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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils definierter geometrischer Soll-Abmessungen, insbesondere definierter Soll-Außenabmessungen.
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Entsprechende Verfahren sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl an unterschiedlichen Ausführungen dem Grunde nach zur Herstellung verschiedenartiger Kunststoffbauteile bekannt.
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Bekanntermaßen können Kunststoffbauteile mittlerweile zuverlässig über additive Fertigungsprozesse ausgebildet werden, mithin können entsprechende Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen mittlerweile auch über additive Fertigungsprozesse realisiert werden, in welchen die Kunststoffbauteile typischerweise durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialien additiv aufgebaut werden.
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Wenngleich sich mit additiven Fertigungsprozessen eine schier unendliche Anzahl an geometrisch-konstruktiv und damit funktionell unterschiedlich konfigurierten Kunststoffbauteilen auch in Einzelfertigung herstellen lässt, können die für additiv ausgebildete Kunststoffbauteile charakteristischen Eigenschaften, d. h. insbesondere Oberflächeneigenschaften, welche z. B. haptisch und/oder optisch Rückschlüsse auf den schichtweisen Aufbau ziehen lassen, für bestimmte Anwendungen bisweilen unerwünscht sein.
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Mithin besteht ein Bedarf nach einem demgegenüber verbesserten Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein, insbesondere im Hinblick auf die Möglichkeit der Erzeugung gewünschter Eigenschaften, d. h. insbesondere gewünschter Oberflächeneigenschaften, wie insbesondere haptischer und/oder mechanischer und/oder optischer Oberflächeneigenschaften, verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils definierter geometrischer Soll-Abmessungen, insbesondere definierter Soll-Außenabmessungen. Das Verfahren beinhaltet bzw. umfasst sonach Schritte, vermittels welchen sich ein Kunststoffbauteil definierter geometrischer Soll-Abmessungen, insbesondere definierter Soll-Außenabmessungen, herstellen lässt.
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Unter einem verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten Kunststoffbauteil ist im Allgemeinen typischerweise ein Bauteil zu verstehen, welches, wie sich im Weiteren ergibt, eine aus wenigstens einem Kunststoffmaterial gebildete oder wenigstens ein solches umfassende Grundkörperstruktur umfasst. Die geometrisch-konstruktiven Eigenschaften einer entsprechenden Grundkörperstruktur können in Abhängigkeit der geometrisch-konstruktiven Eigenschaften des jeweiligen Kunststoffbauteils gewählt werden. Eine entsprechende Grundkörperstruktur kann, wie sich im Weiteren ergibt, ein oder mehrere, insbesondere kanalartige bzw. -förmige, Hohlräume aufweisen. Eine entsprechende Grundkörperstruktur kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein.
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Bei einem verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten Kunststoffbauteil kann es sich in allen Ausführungsformen um ein Funktionsbauteil, mithin um ein Bauteil, welches im Hinblick auf eine bestimmte Anwendung wenigstens eine Funktion innehat, handeln. Eine Funktion kann z. B. eine Abdeckfunktion z. B. zur Abdeckung eines Drittgegenstands, eine Halterungsfunktion, z. B. zur Halterung eines Drittgegenstands, eine Lagerungsfunktion, z. B. zur Lagerung eines Drittgegenstands, eine Versorgungsfunktion, z. B. zur Versorgung eines Drittgegenstands mit einem Energieträger oder einem Versorgungsmedium, oder eine Temperierungsfunktion, z. B. zur Temperierung eines Drittgegenstands, etc. sein.
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Bei einem verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten Kunststoffbauteil kann es sich z. B. um ein an oder in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, weiter insbesondere einem Personenkraftwagen, zu verbauendes Fahrzeugbauteil handeln. Mithin kann verfahrensgemäß insbesondere ein Kunststoffbauteil in Form eines Fahrzeugbauteils, mithin ein an oder in einem Fahrzeug - hierbei kann es sich grundsätzlich um ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln -hergestellt werden. Konkret kann es sich bei einem entsprechenden Fahrzeugbauteil beispielsweise um ein Verkleidungsbauteil zur Verkleidung eines Teils eines Fahrzeugaußenraums oder -innenraums handeln.
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Grundsätzlich kommt als verfahrensgemäß herzustellendes bzw. hergestelltes Kunststoffbauteil jedwedes Bauteil in Betracht, bei welchem besondere Oberflächeneigenschaften, d. h. insbesondere eine besondere Oberflächenstrukturierung, erforderlich oder wünschenswert ist, welche keine haptischen und/oder optischen Rückschlüsse auf einen schichtweisen Aufbau in einem additiven Fertigungsprozess zulassen bzw. zulässt.
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Die einzelnen Schritte des Verfahrens werden im Folgenden näher erläutert:
- In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Ausbilden einer entsprechenden Grundkörperstruktur. Das Ausbilden der Grundkörperstruktur erfolgt in einem bzw. beinhaltet einen (ersten) additiven Fertigungsprozess, in welchem ein oder mehrere Kunststoffmaterialien, d. h. insbesondere ein oder mehrere thermoplastische Kunststoffmaterialien, zur additiven Ausbildung eines dreidimensionalen Objekts, d. h. vorliegend der Grundkörperstruktur, verarbeitet werden. Der additive Fertigungsprozess ermöglicht einen schichtweisen Aufbau der Grundkörperstruktur. Die Grundkörperstruktur kann sonach grundsätzlich mit schier unendlichen Freiheitsgraden im Hinblick auf ihre geometrisch-konstruktive Gestaltung ausgebildet werden.
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Wie sich im Weiteren ergibt, kommen zum additiven Ausbilden der Grundkörperstruktur insbesondere extrusionsbasierte additive Fertigungsprozesse in Betracht, in welchen sich Kunststoffmaterialien extrusionsbasiert in Form von Material- bzw. Schmelzebahnen über eine wenigstens einen Extruder umfassende Extrusionseinheit kontinuierlich, quasikontinuierlich oder diskontinuierlich schichtweise auf einem Untergrund, d. h. insbesondere auf einer Bauplatte oder wenigstens einer zuvor aufgebrachten Material- bzw. Schmelzebahn, aufbauen lassen. Eine entsprechende Extrusionseinheit kann dabei über eine geeignete Lagerungseinrichtung in einem oder mehreren Bewegungsfreiheitsgrad relativ zu dem jeweiligen Untergrund bewegbar sein.
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Das Ausbilden der Grundkörperstruktur in dem ersten Schritt kann neben dem eigentlichen additiven Aufbau der Grundkörperstruktur in einem (ersten) additiven Fertigungsprozess auch ein, z. B. mechanisches und/oder thermisches, Nachbearbeiten der zuvor additiv aufgebauten Grundkörperstruktur in wenigstens einem Nachbearbeitungsprozess beinhalten.
