DE102020107742A1

DE102020107742A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers

Info

Publication number: DE102020107742A1
Application number: DE102020107742.4A
Authority: DE
Inventors: Lukas Knorr
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (1), umfassend folgende Verfahrensschritte:
- Ausbilden oder Bereitstellen einer zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellten Formgebungsstruktur (2), welche wenigstens einen Hohlraum (3, 3',15, 15') ausbildet,
- Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials (4, 4', 4", 16, 16') in den Hohlraum (3, 3', 15, 15') zur Ausbildung eines Formkörpers (1),
- Auflösen zumindest eines Teils, insbesondere vollständiges Auflösen, der Formgebungsstruktur (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, wobei zur Ausbildung des Formkörpers eine Negativform des Formkörpers verwendet wird, welche zumindest abschnittsweise aus einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt wurde.
Entsprechende Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers sind aus dem Stand der Technik dem Grunde nach bekannt. So ist es beispielsweise bekannt, Spritzgussformen zur Herstellung eines Formkörpers in einem additiven Fertigungsverfahren herzustellen, hierbei können die formgebenden Oberflächen der additiv hergestellten Spritzgussform im Zuge des additiven Herstellungsverfahrens auf einfache und komfortable Weise ausgebildet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches insbesondere im Hinblick auf eine einfache und schnelle sowie kostengünstige Maßnahme die Herstellung eines Formkörpers, insbesondere in Kleinserie, mit einer beliebig komplexen Form ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers gemäß Anspruch 1 und/oder durch einen Formkörper gemäß Anspruch 16 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, umfassend folgende Verfahrensschritte: (a) Ausbilden oder Bereitstellen einer zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellten Formgebungsstruktur, welche wenigstens einen Hohlraum ausbildet, (b) Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials in den Hohlraum zur Ausbildung eines Formkörpers, (c) Auflösen zumindest eines Teils, insbesondere vollständiges Auflösen, der Formgebungsstruktur. Mit einem Auflösen ist hierbei auch ein Ablösen zumindest eines Teils der Formgebungsstruktur von dem ausgehärteten und/oder geschäumten Material zu verstehen. Hiermit kann auch ein ohne Zersetzen der Formgebungsstruktur erfolgendes Ablösen umfasst werden, d. h. z. B., dass die Verbindung zwischen der Formgebungsstruktur und dem ausgehärteten und/oder geschäumten Material bzw. ggf. einem zwischen dem ausgehärteten und/oder geschäumten Material und der Formgebungsstruktur befindlichen Schichtmittel aufgehoben wird. Durch die Herstellung bzw. durch das Bereitstellen einer zumindest abschnittsweise additiv hergestellten Formgebungsstruktur wird eine Negativform bzw. ein formgebendes Element für die Herstellung des Formkörpers bereitgestellt, hierbei ermöglicht die Verwendung bzw. die Einbindung des additiven Fertigungsverfahrens einen hohen Freiheitsgrad an der geometrischen Ausgestaltung des Formkörpers bei einem gleichzeitig geringen fertigungstechnischen Aufwand. Der Hohlraum der Formgebungsstruktur kann beispielsweise eine Kavität ausbilden, in welcher zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, das aushärtbare und/oder schäumbare Material eingebracht wird und aushärtet bzw. sich verfestigt. Dieser Aushärteprozess kann beispielsweise eine schaumbildende bzw. schäumende Aktion umfassen, sodass das aushärtbare und/oder schäumbare Material final als ein eine Schaumstruktur umfassendes Material bzw. Formkörperabschnitt vorliegen kann. Mit anderen Worten kann das in den Hohlraum bzw. in die Kavität der Formgebungsstruktur eingebrachte Material mit, insbesondere thermischer, Energie derart beaufschlagt werden und/oder eine chemische Reaktion, insbesondere unter Einwirkung eines Reaktionsmittels, derart erfolgen, dass das Material schäumt bzw. eine Schaumstruktur ausgebildet wird. Zum Beispiel kann eine Schaumstruktur des Formkörper dadurch erreicht werden, dass als aushärtbares und/oder schäumbares Material Polystyrol, insbesondere in Kugelform bzw. Pulverform, in den Hohlraum eingefüllt wird, dessen Korngrenzen bei Hitzebeaufschlagung, z. B. Dampfbeaufschlagung, verschmolzen werden bzw. an deren dann klebrigen Oberfläche versintern und/oder verschmelzen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Aktivierung der Schaumbildung durch eine durch das Material von sich heraus stattfindende exotherme Reaktion und/oder durch z. B. Wasserdampf und/oder durch UV-Licht erfolgen.
Nachdem das aushärtbare und/oder schäumbare Material einen formstabilen Zustand erreicht hat, dies kann beispielsweise im Zuge einer Aushärtung und/oder nach einer Volumenvergrößerung wie z. B. einem Schäumungsprozess erfolgen, kann die Formgebungsstruktur aufgelöst bzw. von dem Formkörper gelöst werden. Hierzu kann die Formgebungsstruktur vermittels energetischer Einwirkung, z. B. durch Einwirkung von thermischer Energie und/oder durch Einwirkung von UV-Strahlung, und/oder durch Beaufschlagung mit einem Lösemittel zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, aufgelöst bzw. abgelöst werden. Das zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, durch die Auflösung der Formgebungsstruktur von der Formgebungsstruktur befreite bzw. getrennte aushärtbare und/oder schäumende Material bildet dabei den (Ziel-)Formkörper aus. Mit anderen Worten kann beispielsweise vor dem Auflösen der Formgebungsstruktur das Durchführen einer Maßnahme zum Aushärten und/oder zum Schäumen des Materials ausgeführt werden, um den Formkörper zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in eine stabile Form zu bringen. Hierbei kann der Formkörper beispielsweise zu diesem Zeitpunkt noch nicht seine finalen Bauteileigenschaften aufweisen und diese erst nach Durchlaufen wenigstens eines weiteren Prozessschritts (z. B. thermische Nachbehandlung) erlangen. Alternativ kann der Formkörper bereits nach Auflösen der Formgebungsstruktur seine finalen Bauteileigenschaften aufweisen.
Dadurch, dass einerseits ein additives Fertigungsverfahren zur Formgebung des Formkörpers eingesetzt wird, kann der Formkörper eine nahezu beliebige Geometrie aufweisen und hierbei wirtschaftlich hergestellt werden. Das Auflösen der Formgebungsstruktur ermöglicht eine schnelle und zugleich wirtschaftliche Herstellung des oder der Formkörper(s), insbesondere im Umfang einer Kleinserienherstellung. Schließlich kann durch das zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständige, Auflösen der Formgebungsstruktur eine automatisierte bzw. robotergestützte Umsetzung des Herstellungsprozesses unterstützt werden, da durch das Auflösen der Formgebungsstruktur deren Handling bzw. Entfernung vereinfacht wird.
