DE102022104830A1

DE102022104830A1 - Werkstückbildungsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstücks

Info

Publication number: DE102022104830A1
Application number: DE102022104830.6A
Authority: DE
Inventors: Tino WOLLMANN; Julian Lich; Felix Bouchard; Maik Gude; Jürgen Czarske; Robert Kuschmierz; Andrés-Fabián Lasagni
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2023-09-07

Abstract

Werkstückbildungsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstücks. Die Werkstückbildungsvorrichtung (100) zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks (220) kann aufweisen ein Werkzeug (120) eingerichtet zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks (220) innerhalb eines Aufnahmebereichs (122) des Werkzeugs (120), wobei eine Innenwandung (121) des Werkzeugs (120), die zum Aufnahmebereich (122) hin frei liegt, ein oder mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) aufweist, die dazu eingerichtet sind, ein oder mehrere Oberflächenmerkmale (230) auf ein in dem Aufnahmebereich (122) des Werkzeug (120) gebildetes Faserverbundwerkstück (220) zu übertragen, während das Faserverbundwerkstück (220) in dem Aufnahmebereich (122) des Werkzeugs (120) gebildet wird.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine Werkstückbildungsvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks, insbesondere eines Faserverbundwerkstücks.
Im Allgemeinen kann eine Applikation von Mikrostrukturen auf Bauteiloberflächen sowohl für ästhetische als auch für technische Ziele und Zwecke relevant sein. Zu letzteren gehören beispielsweise die Modifikation von tribologischen Eigenschaften, adhäsiven Eigenschaften und von optischen Eigenschaften. Diese können beispielsweise aus Gründen der Fälschungssicherheit und/oder zu messtechnischen Zwecken gezielt verändert werden. Mikrostrukturen können verwendet werden, um strukturelle Eigenschaften eines Bauteils zu ermitteln. Beispielsweise können Mikrostrukturen auf einem zu untersuchenden Bauteil angebracht werden, um somit strukturelle Eigenschaften, wie beispielsweise eine körperliche Ausdehnung und/oder mechanische Spannungen vor, nach und/oder während einer Verwendung des zu untersuchenden Bauteils zu ermitteln.
Herkömmlicherweise kann die Mikrostrukturierung mittels Mikrofräsens, Laserstrukturierung, und/oder durch ein Aufbringen (z.B. Aufkleben) von vorstrukturierten Folien auf die Oberfläche des Bauteils erfolgen. Bei einfachen Bauteil-Geometrien, wie beispielsweise bei Folien und/oder Blechen können bereits durch sogenannte „Roll-to-Roll“-Verfahren und „Hot Embossing“-Verfahren großflächig Mikrostrukturen auf diese aufgebracht werden.
Eine nachträgliche, großflächige Mikrostrukturierung von Formteilen und Gussstrukturen mit komplexeren Geometrien als den Geometrien von Folien bzw. Blechen kann zeitaufwändig sein und zum Teil nur manuell durchgeführt werden. Somit können hohe Kosten entstehen. Zusätzlich können durch ein Aufbringen von vorstrukturierten Folien Lufteinschlüsse entstehen, die zu systematischen Abweichungen bei messtechnischen Untersuchungen führen können.
Beispielsweise können Mikrostrukturen verwendet werden, um ein Deformationsverhalten und/oder Schwingungsverhalten von Werkstücken (z.B. Faserverbundwerkstücken) vor, während und/oder nach einer jeweiligen Bewegung zu untersuchen. Beispielsweise können die Werkstücke als unbewegte Werkstücke (z.B. Bezüglich einer Untersuchungsvorrichtung) untersucht werden. Beispielsweise können die Werkstücke während einer Translation oder Rotation (z.B. schnellen Drehung) untersucht werden. Werkstücke, die während sie rotieren untersucht werden, können beispielsweise üblicherweise innerhalb von einer Zentrifuge, einer Gasturbine, einer Pumpe, und/oder eines Windkraftwerks verwendet werden. Werkstücke, die während sie rotieren untersucht werden, können Rotoren sein, wie beispielsweise Propeller, Lüfter, Schaufelblatträder. Es versteht sich, dass ein Werkstück, das untersucht werden kann, während es rotiert, auch untersucht werden kann, während es nicht rotiert, z.B. während es translatiert oder in Ruhe ist. Hierzu können beispielsweise Mikrostrukturen in Form von vorstrukturierten Folien (z.B. optischen Beugungsgitterfilmen) auf einer Rotoroberfläche des Rotors angebracht, z.B. geklebt, werden. Während der Drehung des Rotors können Mikrostrukturen der aufgeklebten vorstrukturierten Folien mit einem gerichteten Lichtstrahl beleuchtet werden. Durch eine Deformation der Oberfläche aufgrund der Rotation (und der damit verbundenen Kräfte) kann es zu einer Änderung einer Gitterkonstante der Mikrostruktur kommen. Die Änderung kann durch eine kamerabasierte Messung der Richtung der reflektierten Beugungsordnungen mit einer Präzision im ppm-Bereich erfasst werden. Zusätzlich können Verkippungen von Oberflächen zueinander innerhalb der Mikrostruktur im Mikrorad-Bereich (z.B. zwischen 0,1 prad und 500 prad) gemessen werden. Jedoch kann durch einen hohen Applikationsaufwand der vorstrukturierten Folien nur ein begrenzter Teil der Oberfläche des Rotors mit Mikrostrukturen versehen werden, wodurch eine Ortsauflösung der resultierenden Messung begrenzt ist. Ferner können zwischen der Oberfläche des Rotors und der vorstrukturierten Folie Lufteinschlüsse auftreten, die zu erhöhten systematischen Unsicherheiten führen können.
Gemäß verschiedenen Aspekten, werden ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung bereitgestellt, die eine kostengünstige und großflächige Applikation von Mikrostrukturen ermöglichen.
Gemäß verschiedenen Aspekten können die Mikrostrukturen somit mit hoher Qualität an Bauteilen gebildet werden. Die Bauteile können komplexe Geometrien haben. Die Bauteile können beispielsweise mittels Flüssig-Imprägnierverfahren, Spritzgussverfahren oder andere dazu ähnliche Fertigungsverfahren für Faserverbundstrukturen und/oder Kunststoffstrukturen hergestellt werden.
Gemäß verschiedenen Aspekten können Mikrostrukturen (z.B. in Form von Mikrotexturen, eines Mikroreliefs, eines Mikromusters) während der Fertigung einer Faserverbundstruktur und/oder einer Kunststoffstruktur, auf eine Oberfläche der jeweiligen Faserverbundstruktur und/oder der und/oder Kunststoffstruktur appliziert (z.B. aufgebracht) werden.
Gemäß verschiedenen Aspekten können Mikrostrukturen partiell und/oder großflächig auf eine Oberfläche eines jeweiligen Bauteils aufgebracht werden.
Gemäß verschiedenen Aspekten können verschiedene Strukturvorlagen (z.B. Mikrostrukturvorlagen) auf (und/oder in) voneinander verschiedenen austauschbaren Einsätzen gebildet (z.B. erzeugt, hergestellt) werden. Es kann ein Werkzeug bereitgestellt werden, das ein oder mehrere Befestigungseinheiten zum Befestigen der austauschbaren Einsätze aufweisen kann. Somit können eine Auswahl, eine Anordnung und eine Anzahl der Mikrostrukturvorlagen verändert werden.
Gemäß verschiedenen Aspekten, wird eine Werkstückbildungsvorrichtung zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks bereitgestellt, die Werkstückbildungsvorrichtung aufweisend: ein Werkzeug (Erstarrungsform/Guss/Pressform) eingerichtet zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks innerhalb eines Aufnahmebereichs des Werkzeugs, wobei eine Innenwandung des Werkzeugs, die zum Aufnahmebereich hin frei liegt, ein oder mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen aufweist, die dazu eingerichtet sind, ein oder mehrere Oberflächenmerkmale (z.B. ein oder mehrere Muster) auf ein in dem Aufnahmebereich des Werkzeug gebildetes Faserverbundwerkstück zu übertragen (z.B. darin einzuprägen, abzubilden), während das Faserverbundwerkstück in dem Aufnahmebereich des Werkzeugs gebildet wird.