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Die Grundkörperstruktur wird verfahrensgemäß gezielt mit einem definierbaren bzw. definierten Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils ausgebildet. In dem ersten Schritt des Verfahrens wird sonach in einem additiven Fertigungsprozess, d. h. insbesondere durch eine sukzessive schichtweise Ausbildung von Querschnitten der Grundkörperstruktur, und/oder in einem, z. B. mechanischen und/oder thermischen, Nachbearbeitungsprozess eine Grundkörperstruktur gebildet, welche bewusst (noch) nicht die definierten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils, sondern ein bestimmtes Untermaß aufweist. Der Begriff „Untermaß“ berücksichtigt sonach auch die Abmessungen der Grundkörperstruktur nach Durchführung etwaiger Nachbearbeitungsprozesse, wie z. B. mechanischer und/oder thermischer Nachbearbeitungsprozesse, durch welche die Abmessungen der zuvor additiv ausgebildeten Grundkörperstruktur, z. B. durch thermische und/oder mechanische Prozesse, auf ein Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils reduziert werden. Der Begriff „additiver Fertigungsprozess“ kann sonach neben dem eigentlichen additiven Fertigungsprozess auch wenigstens einen Nachbearbeitungsprozess beinhalten. Die nach dem ersten Schritt vorliegende Grundkörperstruktur weist sonach ein Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils auf, welches aus dem (ersten) additiven Fertigungsprozess und/oder einem Nachbearbeitungsprozess resultiert.
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Die Grundkörperstruktur wird aufgrund des Untermaßes sonach endkonturnah ausgebildet. Der die Grundkörperstruktur beschreibende, dem jeweiligen additiven Fertigungsprozess zugrundeliegenden Datensatz beschreibt sonach nicht das verfahrensgemäß herzustellende Kunststoffbauteil respektive dessen Soll-Abmessungen, sondern in Form der Grundkörperstruktur ein diesem typischerweise geometrisch-konstruktiv ähnelndes, jedoch, vereinfacht gesagt, aufgrund des definierten Untermaßes im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils kleineres Kunststoffbauteil.
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Ein jeweiliges Untermaß der Grundkörperstruktur kann je nach den konkreten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils eine Abweichung von einem oder mehreren Prozenten von den Soll-Abmessungen bedeuten. Dies kann konkret bedeuten, dass ein entsprechendes Untermaß der Grundkörperstruktur je nach den konkreten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils eine Abweichung von einem oder mehreren Mikrometern, Millimetern oder gegebenenfalls sogar Zentimetern bedeuten kann. Mithin kann eine Grundkörperstruktur für das einfache Beispiel eines Quaders z. B. eine um einige Mikrometern, Millimetern oder gegebenenfalls sogar Zentimetern geringere Länge und/oder Breite und/oder Höhe als das Kunststoffbauteil aufweisen. Analoges gilt selbstverständlich für jedwede andere Geometrie einer Grundkörperstruktur bzw. eines Kunststoffbauteils.
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Es ist denkbar, dass die Grundkörperstruktur nur bereichsweise mit einem entsprechenden Untermaß ausgebildet wird. Die Grundkörperstruktur kann sonach einen oder mehrere erste Bereiche aufweisen, welche mit einem definierten Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils ausgebildet sind bzw. werden und damit nicht die Soll-Abmessungen des jeweiligen Kunststoffbauteils aufweisen, sowie einen oder mehrere zweite Bereiche aufweisen, welche nicht mit einem definierten Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils ausgebildet sind bzw. werden und die Soll-Abmessungen des jeweiligen Kunststoffbauteils aufweisen.
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In einem zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Anbringen wenigstens eines die Grundkörperstruktur zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, umhüllenden Hüllelements auf den freiliegenden Oberflächen der Grundkörperstruktur unter Ausbildung des herzustellenden Kunststoffbauteils. Das wenigstens eine Hüllelement wird insbesondere an bzw. auf die Bereiche der Grundkörperstruktur angebracht, welche zuvor mit einem entsprechenden Untermaß ausgebildet wurden. Mithin wird das wenigstens eine Hüllelement insbesondere auf entsprechende erste Bereiche angebracht, welche mit einem Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils ausgebildet sind bzw. wurden.
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Verfahrensgemäß wird dabei ein Hüllelement verwendet, dessen Wandstärke das Untermaß der Grundkörperstruktur im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils ausgleicht und somit kompensiert. Die Dicke bzw. Wandstärke des jeweils verwendeten Hüllelements ist verfahrensgemäß sonach gezielt so gewählt, dass das aus dem Untermaß resultierende Delta bzw. der aus dem Untermaß resultierende Unterschied der Abmessungen der Grundkörperstruktur zu den definierten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils durch Anbringen des wenigstens einen Hüllelements ausgeglichen bzw. kompensiert wird. Mithin werden die definierten Soll-Abmessungen des Kunststoffbauteils durch Anbringen des wenigstens einen Hüllelements auf der Grundkörperstruktur erreicht, das Kunststoffbauteil wird mit den definierten Soll-Außenabmessungen sonach erst durch Anbringen des Hüllelements auf der Grundkörperstruktur hergestellt.
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Analoges ist mit mehreren Hüllelementen denkbar; mithin kann die Dicke bzw. Wandstärke mehrerer Hüllelemente verfahrensgemäß gezielt so aufeinander abgestimmt bzw. gewählt werden, dass das aus dem Untermaß resultierende Delta der Abmessungen der Grundkörperstruktur zu den definierten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils durch, insbesondere lagenweises, Anbringen mehrerer Hüllelemente auf der Grundkörperstruktur ausgeglichen bzw. kompensiert wird.
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Zu erwähnen sei auch, dass die Grundkörperstruktur abschnittsweise mit unterschiedlichen Untermaßen relativ zu den Soll-Abmessungen des jeweiligen Kunststoffbauteils ausgebildet sein bzw. werden kann, sodass abschnittsweise unterschiedliche Hüllelemente und/oder eine unterschiedliche Anzahl an Hüllelementen vorgesehen werden können, um das aus dem jeweiligen Untermaß resultierende Delta der Abmessungen der Grundkörperstruktur zu den definierten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils durch Anbringen einer oder mehrerer Hüllelemente auszugleichen bzw. bzw. zu kompensieren.
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Die Oberflächeneigenschaften des verfahrensgemäß hergestellten Kunststoffbauteils werden sonach zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, durch die Oberflächeneigenschaften des wenigstens einen Hüllelements definiert. Derart ist zunächst eine zuverlässige Möglichkeit gegeben, etwaige Rückschlüsse auf die additive Fertigung der Grundkörperstruktur zu verhindern, als die Grundkörperstruktur zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, von dem wenigstens einen Hüllelement umhüllt ist, sodass eine aus dem additiven Fertigungsprozess der Grundkörperstruktur resultierende Schichtstruktur, insbesondere haptisch und/oder mechanisch und/oder optisch, nicht mehr wahrnehmbar ist. Zudem ist eine Möglichkeit gegeben, dem Kunststoffbauteil gezielt und insbesondere unabhängig von den Oberflächeneigenschaften der Grundkörperstruktur bestimmte Oberflächeneigenschaften zu verleihen. Je nach konkreter Ausführung des wenigstens einen Hüllelements können dem Kunststoffbauteil z. B. bestimmte akustische, elektrische, haptische, mechanische, optische oder thermische Oberflächeneigenschaften verliehen werden. Ferner können dem Kunststoffbauteil bestimmte strukturelle Eigenschaften, d. h. insbesondere mechanische Eigenschaften, wie z. B. eine bestimmte Festigkeit, verliehen werden.