Der durch Einbringen in den Hohlraum ausgebildete Formkörper weist dabei eine Form auf, welche sich durch eine formgebende Oberfläche der Formgebungsstruktur ausbildet. Mit anderen Worten korrespondiert zumindest ein Oberflächenabschnitt des Formkörpers mit der Form einer formgebenden Oberfläche der Formgebungsstruktur. Der ausgebildete Formkörper kann zumindest abschnittsweise eine poröse Struktur und/oder zumindest abschnittsweise eine ein Vollmaterial ausbildende Struktur umfassen. Eine poröse Struktur des Formkörpers kann beispielsweise durch die Ausbildung einer schaumartigen bzw. geschäumten Struktur des Materials erreicht werden.
Es ist möglich, dass die Formgebungsstruktur aus wenigstens zwei Formgebungsabschnitten ausgebildet wird, wobei ein erster Formgebungsabschnitt aus einem additiven Fertigungsverfahrens und ein weiterer Formgebungsabschnitt aus einem (a) gleichen oder andersartigen additiven Fertigungsverfahren oder (b) aus einem nicht-additiven Fertigungsverfahren, insbesondere aus einem subtraktiven Fertigungsverfahren, hergestellt wird. Beispielsweise kann ein erster Formgebungsabschnitt in einem additiven Fertigungsverfahren, z. B. einem Fused Deposition Modelling-Verfahren und wenigstens ein weiterer Formgebungsabschnitt aus einem Spritzgussverfahren und/oder aus einem spanabhebenden Verfahren oder einem Umformverfahren hergestellt worden sein.
Es kann hierbei beispielsweise vorgesehen sein, dass wenigstens ein nicht in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellter Formgebungsabschnitt als Bestandteil des Formkörpers an diesem temporär oder vollständig verbleibt oder für wenigstens einen weiteren Herstellungsprozess eines Formkörper als Teil für dessen Formgebungsstruktur verwendet wird. Ein temporäres Verbleiben des Formgebungsabschnitt an dem Formkörper kann beispielsweise die Verwendung dieses Formgebungsabschnitt als Verpackungs- und/oder Transport- und/oder Handling- bzw. Handhabungssystem umfassen, wobei vor oder während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Formkörpers dieser Formgebungsabschnitt von dem Formkörper getrennt wird.
Alternativ hierzu kann der wenigstens eine Formgebungsabschnitt einen Bestandteil des Formkörpers in dessen bestimmungsgemäßer Form bzw. in dessen finalen Zustand umfassen. Schließlich kann beispielsweise alternativ wenigstens ein, insbesondere nicht additiv hergestellter, Formgebungsabschnitt als wiederverwendbarer Bestandteil, der zur Herstellung von zumindest zweier Formkörper verwendeten Formgebungsstruktur verwendet werden. Mit anderen Worten kann ein, insbesondere nicht additiv hergestellter, Formgebungsabschnitt in Kombination mit einem ersten weiteren Formgebungsabschnitt zur formgebenden Herstellung eines ersten Formkörper und in Kombination mit einem zweiten weiteren Formgebungsabschnitt zur formgebenden Herstellung eines weiteren Formkörpers eingesetzt werden.. Mit anderen Worten kann wenigstens ein Formgebungsabschnitt als Dauerform für die Herstellung mehrerer Formkörper verwendet werden.
Die Formgebungsstruktur kann beispielsweise aus wenigstens zwei Formgebungsabschnitten ausgebildet sein, welche aus demselben oder aus unterschiedlichen additiven Fertigungsverfahren hergestellt worden sind.
Vor dem Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials in den wenigstens einen Hohlraum der Formgebungsstruktur kann beispielsweise eine formgebende Oberfläche der Formgebungsstruktur zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit einem Schichtmittel beaufschlagt werden bzw. zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, ein Schichtmittel an der Oberfläche der Formgebungsstruktur angeordnet oder ausgebildet werden. Das Schichtmittel kann beispielsweise auch als Trennmittel fungieren, um ein besseres Lösen des den Formkörper bildenden Materials während des Auflösungsprozesses der Formgebungsstruktur zu erreichen und/oder bspw. um einen Schutz des Formkörpers vor einem für das zumindest abschnittsweise Auflösen der Formgebungsstruktur verwendeten Lösemittels zu bieten.
Das Schichtmittel kann alternativ oder zusätzlich im Endzustand des Formkörpers als ein die Oberfläche des Formkörpers zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, ausbildendes bzw. definierendes Material darstellen. Mit anderen Worten kann die Oberfläche des Formkörpers durch das Schichtmittel bestimmt bzw. ausgebildet werden. Beispielsweise ist das Schichtmittel als folienartiges Material ausgebildet, welches sich z. B. stoffschlüssig mit dem den Formkörper bildenden aushärtbaren und/oder schäumbaren Material verbindet und einen Bestandteil des Formkörpers ausbildet.
Ferner kann das Trennmittel beispielsweise zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, an einem Oberflächenbereich des in Wechselwirkung mit der Formgebungsstruktur ausgebildeten Formkörpers verbleiben bzw. einen Bestandteil des fertigen Formkörpers bilden. Zum Beispiel verbleibt das Schichtmittel nach einem zumindest abschnittsweise erfolgenden, insbesondere nach einem vollständigen, Auflösen bzw. Trennen der Formgebungsstruktur zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, an der Oberfläche des Formkörpers.
Das Schichtmittel kann beispielsweise als Flüssigkeit und/oder als Flüssigkeits-Gas-Gemisch und/oder als Feststoff bzw. in einer flüssigen Form und/oder in einer flüssiggas-gemischartigen Form und/oder in Feststoffform auf die formgebende Oberfläche der Formgebungsstruktur aufgebracht werden. Bevorzugt wird das Schichtmittel zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, als Spray und/oder als Folie auf die formgebende Oberfläche der Formgebungsstruktur aufgebracht. Dabei kann das Aufbringen des Schichtmittels vor und/oder während des Einbringens des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials in den Hohlraum erfolgen. Das Schichtmittel kann in einer vorteilhaften Ausführungsform an der Oberfläche der Formgebungsstruktur durch stoffschlüssige Verbindung bzw. durch Anhaften (vermittels eines Haftmittels, z. B. Klebstoff) verbunden sein und so in einer definierten Lage und/oder Position während des Einbringens des Materials an der Formgebungsstruktur vorliegen. Alternativ oder zusätzlich kann das Schichtmittel kraft- und/oder formschlüssig an der Formgebungsstruktur verbunden sein, zumindest während des Einbringens des Materials in den Hohlraum. Eine zumindest temporäre bzw. zumindest während des Einbringens des Materials erfolgende kraftschlüssige Verbindung des Schichtmittels an der formgebenden Oberfläche der Formgebungsstruktur kann beispielsweise vermittels Unterdrucks, z. B. durch Anlegen eines Vakuums zum Halten des in den Hohlraum eingebrachten Schichtmittels erfolgen.
Es ist möglich, dass eine Formgebungsstruktur, insbesondere wenigstens ein in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellter Formgebungsabschnitt der Formgebungsstruktur, verwendet wird, die bzw. der zumindest eine Entlüftungs-und/oder Überlauföffnung aufweist, welche während der Einbringung des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials einen Druck- und/oder Luftausgleich in dem Hohlraum und/oder ein zumindest teilweises Überlaufen des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials ausführt und/oder ermöglicht. Durch das Vorhalten von einer Entlüftungs- und/oder Überlauföffnung kann das Einbringen des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials unterstützt und/oder überprüft werden. Insbesondere dann, wenn die Entlüftungs- und/oder Überlauföffnung an dem in einem additiv hergestellten Fertigungsverfahren erzeugten Formgebungsabschnitt angeordnet ist, lassen sich die Entlüftungs- und/oder Überlauföffnung auf einfache und wirtschaftliche Weise ausbilden.