Somit wird eine Vorrichtung zum Bilden (z.B. Herstellen, Erzeugen) eines Werkstücks bereitgestellt, die ein oder mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen (z.B. Mikrostrukturvorlagen) aufweist zum Bilden von Merkmalsstrukturen (z.B. in Form von Mikrostrukturen) auf (zumindest) einer Oberfläche des Werkstücks. Gemäß verschiedenen Aspekten können die Oberflächenmerkmalsvorlagen Reflexionsgittervorlagen sein, zum Bilden eines Reflexionsgitters auf einer Oberfläche des Werkstücks.
Ferner kann durch die Vorrichtung eine massenhafte und/oder kostengünstige Applikation von Oberflächenmerkmalen (z.B. Mikrostrukturen) ermöglicht werden, insbesondere auf Oberflächen komplexen Geometrien (z.B. nicht planare Flächen, gebogene Flächen, gekrümmte Flächen, gewölbte Flächen). Eine direkte Applikation von Oberflächenmerkmalen ermöglicht es, auf zusätzliche Elemente (z.B. Folien, Dehnmessstreifen) zu verzichten. Dadurch kann Abfall reduziert werden und ein untersuchtes Werkstück, muss nicht mit zusätzlichem Gewicht belastet werden.
Durch die die direkte Applikation von Oberflächenmerkmalen kann eine ästhetisch ansprechend wirkende Optik des Werkstücks erzielt werden. Zusätzlich können die Oberflächenmerkmale eine Sicherheit gegenüber Fälschungen des Werkstücks erhöhen.
Gemäß verschiedenen Aspekten, wird eine Werkstückbildungsvorrichtung zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks bereitgestellt, die Werkstückbildungsvorrichtung aufweisend: ein Werkzeug eingerichtet zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks innerhalb eines Aufnahmebereichs des Werkzeugs; ein oder mehrere Einsätze, die jeweils eine von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen aufweisen, und die ein oder mehreren Einsätze jeweils dazu eingerichtet sind, auf einer Innenwandung des Werkzeugs, die zum Aufnahmebereich hin frei liegt, befestigt zu werden, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen dazu eingerichtet sind, ein oder mehrere Oberflächenmerkmale auf ein in dem Aufnahmebereich des Werkzeug gebildetes Faserverbundwerkstück zu übertragen, während das Faserverbundwerkstück in dem Aufnahmebereich des Werkzeugs gebildet wird.
Gemäß verschiedenen Aspekten, wird ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstücken bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen; Füllen des Werkzeugs mit einem Faserverbundwerkstoff; und Bilden eines Faserverbundwerkstücks aus dem Faserverbundwerkstoff; Entfernen des Faserverbundwerkstücks aus dem Werkzeug.
Beispielhafte Ausführungsformen sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

1 und 2 veranschaulichen jeweils eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten.
3 veranschaulicht ein Werkstück, das mittels einer Werkstückbildungsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten, gebildet wurde.
4A, 4B und 4C zeigen schematisch das Erzeugen einer Oberflächenmerkmalsvorlage gemäß verschiedenen Aspekten.
5A und 5B veranschaulichen jeweils eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten.
5C veranschaulicht einen Einsatz für eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten.
6 und 7A veranschaulichen jeweils eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten.
7B veranschaulicht ein Werkstück, das mittels einer Werkstückbildungsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten, gebildet wurde.
8 veranschaulicht ein Verfahren zum Bilden eines Werkstücks mittels einer Werkstückbildungsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Gemäß verschiedenen Aspekten werden hierin Oberflächenmerkmalsvorlagen (bzw. Oberflächenmerkmalsstrukturen, Merkmalsstrukturvorlagen) beschrieben. Eine Oberflächenmerkmalsvorlage (bzw. eine Oberflächenmerkmalsstruktur, eine Merkmalsstrukturvorlage) kann eine dreidimensionale Oberflächenstruktur im Sinne eines Oberflächenreliefs aufweisen. Die Oberflächenmerkmalsvorlage kann eingerichtet sein, einen korrespondierenden Abdruck in einem anderen (z.B. separaten) Bauteil zu erzeugen. Es versteht sich, dass der korrespondierende Abdruck dreidimensional, aber invers zur Oberflächenmerkmalsvorlage ausgeprägt ist. Der korrespondierende Abdruck kann auch als Oberflächenmerkmal bezeichnet werden. Daher kann die Oberflächenmerkmalsvorlage auch als Vorlage (z.B. für den Abdruck) bezeichnet werden. Unter Strukturierung kann hierin ein Vorgang bezeichnet werden, bei dem ein oder mehrere Strukturen erzeugt werden.
Eine Oberflächenmerkmalsvorlage kann ein makroskopisches Muster aufweisen. Beispielsweise kann ein makroskopisches Muster eine dreidimensionale Struktur sein, die als zweidimensionales Muster gesehen (z.B. erkannt) werden kann, wenn mehr als 10% (z.B. mehr als 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% oder die gesamte) des Musters betrachtet wird (d.h. anschaulich wird die Oberflächenmerkmalsvorlage auf einer makroskopischen Skala betrachtet). Das makroskopische Muster kann in einer mikroskopischen Skala mehrere Erhöhungen (bzw. Erhebungen) und mehrere Vertiefungen aufweisen. Es versteht sich, dass Elemente des Musters (wie beispielsweise Linien), die auf einer makroskopischen Skala als Teil des Musters wahrgenommen werden können, auf einer mikroskopischen Skala durch Erhöhungen und Vertiefungen realisiert sein können.
Eine Oberflächenmerkmalsvorlage kann eine Vorlage für eine Mikrostruktur aufweisen (z.B. sein) und/oder eine Mikrostruktur aufweisen (z.B. sein). Eine Mikrostruktur kann eine Oberflächenstruktur im Sinne eines Oberflächenreliefs sein, bei der die Abstände zwischen zwei benachbarten Erhebungen und/oder Vertiefungen im Millimeter, Mikrometer und/oder Nanometerbereich liegen.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann hierin eine dreidimensionale Struktur eine Vorlage sein, die auch kurz als dreidimensionale Vorlagenstruktur bzw. Vorlagenstruktur bezeichnet wird. Eine Vorlagenstruktur kann eingerichtet sein, eine dreidimensionale Struktur zu erzeugen. Die erzeugte dreidimensionale Struktur kann formschlüssig mit der Vorlagenstruktur verbunden werden.
Beispielsweise kann die dreidimensionale Struktur durch einen körperlichen Abdruck der Vorlagenstruktur erzeugt werden. Es versteht sich, dass von einer Vorlagenstruktur, die eine (dreidimensionale) Mikrostruktur ist, wieder eine (dreidimensionale) Mikrostruktur erzeugt werden kann. Ferner kann eine Vorlagenstruktur, die ein erstes Beugungsgitter ist, eine Struktur erzeugen, die ein zweites Beugungsgitter ist. Das erste und das zweite Beugungsgitter können sich voneinander in ihren Charakteristiken (z.B. einem Beugungswinkel) unterscheiden. Das erste und das zweite Beugungsgitter können gleich zu einander sein, bzgl. ihrer Charakteristiken.
Eine Oberflächenmerkmalsvorlage kann eine periodische Struktur aufweisen. Unter einer periodischen Struktur kann eine Oberflächenstruktur verstanden werden, die sich wiederholende Charakteristika (z.B. Linien, Punkte, Gitter etc.) aufweist.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine Mikrostruktur eine periodische Mikrostruktur sein. Hierunter kann verstanden werden, dass mikroskopisch benachbarte Erhebungen ein Makroskopisches Muster bilden können. Eine Mikrostruktur kann eine Struktur sein, an der die Wellenlänge von sichtbarem Licht gebeugt (z.B. aufgespalten) werden kann. Beispielsweise kann eine Mikrostruktur ein Beugungsgitter (bzw. ein optisches Gitter) und/oder eine Beugungsgitter-Vorlage sein. Beispielsweise kann eine Mikrostruktur eine Reflexionsgitter-Vorlage bilden. Eine Reflexionsgitter-Vorlage ist eine zu einem Reflexionsgitter körperlich inverse Struktur, die mit dem Reflexionsgitter formschlüssig in körperlichen Kontakt gebracht werden kann. Der zu der Reflexionsgitter-Vorlage korrespondierende Abdruck kann ein Reflexionsgitter sein. Ein Reflexionsgitter (z.B. optisches Gitter, Beugungsgitter) kann eine Vielzahl von Längsstrukturen in einem zueinander gleichmäßigem Abstand aufweisen, wie beispielsweise Gräben oder Rillen (d.h. Erhöhungen/Erhebungen und Vertiefungen).