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In gleicher Weise können bestimmte Funktionalitäten in das Kunststoffbauteil integriert werden. Beispielsweise können elektrisch und/oder thermisch leitfähige Strukturen, wie z. B. Leiterbahnen, in das Kunststoffbauteil integriert werden. Entsprechende leitfähige Strukturen können z. B. in der Grundkörperstruktur und/oder in dem wenigstens einen Hüllelement angeordnet oder ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend können entsprechende leitfähige Strukturen zwischen der Grundkörperstruktur und dem wenigstens einen Hüllelement angeordnet oder ausgebildet sein. Die Grundkörperstruktur und/oder das wenigstens eine Hüllelement kann hierfür gegebenenfalls mit geeigneten, z. B. nutartigen, Aufnahmen versehen sein, welche eine stabile Anordnung entsprechender leitfähiger Strukturen ermöglichen. Analoges gilt für anders funktionalisierte Strukturen, wie z. B. Datenkommunikationsstrukturen, Bewehrungsstrukturen, Verstärkungsstrukturen, etc. Analoges gilt ferner für andere Funktionselemente, wie z. B. Codierungselemente, Kommunikationselemente, wie z. B. RFID-Elemente, Sensorelemente, etc., welche ebenso in entsprechender Weise in das Kunststoffbauteil integriert werden können.
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Das Verfahren sieht sonach typischerweise zwei separate Schritte vor: einen ersten Schritt, in welchem die Grundkörperstruktur mit einem bestimmten Untermaß ausgebildet wird, und einen zweiten Schritt, in welchem das Untermaß der Grundkörperstruktur durch Anbringen wenigstens eines Hüllelements unter Ausbildung des Kunststoffbauteils ausgeglichen bzw. kompensiert wird.
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Insgesamt liegt damit ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils vor.
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Die Grundkörperstruktur kann, wie erwähnt, aus einem Kunststoffmaterial, d. h. insbesondere einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, additiv ausgebildet werden. Zur Ausbildung der Grundkörperstruktur kommt sonach eine Materialgruppe in Betracht, welche sich sowohl unter technischen Gesichtspunkten, d. h. insbesondere auch fertigungstechnischen Gesichtspunkten, als auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten gegenüber anderen Materialgruppen auszeichnet. Lediglich beispielhaft und damit nicht abschließend wird auf Polyolefin-basierte Kunststoffmaterialien, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, oder nicht Polyolefin-basierte Kunststoffmaterialien, wie z. B. Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere, Polyamide, Polycarbonate, Polyetheretherketone, Polyetherimide, Polyimide, Polystyrole, etc. verwiesen, welche zur additiven Ausbildung der Grundkörperstruktur verwendet werden können. Auch zumindest teilweise, gegebenenfalls vollständig, rezyklierte Kunststoffmaterialien kommen in Betracht. Der Begriff „Kunststoffmaterial“ beinhaltet in allen Fällen auch Mischungen von Kunststoffmaterialien, welche sich in einem chemischen und/oder physikalischen Materialparameter gleichen oder unterscheiden. Ebenso beinhaltet der Begriff „Kunststoffmaterial“ auch mit einem oder mehreren, z. B. faser- und/oder partikelförmigen, Füllstoffen gefüllte Kunststoffmaterialien.
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Verfahrensgemäß kann wenigstens ein Hüllelement verwendet werden, welches eine flächige geometrische Gestalt aufweist. Das wenigstens eine Hüllelement weist typischerweise ein gewisses Umformungs- oder Verformungsvermögen auf, um sich möglichst vollflächig an die jeweiligen Bereiche der Grundkörperstruktur anlegen zu können. Das Umformungs- oder Verformungsvermögen des wenigstens einen Hüllelements kann gegebenenfalls durch eine Temperierung, d. h. insbesondere eine Erwärmung, des wenigstens einen Hüllelements begünstigt werden.
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Konkret kann verfahrensgemäß daher z. B. ein Hüllelement in Form eines Folien- , Platten- oder Beschichtungsmaterials verwendet werden. Verfahrensgemäß kann sonach ein Hüllelement in Form eines Folien-, Platten- oder Beschichtungsmaterials auf der Grundkörperstruktur angebracht werden. Bei entsprechenden Folien-, Platten- oder Beschichtungsmaterialien kann es sich ebenso um Kunststoffmaterialien handeln. Gleichermaßen sind beispielsweise Metalle bzw. Metalllegierungen denkbar; mithin kann es sich bei dem wenigstens einen Hüllelement um eine Folie, Platte oder Beschichtung aus einem Kunststoffmaterial oder einem Metall bzw. einer Metalllegierung, d. h. z. B. einem Edel- oder Leichtmetall respektive einer Edelmetall- oder einer Leichtmetalllegierung, handeln. Ein Beschichtungsmaterial kann durch eine, z. B. lackartig bzw. -förmig, z. B. durch Aufstreichen, Aufsprühen oder Tauchen, auf die Grundkörperstruktur aufgebrachte Beschichtung gebildet sein bzw. werden.
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An dieser Stelle sei nochmals allgemein anzumerken, dass verfahrensgemäß wenigstens ein Hüllelement verwendet werden kann, welches aus einem anderen Material, d. h. gegebenenfalls auch aus einer anderen Materialgruppe, als die Grundkörperstruktur gebildet ist. Im Falle einer chemischen bzw. physikalischen Unverträglichkeit zwischen dem wenigstens einen Hüllelement und der Grundkörperstruktur, welche ein Anbringen des wenigstens einen Hüllelements an oder auf der Grundkörperstruktur erschwert oder nicht ermöglicht, kann wenigstens ein Haftvermittler, z. B. in Form eines Klebers, verwendet werden, welcher ein Anbringen - hierunter ist im Allgemeinen eine stabile, d. h. insbesondere unverlierbare, Befestigung des wenigstens einen Hüllelements an bzw. auf der Grundkörperstruktur zu verstehen - des wenigstens einen Hüllelements an oder auf der Grundkörperstruktur ermöglicht.
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In analoger Weise kann die Grundkörperstruktur vor dem Anbringen des wenigstens einen Hüllelements mit einer Funktionsschicht zum Ausgleichen bzw. Kompensieren von, z. B. aus dem additiven Fertigungsprozess der Grundkörperstruktur resultierenden, Unebenheiten versehen werden. Eine entsprechende Funktionsschicht kann sonach z. B. einen aus dem additiven Fertigungsprozess der Grundkörperstruktur resultierenden „Stufeneffekt“ und damit eine zumindest abschnittsweise gestufte Oberfläche der Grundkörperstruktur ausgleichen bzw. kompensieren. Eine entsprechende Funktionsschicht kann gegebenenfalls, insbesondere gleichzeitig, mit dem additiven Ausbilden der Grundkörperstruktur in einem additiven Fertigungsprozess auf die Grundkörperstruktur aufgebracht werden. Dies kann z. B. über einen separaten Druckkopf einer additiven Fertigungseinrichtung zum Ausbilden der Grundkörperstruktur erfolgen, über welchen sich ein die Funktionsschicht bildendes Funktionsmaterial, hierbei kann es sich z. B. um ein vergleichsweise niederviskoses bzw. weich-elastisches Kunststoffmaterial handeln, auf der Grundkörperstruktur aufbringen lässt.
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Wie vorstehend erwähnt, ist unter einem Anbringen des wenigstens einen Hüllelements an oder auf der Grundkörperstruktur im Allgemeinen eine stabile, d. h. insbesondere unverlierbare, Befestigung des wenigstens einen Hüllelements an bzw. auf der Grundkörperstruktur zu verstehen. Mithin kann das Anbringen des wenigstens einen Hüllelements an oder auf der Grundkörperstruktur grundsätzlich durch jedweden, gegebenenfalls durch chemische und/oder physikalische Maßnahmen unterstützten, form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbringungsprozess realisiert werden, welcher eine stabile, d. h. insbesondere unverlierbare, Befestigung des wenigstens einen Hüllelements an bzw. auf der Grundkörperstruktur ermöglicht.