Es kann beispielsweise eine Formgebungsstruktur, insbesondere ein in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellter Formgebungsabschnitt der Formgebungsstruktur, verwendet werden, die bzw. der zumindest einen Sollbruch-und/oder Sollbiegebereich aufweist, wobei der zumindest eine Sollbruch- und/oder Sollbiegebereich derart ausgebildet ist, dass während der Einbringung und/oder einer Aktivierung des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials in den Hohlraum und/oder bei Vorliegen eines definierten Drucks der Sollbruchbereich aufbricht bzw. der Sollbiegebereich eine, insbesondere vordefinierte, Verbiegung ausführt.
Hierbei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Sollbruch- und/oder der Sollbiegebereich als Signal bzw. als Marker oder als Markierung innerhalb des Fertigungsprozesses zur Ausbildung des Formkörpers verwendet wird und das Vorliegen eines vordefinierten Prozessereignisses, insbesondere eines Prozessdrucks und/oder eines Prozesszeitpunkts, signalisiert bzw. anzeigt. Insbesondere zeigt ein Aufbrechen des Sollbruchbereichs und/oder eine definierte Verbiegung eines Sollbiegebereichs das Vorliegen von vordefinierten Prozesskräften, bevorzugt von vordefinierten Druckkräften, in dem Hohlraum an. Im Zuge der Einbringung von aushärtbaren und/oder schäumbaren Material in den Hohlraum kann es zu definierten Prozessdrücken innerhalb dieses Einbringprozesses kommen, sodass die Überwachung dieser Drücke bzw. die Erfassung und/oder die Dokumentation dieser Drücke, insbesondere eines Minimal- und/oder eines Maximaldrucks, einen Hinweis auf die Qualität des Einbringprozesses geben kann. Damit kann durch Beobachtung und/oder durch Auswertung des Sollbiege- und/oder Sollbruchbereichs eine qualitative Aussage zu dem hergestellten Formkörper bzw. zu dessen Herstellungsprozess gegeben werden. Mit anderen Worten kann durch den Sollbiege- und/oder Sollbruchbereich eine Gut-/Schlechtteil-Aussage bzw. Gut-/Schlechtformkörperinformation geschaffen bzw. getroffen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass ein erster Sollbruch-und/oder Sollbiegebereich der Formgebungsstruktur bei Vorliegen eines ersten Druckschwellwerts und wenigstens ein weiterer Sollbruchbereich und/oder Sollbiegebereich der Formgebungsstruktur bei Vorliegen eines von dem ersten Druckschwellwert unterschiedlichen Druckschwellwerts ein Aufbrechen bzw. eine Verbiegung ausführt. Bevorzugt zeigt ein Aufbrechen und/oder Verbiegen eines ersten Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs ein erstes Qualitätskriterium des Formkörpers an und ein Aufbrechen und/oder ein Verbiegen eines weiteren Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs zeigt ein weiteres Qualitätskriteriums des Formkörpers an. Ein erstes Qualitätskriterium kann beispielsweise eine Gut-Aussage darstellen, z. B. eine Aussage dahingehend, dass bei der Herstellung ein hinreichender Druck und/oder eine hinreichende Füllung des Hohlraums zur prozesssicheren Herstellung des Formkörpers vorlag. Ein weiteres nach dem ersten Qualitätskriterium sich ausbildendes Brechen und/oder Verbiegen eines Sollbruch-und/oder Sollbiegebereichs, insbesondere eines weiteren Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs kann eine Obergrenze für einen Gutbereich angeben, d. h. z. B., dass im Falle des Aufbrechens und/oder des Verbiegens des weiteren Sollbruch-und/oder Sollbiegebereichs dies als Schlecht-Information bzw. als Schlechtteil-Markierung bzw. -Marker verwendet werden kann. Z. B. gibt das Aufbrechen und/oder das Verbiegen eines weiteren Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs das Vorliegen eines zu hohen Drucks während der Herstellung des Formkörpers an, sodass dieser Formkörper z. B. einen definierten qualitativen Gutbereich überschreitet und dieser Formkörper folglich als Ausschuss identifiziert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform kann in einem zeitlich früheren Ereignis eine Verbiegung eines ersten Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs der Formgebungsstruktur und in einem zeitlich späteren Ereignis ein Aufbrechen der ersten oder eines weiteren Sollbruch-und/oder Sollbiegebereichs derselben Formgebungsstruktur ergeben.
Vorzugsweise kann der Bruch und/oder die Verbiegung wenigstens eines Sollbruch-und/oder Sollbiegebereichs automatisiert erfasst werden, sodass die Erfassungsinformation zur weiterführenden, insbesondere robotergestützten, Handhabung des bzw. der hergestellten Formkörper(s) verwendet werden kann. Damit können beispielsweise automatisiert Gut-Teile bzw. Gut-Formkörper identifiziert und von als Schlecht-Teile bzw. als Schlecht-Formkörper identifizierten Formkörper getrennt bzw. separiert werden und ggf. voneinander getrennt zu weiteren Bearbeitungsstationen (z. B. Verpackung, Ausschusssammelbehälter) transportiert werden.
Es ist möglich, dass ein erster Formgebungsabschnitt der Formgebungsstruktur bei Kontakt und/oder Einwirkung eines ersten Lösemittels ein Trennen bzw. ein Auflösen erfährt und wenigstens ein weiterer Formgebungsabschnitt der Formgebungsstruktur bei Kontakt und/oder Einwirkung eines von dem ersten Lösemittel unterschiedlichen Lösemittels ein Trennen und/oder ein Auflösen erfährt. Hierbei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Formgebungsstruktur bzw. wenigstens zwei Formgebungsabschnitte der Formgebungsstruktur aus unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisende Materialien hergestellt ist bzw. sind, sodass ein gezieltes Auflösen des ersten und des weiteren Formgebungsabschnitts bzw. von Bereichen der Formgebungsstruktur abhängig von dem eingesetzten Lösemittel ausgeführt werden kann.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: (a) Bereitstellen oder Erzeugen einer Formgebungsstruktur, welche wenigstens einen ersten, einen ersten Hohlraum ausbildenden Formgebungsabschnitt und einen weiteren, einen weiteren Hohlraum ausbildenden Formgebungsabschnitt umfasst, wobei der erste Formgebungsabschnitt zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, innerhalb des weiteren Hohlraums angeordnet oder ausgebildet ist, (b) Einbringen eines aushärtbaren oder schäumbaren Materials in den ersten Hohlraum des ersten Formgebungsabschnitts, (c) Aushärten und/oder Schäumen des ersten aushärtbaren oder schäumbaren Materials, (d) Auflösen des ersten Formgebungsabschnitts durch Beaufschlagung des ersten Formgebungsabschnitt mit einem ersten Lösemittel, (e) Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in den weiteren Hohlraum des weiteren Formgebungsabschnitts, (f) Aushärten und/oder Schäumen des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials, (g) Auflösen des weiteren Formgebungsabschnitts durch Beaufschlagung des weiteren Formgebungsabschnitt mit einem weiteren Lösemittel. Auf diese Weise kann ein Formkörper hergestellt werden, welcher durch die Verwendung von wenigstens einer additiv hergestellten Formgebungsstruktur einen hohen gestalterischen Freiheitsgrad an dessen Form ermöglicht und zugleich aus einem oder mehreren unterschiedlichen aushärtbaren und/oder schäumbaren Material besteht. Hierbei kann das unterschiedliche aushärtbare und/oder schäumbare Material von wenigstens einem Bestandteil unterschiedlich sein und/oder in der Dichte und/oder in seinem Aushärte- und/oder Schäumverhalten unterschiedlich sein.