Beispielsweise können Reflexionsgitter derart funktionieren, dass für bestimmte Winkel und Wellenlängen Elementarwellen in benachbarten Bereichen (z. B. Steg und Lücke eines Kastenprofils) einen Gangunterschied von einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge haben können. Das kann zu einer konstruktiven Interferenz führen. Beispielsweise kann ein Reflexionsgitter so optimiert sein, dass eine Beugungseffizienz für eine bestimmte Beugungsordnung maximal wird. Dazu kann möglichst viel Intensität in einer gewünschten Beugungsordnung konzentriert und in den übrigen Ordnungen hingegen minimiert werden. Ein Reflexionsgitter kann beispielsweise eingerichtet sein, Strahlung mit voneinander verschiedenen Wellenlängen in voneinander verschiedene Richtungen zu beugen (d.h. mit voneinander verschiedenen Beugungswinkeln). Beispielsweise kann somit ein Strahl von einer multichromatische Strahlung (d.h. Strahlung, die mehrere Wellenlängen aufweist) derart gebeugt werden, dass eine Vielzahl von Strahlen entstehen, die jeweils monochromatische Strahlung aufweisen, die in voneinander verschiedene Winkel vom Reflexionsgitter aus umgelenkt werden. Anschaulich kann beispielsweise aus einem Sonnenstrahl, ein erster Anteil des Sonnenstrahls (z.B. Strahlung mit einer Wellenlänge von 700 nm) mit einem ersten Beugungswinkel an einem Reflexionsgitter gebeugt werden und ein zweiter Anteil des Sonnenstrahls z.B. Strahlung mit einer Wellenlänge von 500 nm) mit einem zweiten Beugungswinkel an dem Reflexionsgitter gebeugt werden. Der jeweilige Beugungswinkel kann ermittelt werden und somit kann eine Struktur des Reflexionsgitters ermittelt werden, z.B. ein periodischer Abstand etc.
Somit können beispielsweise Dehnungsmessungen ermöglicht werden. Beispielsweise kann eine Mikrostruktur auf einem Bauteil aufgebracht werden. Wenn sich das Bauteil dehnt, kann sich eine Gitterkonstante der Mikrostruktur verändern. Somit kann sich ein Beugungswinkel der Gitterkonstante ändern. Indem der neue Beugungswinkel ermittelt wird, können Informationen über eine Veränderung der Struktur des zugehörigen Bauteils ermittelt werden.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Werkstückbildungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Werkzeug aufweist, in dessen Aufnahmebereich ein Werkstoff eingebracht werden kann, der innerhalb des Aufnahmebereichs zu einem Werkstück geformt werden kann.
1 veranschaulicht beispielhaft eine Werkstückbildungsvorrichtung 100. Die Werkstückbildungsvorrichtung kann ein Werkzeug 120 aufweisen. Das Werkzeug 120 kann ein oder mehrere Innenwandungen 121 und (zumindest) einen Aufnahmebereich 122 aufweisen. Ferner kann die Werkstückbildungsvorrichtung 100 eine Oberflächenmerkmalsvorlage 110 aufweisen. Die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 kann auf einer Oberfläche einer jeweiligen Innenwandung 121 der ein oder mehreren Innenwandungen 121 angeordnet sein.
Der Aufnahmebereich 122 kann eingerichtet sein, mit einem Werkstoff befüllt zu werden, aus dem ein Werkstück gebildet bzw. erzeugt werden soll.
In 2 ist beispielhaft ein mit einem Werkstoff 210 befülltes Werkzeug 100 dargestellt. Beispielsweise kann das Werkzeug 100 ferner eine Abdeckung 123 zum Abdecken des Aufnahmebereichs 122 aufweisen. Die Abdeckung 123 kann beispielsweise einen Zulauf 124 aufweisen. Durch den Zulauf 124 kann beispielsweise der Werkstoff (oder ein oder mehrere Bestandteile des Werkstoffs) in den Aufnahmebereich 122 eingefüllt werden. Im Anschluss kann das Werkstück innerhalb des Werkzeugs gebildet werden.
Beispielsweise kann der Werkstoff zur Verwendung als Werkstoff in einem Spritzguss-Verfahren oder Infiltrationsverfahren verwendet werden, um ein Werkstück herzustellen. Beispielsweise kann der gesamte Werkstoff zum Bilden des Werkstücks durch den Zulauf 124 in den Aufnahmebereich 122 eingebracht (z.B. gespritzt, infiltriert) werden. Alternativ kann der Werkstoff zum Bilden des Werkstücks teilweise durch den Zulauf 124 in den Aufnahmebereich 122 eingebracht (z.B. gespritzt) werden. Dazu kann ein erster Teil des Werkstoffs innerhalb des Aufnahmebereichs 122 positioniert sein. Beispielsweise kann der erste Teil des Werkstoffs ungeeignet sein, um durch den Zulauf in den Aufnahmebereich 122 eingebracht zu werden. Ein zweiter Teil des Werkstoffs kann durch den Zulauf 124 in den Aufnahmebereich 122 eingebracht (z.B. gespritzt, infiltriert) werden.
Beispielsweise kann der Werkstoff aufweisen (oder daraus bestehen): ein oder mehrere Arten von Fasern (z.B. Kohlenstofffasern, und/oder Glasfasern, und/oder Aramidfasern, und/oder Naturfasern und/oder Keramikfasern), ein oder mehrere Duroplasten (z.B. Harze (z.B. Epoxidharz), Polyimide, etc.), ein oder mehrere Thermoplasten (z.B. Polymethylmethacrylat, Polypropylen, Polyetheretherketon, etc.) und/oder ein oder mehrere Elastomere (z.B. Silikon).
Der Werkstoff kann beispielsweise ein oder mehrere Einkomponentenpolymere und/oder ein oder mehrere Mehrkomponentenpolymere aufweisen (z.B. daraus bestehen), wie beispielsweise Polymethylmethacrylat, Polyetheretherketon, Polyurethan, Polypropylen, Polycarbonat, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, Polystyrol, Polyamid, Polyoxymethylen, Silikon.
Der Werkstoff kann beispielsweise ein oder mehrere Verbundwerkstoffe aufweisen (z.B. daraus bestehen), wie beispielsweise: ein oder mehrere Glasfaserverbundwerkstoffe und/oder ein oder mehrere Naturfaserverbundwerkstoffe und/oder ein oder mehrere Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe.
Der Werkstoff kann beispielsweise verwendet werden zum Herstellen eines Faserverbundwerkstücks. Es versteht sich, dass das hergestellte Faserverbundwerkstück eine Faserverbundstruktur aufweisen kann. Der Werkstoff kann ein Matrixsystem und mehrere Verstärkungsfasern aufweisen (bzw. daraus bestehen). Das Matrixsystem kann ein polymeres Matrixsystem sein. Das polymere Matrixsystem kann aufweisen (z.B. daraus bestehen): ein oder mehrere Duroplasten , ein oder mehrere Thermoplasten und/oder ein oder mehrere Elastomere. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise Kohlenstofffasern, und/oder Glasfasern, und/oder Aramidfasern, und/oder Naturfasern und/oder Keramikfasern aufweisen (z.B. sein). Es versteht sich, dass voneinander verschiedene Fasern miteinander kombiniert werden können.