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Ein konkretes Beispiel für einen Anbringungsprozess ist ein gesonderter additiver Fertigungsprozess. Mithin kann das wenigstens eine Hüllelement in einem gesonderten additiven Fertigungsprozess an oder auf der Grundkörperstruktur angebracht werden. Unter einem gesonderten additiven Fertigungsprozess ist typischerweise ein dem zur Ausbildung der Grundkörperstruktur verwendeten additiven Fertigungsprozess nachgeschalteter gesonderter und damit eigenständiger additiver Fertigungsprozess, in welchem allein das wenisg eine Hüllelement ausgebildet wird, zu verstehen; dieser kann sich von dem zur Ausbildung der Grundkörperstruktur verwendeten (ersten) additiven Fertigungsprozess in wenigstens einem Material- und/oder Prozessparameter unterscheiden.
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Ein weiteres konkretes Beispiel für einen Anbringungsprozess ist ein Tiefziehprozess, insbesondere ein Vakuumtiefziehprozess, weiter insbesondere ein Thermoformprozess. Mithin kann das wenigstens eine Hüllelement - dies gilt insbesondere für folien- bzw. plattenförmige Hüllelemente - durch einen Tiefziehprozess, insbesondere einen Vakuumtiefziehprozess, weiter insbesondere einen Thermoformprozess, auf der Grundkörperstruktur angebracht werden. Im Rahmen des, gegebenenfalls thermisch unterstützten, Tiefziehprozesses wird das wenigstens eine Hüllelement auf die jeweiligen Bereiche der Grundkörperstruktur aufgebracht und dort insbesondere stoffschlüssig, d. h. insbesondere durch Verkleben oder Verschweißen, befestigt. Dies kann mit einem Umformen bzw. Verformen des wenigstens einen Hüllelements einhergehen. Es handelt sich um einen fertigungstechnisch sehr gut reproduzierbaren Prozess, mit welchem sich Kunststoffbauteile hoher Güte zuverlässig herstellen lassen.
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Die Grundkörperstruktur kann zumindest abschnittsweise mit einer von einem einen Unterdruck auf der freiliegenden Oberfläche der Grundkörperstruktur erzeugenden Strömungsmedium, wie z. B. einem Gas, durchströmbaren Strömungskanalstruktur ausgebildet werden. Eine entsprechende Strömungskanalstruktur kann ein oder mehrere die Grundkörperstruktur in ein oder mehreren Raumebenen und/oder -richtungen durchsetzende Strömungskanäle umfassen, welche zumindest einends in einer Öffnung der Oberfläche der Grundkörperstruktur münden. Derart kann die Grundkörperstruktur bereits für einen entsprechenden Tiefziehprozess, d. h. insbesondere für einen entsprechenden Vakuumtiefziehprozess, vorbereitet werden, in welchem das wenigstens eine Hüllelement durch Anlegen eines Unterdrucks bzw. Vakuums an bzw. auf der Grundkörperstruktur angebracht wird. Die Ausbildung bzw. Integration einer entsprechenden Strömungskanalstruktur in die Grundkörperstruktur ist aufgrund des additiven Aufbaus der Grundkörperstruktur in einer Vielzahl an unterschiedlichen Varianten problemlos möglich. Der Begriff „Strömungskanalstruktur“ beinhaltet auch eine poröse Struktur, welche gleichermaßen von einem von einem einen Unterdruck auf der freiliegenden Oberfläche der Grundkörperstruktur erzeugenden Strömungsmedium durchströmbar ist.
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Für alle Ausführungsformen gilt, dass ein entsprechender Anbringungsprozess auch eine Formgebung des wenigstens einen Hüllelements und/oder der Grundkörperstruktur beinhalten kann. Das wenigstens eine Hüllelement und/oder die Grundkörperstruktur kann sonach im Rahmen eines entsprechenden Anbringungsprozesses gegebenenfalls eine gewisse Formänderung erfahren; die Formänderung erfolgt selbstverständlich typischerweise im Hinblick auf eine gewünschte Form des herzustellenden Kunststoffbauteils.
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Um der weiter oben angedeuteten Thematik eines gewünschten Anhaftens des wenigstens einen Hüllelements an bzw. auf der Grundkörperstruktur Rechnung zu tragen, kann die Grundkörperstruktur zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, mit einer ein Anhaften des wenigstens einen Hüllelements begünstigenden Oberflächenstrukturierung, insbesondere einer ein Anhaften des wenigstens einen Hüllelements begünstigenden Oberflächenrauheit, ausgebildet werden. Die Ausbildung bzw. Integration einer entsprechenden Oberflächenstruktur in die Grundkörperstruktur ist aufgrund des additiven Aufbaus der Grundkörperstruktur in einer Vielzahl an unterschiedlichen Varianten problemlos möglich.
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Eine entsprechende, z. B. durch Erhöhungen und/oder Vertiefungen gebildete oder solche umfassende, Oberflächenstrukturierung der Grundkörperstruktur kann analog der weiter oben erwähnten Funktionsschicht ausgebildet werden. Mithin kann die Grundkörperstruktur vor dem Anbringen des wenigstens einen Hüllelements mit einer Oberflächenstrukturierung zum Begünstigen des Anhaftens des wenigstens einen Hüllelements versehen werden. Eine entsprechende Oberflächenstrukturierung kann gegebenenfalls, insbesondere gleichzeitig, mit dem additiven Ausbilden der Grundkörperstruktur in einem additiven Fertigungsprozess auf die Grundkörperstruktur aufgebracht werden. Dies kann z. B. über einen separaten Druckkopf einer additiven Fertigungseinrichtung zum Ausbilden der Grundkörperstruktur erfolgen, über welchen sich ein die Oberflächenstrukturierung bildendes Baumaterial, hierbei kann es sich z. B. um ein mit dem wenigstens einen Hüllelement gut verträgliches Material handeln, auf der Grundkörperstruktur aufbringen lässt.
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Zurückkommend auf den zur additiven Ausbildung der Grundkörperstruktur verwendeten additiven Fertigungsprozess sei nochmals erwähnt, dass die Grundkörperstruktur, wie erwähnt, insbesondere in einem extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess ausgebildet werden kann. Extrusionsbasierte additive Fertigungsprozesse zeichnen sich gegenüber anderen additiven Fertigungsprozessen, d. h. insbesondere pulverbettbasierten additiven Fertigungsprozessen, insbesondere durch verkürzte Bauzeiten und die verwendbaren Kunststoffmaterialien aus. In einem entsprechenden extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess können nämlich thermoplastische Kunststoffmaterialien verarbeitet werden, welche auch in konventionellen Kunststoffverarbeitungsprozessen, d. h. insbesondere Extrusions- oder Spritzgießprozessen, verarbeitet werden. Mithin können in einem entsprechenden extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess insbesondere thermoplastische Kunststoffmaterialien verarbeitet werden, welche, etwa im Gegensatz zu originär ausschließlich oder speziell für additive Fertigungsprozesse vorgesehenen Filamentmaterialien, originär nicht ausschließlich oder speziell für additive Fertigungsprozesse vorgesehen sind.