Das aushärtbare und/oder schäumbare Material kann beispielsweise nach zumindest abschnittsweisen, insbesondere vollständigem, Auflösen der Formgebungsstruktur zumindest einen Hohlraum ausbilden, in welchen ein weiteres, von dem ersten aushärtbaren und/oder schäumbaren Material unterschiedliches oder gleichartiges aushärtbares und/oder schäumbares Material zur Ausbildung des Formkörpers eingebracht wird. Dadurch, dass das zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, von einem ersten Bereich der Formgebungsstruktur eingenommene Volumen nach dem Auflösen dieser Formgebungsstruktur bzw. dieses Bereichs der Formgebungsstruktur als Aufnahmevolumen zur Aufnahme eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials zur Verfügung steht bzw. zur entsprechenden Aufnahme benutzt wird, kann eine spezifische vordefinierte Gestalt bzw. vorgegebene Ausbildung an ersten aushärtbaren und/oder schäumbaren Material und ggf. weiteren aushärtbaren und/oder schäumbaren Material im fertigen Formkörper realisiert werden. Beispielsweise wird das weitere aushärtbare und/oder schäumbare Material in einer von dem ersten aushärtbaren und/oder schäumbaren Material unterschiedlichen Dichte zur Ausbildung des Formkörpers in den jeweiligen Hohlraum eingebracht.
Als aushärtbares und/oder schäumbares Material kann beispielsweise (a) Kunststoff, insbesondere Polyurethan (PUR) und/oder Silikone, und/oder (b) Kunstharz, insbesondere Gießharze, z. B. Epoxidharz, und/oder (c) Metall, insbesondere Eisen oder Stahl, und/oder (d) Beton verwendet werden. Das aushärtbare und/oder schäumbare Material kann beispielsweise in fließfähiger, insbesondere in flüssiger und/oder pulverförmiger Form, in den Hohlraum eingebracht werden. Durch die Fließfähigkeit kann sich das aushärtbare und/oder schäumbare Material zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt nahezu vollständig (z. B. zu 55 % bis 99%, insbesondere zu 85 bis 99 %), höchst bevorzugt vollständig, konturberührend bzw. konturausfüllend an die formgebende Oberfläche der Formgebungsstruktur anlegen bzw. diese beaufschlagen. Als Polyurethan kann beispielsweise ein Polyurethanschaum eingesetzt werden. Auch ist es möglich synthetische Polymerie wie bspw. Silikone bzw. Poly(organo)siloxane einzusetzen.
Als Material zur Ausbildung der Formgebungsstruktur kann beispielsweise (a) Kunststoff, bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, besonders bevorzugt Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetat und/oder Polystyrol, und/oder (b) ein Kunstharz verwendet werden. Damit kann z. B. ein erster Formgebungsabschnitt der Formgebungsstruktur aus einem thermoplastischen Kunststoff und ein weiterer Formgebungsabschnitt derselben Formgebungsstruktur aus einem Kunstharz ausgebildet sein. Wenigstens ein Material zur Ausbildung der Formgebungsstruktur, insbesondere zur Ausbildung von wenigstens einem Formgebungsabschnitt, kann beispielsweise einen Salzbestandteil bzw. ein Gemisch mit Salz umfassen. Hierbei kann beispielsweise Salz mit einem thermoplastischen Kunststoff gemischt sein, sodass im Auflöseschritt als Lösemittel beispielsweise Wasser für das Auflösen der Salzbestandteile und damit zum zumindest abschnittsweisen Auflösen der Formgebungsstruktur eingesetzt werden kann.
Um ein zumindest abschnittsweises, insbesondere vollständiges, Trennen bzw. Ablösen und/oder Auflösen der wenigstens einer Formgebungsstruktur zu erlangen kann beispielsweise als Lösemittel Wasser und/oder Aceton und/oder Limonen (1-Methyl-4-prop-1-en-2-yl-cyclohexen) verwendet werden. Hierbei kann (a) das Lösemittel Wasser für eine zumindest abschnittsweise Polyvinylalkohol und/oder Salz umfassende Formgebungsstruktur und/oder (b) das Lösemittel Limonen und/oder Aceton für eine zumindest abschnittsweise Polystyrol, insbesondere High Impact Polystyrene (HIPS), umfassende Formgebungsstruktur verwendet werden. Insbesondere kann wenigstens ein, bevorzugt sämtliche, Lösemittel eine einen Binder zumindest eines Abschnitts der Formgebungsstruktur auflösende oder zersetzende Wirkung aufweisen, sodass damit die Formgebungsstruktur von dem ausgehärteten und/oder geschäumten Material zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, gelöst bzw. getrennt werden kann.
Zur Herstellung zumindest eines additiv hergestellten Formgebungsabschnitts kann beispielsweise wenigstens eines der nachfolgenden Verfahren eingesetzt werden: Selektives Laser Sintern (SLS) und/oder Multi-Jet Fusion (MJF) und/oder Fused Deposition Modeling (FDM), auch als Fused Filament Fabrication (FFF) oder Schmelzschichtung bezeichnet, und/oder Continuous Liquid Interface Produktion (CLIP) und/oder Digital Light Synthesis (DLS) und/oder Stereolithographie (SLA).
Neben dem Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers betrifft die Erfindung auch einen Formkörper, bevorzugt ein Fahrzeugbauteil, besonders bevorzugt ein Kraftfahrzeugbauteil, hergestellt nach einem hierin beschriebenen Verfahren.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auf den erfindungsgemäßen Formkörper übertragbar bzw. anzuwenden.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Formkörpers unter Verwendung einer ausschließlich additiv hergestellten Formgebungsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Formkörpers unter Verwendung einer zum Teil aus einem additiven und zum Teil aus einem andersartigen Fertigungsverfahren hergestellten Formgebungsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Formkörpers unter Verwendung einer Formgebungsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel, welche zum Teil aus einer einmal zu verwendenden additiv aufgebauten und zum Teil aus einer wiederzuverwendenden Formgebungsstruktur besteht;
4 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus mehreren aushärtbaren und/oder schäumbaren Materialien bestehenden Formkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus mehreren aushärtbaren und/oder schäumbaren Materialien bestehenden Formkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine Prinzipdarstellung einer mit Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichen versehenen Formgebungsstruktur zur formgebenden Herstellung eines Formkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In den Figuren ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers 1 dargestellt, welches folgende Verfahrensschritte umfasst: (a) Ausbilden oder Bereitstellen einer zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellten Formgebungsstruktur 2, welche wenigstens einen Hohlraum 3, 3' ausbildet, (b) Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4, 4', 4" in den Hohlraum 3, 3' zur Ausbildung eines Formkörpers 1, (c) Auflösen zumindest eines Teils, insbesondere vollständiges Auflösen, der Formgebungsstruktur 2. Die Formgebungsstruktur 2 ist in den 1 bis 3 beispielhaft als zwei Formgebungsabschnitt 5, 6 bzw. als ein erster und wenigstens ein weiterer Formgebungsabschnitt 5, 6 dargestellt.