Beispielsweise können die Verstärkungsfasern eine Mischung aus Kohlenstofffasern und Naturfasern sein. Beispielsweise können die Verstärkungsfasern eine Mischung aus Kohlenstofffasern einer ersten Art (z.B. mit einem ersten Durchmesser) und Kohlenstofffasern einer zweiten, von der ersten verschiedenen Art (z.B. mit einem zweiten Durchmesser) sein. Beispielsweise können die Verstärkungsfasern eine Mischung aus Naturfasern einer ersten Art (z.B. Wolle, Flachsfasern) und einer von der ersten Art verschiedenen zweiten Art (z.B. Hanffasern, Weidenfasern) sein. Unter Naturfasern können hierin Fasern verstanden werden, die von natürlichen Quellen (z.B. Pflanzen, Tieren oder Mineralien) stammen und sich ohne zusätzliche chemische Umwandlungsreaktionen direkt einsetzen lassen.
Die Verstärkungsfasern können in Form einer Endlosfaserverstärkung (z.B. als ein Gewebe, als ein Gelege, etc.) vorliegen. Die Verstärkungsfasern können in Form einer Kurzfaserverstärkung und/oder einer Langfaserverstärkung vorliegen.
Der Werkstoff kann beispielsweise verwendet werden zum Herstellen eines Kunststoffwerkstücks. Es versteht sich, dass das hergestellte Kunststoffwerkstück eine Kunststoffstruktur aufweisen kann. Der Werkstoff kann aufweisen (z.B. daraus bestehen): ein oder mehrere Duroplasten , ein oder mehrere Thermoplasten und/oder ein oder mehrere Elastomere. Der Werkstoff kann ein Matrixsystem aufweisen (z.B. zum Verstärken des Werkstücks und/oder zum Beschleunigen eines Herstellungsprozesses). Das Matrixsystem kann ein polymeres Matrixsystem sein. Das polymere Matrixsystem kann aufweisen (z.B. daraus bestehen): ein oder mehrere Duroplasten , ein oder mehrere Thermoplasten und/oder ein oder mehrere Elastomere.
Basierend auf dem Werkstoff kann ein jeweiliges Werkstück, beispielsweise ein Faserverbundwerkstück gebildet (z.B. hergestellt, geformt) werden.
Es versteht sich, dass zum Bilden des Werkstücks verschiedene Prozesse durchgeführt werden können. Beispielsweise können voneinander verschiedene Prozesse und Verfahrensschritte durchgeführt und miteinander kombiniert werden können um das Werkstück zu bilden. Beispielsweise kann gewartet werden, bis sich ein nichtfester Werkstoff innerhalb des Werkzeugs verfestigt (z.B. erhärtet, aushärtet, konsolidieren). Beispielsweise kann ein Druck angelegt werden, um den Werkstoff zu pressen. Beispielsweise kann ein Druck durch die Abdeckung 123 auf den Werkstoff ausgeübt werden (z.B. in dem diese körperlich auf den Werkstoff drückt). Beispielsweise kann ein Druck durch den Zulauf 124 auf den Werkstoff 210 appliziert werden. Beispielsweise kann ein Harz durch den Zulauf 124 eingeleitet werden, um eine Schrumpfung des Werkstoffes während eines Aushärtens zu kompensieren und um den Druck aufrecht zu erhalten. Wenn der Werkstoff ein oder mehrere Thermoplasten aufweist, kann der Werkstoff verpresst und währenddessen abgekühlt werden, um den Aufnahmebereich 122 mit dem Werkstoff auszufüllen und um ein Oberflächenmerkmal auf einer Oberfläche des Werkstücks abzubilden. Beispielsweise kann der Werkstoff innerhalb des Aufnahmebereich erhitzt werden, um somit eine Vernetzung zwischen verschiedenen Komponenten des Werkstoffes zu beschleunigen und ein Werkstück zu bilden. Dazu kann beispielsweise das Werkzeug eingerichtet sein, den Aufnahmebereich direkt zu erhitzen (z.B. mittels einer Heizvorrichtung). Beispielsweise kann das Werkzeug eingerichtet sein, in einem Ofen erhitzt zu werden, und somit den Werkstoff 210 indirekt zu erhitzen. Beispielsweise kann das Werkzeug 120 eingerichtet sein, den Werkstoff 210 einer Strahlung (z.B. ionisierender Strahlung, Infrarotstrahlung, Ultravioletter Strahlung etc.) auszusetzen. Beispielsweise kann das Werkzeug 120 dafür ein oder mehrere Strahlungsquellen (z.B. passive Strahlungsquellen, (z.B. Strahlungsleiter, Fenster, Lichtleiter) und/oder aktive Strahlungsquellen (z.B. Lampen etc.) aufweisen. Beispielsweise kann das Werkzeug 120 ein oder mehrere Heizelemente aufweisen. Die ein oder mehreren Heizelemente können eine Kontaktheizung für den Werkstoff 210 bilden. Die ein oder mehreren Heizelemente können beispielsweise ein oder mehrere Heizpatronen und/oder ein oder mehrere Heizstäbe aufweisen (z.B. sein). Die ein oder mehreren Heizelemente können beispielsweise in das Werkzeug 120 integriert sein (z.B. zwischen einer Innenwandung und einer Außenwandung des Werkzeuges, in eine Innenwandung und/oder eine Außenwandung des Werkzeuges). Das Werkzeug 120 kann eingerichtet sein, Wärme von den ein oder mehreren Heizelementen an den Werkstoff zu übertragen. Beispielsweise kann das Werkzeug 120 ein oder mehrere thermisch leitende Elemente aufweisen (z.B. aus diesen bestehen). Beispielsweise kann das Werkzeug ein oder mehrere Metalle (z.B. in Form mindestens einer Legierung) aufweisen (z.B. daraus gefertigt sein).
Es versteht sich, dass diese Verfahren nur eine kleine Auswahl von möglichen Verfahren zum Bilden eines Werkstücks darstellen. In jedem Fall, kann eine äußere Form des gebildeten Werkstücks durch die Form des Aufnahmebereichs 122 beeinflusst (z.B. vorgegeben) werden. Insbesondere kann der (Oberflächen- )Abschnitt des Werkstücks, an dem der Werkstoff während des Bildungsvorgangs in körperlichen Kontakt zu der Oberflächenmerkmalsvorlage 110 war, ein Oberflächenmerkmal aufweisen.
In 3 ist ein gebildetes Werkstück (z.B. ein Faserverbundwerkstück) 220 dargestellt. Das Werkstück 220 kann mehrere Werkstück-Oberflächen 221 aufweisen. Jede der mehreren Werkstück-Oberflächen 221 kann dabei eine Form haben, die durch die jeweils dazu korrespondierende Innenwandung 121 des Werkzeugs 100 vorgegeben ist. Anschaulich kann eine gewölbte Innenwandung 121 zu einer gewölbten Werkstück-Oberfläche 221 korrespondieren. Beispielsweise kann eine gezackte Innenwandung 121 zu einer (invers dazu) gezackten Werkstück-Oberfläche 221 korrespondieren, etc.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Werkstück 220 auf einer seiner mehreren Werkstück-Oberflächen 221 ein Oberflächenmerkmal 230 aufweisen. Analog zu den Formen der Werkstück-Oberflächen 221, kann das Oberflächenmerkmal 230 zu der Oberflächenmerkmalsvorlage 110 des Werkzeugs korrespondieren. Anschaulich kann somit ein dreidimensionales Muster von der Oberflächenmerkmalsvorlage 110 auf das Werkstück 220 in Form eines dazu inversen dreidimensionalen Musters übertragen werden.
Anschaulich kann das Oberflächenmerkmal 230 als eine Prägung durch die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 des Werkzeugs verstanden werden.
Das Oberflächenmerkmal 230 kann ein Beugungsgitter (z.B. ein Reflexionsgitter) sein. Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 eine dazu korrespondierende Beugungsgittervorlage (z.B. eine Reflexionsgittervorlage) sein. Beispielsweise kann das Oberflächenmerkmal 230 ein Beugungsgitter (z.B. ein Reflexionsgitter) für Strahlung bilden, die Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts aufweist (z.B. für Wellenlängen zwischen 380 nm und 800 nm).
Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Oberflächenmerkmal 230 ein oder mehrere Mikrostrukturen aufweisen oder daraus bestehen. Somit kann das Werkzeug 100 gemäß verschiedenen Aspekten ermöglichen, ein Werkstück 220 bereitzustellen, auf dessen Oberflächen ein oder mehrere Mikrostrukturen in Form des Oberflächenmerkmals 230 aufgebracht sein können. Somit kann eine großflächige Applikation von Mikrostrukturen auf ein Werkstück ermöglicht werden. Beispielsweise kann eine große Oberflächenmerkmalsvorlage 110 innerhalb des Werkzeugs 100 bereitgestellt sein, um ein Oberflächenmerkmal 230 auf einer Werkstück-Oberfläche 221 zu erzeugen, dass mehr als 10% von dieser Werkstück-Oberfläche 221 bedeckt. Beispielsweise können mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 innerhalb des Werkzeugs bereitgestellt werden, um mehrere Oberflächenmerkmal 230 auf einer oder mehrerer Werkstück-Oberflächen 221 zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Werkzeug 100 auch derart ausgestaltet sein, um Bauteile mit komplexen Oberflächenformen (z.B. geschwungene und/oder gewölbte Oberflächen) herzustellen. Gemäß verschiedenen Aspekten kann auch ein Oberflächenmerkmal 230 auf einer komplexen Oberflächenform eines Werkzeuges angebracht (z.B. eingeprägt) werden. Beispielsweise kann eine dazu korrespondierende Oberflächenmerkmalsvorlage 110 in die korrespondierende Innenwandung 121 des Werkzeugs 110 eingebracht werden.
In 4A, 4B und 4C sind mehrere Verfahrensschritte dargestellt, durch die eine Oberflächenmerkmalsvorlage 110, die Mikrostrukturen aufweist, mittels mehrerer Laserstrahlen erzeugt werden kann.
In 4A ist beispielhaft eine (unbehandelte) Oberfläche 401 dargestellt, auf der eine Oberflächenmerkmalsvorlage 110 gebildet bzw. erzeugt werden soll. Beispielsweise kann die Oberfläche 401 eine Oberfläche einer Innenwandung 121 eines Werkzeugs 100 sein. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Oberflächen dargestellt sein können.
In 4B ist dargestellt, wie die Oberfläche 401 aus 4A mittels Laserstrukturierung strukturiert wird zum Erzeugen der Oberflächenmerkmalsvorlage 110. Beispielsweise können mehrere Laserstrahlen verwendet werden, um die Oberfläche 401 zu strukturieren.
Ein mögliches Verfahren hierzu ist beispielsweise eine direkte Laserstrahlinterferenzstrukturierung (DLIP, engl.: „direct laser interference patterning“). Somit kann innerhalb der Oberfläche 401 eine Oberflächenmerkmalsvorlage 110 erzeugt werden. Eine Bearbeitung durch die Laserstrukturierung kann verglichen mit anderen strukturerzeugenden Verfahren sehr zeiteffizient und automatisiert (und somit kostengünstig) durchgeführt werden. Das DLIP-Verfahren erlaubt es beispielsweise, die Strukturperiode (d.h. ein Abstand zwischen zwei direkt benachbarten Erhöhungen) zu variieren. Weiterhin können mehrere Perioden überlagert werden. Somit kann beispielsweise eine Reduktion von Messunsicherheit bei Untersuchungen der Oberflächenmerkmalsvorlage 110 und/oder einem korrespondierenden Oberflächenmerkmal verwendet werden kann.
Beispielsweise können ein erster Laserstrahl 410 der mehreren Laserstrahlen und ein zweiter Laserstrahl 420 der mehreren Laserstrahlen derart auf die Oberfläche 401 gestrahlt werden, dass der erste und zweite Laserstrahl 410, 420 miteinander interferieren. Es versteht sich, dass die miteinander interferierenden Laserstrahlen ein Interferenzmuster 430 bilden können. Ein Interferenzmuster 430 kann Bereiche der destruktiven Interferenz 431 aufweisen, d.h. Bereiche in dem sich der erste und zweite Laserstrahl gegenseitig auslöschen. Ferner kann ein Interferenzmuster 430 Bereiche der konstruktiven Interferenz 432 aufweisen, d.h. Bereiche in dem sich der erste Laserstrahl 410 und zweite Laserstrahl 420 gegenseitig verstärken.
Die Eigenschaften des Interferenzmusters 430 können von den Eigenschaften der Laserstrahlen und/oder der Anzahl der Laserstrahlen abhängen. Beispielsweise kann eine Form, und/oder eine Verteilung von Bereichen konstruktiver Interferenz 432 und/oder destruktiver Interferenz 431, und/oder eine Ausprägung (z.B. eine Intensität) der konstruktiven Interferenz 432 und/oder destruktiven Interferenz 431 von den Eigenschaften der Laserstrahlen abhängen. Beispielsweise kann durch eine Variation einer Einfallsrichtung 411 des ersten Laserstrahls 410 bzw. eines Einfallswinkels 412 des ersten Laserstrahls das resultierende Interferenz-Musters 430 verändert werden. Beispielsweise kann durch eine Variation einer Einfallsrichtung 421 des zweiten Laserstrahls 420 bzw. eines Einfallswinkels 422 des zweiten Laserstrahls das resultierende Interferenz-Musters 430 verändert werden. Beispielsweise kann durch eine Variation einer Intensität, einer Bestrahlungsdauer und/oder einer Wellenlänge des ersten Laserstrahls 410 und/oder zweiten Laserstrahls 420 das resultierende Interferenz-Musters 430 verändert werden. Beispielsweise können zwei Laserstrahlen miteinander interferieren, um das Interferenzmuster 430 in Form eines Linienmusters zu erzeugen. Beispielsweise können drei Laserstrahlen miteinander interferieren, um das Interferenzmuster 430 in Form eines Punktmusters zu erzeugen.
Durch die Laserstrahlen kann ein Teil der Oberfläche 401 abgetragen werden. In 4C ist beispielhaft die Oberfläche 401 nach der Bestrahlung durch den ersten Laserstrahl 410 und den zweiten Laserstrahl 420 dargestellt.
In den Bereichen der konstruktiven Interferenz 432 kann ein größerer Anteil der Oberfläche 401 abgetragen werden, als in Bereichen der destruktiven Interferenz. Somit kann in jedem Bereich der konstruktiven Interferenz jeweils eine Vertiefung 112 entstehen. Beispielsweise kann in den Bereichen der destruktiven Interferenz 431 weniger (z.B. gar kein) Anteil der Oberfläche 401 abgetragen werden. Somit kann in jedem Bereich der destruktiven Interferenz 431 jeweils eine Erhöhung 111 (z.B. eine Erhebung) entstehen. Beispielsweise kann jede Erhöhung 111 eine jeweilige Höhe 111h haben (z.B. gemessen von einer Grundlinie 113). Beispielsweise kann jede Vertiefung 112 eine jeweilige Tiefe 112t haben (z.B. gemessen von einer Grundlinie 113). Beispielsweise kann die Grundlinie 113 eine ursprünglichen Oberfläche 401o der Oberfläche 401 sein, beispielsweise ein Teil der Oberfläche, der nicht durch die Laser abgetragen wurde.
Somit können aufgrund der Bestrahlung durch die mehreren Laserstrahlen mehrere Erhöhungen 111 und mehrere Vertiefungen 112 entstehen. Es versteht sich, dass durch eine Veränderung einer Konfiguration der mehreren Laser ein beliebiges dreidimensionales Muster erzeugt werden kann. Insbesondere können die mehreren Laserstrahlen eingerichtet sein, eine Fläche von mehr als 1 cm² (z.B. mehr als 2 cm², 5 cm², 9 cm², 16 cm², 25 cm², 36 cm², 49 cm², 64 cm², 91 cm² oder mehr als 100 cm²) zu bestrahlen (z.B. mittels eines Abrasterns der Fläche). Somit kann ein dreidimensionales Muster einer nahezu beliebigen Größe erstellt werden. Beispielsweise können mehrere nebeneinanderliegende Abschnitte der Oberfläche 401 bestrahlt (d.h. mit einem Muster versehen) werden.