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Entsprechend können in einem entsprechenden extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess Kunststoffmaterialien, d. h. insbesondere so genannte Originalmaterialien, zur Ausbildung der Grundkörperstruktur verwendet werden, welche auch in konventionellen Kunststoffverarbeitungsprozessen, d. h. insbesondere Extrusions- oder Spritzgießprozessen, verarbeitet werden, jedoch mit anderen additiven Fertigungsprozessen nicht ohne Weiteres verarbeitbar sind. Insbesondere können in einem entsprechenden extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess sonach granulatförmige, d. h. als Granulat bereitgestellte bzw. vorliegende, Kunststoffmaterialien zur Ausbildung der Grundkörperstruktur verwendet werden, welche auch in konventionellen Kunststoffverarbeitungsprozessen, d. h. insbesondere Extrusions- oder Spritzgießprozessen, verarbeitet werden.
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Entsprechend kann die Grundkörperstruktur in einem extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess aus einem granulatförmigen Ausgangskunststoffmaterial ausgebildet werden. Lediglich beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf additive Fertigungsprozesse zu verweisen, mit welchen sich, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Füllstoffen gefüllte, thermoplastische Spritzgussgranulate verarbeiten lassen. Diese additiven Fertigungsprozesse sind sonach insbesondere zur Ausbildung der Grundkörperstruktur geeignet.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kunststoffbauteil, welches gemäß einem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt wurde. Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung gelten analog für den zweiten Aspekt der Erfindung und umgekehrt.
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Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. nochmals erläutert, dabei zeigt:
- 1 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoffbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 2 - 4 jeweils ein Kunststoffbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer geschnittenen Ansicht.
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1 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoffbauteils 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Das Verfahren dient zur Herstellung eines Kunststoffbauteils 1 definierter geometrischer Soll-Abmessungen, insbesondere definierter Soll-Außenabmessungen, und beinhaltet bzw. umfasst sonach Schritte, vermittels welchen sich ein Kunststoffbauteil 1 definierter geometrischer Soll-Abmessungen, insbesondere definierter Soll-Außenabmessungen, herstellen lässt.
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Unter einem verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten Kunststoffbauteil 1 ist im Allgemeinen typischerweise ein Bauteil zu verstehen, welches, wie sich im Weiteren ergibt, eine aus wenigstens einem Kunststoffmaterial gebildete oder wenigstens ein solches umfassende Grundkörperstruktur 2 umfasst. Die geometrisch-konstruktiven Eigenschaften einer entsprechenden Grundkörperstruktur 2 können grundsätzlich in Abhängigkeit der geometrisch-konstruktiven Eigenschaften des jeweiligen Kunststoffbauteils 1 gewählt werden.
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Bei einem verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten Kunststoffbauteil 1 kann es sich in allen Ausführungsformen um ein Funktionsbauteil, mithin um ein Bauteil, welches im Hinblick auf eine bestimmte Anwendung wenigstens eine Funktion innehat, handeln. Eine Funktion kann z. B. eine Abdeckfunktion z. B. zur Abdeckung eines Drittgegenstands, eine Halterungsfunktion, z. B. zur Halterung eines Drittgegenstands, eine Lagerungsfunktion, z. B. zur Lagerung eines Drittgegenstands, eine Versorgungsfunktion, z. B. zur Versorgung eines Drittgegenstands mit einem Energieträger oder einem Versorgungsmedium, oder eine Temperierungsfunktion, z. B. zur Temperierung eines Drittgegenstands, etc. sein.
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Bei einem verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten Kunststoffbauteil 1 kann es sich z. B. um ein an oder in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, weiter insbesondere einem Personenkraftwagen, zu verbauendes Fahrzeugbauteil handeln. Konkret kann es sich bei einem entsprechenden Fahrzeugbauteil beispielsweise um ein Verkleidungsbauteil zur Verkleidung eines Teils eines Fahrzeugaußenraums oder -innenraums handeln.
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Grundsätzlich kommt als verfahrensgemäß herzustellendes bzw. hergestelltes Kunststoffbauteil 1 jedwedes Bauteil in Betracht, bei welchem besondere Oberflächeneigenschaften, d. h. insbesondere eine besondere Oberflächenstrukturierung, erforderlich oder wünschenswert ist, welche keine haptischen und/oder optischen Rückschlüsse auf einen schichtweisen Aufbau in einem additiven Fertigungsprozess zulassen bzw. zulässt.
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Die einzelnen Schritte des Verfahrens werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 näher erläutert:
- In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens erfolgt ein additives Ausbilden einer entsprechenden Grundkörperstruktur 2 in einem (ersten) additiven Fertigungsprozess, in welchem ein oder mehrere Kunststoffmaterialien, d. h. insbesondere ein oder mehrere thermoplastische Kunststoffmaterialien, zur additiven Ausbildung der Grundkörperstruktur 2 verarbeitet werden. Die Grundkörperstruktur 2 kann sonach grundsätzlich mit schier unendlichen Freiheitsgraden im Hinblick auf ihre geometrisch-konstruktive Gestaltung ausgebildet werden.
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Wie sich im Weiteren ergibt, kommen zum additiven Ausbilden der Grundkörperstruktur insbesondere extrusionsbasierte additive Fertigungsprozesse in Betracht, in welchen sich Kunststoffmaterialien extrusionsbasiert in Form von Material- bzw. Schmelzebahnen über eine wenigstens einen Extruder umfassende Extrusionseinheit kontinuierlich, quasikontinuierlich oder diskontinuierlich schichtweise auf einem Untergrund, d. h. insbesondere auf einer Bauplatte oder wenigstens einer zuvor aufgebrachten Material- bzw. Schmelzebahn, aufbauen lassen. Eine entsprechende Extrusionseinheit kann dabei über eine geeignete Lagerungseinrichtung in einem oder mehreren Bewegungsfreiheitsgraden relativ zu dem jeweiligen Untergrund bewegbar sein.
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Das Ausbilden der Grundkörperstruktur 2 in dem ersten S1 Schritt kann neben dem eigentlichen additiven Aufbau der Grundkörperstruktur 2 in einem (ersten) additiven Fertigungsprozess auch ein, z. B. mechanisches und/oder thermisches, Nachbearbeiten der zuvor additiv aufgebauten Grundkörperstruktur in wenigstens einem Nachbearbeitungsprozess beinhalten.
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Die Grundkörperstruktur 2 wird verfahrensgemäß gezielt mit einem definierbaren bzw. definierten Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils 1 ausgebildet. In dem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird sonach in einem additiven Fertigungsprozess, d. h. insbesondere durch eine sukzessive schichtweise Ausbildung von Querschnitten der Grundkörperstruktur 2, und/oder in einem, z. B. mechanischen und/oder thermischen, Nachbearbeitungsprozess eine Grundkörperstruktur 2 gebildet, welche bewusst (noch) nicht die definierten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils 1, sondern ein bestimmtes Untermaß aufweist.
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Der Begriff „Untermaß“ berücksichtigt sonach auch die Abmessungen der Grundkörperstruktur 2 nach Durchführung etwaiger Nachbearbeitungsprozesse, wie z. B. mechanischer und/oder thermischer Nachbearbeitungsprozesse, durch welche die Abmessungen der additiv ausgebildeten Grundkörperstruktur 2, z. B. durch thermische und/oder mechanische Prozesse, auf ein Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils 1 reduziert werden. Die nach dem ersten Schritt S1 vorliegende Grundkörperstruktur 2 weist sonach ein Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils 1 auf, welches aus dem (ersten) additiven Fertigungsprozess und/oder einem Nachbearbeitungsprozess resultiert.