Die Formgebungsstruktur 2 kann beispielsweise aus wenigstens zwei Formgebungsabschnitten 5, 6 ausgebildet sein, wobei ein erster Formgebungsabschnitt 5 aus einem additiven Fertigungsverfahrens und ein weiterer Formgebungsabschnitt 6 aus einem andersartigen additiven Fertigungsverfahren oder aus einem nicht-additiven Fertigungsverfahren, insbesondere aus einem subtraktiven Fertigungsverfahren, hergestellt wurde. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Formgebungsabschnitt 5, 6 derart ausgebildet sein bzw. derart eingesetzt werden, dass dieser nach Fertigstellung des Formkörpers 1 als Bestandteil des Formkörper 1 an diesem verbleibt, vgl. Formgebungsabschnitt 6 gemäß 2. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Formgebungsabschnitt 5, 6 zur formgebenden Beeinflussung eines in den Hohlraum 3, 3' eingebrachten aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4, 4', 4" eines ersten und wenigstens eines weiteren Formkörper 1 eingesetzt werden. Mit anderen Worten kann z. B. ein Formgebungsabschnitt 5, 6 wiederverwendet werden, so dass dieser zur Herstellung von wenigstens zweier Formkörper 1, insbesondere zur Herstellung einer Vielzahl an Formkörper 1 eingesetzt werden kann, vgl. Formgebungsabschnitt 6 gemäß 3. In 3 wird der Formgebungsabschnitt 6 als Dauerform bzw. als formgebender Formgebungsabschnitt für eine Vielzahl an Formkörper 1 verwendet.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Formgebungsstruktur 2 aus wenigstens zwei Formgebungsabschnitten 5, 6 ausgebildet wird, welche aus demselben oder aus unterschiedlichen additiven Fertigungsverfahren hergestellt worden sind, vgl. 1. Hierbei können beispielsweise die wenigstens zwei Formgebungsabschnitt 5, 6 während des Herstellungsverfahrens vollständig aufgelöst bzw. von dem Formkörper 1 abgelöst werden.
Vor dem Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4, 4', 4" in den Hohlraum 3, 3' der Formgebungsstruktur 2 kann beispielsweise eine formgebende Oberfläche 7 der Formgebungsstruktur 2 zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, mit einem Schichtmittel 8 beaufschlagt werden bzw. zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, ein Schichtmittel 8 angeordnet oder ausgebildet werden.
Das Schichtmittel 8 kann beispielsweise zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, an einem Oberflächenbereich 9 des in Wechselwirkung mit der Formgebungsstruktur 2 ausgebildeten Formkörpers 1 verbleiben bzw. einen Bestandteil des fertigen Formkörpers 1 bilden, vgl. 1 bis 3. Damit wird es ermöglich, durch Wahl des Schichtmittels 8 eine für zumindest einen Oberflächenbereich 9 des Formkörpers 1 vorgebbare Oberflächenbeschaffenheit zu erlangen. Alternativ kann das Schichtmittel 8 lediglich als Herstellungshilfsmittel zeitweise an dem Formkörper 1 während dessen Herstellung angeordnet oder ausgebildet sein und im Endzustand des Formkörpers 1 von diesem gelöst bzw. getrennt vorliegen.
Das Schichtmittel 8 kann beispielsweise als Flüssigkeit und/oder als Flüssigkeits-Gas-Gemisch und/oder als Feststoff auf die formgebende Oberfläche 7 der Formgebungsstruktur 2 aufgebracht werden. Bevorzugt wird das Schichtmittel 8 zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, als Spray und/oder als Folie auf die formgebende Oberfläche 7 der Formgebungsstruktur 2 aufgebracht. Hierbei kann das Schichtmittel 8 durch eine kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssige Verbindung an der Oberfläche 7 der Formgebungsstruktur 2 und/oder an dem Oberflächenbereich 9 des Formkörpers 1 zumindest während der Einbringung des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4, 4', 4" verbunden bzw. befestigt sein.
Es kann vorzugsweise eine Formgebungsstruktur 2, insbesondere ein in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellter Formgebungsabschnitt 5, 6 der Formgebungsstruktur 2, verwendet werden, die zumindest einen Sollbruch- und/oder Sollbiegebereich 10, 11 aufweist bzw. aufweisen, wobei der zumindest eine Sollbruch- und/oder Sollbiegebereich 10, 11 derart ausgebildet ist, dass während der Einbringung und/oder einer Aktivierung des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4, 4', 4" in den Hohlraum 3, 3' und bei Vorliegen eines definierten Drucks der Sollbruchbereich 10, 11 aufbricht bzw. der Sollbiegebereich 10, 11 eine, insbesondere vordefinierte, Verbiegung ausführt, vgl. 6. In einer optionalen Weiterbildung kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Sollbruch- und/oder der Sollbiegebereich 10, 11 als Signal innerhalb des Fertigungsprozesses zur Ausbildung des Formkörpers 1 verwendet wird und das Vorliegen eines vordefinierten bzw. definierten Prozessereignisses, z. B. eines Prozesszeitpunkts und/oder Prozessdrucks innerhalb des Hohlraums 3, 3', signalisiert. Insbesondere zeigt ein Aufbrechen des Sollbruchbereichs 10 und/oder eine definierte Verbiegung eines Sollbiegebereichs 11 das Vorliegen von vordefinierten Prozesskräften, bevorzugt von vordefinierten Druckkräften, in dem Hohlraum 3, 3' an. In 6 ist das Verfahren und die Funktionsweise der Sollbruch- und/oder Sollbiegebereiche 10, 11 in chronologischer Abfolge beispielhaft dargestellt.
Zunächst wird in 6 eine Formgebungsstruktur 2 mit einem Hohlraum 3, 3' bereitgestellt. In einem nächsten Schritt wird das aushärtbare und/oder schäumbare Material 4, 4', 4" über eine Einbringöffnung 12 in den Hohlraum 3, 3' eingebracht. In diesem Hohlraum 3, 3' verteilt sich das aushärtbare und/oder schäumbare Material 4, 4', 4" derart, dass die dem Hohlraum 3, 3' zugewandte Oberfläche 7 der Formgebungsstruktur 2 vollständig ausgefüllt wird. Durch weiteres Zuströmen bzw. durch weitere Druckbeaufschlagung (z. B. Nachdrücken) von im Hohlraum 3, 3' befindlichen aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4, 4', 4" über die Einbringöffnung 12 steigt der auf das aushärtbare und/oder schäumbare Material 4, 4', 4" wirkende Druck innerhalb des Hohlraums 3, 3', wobei dieser Druck an der Oberfläche 7 der Formgebungsstruktur 2 anliegt. Nach Überschreiten eines ersten Druckwerts (erster Schwellwert) kann es vorgesehen sein, dass ein erster Sollbruch- und/oder Sollbiegebereich 10 (hier: Sollbruchbereich 10) einen vordefinierten Bruch und/oder Verformung bzw. Verbiegung erfährt (hier: Bruch), vgl. vorletzte Abbildung der 6. Sofern der innerhalb des Hohlraums 3, 3' herrschende Druck auf das aushärtbare und/oder schäumbare Material 4, 4', 4" weiterhin ansteigt und einen weiteren Druckwert (weiterer Schwellwert) überschritten wird, kann es zu einem Bruch- und/oder Verformungsverhalten des weiteren Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs (11) (hier: Sollbiegebereich 11) kommen.
