erhabenes Muster M auf das Bauteil 1 geprägt werden. Nach dem Prägevorgang kann zum Versteifen des Bauteils 1 ein härtbares flüssiges bzw. viskoses Material verwendet werden, das in die Prägen entstandene Vertiefung gefüllt, von hinten geglättet (z. B. mit Hilfe von Schwerkraft, einer Walze oder durch Verstreichen) und ausgehärtet wird. Die Aushärtung kann dabei beispielsweise durch UV-Härtung, thermische Härtung oder durch thermisches Erstarren erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird in der Verfahrensebene VE4 ein Prägestempel 2 mittels der additiven Fertigungsvorrichtung 4 in einem additiven Fertigungsverfahren, wie oben beschrieben, hergestellt. Dabei wird dieser auf der beim späteren Prägevorgang dem Bauteil 1 zugewandten Seite mit einer Klebeschicht versehen und dann zum Prägen verwendet, also einseitig in die auf der der Sichtseite abgewandten Rückseite der Bauteilmaterialschicht 3 geprägt. Anschließend, nach dem Prägevorgang, verbleibt dieser additiv hergestellte Prägestempel 2 auf der Rückseite der Bauteilmaterialschicht 3 und dient als Versteifungselement.
Um das oben beschriebene Prägeverfahren zu optimieren, kann der Prägestempel 2 nach dessen Herstellung mit einer Beschichtung mit einer Galvanikschicht versehen werden. Auf diese Weise kann die Standzeit des Prägestempels 2 verlängert werden.
Weiterhin kann der Prägestempel 2 aus einem ganz oder teilweise biobasierten Material (z. B. Polyurethan-Acrylat) bestehen, um den Carbon-Einsatz bei der Herstellung der Prägestempel 2 und damit bei der Durchführung des Verfahrens zu reduzieren.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1), wobei ein Prägestempel (2) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt wird und mittels des Prägestempels (2) ein Muster (M) in eine Bauteilmaterialschicht (3) geprägt wird, wobei - das Muster (M) durch einen Kunden ausgewählt und/oder erstellt wird, - das vom Kunden ausgewählte und/oder erstellte Muster (M) über eine digitale Plattform, auf welche der Kunde mittels eines Kundenendgeräts zugreift, oder über ein Anwenderprogramm auf dem Kundenendgerät an eine additive Fertigungsvorrichtung (4), mittels welcher der Prägestempel (2) im additiven Fertigungsverfahren hergestellt wird, übermittelt wird, und - der Prägestempel (2) mittels der additiven Fertigungsvorrichtung (4) im additiven Fertigungsverfahren korrespondierend zum übermittelten Muster (M) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägestempel (2) mit einer Klebeschicht versehen wird und nach dem Prägen als Versteifungselement auf der von der Sichtseite abgewandten Rückseite der Bauteilmaterialschicht (3) verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand digitaler Daten des vom Kunden ausgewählten und/oder erstellten Musters (M) eine Qualität und/oder eine Realisierbarkeit des Musters (M) auf dem Bauteil (1) und/oder eine Realisierbarkeit der Herstellung des Prägestempels (2) korrespondierend zu diesem Muster (M) überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Daten des vom Kunden ausgewählten und/oder erstellten Musters (M) ergänzt und/oder korrigiert werden, insbesondere bezüglich Tiefeninformationen und/oder bezüglich einer Bildqualität.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (M) mittels des Prägestempels (2) einseitig in die Bauteilmaterialschicht (3) geprägt wird, insbesondere in eine Sichtseite der Bauteilmaterialschicht (3).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilmaterialschicht (3) vor dem Prägen erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (M) mittels des Prägestempels (2) in eine als Flächenware ausgebildete Bauteilmaterialschicht (3) geprägt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (M) mittels des Prägestempels (2) in eine aus Leder oder Textil ausgebildete Bauteilmaterialschicht (3) geprägt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil (1) ein Fahrzeuginterieurbauteil für ein Fahrzeug hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Sitzbezug oder Kopfstützenbezug oder Fußmatte oder Stoffverkleidung ausgebildetes Bauteil (1) hergestellt wird.