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Das Untermaß ist in 2 rein schematisch durch die gegenüber den Soll-Abmessungen D des Kunststoffbauteils 1 reduzierten Abmessungen d der Grundkörperstruktur 2 angedeutet. Die Grundkörperstruktur 2 wird aufgrund des Untermaßes sonach endkonturnah ausgebildet. Der die Grundkörperstruktur 2 beschreibende, dem jeweiligen additiven Fertigungsprozess zugrundeliegenden Datensatz beschreibt sonach nicht das verfahrensgemäß herzustellende Kunststoffbauteil 1 respektive dessen Soll-Abmessungen, sondern in Form der Grundkörperstruktur 2 ein diesem typischerweise geometrisch-konstruktiv ähnelndes, jedoch aufgrund des definierten Untermaßes im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils 1 kleineres Kunststoffbauteil.
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Das Untermaß der Grundkörperstruktur 2 kann je nach den konkreten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils 1 eine Abweichung von einem oder mehreren Prozenten von den Soll-Abmessungen bedeuten. Dies kann konkret bedeuten, dass ein entsprechendes Untermaß der Grundkörperstruktur 2 je nach den konkreten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils 1 eine Abweichung von einem oder mehreren Mikrometern, Millimetern oder gegebenenfalls sogar Zentimetern bedeuten kann. Mithin kann die Grundkörperstruktur 2 für das einfache Beispiel eines Quaders z. B. eine um einige Mikrometern, Millimetern oder gegebenenfalls sogar Zentimetern geringere Länge und/oder Breite und/oder Höhe als das Kunststoffbauteil 1 aufweisen. Analoges gilt selbstverständlich für jedwede andere Geometrie der Grundkörperstruktur 2 bzw. des Kunststoffbauteils 1.
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Es ist denkbar, dass die Grundkörperstruktur 2 - wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 beispielhaft angedeutet - nur bereichsweise mit einem entsprechenden Untermaß ausgebildet wird. Die Grundkörperstruktur 2 kann sonach einen oder mehrere erste Bereiche aufweisen, welche mit einem definierten Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils 1 ausgebildet sind bzw. werden und damit nicht die Soll-Abmessungen des jeweiligen Kunststoffbauteils 1 aufweisen, sowie einen oder mehrere zweite Bereiche aufweisen, welche nicht mit einem definierten Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils 1 ausgebildet sind bzw. werden und die Soll-Abmessungen des jeweiligen Kunststoffbauteils 1 aufweisen.
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In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens erfolgt ein Anbringen wenigstens eines die Grundkörperstruktur 2 zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, umhüllenden Hüllelements 3 auf den freiliegenden Oberflächen der Grundkörperstruktur 1 unter Ausbildung des herzustellenden Kunststoffbauteils 1. Das wenigstens eine Hüllelement 3 wird insbesondere an bzw. auf die Bereiche der Grundkörperstruktur 2 angebracht, welche zuvor mit einem entsprechenden Untermaß ausgebildet wurden. Mithin wird das wenigstens eine Hüllelement 3 insbesondere auf entsprechende erste Bereiche angebracht, welche mit einem Untermaß im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzstellenden Kunststoffbauteils 1 ausgebildet sind bzw. wurden.
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Verfahrensgemäß wird dabei - wie anhand der 2 - 4 ersichtlich ist - ein Hüllelement 3 verwendet, dessen Wandstärke das Untermaß der Grundkörperstruktur 2 im Hinblick auf die definierten geometrischen Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils 1 ausgleicht und somit kompensiert. Die Dicke bzw. Wandstärke des jeweils verwendeten Hüllelements 3 ist verfahrensgemäß sonach gezielt so gewählt, dass das aus dem Untermaß resultierende Delta bzw. der aus dem Untermaß resultierende Unterschied der Abmessungen der Grundkörperstruktur 2 zu den definierten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils 1 durch Anbringen des wenigstens einen Hüllelements 3 ausgeglichen bzw. kompensiert wird. Mithin werden die definierten Soll-Abmessungen des Kunststoffbauteils 1 durch Anbringen des wenigstens einen Hüllelements 3 auf der Grundkörperstruktur 2 erreicht, das Kunststoffbauteil 1 wird mit den definierten Soll-Außenabmessungen sonach erst durch Anbringen des Hüllelements 3 auf der Grundkörperstruktur 2 hergestellt.
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Analoges ist mit mehreren Hüllelementen 3 denkbar; mithin kann die Dicke bzw. Wandstärke mehrerer Hüllelemente 3 verfahrensgemäß gezielt so aufeinander abgestimmt bzw. gewählt werden, dass das aus dem Untermaß resultierende Delta der Abmessungen der Grundkörperstruktur 2 zu den definierten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils 1 durch, insbesondere lagenweises, Anbringen mehrerer Hüllelemente 3 auf der Grundkörperstruktur 2 ausgeglichen bzw. kompensiert wird.
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Zu erwähnen sei auch, dass die Grundkörperstruktur 2 abschnittsweise mit unterschiedlichen Untermaßen relativ zu den Soll-Abmessungen des jeweiligen Kunststoffbauteils 1 ausgebildet sein bzw. werden kann, sodass abschnittsweise unterschiedliche Hüllelemente 3 und/oder eine unterschiedliche Anzahl an Hüllelementen 3 vorgesehen werden können, um das aus dem jeweiligen Untermaß resultierende Delta der Abmessungen der Grundkörperstruktur 2 zu den definierten Soll-Abmessungen des herzustellenden Kunststoffbauteils 1 durch Anbringen einer oder mehrerer Hüllelemente 3 auszugleichen bzw. zu kompensieren.
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Die Oberflächeneigenschaften des hergestellten Kunststoffbauteils 1 werden sonach zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, durch die Oberflächeneigenschaften des Hüllelements 3 definiert. Derart ist zunächst eine zuverlässige Möglichkeit gegeben, etwaige Rückschlüsse auf die additive Fertigung der Grundkörperstruktur 2 zu verhindern, als die Grundkörperstruktur 2 zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, von dem Hüllelement 3 umhüllt ist, sodass eine aus dem additiven Fertigungsprozess der Grundkörperstruktur 2 resultierende Schichtstruktur, insbesondere haptisch und/oder mechanisch und/oder optisch, nicht mehr wahrnehmbar ist. Zudem ist eine Möglichkeit gegeben, dem Kunststoffbauteil 1 gezielt und insbesondere unabhängig von den Oberflächeneigenschaften der Grundkörperstruktur 2 bestimmte Oberflächeneigenschaften zu verleihen. Je nach konkreter Ausführung des Hüllelements 3 können dem Kunststoffbauteil 1 z. B. bestimmte akustische, elektrische, haptische, optische oder thermische Oberflächeneigenschaften verliehen werden.
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Ferner können dem Kunststoffbauteil 1 bestimmte strukturelle Eigenschaften, d. h. insbesondere mechanische Eigenschaften, wie z. B. eine bestimmte Festigkeit, verliehen werden.
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In gleicher Weise können bestimmte Funktionalitäten in das Kunststoffbauteil 1 integriert werden. Beispielsweise können elektrisch und/oder thermisch leitfähige Strukturen, wie z. B. Leiterbahnen, in das Kunststoffbauteil 1 integriert werden. Entsprechende leitfähige Strukturen können z. B. in der Grundkörperstruktur 2 und/oder in dem Hüllelement 3 angeordnet oder ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend können entsprechende leitfähige Strukturen zwischen der Grundkörperstruktur 2 und dem Hüllelement 3 angeordnet oder ausgebildet sein. Die Grundkörperstruktur 2 und/oder das Hüllelement 3 kann hierfür gegebenenfalls mit geeigneten, z. B. nutartigen, Aufnahmen (nicht gezeigt) versehen sein, welche eine stabile Anordnung entsprechender leitfähiger Strukturen ermöglichen. Analoges gilt für anders funktionalisierte Strukturen, wie z. B. Datenkommunikationsstrukturen, Bewehrungsstrukturen, Verstärkungsstrukturen, etc. Analoges gilt ferner für andere Funktionselemente, wie z. B. Codierungselemente, Kommunikationselemente, wie z. B. RFID-Elemente, Sensorelemente, etc., welche ebenso in entsprechender Weise in das Kunststoffbauteil 1 integriert werden können.