In dem dargestellten Beispiel kann durch den Bruch des Sollbruchbereichs 10 ein erster Qualitätsmarker, welcher das Vorliegen eines für den Herstellungsprozesses notwendigen Druck signalisiert und durch die Verbiegung bzw. die Verformung des Sollbiegebereichs 11 das Vorliegen bzw. Überschreiten eines für den Herstellungsprozess unerwünschten oder erwünschten weiteren Druckwert signalisiert werden, vgl. letzte Abbildung der 6. Mit anderen Worten kann ein erster Sollbruch- und/oder Sollbiegebereich 10 der Formgebungsstruktur 2 bei Vorliegen eines ersten Druckschwellwerts und wenigstens ein weiterer Sollbruchbereich und/oder Sollbiegebereich 10, 11 der Formgebungsstruktur 2 bei Vorliegen eines von dem ersten Druckschwellwert unterschiedlichen Druckschwellwerts ein Aufbrechen bzw. eine Verbiegung ausführen. Bevorzugt zeigt ein Aufbrechen und/oder Verbiegen eines ersten Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs ein erstes Qualitätskriterium des Formkörpers 1 an und ein Aufbrechen und/oder ein Verbiegen eines weiteren Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs zeigt ein weiteres, von dem ersten Qualitätskriterium unterschiedliches Qualitätskriteriums des Formkörpers 1 an. Erstes Qualitätskriterium kann eine Gut-Aussage darstellen, z. B. es lag bei der Herstellung ein ausreichender Druck zur prozesssicheren Herstellung des Formkörpers 1 vor. Ein weiteres, nach dem ersten Qualitätskriterium sich ausbildendes Brechen und/oder Verbiegen eines Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs 10, 11 kann eine Obergrenze für einen Gutbereich angeben, d. h. z. B., dass im Falle des Aufbrechens und/oder des Verbiegens des weiteren Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs 10, 11 dies als Schlecht-Information verwendet werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Verformen und/oder Biegen des Sollbiegebereichs 10, 11 eine gezielte Verformung zum Erreichen einer Zielgeometrie des wenigstens einen Formkörpers 1 umfassen. Auch kann das Verformen und/oder das Biegen eines Sollbiegebereichs 10, 11 eine Doppelfunktion innehaben: (a) Indikator für das Vorliegen eines gewünschten Prozessereignisses und (b) definierte, insbesondere plastische, Verformung der Formgebungsstruktur zur Erlangung einer Zielgeometrie des Formkörpers 1.
Gemäß der beispielhaft in 5 gezeigten Ausführungsform kann ein erster Formgebungsabschnitt 5, 5', 5" der Formgebungsstruktur 2 beispielsweise bei Kontakt und/oder Einwirkung eines ersten Lösemittels 13 ein Trennen bzw. ein Auflösen erfahren und wenigstens ein weiterer Formgebungsabschnitt 6, 6' der Formgebungsstruktur 2 bei Kontakt und/oder Einwirkung eines von dem ersten Lösemittel 13 unterschiedlichen, weiteren Lösemittels 14 ein Trennen und/oder ein Auflösen erfahren. Dabei sind die Formgebungsabschnitte 5, 5', 5", 6, 6' derart ausgebildet bzw. aus einem unterschiedlichen Material und/oder aus unterschiedlichen Bestandteilen ausgebildet, sodass abhängig des Kontakts bzw. des Vorliegens eines bestimmten Lösemittels 13, 14 gezielt ausschließlich der erste und/oder der weitere Formgebungsabschnitt 5, 5', 5", 6, 6' aufgelöst werden kann bzw. von dem den Formkörper 1 ausbildenden aushärtbare und/oder schäumbare Material 4, 4', 4" getrennt und/oder abgelöst werden kann. Mit anderen Worten kann mit einem ersten Lösemittel 13 ausschließlich das Material eines ersten Formgebungsabschnitts 5, 5', 5" bzw. einer Gruppe erster Formgebungsabschnitte 5, 5' und mit einem weiteren Lösemittel 14 ausschließlich das Material eines weiteren Formgebungsabschnitts 6, 6' bzw. einer Gruppe weiterer Formgebungsabschnitte 6, 6' gelöst bzw. von dem ausgehärteten und/oder geschäumten Material 4, 4', 4", 16, 16' abgelöst werden. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn vor oder nach einem Auflösen eines definierten Formgebungsabschnitts 5, 5', 5", 6, 6' ein erstes und/oder ein weiteres aushärtbare und/oder schäumbare Material 4, 4', 4", 16, 16' in von den Formgebungsabschnitten 5, 5', 5" 6, 6' definierte Hohlräume 3, 3', 6, 6' eingebracht wird.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: (a) Bereitstellen oder Erzeugen einer Formgebungsstruktur 2, welche wenigstens einen ersten Formgebungsabschnitt 5, 5', 5" bzw. eine Gruppe erster Formgebungsabschnitte 5, 5', 5" mit einem ersten Hohlraum 3, 3' und/oder einer Gruppe erster Hohlräume 3, 3' ausbildendet und einen weiteren Formgebungsabschnitt 6, 6' oder eine Gruppe weiterer Formgebungsabschnitte 6, 6', welcher bzw. welche wenigstens einen weiteren Hohlraum 15, 15' ausbilden umfasst. Hierbei ist der erste Formgebungsabschnitt 5, 5', 5" zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, innerhalb des weiteren Hohlraums 15, 15' angeordnet oder ausgebildet ist, (b) Einbringen eines aushärtbaren oder schäumbaren Materials 4, 4', 4" in den ersten Hohlraum 3, 3' des ersten Formgebungsabschnitts 5, (c) Aushärten und/oder Schäumen des ersten aushärtbaren oder schäumbaren Materials 4, 4', 4", (d) Auflösen des ersten Formgebungsabschnitts 5 durch Beaufschlagung des ersten Formgebungsabschnitt 5 mit einem ersten Lösemittel 13, (e) Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4, 4', 4", 16, 16' zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in den weiteren Hohlraum 15, 15' des weiteren Formgebungsabschnitts 6, (f) Aushärten und/oder Schäumen des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4, 4', 4", 16, 16' (g) Auflösen des weiteren Formgebungsabschnitts 6 durch Beaufschlagung bzw. durch Kontakt des weiteren Formgebungsabschnitt 6 mit einem weiteren Lösemittel 14. Dieses Verfahren ist den chronologisch den Ablauf dieses Verfahrens anzeigenden Abbildungen der 5 dargestellt. Durch das sukzessive und/oder zumindest teilweise Auflösen der einzelnen Formgebungsabschnitte 5, 5', 5", 6, 6' können die jeweiligen durch die Formgebungsabschnitte 5, 5', 5", 6, 6' sich durch das Auflösen der anderen Formgebungsabschnitte 5, 5', 5", 6, 6' sich bildenden Hohlräume 3, 3', 15, 15' sich verändern bzw. erweitern, sodass ein zur Aufnahme eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4, 4', 4", 16, 16' bereitgestellter Hohlraum 3, 3',15, 15' durch einen benachbarten Formgebungsabschnitt 5, 5', 5", 6, 6' und ggf. vorhandenem ebenfalls in dem Hohlraum 3, 3',15, 15' vorhandenen ausgehärteten und/oder geschäumten Material 4, 4', 4", 16, 16' definiert bzw. gebildet wird.