Die mehreren Erhöhungen 111 und die mehreren Vertiefungen 112 können zusammen die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 bilden. Beispielsweise kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 kann zu dem (erzeugenden) Interferenzmuster 430 korrespondieren. Beispielsweise können einzelne Abschnitte der Oberflächenmerkmalsvorlage 110 zu dem (erzeugenden) Interferenzmuster 430 korrespondieren. Ferner kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 ein periodisches Muster bilden. Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 eine Reflexionsgittervorlage bilden. Beispielsweise kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 eine Vorlage für ein Reflexionsgitter für Strahlung bilden, die Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts aufweist (z.B. für Wellenlängen zwischen 380 nm und 800 nm).
Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 eine Vorlage für Muster sein, die später in einem Werkstück 220 erzeugt werden soll. Beispielsweise kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 ein Muster aufweisen, das eine Vorlage für das später zu erzeugende Muster ist. Beispielsweise kann mittels eines Punktmusters der Oberflächenmerkmalsvorlage 110 ein Kreuzmuster auf dem Werkstück 220 erzeugt werden. Beispielsweise kann mittels eines Linienmusters der Oberflächenmerkmalsvorlage 110 ein Linienmuster auf dem Werkstück 220 erzeugt werden.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 ein oder mehrere makroskopische Muster aufweisen. Beispielsweise kann ein makroskopisches Muster durch mikroskopische Erhöhungen und Vertiefungen gebildet werden. Beispielsweise kann Muster ein Punktmuster sein, das mehrere Punkte aufweisen kann. Beispielsweise können die mehreren Punkte jeweils Erhebungen sein. In einem Bereich zwischen zwei direkt benachbarten Punkten der mehreren Punkte kann (zumindest) sich zumindest eine Vertiefung befinden sein. Es versteht sich, dass die mehreren Punkte ebenso jeweils Vertiefungen sein können und sich in einem Bereich zwischen zwei benachbarten Vertiefungen jeweils (zumindest) eine Erhebung befinden kann.
Beispielsweise kann das Muster eine Vielzahl von Linien aufweisen. Es versteht sich, dass die Linien jeweils sowohl durch eine Erhebung als auch durch eine Vertiefung repräsentiert werden können. Beispielsweise kann eine Gruppe von Linien der Vielzahl von Linien jeweils einen Kreis bilden. Beispielsweise können die jeweiligen Kreise den gleichen Mittelpunkt haben.
Beispielsweise kann eine erste Gruppe von Linien der Vielzahl von Linien parallel zueinander angeordnet sein. Beispielsweise kann eine zweite Gruppe von Linien der Vielzahl von Linien parallel zueinander angeordnet sein.
Beispielsweise können zwei direkt benachbarte Linien der ersten Gruppe von Linien jeweils einen ersten Abstand zueinander haben. Beispielsweise können zwei direkt benachbarte Linien der zweiten Gruppe von Linien jeweils einen zweiten Abstand zueinander haben. Beispielsweise kann sich der erste Abstand vom zweiten Abstand unterscheiden. Beispielsweise kann der erste Abstand gleich dem zweiten Abstand sein. Beispielsweise können die Linien der ersten Gruppe nicht parallel zu den Linien der zweiten Gruppe angeordnet sein. Beispielsweise können sich die Linien der ersten Gruppe, mit den Linien der zweiten Gruppe kreuzen. Somit kann beispielsweise ein Kreuz-Muster (z.B. ein Karo-Muster, ein Gitter) etc. erzeugt werden.
Ferner kann das Muster voneinander verschiedene Höhen bzw. Tiefen aufweisen. Beispielsweise können eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung voneinander verschiedene Tiefen haben. Beispielsweise können eine erste Erhöhung und eine zweite Erhöhung voneinander verschiedene Höhen haben. Somit kann anschaulich eine Treppenstruktur (z.B. in einem Querschnitt) realisiert werden.
Es versteht sich, dass die Oberflächenmerkmalsvorlage 110, die ein Reflexionsgitter bildet, auch mit anderen Verfahren erzeugt werden kann. Beispielsweise kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 mittels Fotolithografie erzeugt werden. Beispielsweise kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 mittels ein oder mehrerer Abscheideprozesse erzeugt (z.B. aufgewachsen) werden, wie beispielsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (z.B. Kathodenzerstäubung) und/oder chemischer Gasphasenabscheidung (z.B. Atomlagenabscheidung).
Gemäß verschiedenen Aspekten, kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 auf einem Einsatz (z.B. ein sogenanntes „Inlet“) angebracht werden. Der Einsatz kann eingerichtet sein, in das Werkzeug 120 eingesetzt und/oder herausgenommen zu werden. Ein Einsatz kann beispielsweise ein metallischer Einsatz (z.B. ein Dünnblech, eine Metallfolie) aufweisen oder sein.
5A veranschaulicht beispielhaft eine Werkstückbildungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Aspekten. Werkstückbildungsvorrichtung 100 kann ein Werkzeug 120 und eine Oberflächenmerkmalsvorlage 110 aufweisen. Die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 kann auf einem Einsatz 130 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 auf dem Einsatz 130 analog zur obigen Beschreibung gebildet werden/ worden sein. Beispielsweise kann eine Oberfläche des Einsatzes die beschriebene Oberfläche 401 sein.
Der Einsatz 130 kann dazu eingerichtet sein, auf einer Innenwandung 121 des Werkzeugs 110 angebracht (z.B. befestigt zu werden). Beispielsweise kann der Einsatz 130 dazu eingerichtet sein, in der Innenwandung 121 des Werkzeugs 110 angebracht (z.B. befestigt) zu werden). Beispielsweise kann das Werkzeug 120 ein oder mehrere Befestigungseinheiten 126 zum Befestigen des Einsatzes 130 aufweisen. Beispielsweise können die ein oder mehrere Befestigungseinheiten 126 auf der Innenwandung 121 des Werkzeugs angeordnet sein. Beispielsweise können die ein oder mehrere Befestigungseinheiten 126 jeweils eine Einsteckvorrichtung sein, in die der Einsatz 130 eingesteckt werden kann. Beispielsweise können die ein oder mehrere Befestigungseinheiten 126, eingerichtet sein, den Einsatz 130 mittels magnetischer Anziehung zu befestigen. Beispielsweise können die ein oder mehreren Befestigungseinheiten 126 Magnete sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Befestigungseinheiten 126 Klemmstrukturen sein, in die der Einsatz 130 geklemmt werden kann. Beispielsweise können die ein oder mehreren Befestigungseinheiten ein Schraubverschlusses, ein oder mehrere Schrauben, ein oder mehrere Klemmen, und/oder ein oder mehrere Nägel aufweisen (z.B. sein).
Es versteht sich, dass der Einsatz 130 korrespondierend zu den ein oder mehreren Befestigungseinheiten 126 ausgestaltet sein kann. Beispielsweise kann der Einsatz korrespondierende Strukturen 131 (z.B. Löcher, Gewinde, magnetische oder magnetisierbare Bauteile etc.) aufweisen, die eingerichtet sind jeweils an den ein oder mehreren Befestigungseinheiten 126 befestigt werden können. Dies ist beispielsweise in 5C dargestellt.
Das Werkzeug 120 und der Einsatz 130 können eingerichtet sein, dass der Einsatz 130 formschlüssig mit der Innenwandung 121 abschließt. Beispielsweise kann das Werkzeug 120 in der Innenwandung 121 eine Aussparung 125 (z.B. eine Bohrung) aufweisen. Beispielsweise kann der Einsatz 130 in die Aussparung 125 eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Aussparung 125 derart ausgestaltet sein, dass der Einsatz 130 formschlüssig in der Aussparung 125 positioniert und/oder befestigt werden kann. Beispielsweise kann die Aussparung 125 ein Loch sein, das sich von der Innenwandung 121 bis zu einer Außenwandung 127 erstreckt. Beispielsweise kann der Einsatz 130 eingerichtet sein, in das Loch eingebracht und darin befestigt zu werden. Es versteht sich, dass der Einsatz 130 formschlüssig mit dem Werkzeug 110 abschließen sollte, um ein Austreten von Werkstoff durch sich möglicherweise bildende Spalte zwischen dem Einsatz 130 und dem Werkzeug 110 zu reduzieren (z.B. zu verhindern).
Beispielsweise kann eine Oberflächenmerkmalsvorlage 110 aus mehreren (separaten) Einsätzen 130 zusammenstellt werden.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine Form eines resultierenden Werkstücks 220, durch eine Form des Aufnahmebereichs 122 bestimmt werden.