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Das Verfahren sieht sonach typischerweise zwei separate Schritte vor: einen ersten Schritt S1, in welchem die Grundkörperstruktur 2 mit einem bestimmten Untermaß ausgebildet wird, und einen zweiten Schritt, in welchem das Untermaß der Grundkörperstruktur 2 durch Anbringen wenigstens eines Hüllelements 3 unter Ausbildung des Kunststoffbauteils 1 ausgeglichen bzw. kompensiert wird.
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Die Grundkörperstruktur 2 kann, wie erwähnt, aus einem Kunststoffmaterial, d. h. insbesondere einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, additiv ausgebildet werden. Lediglich beispielhaft und damit nicht abschließend wird auf Polyolefin-basierte Kunststoffmaterialien, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, oder nicht Polyolefin-basierte Kunststoffmaterialien, wie z. B. Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere, Polyamide, Polycarbonate, Polyetheretherketone, Polyetherimide, Polyimide, Polystyrole, etc. verwiesen, welche zur additiven Ausbildung der Grundkörperstruktur 2 verwendet werden können. Auch zumindest teilweise, gegebenenfalls vollständig, rezyklierte Kunststoffmaterialien kommen in Betracht. Der Begriff „Kunststoffmaterial“ beinhaltet in allen Fällen auch Mischungen von Kunststoffmaterialien, welche sich in einem chemischen und/oder physikalischen Materialparameter gleichen oder unterscheiden. Ebenso beinhaltet der Begriff „Kunststoffmaterial“ auch mit einem oder mehreren, z. B. faser- und/oder partikelförmigen, Füllstoffen gefüllte Kunststoffmaterialien.
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Verfahrensgemäß kann ein Hüllelement 3 verwendet werden, welches eine flächige geometrische Gestalt aufweist. Das Hüllelement 3 weist typischerweise ein gewisses Umformungs- oder Verformungsvermögen auf, um sich möglichst vollflächig an die jeweiligen Bereiche der Grundkörperstruktur 2 anlegen zu können. Das Umformungs- oder Verformungsvermögen des Hüllelements 3 kann gegebenenfalls durch eine Temperierung, d. h. insbesondere eine Erwärmung, des Hüllelements 3 begünstigt werden.
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Konkret kann verfahrensgemäß daher z. B. ein Hüllelement 3 in Form eines Folien- , Platten- oder Beschichtungsmaterials verwendet und somit auf der Grundkörperstruktur 2 angebracht werden. Bei entsprechenden Folien-, Platten- oder Beschichtungsmaterialien kann es sich ebenso um Kunststoffmaterialien handeln. Gleichermaßen sind beispielsweise Metalle bzw. Metalllegierungen denkbar; mithin kann es sich bei dem Hüllelement 3 um eine Folie, Platte oder Beschichtung aus einem Kunststoffmaterial oder einem Metall bzw. einer Metalllegierung, d. h. z. B. einem Edel- oder Leichtmetall respektive einer Edelmetall- oder einer Leichtmetalllegierung, handeln. Ein Beschichtungsmaterial kann durch eine, z. B. lackartig bzw. -förmig, z. B. durch Aufstreichen, Aufsprühen oder Tauchen, auf die Grundkörperstruktur 2 aufgebrachte Beschichtung gebildet sein bzw. werden.
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Im Falle einer chemischen bzw. physikalischen Unverträglichkeit zwischen dem Hüllelement 3 und der Grundkörperstruktur 2, welche ein Anbringen des Hüllelements 3 an oder auf der Grundkörperstruktur 2 erschwert oder nicht ermöglicht, kann wenigstens ein Haftvermittler, z. B. in Form eines Klebers, verwendet werden, welcher ein Anbringen - hierunter ist im Allgemeinen eine stabile, d. h. insbesondere unverlierbare, Befestigung des Hüllelements 3 an bzw. auf der Grundkörperstruktur 2 zu verstehen - des Hüllelements 3 an oder auf der Grundkörperstruktur 2 ermöglicht.
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In analoger Weise kann die Grundkörperstruktur 2 vor dem Anbringen des Hüllelements 3 mit einer Funktionsschicht (nicht gezeigt) zum Ausgleichen bzw. Kompensieren von, z. B. aus dem additiven Fertigungsprozess der Grundkörperstruktur 2 resultierenden, Unebenheiten versehen werden. Eine entsprechende Funktionsschicht kann sonach z. B. einen aus dem additiven Fertigungsprozess der Grundkörperstruktur 2 resultierenden „Stufeneffekt“ und damit eine zumindest abschnittsweise gestufte Oberfläche der Grundkörperstruktur 2 ausgleichen bzw. kompensieren. Eine entsprechende Funktionsschicht kann gegebenenfalls, insbesondere gleichzeitig, mit dem additiven Ausbilden der Grundkörperstruktur 2 in einem additiven Fertigungsprozess auf die Grundkörperstruktur 2 aufgebracht werden. Dies kann z. B. über einen separaten Druckkopf einer additiven Fertigungseinrichtung zum Ausbilden der Grundkörperstruktur 2 erfolgen, über welchen sich ein die Funktionsschicht bildendes Funktionsmaterial, hierbei kann es sich z. B. um ein vergleichsweise niederviskoses bzw. weich-elastisches Kunststoffmaterial handeln, auf der Grundkörperstruktur 2 aufbringen lässt.
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Wie vorstehend erwähnt, ist unter einem Anbringen des Hüllelements 3 an oder auf der Grundkörperstruktur 2 im Allgemeinen eine stabile, d. h. insbesondere unverlierbare, Befestigung des Hüllelements 3 an bzw. auf der Grundkörperstruktur 2 zu verstehen. Mithin kann das Anbringen des Hüllelements 3 an oder auf der Grundkörperstruktur 2 grundsätzlich durch jedweden, gegebenenfalls durch chemische und/oder physikalische Maßnahmen unterstützten, form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbringungsprozess realisiert werden, welcher eine stabile, d. h. insbesondere unverlierbare, Befestigung des Hüllelements 3 an bzw. auf der Grundkörperstruktur 2 ermöglicht.
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Ein konkretes Beispiel für einen Anbringungsprozess ist ein gesonderter additiver Fertigungsprozess. Mithin kann das Hüllelement 3 in einem gesonderten additiven Fertigungsprozess an oder auf der Grundkörperstruktur 2 angebracht werden. Unter einem gesonderten additiven Fertigungsprozess ist typischerweise ein dem zur Ausbildung der Grundkörperstruktur 2 verwendeten additiven Fertigungsprozess nachgeschalteter gesonderter und damit eigenständiger additiver Fertigungsprozess, in welchem allein das Hüllelement 3 ausgebildet wird, zu verstehen; dieser kann sich von dem zur Ausbildung der Grundkörperstruktur 2 verwendeten (ersten) additiven Fertigungsprozess in wenigstens einem Material- und/oder Prozessparameter unterscheiden.