In der 5 bzw. in den 5 und 5.2 wird die Herstellung bzw. das Herstellungsverfahren zur Erlangung eines Formkörper 1 dargestellt, welcher aus mehreren Schichten unterschiedlicher aushärtbarer und/oder schäumbarer Materialien 4, 4', 4" 16, 16' besteht. Hierzu wird sukzessive aushärtbares und/oder schäumbares Material 4, 4', 4", 16, 16" in unterschiedliche Hohlräume 3, 3',16, 16" eingebracht. Dabei werden wiederum sukzessive definierte Bereiche der Formgebungsstruktur 2, d. h. gezielt definierte Formgebungsabschnitte 5, 5', 5", 6, 6' durch das Einfüllen von Lösemittel 13, 14 in Hohlräume 3, 3',15, 15' der Formgebungsstruktur 2 aufgelöst und damit die Hohlraumstruktur für das Einfüllen der jeweiligen aushärtbaren und/oder schäumbaren Materialien 4, 4', 4", 16, 16' geschaffen.
Das aushärtbare und/oder schäumbare Materials 4, 4', 4", 16, 16' kann beispielsweise nach einem zumindest abschnittsweisen, insbesondere vollständigen, Auflösen der Formgebungsstruktur 2 zumindest einen Hohlraum 3, 3',16, 16' ausbilden, in welchen ein weiteres, von dem ersten aushärtbaren und/oder schäumbaren Material 4, 4', 4" unterschiedliches oder gleichartiges aushärtbares und/oder schäumbares Material 16, 16' zur Ausbildung des Formkörpers 1 eingebracht wird. Dadurch, dass unterschiedliche aushärtbare und/oder schäumbare Materialien 4, 4', 4", 16, 16' (unterschiedlich bzgl. derer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften) zur Herstellung des Formkörper 1 eingesetzt werden können, kann eine bereichsabhängig unterschiedliche Ausbildung bzw. bereichsabhängig unterschiedliche Bauteileigenschaften bzw. Formkörpereigenschaften aufweisender Formkörper hergestellt werden, vgl. 4.
Gemäß dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Formgebungsstruktur 2 mehrere Hohlräume 3, 3',16, 16' auf die getrennt von einander vorliegen und getrennt voneinander mit einem ersten aushärtbaren und/oder schäumbaren Material 4 befüllt werden können. Nach einem Aushärten und/oder einem Schäumen des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials 4 kann die Formgebungsstruktur 2 aufgelöst werden, z. B. durch Einwirkung thermischer Energie. Die Bereiche der Formgebungsstruktur 2 bilden danach Hohlräume aus, welche mit einem weiteren aushärtbaren und/oder schäumbaren Material 4' befüllt werden können. Dabei kann die die „neuen“ Hohlräume umgebende Oberfläche des ersten ausgehärteten und/oder geschäumten Materials 4 als neue „Formgebungsstruktur“ für ein weiteres aushärtbares und/oder schäumbares Material 4' dienen. Damit kann schließlich ein Formkörper 1 hergestellt werden, welcher aus wenigstens zwei aushärtbaren und/oder schäumbaren Materialien 4 besteht.
Als aushärtbares und/oder schäumbares Material kann beispielsweise Kunststoff, insbesondere Polyurethan (PUR), Silikone, und/oder Kunstharz, insbesondere Gießharze und/oder Epoxidharze, und/oder Metall, insbesondere Eisen oder Stahl, und/oder Beton verwendet werden. Als Material zur Ausbildung der Formgebungsstruktur 2 kann beispielsweise Kunststoff, bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, besonders bevorzugt Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetat und/oder Polystyrol, und/oder ein Kunstharz verwendet werden. Zum zumindest abschnittsweisen, insbesondere vollständigen, Trennen und/oder zum Auflösen bzw. zum zumindest abschnittsweisen, insbesondere vollständigen Ablösen der Formgebungsstruktur 2 von dem aushärtbare und/oder schäumbare Material 4, 4' kann beispielsweise das Lösemittel Wasser und/oder Aceton und/oder Limonen (1-Methyl-4-prop-1-en-2-yl-cyclohexen) verwendet werden.
Zur Herstellung zumindest eines additiv hergestellten Formgebungsabschnitts 5, 5', 5", 6, 6' kann beispielsweise wenigstens eines der nachfolgenden Verfahren eingesetzt werden: Selektives Laser Sintern (SLS) und/oder Multi-Jet Fusion (MJF) und/oder Fused Deposition Modeling (FDM) und/oder Continuous Liquid Interface Produktion (CLIP) und/oder Digital Light Synthesis (DLS) und/oder Stereolithographie (SLA).
Die Erfindung betrifft neben einem Verfahren wenigstens einen Formkörper 1, bevorzugt wenigstens ein Fahrzeugbauteil, besonders bevorzugt wenigstens ein Kraftfahrzeugbauteil, hergestellt nach einem hierin beschriebenen Verfahren.