6 veranschaulicht beispielhaft eine Werkstückbildungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Aspekten. Beispielsweise kann der Aufnahmebereich 122 mehrere Innenwandungen 121 aufweisen, die voneinander verschiedene verformt sein können. Beispielsweise kann eine der mehreren Innenwandungen 121 gebogen, gedellt oder anderweitig verformt sein. Beispielsweise kann ein Einsatz 130 auf eine Verformung einer Innenwandung 121 angepasst sein, an/in die der Aufsatz angebracht wird. Es versteht sich, dass alle möglichen Verformungen somit realisiert werden können. Insbesondere kann auch auf einer verformten Oberfläche eine Oberflächenmerkmalsvorlage 110 erzeugt werden.
Beispielsweise kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 direkt auf der (z.B. verformten) Innenwandung 121 (z.B. mittels einer Laserstrukturierung, insbesondere mittels des DLIP Verfahrens) erzeugt werden. Beispielsweise kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 auf dem (z.B. verformten) Einsatz 130 erzeugt werden. Somit kann die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 außerhalb des Werkzeugs 120 erzeugt werden. Das kann vorteilhaft sein, wenn das Werkzeug 120 sehr groß ist und/oder der Abschnitt, in dem die Oberflächenmerkmalsvorlage 110 erzeugt werden soll, (z.B. für Laserstrahlen) nur schwer zugänglich ist. Ferner kann eine Laserstrukturierung für gebogene und verformte Oberflächen gegenüber herkömmlichen Abscheideprozessen vorteilhaft sein.
Gemäß verschiedenen Aspekten, kann ein Werkzeug auch mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 aufweisen. 7A veranschaulicht beispielhaft eine Werkstückbildungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Aspekten. Die Werkstückbildungsvorrichtung 100 kann mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 aufweisen. Beispielsweise können die jeweiligen Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 der mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 auf einer Innenwandung 121 des Werkzeugs und/oder auf voneinander verschiedenen Innenwandungen 121 des Werkzeugs angeordnet sein. Beispielsweise kann eine erste der mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 verschieden von einer zweiten der mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 sein, z.B. bzgl. eines Musters, einer Größe (z.B. Fläche), einer Orientierung (z.B. indem ein Muster rotiert wurde) etc. Beispielsweise kann eine erste der mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 gleich zu einer zweiten der mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 sein. Beispielsweise können sich die erste und die zweite der mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 sich lediglich in ihrer Position innerhalb des Werkzeugs 120 voneinander unterscheiden. Somit können beispielsweise mehrere Merkmalsstrukturen 230 auf einem Werkstück 220 erzeugt werden, beispielsweise in mehreren voneinander getrennten Abschnitten auf einer Werkstück-Oberfläche 221 und/oder auf mehreren voneinander verschiedenen Werkstück-Oberflächen 221.
Gemäß verschiedenen Aspekten können die mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen 110 auch jeweils auf einem oder mehreren Einsätzen 130 angeordnet sein. Beispielsweise kann das Werkzeug 120 mehrere Aussparungen 125 aufweisen, in denen jeweils ein oder mehrere Einsätze 130 angeordnet (z.B. befestigt) werden können. Das kann bei einem Werkzeug 120 eine große Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten erlauben. Beispielsweise kann ein Dummy-Einsatz der mehreren Einsätze auch so ausgestaltet sein, dass er keine Oberflächenmerkmalsvorlage 110 aufweist und lediglich die Innenwandung formschlüssig abschließt.
7B veranschaulicht schematisch ein zur Werkstückbildungsvorrichtung 100 gemäß 7A korrespondierendes Werkstück 220. Beispielsweise kann das Werkstück 220 mehrere Merkmalsstrukturen 230 aufweisen. Beispielsweise können die mehreren Merkmalsstrukturen 230 an voneinander verschiedenen Werkstück-Oberfläche 221 des Werkstücks 220 angeordnet sein. Beispielsweise können sich eine erste und eine zweite der mehrere Merkmalsstrukturen 230 voneinander unterscheiden (z.B. analog zu der ersten und zweiten der mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen 110). Beispielsweise können sich eine erste und eine zweite der mehrere Merkmalsstrukturen 230 gleichen.
8 veranschaulicht ein Verfahren zum Bilden, z.B. zum Herstellen, eines Werkstücks (z.B. eines Faserverbundwerkstücks) gemäß verschiedenen Aspekten.
In einem ersten Schritt 801 können ein oder mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen in einem Werkzeug bereitgestellt werden. Beispielsweise können die ein oder mehrere zunächst Oberflächenstrukturen gebildet werden, beispielsweise wie zuvor beschrieben. Beispielsweise können die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen mittels ein oder mehrerer Laser erzeugt werden (z.B. mittels eines DLIP-Verfahrens).
Beispielsweise können die ein oder mehreren Oberflächenstrukturen innerhalb des Werkzeugs und/oder auf ein oder mehreren Einlagen gebildet werden.
Beispielsweise können die ein oder mehreren Oberflächenstrukturen auf einem oder mehreren Einsätzen verfügbar sein. Dann können die ein oder mehreren Einsätze in das Werkzeug direkt eingesetzt werden.
In einem zweiten Schritt 802 kann das Werkzeug mit einem Faserverbundwerkstoff gefüllt werden.
In einem dritten Schritt 803 kann ein Faserverbundwerkstück aus dem Faserverbundwerkstoff gebildet (z.B. hergestellt, geformt) werden. Beispielsweise kann das Bilden des Faserverbundwerkstücks ein Pressen des Faserverbundwerkstoffs aufweisen, beispielsweise durch einen an den Faserverbundwerkstoff angelegten Druck. Beispielsweise kann das Bilden des Faserverbundwerkstücks ein Temperieren des Faserverbundwerkstoffs aufweisen. Beispielsweise kann der Faserverbundwerkstoff erhitzt werden. Beispielsweise kann der Faserverbundwerkstoff abgekühlt werden. Beispielsweise kann das Bilden des Faserverbundwerkstücks ein Belichten des Faserverbundwerkstoffs aufweisen.
In einem vierten Schritt kann das Faserverbundwerkstücks aus dem Werkzeug entnommen werden.
Im Folgenden werden einige Beispiele beschrieben, die sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks, die Werkstückbildungsvorrichtung kann aufweisen: ein Werkzeug (Erstarrungsform/Guss/Pressform) eingerichtet zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks innerhalb eines Aufnahmebereichs des Werkzeugs, wobei eine Innenwandung des Werkzeugs, die zum Aufnahmebereich hin frei liegt, ein oder mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen aufweist, die dazu eingerichtet sind, ein oder mehrere Oberflächenmerkmale (z.B. ein oder mehrere Muster) auf ein in dem Aufnahmebereich des Werkzeug gebildetes Faserverbundwerkstück zu übertragen (z.B. darin einzuprägen, abzubilden), während das Faserverbundwerkstück in dem Aufnahmebereich des Werkzeugs gebildet wird.
Beispiel 2 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks, die Werkstückbildungsvorrichtung kann aufweisen: ein Werkzeug (Erstarrungsform/Guss/Pressform) eingerichtet zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks innerhalb eines Aufnahmebereichs des Werkzeugs; ein oder mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen, die dazu eingerichtet sind ein oder mehrere Oberflächenmerkmale (z.B. ein Muster) auf ein in dem Aufnahmebereich des Werkzeug gebildetes Faserverbundwerkstück zu übertragen (z.B. darin einzuprägen, abzubilden), während das Faserverbundwerkstück in dem Aufnahmebereich des Werkzeugs gebildet wird; und wobei eine Innenwandung des Werkzeugs, die zum Aufnahmebereich hin frei liegt, ein oder mehrere Befestigungseinheiten aufweist, an denen die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalstrukturen (z.B. reversibel) befestigt sein/werden können.