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Ein weiteres konkretes Beispiel für einen Anbringungsprozess ist ein Tiefziehprozess, insbesondere ein Vakuumtiefziehprozess, weiter insbesondere ein Thermoformprozess. Mithin kann das Hüllelement 3 - dies gilt insbesondere für folien- bzw. plattenförmige Hüllelemente 3 - durch einen Tiefziehprozess, insbesondere einen Vakuumtiefziehprozess, weiter insbesondere einen Thermoformprozess, auf der Grundkörperstruktur 2 angebracht werden. Im Rahmen des, gegebenenfalls thermisch unterstützten, Tiefziehprozesses wird das Hüllelement 3 auf die jeweiligen Bereiche der Grundkörperstruktur 2 aufgebracht und dort insbesondere stoffschlüssig, d. h. insbesondere durch Verkleben oder Verschweißen, befestigt. Dies geht typischerweise mit einem Umformen bzw. Verformen des Hüllelements 3 einher.
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Die Grundkörperstruktur 2 kann - wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 schematisch angedeutet - zumindest abschnittsweise mit einer von einem einen Unterdruck auf der freiliegenden Oberfläche der Grundkörperstruktur 2 erzeugenden Strömungsmedium, wie z. B. einem Gas, durchströmbaren Strömungskanalstruktur 4 ausgebildet werden. Die bzw. eine entsprechende Strömungskanalstruktur 4 kann ein oder mehrere die Grundkörperstruktur 2 in einer oder mehreren Raumebenen und/oder -richtungen durchsetzende Strömungskanäle 4.1 umfassen, welche zumindest einends in einer Öffnung der Oberfläche der Grundkörperstruktur 2 münden. Derart kann die Grundkörperstruktur 2 bereits für einen entsprechenden Tiefziehprozess, d. h. insbesondere für einen entsprechenden Vakuumtiefziehprozess, vorbereitet werden, in welchem das Hüllelement 3 durch Anlegen eines Unterdrucks bzw. Vakuums an bzw. auf der Grundkörperstruktur 2 angebracht wird. Die Ausbildung bzw. Integration einer entsprechenden Strömungskanalstruktur 4 in die Grundkörperstruktur 2 ist aufgrund des additiven Aufbaus der Grundkörperstruktur 2 in einer Vielzahl an unterschiedlichen Varianten problemlos möglich. Der Begriff „Strömungskanalstruktur“ beinhaltet auch eine poröse Struktur, welche gleichermaßen von einem einen Unterdruck auf der freiliegenden Oberfläche der Grundkörperstruktur 2 erzeugenden Strömungsmedium durchströmbar ist.
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Für alle Ausführungsformen gilt, dass ein entsprechender Anbringungsprozess auch eine Formgebung des Hüllelements 3 und/oder der Grundkörperstruktur 2 beinhalten kann. Das Hüllelement 3 und/oder die Grundkörperstruktur 2 kann sonach im Rahmen eines entsprechenden Anbringungsprozesses gegebenenfalls eine gewisse Formänderung erfahren; die Formänderung erfolgt selbstverständlich typischerweise im Hinblick auf eine gewünschte Form des herzustellenden Kunststoffbauteils 1.
Die Grundkörperstruktur 2 kann zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, mit einer ein Anhaften des Hüllelements 3 begünstigenden Oberflächenstrukturierung (nicht gezeigt), insbesondere einer ein Anhaften des Hüllelements 3 begünstigenden Oberflächenrauheit, ausgebildet werden. Die Ausbildung bzw. Integration einer entsprechenden Oberflächenstruktur in die Grundkörperstruktur 2 ist aufgrund des additiven Aufbaus der Grundkörperstruktur 2 in einer Vielzahl an unterschiedlichen Varianten problemlos möglich. Eine entsprechende, z. B. durch Erhöhungen und/oder Vertiefungen gebildete oder solche umfassende, Oberflächenstrukturierung der Grundkörperstruktur 2 kann analog der weiter oben erwähnten Funktionsschicht ausgebildet werden. Mithin kann die Grundkörperstruktur 2 vor dem Anbringen des Hüllelements 3 mit einer Oberflächenstrukturierung zum Begünstigen des Anhaftens des Hüllelements 3 versehen werden. Eine entsprechende Oberflächenstrukturierung kann gegebenenfalls, insbesondere gleichzeitig, mit dem additiven Ausbilden der Grundkörperstruktur 2 in einem additiven Fertigungsprozess auf die Grundkörperstruktur 2 aufgebracht werden. Dies kann z. B. über einen separaten Druckkopf einer additiven Fertigungseinrichtung zum Ausbilden der Grundkörperstruktur 2 erfolgen, über welchen sich ein die Oberflächenstrukturierung bildendes Baumaterial, hierbei kann es sich z. B. um ein mit dem Hüllelement 3 gut verträgliches Material handeln, auf der Grundkörperstruktur 2 aufbringen lässt.
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Zurückkommend auf den zur additiven Ausbildung der Grundkörperstruktur 2 verwendeten additiven Fertigungsprozess sei nochmals erwähnt, dass die Grundkörperstruktur 2, wie erwähnt, insbesondere in einem extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess ausgebildet werden kann. Extrusionsbasierte additive Fertigungsprozesse zeichnen sich gegenüber anderen additiven Fertigungsprozessen, d. h. insbesondere pulverbettbasierten additiven Fertigungsprozessen, insbesondere durch verkürzte Bauzeiten und die verwendbaren Kunststoffmaterialien aus. In einem entsprechenden extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess können nämlich thermoplastische Kunststoffmaterialien verarbeitet werden, welche auch in konventionellen Kunststoffverarbeitungsprozessen, d. h. insbesondere Extrusions- oder Spritzgießprozessen, verarbeitet werden. Mithin können in einem entsprechenden extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess insbesondere thermoplastische Kunststoffmaterialien verarbeitet werden, welche originär nicht ausschließlich oder speziell für additive Fertigungsprozesse vorgesehen sind.
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Mithin können in einem entsprechenden extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess Kunststoffmaterialien, d. h. insbesondere so genannte Originalmaterialien, zur Ausbildung der Grundkörperstruktur 2 verwendet werden, welche auch in konventionellen Kunststoffverarbeitungsprozessen, d. h. insbesondere Extrusions- oder Spritzgießprozessen, verarbeitet werden, jedoch mit anderen additiven Fertigungsprozessen nicht ohne Weiteres verarbeitbar sind. Insbesondere können in einem entsprechenden extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess sonach granulatförmige, d. h. als Granulat bereitgestellte bzw. vorliegende, Kunststoffmaterialien zur Ausbildung der Grundkörperstruktur 2 verwendet werden, welche auch in konventionellen Kunststoffverarbeitungsprozessen, d. h. insbesondere Extrusions- oder Spritzgießprozessen, verarbeitet werden.
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Entsprechend kann die Grundkörperstruktur 2 in einem extrusionsbasierten additiven Fertigungsprozess aus einem granulatförmigen Ausgangskunststoffmaterial ausgebildet werden. Lediglich beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf additive Fertigungsprozesse zu verweisen, mit welchen sich, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Füllstoffen gefüllte, thermoplastische Spritzgussgranulate verarbeiten lassen. Diese additiven Fertigungsprozesse sind sonach insbesondere zur Ausbildung der Grundkörperstruktur 2 geeignet.
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Einzelne, mehrere oder sämtliche im Zusammenhang mit einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Merkmale können mit einzelnen, mehreren oder sämtlichen im Zusammenhang mit wenigstens einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigten Merkmalen kombiniert werden.