Bezugszeichenliste

1: Formkörper
2: Formgebungsstruktur
3, 3': Hohlraum
4, 4', 4'': aushärtbares und/oder schäumbares Material
5, 5', 5'': erster Formgebungsabschnitt
6, 6': weiterer Formgebungsabschnitt
7: Oberfläche von 2
8: Schichtmittel
9: Oberflächenbereich von 1
10: Sollbruch und/oder Sollbiegebereich
11: Sollbruch und/oder Sollbiegebereich
12: Einbringöffnung
13: erstes Lösemittel
14: weiteres Lösemittel
15, 15': weiterer Hohlraum
16, 16': weiteres aushärtbares und/oder schäumbares Material

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (1), umfassend folgende Verfahrensschritte: - Ausbilden oder Bereitstellen einer zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellten Formgebungsstruktur (2), welche wenigstens einen Hohlraum (3, 3',15, 15') ausbildet, - Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials (4, 4', 4", 16, 16') in den Hohlraum (3, 3',15, 15') zur Ausbildung eines Formkörpers (1), - Auflösen zumindest eines Teils, insbesondere vollständiges Auflösen, der Formgebungsstruktur (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebungsstruktur (2) aus wenigstens zwei Formgebungsabschnitten (5, 5', 6, 6') ausgebildet wird, wobei ein erster Formgebungsabschnitt (5, 5') aus einem additiven Fertigungsverfahrens und ein weiterer Formgebungsabschnitt (6, 6') aus einem andersartigen additiven Fertigungsverfahren oder aus einem nicht-additiven Fertigungsverfahren, insbesondere aus einem subtraktiven Fertigungsverfahren, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials (4, 4', 4", 16, 16') in den Hohlraum (3, 3',15, 15') der Formgebungsstruktur (2) eine formgebende Oberfläche (7) der Formgebungsstruktur (2) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, ein Schichtmittel (8) angeordnet oder ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtmittel (8) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, an einem Oberflächenbereich (9) des in Wechselwirkung mit der Formgebungsstruktur (2) ausgebildeten Formkörpers (1) verbleibt bzw. einen Bestandteil des fertigen Formkörpers (1) bildet.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtmittel (8) als Flüssigkeit und/oder als Flüssigkeits-Gas-Gemisch und/oder als Feststoff auf die formgebende Oberfläche (7) der Formgebungsstruktur (2) aufgebracht wird, bevorzugt wird das Schichtmittel (8) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, als Spray und/oder als Folie auf die formgebende Oberfläche (7) der Formgebungsstruktur (2) aufgebracht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formgebungsstruktur (2), insbesondere ein in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellter Formgebungsabschnitt (5, 6) der Formgebungsstruktur (2), verwendet wird, die zumindest einen Sollbruch- und/oder Sollbiegebereich (10, 11) aufweist, wobei der zumindest eine Sollbruch- und/oder Sollbiegebereich (10, 11) derart ausgebildet ist, dass während der Einbringung und/oder einer Aktivierung des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials (4, 4', 4", 16, 16') in den Hohlraum (3, 3',15, 15') und/oder bei Vorliegen eines definierten Drucks der Sollbruchbereich (10, 11) aufbricht bzw. der Sollbiegebereich (10, 11) eine, insbesondere vordefinierte, Verbiegung ausführt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollbruch- und/oder der Sollbiegebereich (10, 11) als Signal innerhalb des Fertigungsprozesses zur Ausbildung des Formkörpers (1) verwendet wird und das Vorliegen eines vordefinierten Prozessereignisses signalisiert, insbesondere zeigt ein Aufbrechen des Sollbruchbereichs (10, 11) und/oder eine definierte Verbiegung eines Sollbiegebereichs (10, 11) das Vorliegen von vordefinierten Prozesskräften, bevorzugt eines vordefinierten Drucks, in dem Hohlraum (3, 3',15, 15'), an.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Sollbruch- und/oder Sollbiegebereich (10) der Formgebungsstruktur (2) bei Vorliegen eines ersten Druckschwellwerts und wenigstens ein weiterer Sollbruchbereich und/oder Sollbiegebereich (11) der Formgebungsstruktur (2) bei Vorliegen eines von dem ersten Druckschwellwert unterschiedlichen Druckschwellwerts ein Aufbrechen bzw. eine Verbiegung ausführt, bevorzugt zeigt ein Aufbrechen und/oder Verbiegen eines ersten Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs (10) ein erstes Qualitätskriterium des Formkörpers (1) an und ein Aufbrechen und/oder ein Verbiegen eines weiteren Sollbruch- und/oder Sollbiegebereichs (11) zeigt ein weiteres Qualitätskriteriums des Formkörpers (1) an.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Formgebungsabschnitt (5, 5') der Formgebungsstruktur (2) bei Kontakt und/oder Einwirkung eines ersten Lösemittels (13) ein Trennen bzw. ein Auflösen erfährt und wenigstens ein weiterer Formgebungsabschnitt (6, 6') der Formgebungsstruktur (2) bei Kontakt und/oder Einwirkung eines von dem ersten Lösemittel (13) unterschiedlichen Lösemittels (14) ein Trennen und/oder ein Auflösen erfährt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden, gekennzeichnet durch - Bereitstellen oder Erzeugen einer Formgebungsstruktur (2), welche wenigstens einen ersten, einen ersten Hohlraum (3, 3') ausbildenden Formgebungsabschnitt (5, 5') und einen weiteren, einen weiteren Hohlraum (15, 15') ausbildenden Formgebungsabschnitt (6) umfasst, wobei der erste Formgebungsabschnitt (5, 5') zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, innerhalb des weiteren Hohlraums (15, 15') angeordnet oder ausgebildet ist, - Einbringen eines aushärtbaren oder schäumbaren Materials (4, 4', 4", 16, 16') in den ersten Hohlraum (3, 3') des ersten Formgebungsabschnitts (5, 5'), - Aushärten und/oder Schäumen des ersten aushärtbaren oder schäumbaren Materials (4, 4', 4", 16, 16'), - Auflösen des ersten Formgebungsabschnitts (5) durch Beaufschlagung des ersten Formgebungsabschnitt (5, 5') mit einem ersten Lösemittel (13), - Einbringen eines aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials (4, 4', 4", 16, 16') zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in den weiteren Hohlraum (15, 15') des weiteren Formgebungsabschnitts (6, 6'), - Aushärten und/oder Schäumen des aushärtbaren und/oder schäumbaren Materials (4, 4', 4", 16, 16'), - Auflösen des weiteren Formgebungsabschnitts (6, 6') durch Beaufschlagung des weiteren Formgebungsabschnitt (6, 6') mit einem weiteren Lösemittel (14).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare und/oder schäumbaren Materials (4, 4', 4") nach zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständigem, Auflösen der Formgebungsstruktur (2) zumindest einen Hohlraum (3, 3', 15, 15') ausbildet, in welchen ein weiteres, von dem ersten aushärtbaren und/oder schäumbaren Material (4, 4', 4") unterschiedliches oder gleichartiges aushärtbares und/oder schäumbares Material (16, 16') zur Ausbildung des Formkörpers (1) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als aushärtbares und/oder schäumbares Material (4, 4', 4", 16, 16') Kunststoff, insbesondere Polyurethan (PUR), Silikone, und/oder Kunstharz, insbesondere Gießharze, und/oder Metall, insbesondere Eisen oder Stahl, und/oder Beton verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material zur Ausbildung der Formgebungsstruktur (2) Kunststoff, bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, besonders bevorzugt Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetat und/oder Polystyrol, und/oder ein Kunstharz verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum zumindest abschnittsweisen, insbesondere vollständigen, Trennen und/oder zum Auflösen der wenigstens einer Formgebungsstruktur (2) als Lösemittel (13, 14) Wasser und/oder Aceton und/oder Limonen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung zumindest eines additiv hergestellten Formgebungsabschnitts (5, 5', 5", 6, 6') wenigstens eines der nachfolgenden Verfahren eingesetzt wird: Selektives Laser Sintern (SLS) und/oder Multi-Jet Fusion (MJF) und/oder Fused Deposition Modeling (FDM) und/oder Continuous Liquid Interface Produktion (CLIP) und/oder Digital Light Synthesis (DLS) und/oder Stereolithographie (SLA).
Formkörper (1), bevorzugt Fahrzeugbauteil, besonders bevorzugt Kraftfahrzeugbauteil, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.