Beispiel 3 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks, die Werkstückbildungsvorrichtung kann aufweisen: ein Werkzeug (Erstarrungsform/Guss/Pressform) eingerichtet zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks innerhalb eines Aufnahmebereichs des Werkzeugs; ein oder mehrere Einsätze auf denen jeweils eine von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen angebracht (z.B. erzeugt, bereitgestellt, positioniert) ist, ein oder mehrere Einsätze, die jeweils ein, mehrere oder alle von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen aufweisen, und die ein oder mehreren Einsätze jeweils dazu eingerichtet sind, auf einer Innenwandung des Werkzeugs, die zum Aufnahmebereich hin frei liegt, befestigt zu werden, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen dazu eingerichtet sind, ein oder mehrere Oberflächenmerkmale auf ein in dem Aufnahmebereich des Werkzeug gebildetes Faserverbundwerkstück zu übertragen, während das Faserverbundwerkstück in dem Aufnahmebereich des Werkzeugs gebildet wird.
Beispiel 4 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 3, wobei die Innenwandung des Werkzeugs, die zum Aufnahmebereich hin frei liegt, ein oder mehrere Aussparungen aufweisen kann, zum Aufnehmen der ein oder mehreren Einsätze. Das ermöglicht ein formschlüssiges Einsetzen der Einsätze in die Innenwandung.
Beispiel 5 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 4, wobei ein, mehrere oder alle der ein oder mehreren Aussparungen ein Loch sein kann, das sich von der Innenwandung des Werkzeugs bis zu einer Außenwandung des Werkzeugs hin erstreckt. Somit kann ein Einsatz von außen eingesetzt werden, was einen zeiteffizienteren Wechsel der Einsätze ermöglicht.
Beispiel 6 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 3 bis 5, wobei die Innenwandung des Werkzeugs, wobei die Innenwandung des Werkzeugs, die zum Aufnahmebereich hin frei liegt, ein oder mehrere Befestigungseinheiten aufweist zum Befestigen der ein oder mehreren Einsätze.
Beispiel 7 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei eine Form des Aufnahmebereichs zumindest teilweise eine Form des Faserverbundwerkstücks definieren kann.
Beispiel 8 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei zumindest eine der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen eine Vorlage für ein Beugungsgitter zum Beugen von elektromagnetischer Strahlung sein kann. Beispielsweise kann das Beugungsgitter ein Beugungsgitter für die elektromagnetische Strahlung sein, die ein oder mehrere Wellenlängen aus dem Spektrum des sichtbaren Lichts aufweist (z.B. Wellenlängen zwischen 350 nm und 780 nm). Beispielsweise kann das Beugungsgitter (zusätzlich oder alternativ zum sichtbaren Licht) ein Beugungsgitter für elektromagnetische Strahlung sein, die ein oder mehrere Wellenlängen aus dem Spektrum der Infrarotstrahlung (z.B. Wellenlängen zwischen 780 nm und 1000 µm), und/oder aus dem Spektrum der UV-Strahlung (z.B. Wellenlängen zwischen 100 nm - 380 nm) aufweist.
Beispiel 9 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, wobei jede der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalstrukturen eine jeweilige dreidimensionale Oberflächenstruktur aufweisen kann.
Beispiel 10 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 9, wobei eine (dreidimensionale) Oberflächenstruktur der ein oder mehreren Oberflächenmerkmale jeweils invers zu der dreidimensionalen Oberflächenstruktur der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen sein kann.
Beispiel 11 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 9 oder 10, wobei die dreidimensionale Oberflächenstruktur der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen mittels eines oder mehrere Laser hergestellt werden/sein können.
Beispiel 12 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 9 bis 11, wobei die dreidimensionale Oberflächenstruktur der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen jeweils einen mikrostrukturierten Bereich aufweisen kann.
Beispiel 13 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 9 bis 12, wobei die dreidimensionale Oberflächenstruktur der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen jeweils mehrere Erhöhungen und/oder mehrere Vertiefungen (z.B. bezüglich einer Normalebene) aufweisen kann.
Beispiel 14 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 13, wobei jede Vertiefung der mehreren Vertiefungen jeweils eine (maximale) Tiefe (anschaulich einen maximalen Abstand zur Normalebene) aufweisen kann.
Beispiel 15 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 14, wobei die jeweilige Tiefe 5 mm oder weniger als 5 mm betragen kann (z.B. weniger als 4 mm, 3 mm, 2,5 mm, 1 mm, 0,75 mm, 0,5 mm, 0,25 mm, 0,1 mm, 0,75 mm, 0,05 mm, 0,025 mm, 0,01 mm, 0,0075 mm, 0,0050 mm, 0,0025 mm, oder weniger als 0,001 mm).
Beispiel 16 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 13 bis 15, wobei vorzugsweise eine Periodenlänge des periodischen Musters von einer, mehrer oder aller der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (z.B. ein Abstand von zwei direkt zueinander benachbarten Vertiefungen der mehreren Vertiefungen) 5 mm oder weniger als 5 mm betragen kann (z.B. weniger als 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,25 mm, 0,1 mm, 0,05 mm, 0,025 mm, 0,01 mm, 0,005 mm, 0,0025 mm, oder weniger als 0,001 mm).
Beispiel 17 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 16 in Verbindung mit Beispiel 15, wobei ein Verhältnis der Tiefe einer Vertiefung zu einem Abstand zweier benachbarter Vertiefungen 1:1 betragen kann.
Beispiel 18 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 13 bis 17, wobei jede Erhöhung der mehreren Erhöhungen jeweils eine (maximale) Höhe (anschaulich einen maximalen Abstand zur Normalebene) aufweisen kann.
Beispiel 19 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 18, wobei die jeweilige Höhe 5 mm oder weniger als 5 mm betragen kann (z.B. weniger als 4 mm, 3 mm, 2,5 mm, 1 mm, 0,75 mm, 0,5 mm, 0,25 mm, 0,1 mm, 0,75 mm, 0, 05 mm, 0, 025 mm, 0,01 mm, 0,0075 mm, 0,0050 mm, 0,0025 mm, oder weniger als 0,001 mm).
Beispiel 20 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 19, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen jeweils ein oder mehrere periodische Muster aufweisen können. Beispielsweise können die mehreren Erhebungen und/oder die mehreren Vertiefungen) ein periodisches Muster bilden.
Beispiel 21 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 20, wobei das periodische Muster eine Vielzahl paralleler Linien aufweisen kann.
Beispiel 22 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 21, wobei das periodische Muster eine zusätzliche Vielzahl paralleler Linien aufweisen kann, und wobei die Linien der Vielzahl paralleler Linien die Linien der zusätzlichen Vielzahl paralleler Linien schneiden können. Somit kann beispielsweise ein Kreuzmuster, ein Punktmuster, ein Karomuster oder ähnliches gebildet werden kann.
Beispiel 23 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 20 bis 22, wobei ein sich ein erstes periodisches Muster einer Oberflächenstruktur von einer ersten Oberflächenmerkmalsvorlage der mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen von einem zweiten periodischen Muster einer Oberflächenstruktur einer zweiten Oberflächenmerkmalsvorlage der mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen unterscheiden kann.
Beispiel 24 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß Beispiel 23, wobei sich das erste und das zweite periodische Muster in ein oder mehreren der folgenden Eigenschaften unterscheiden können: einer Tiefe der Vertiefungen (bei gleicher Nullebene), einer Höhe der Erhöhungen (bei gleicher Nullebene), einem Abstand zwischen direkt benachbarten Erhöhungen und/oder Vertiefungen (Periodenlänge), einer Orientierung der Vielzahl und/oder zusätzlichen Vielzahl paralleler Linien.
Beispiel 25 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 24, wobei zumindest eine Oberfläche der Innenwandung gekrümmt sein kann.
Beispiel 26 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 25, wobei zumindest eine Oberfläche der Innenwandung gerade (z.B. eben, nicht gekrümmt) sein kann.
Beispiel 27 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 26, wobei zumindest eine erste Oberflächenmerkmalsvorlagen der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen auf einer ersten Oberfläche der Innenwandung angeordnet sein kann, und wobei eine zweite Oberflächenmerkmalsvorlagen der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen auf einer von der ersten Oberfläche zweiten Oberfläche der Innenwandung angeordnet sein kann.
Beispiel 28 ist eine Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 27, wobei das Faserverbundwerkstück ein oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen kann: ein oder mehrere Arten von Fasern (z.B. Kohlenstofffasern, und/oder Glasfasern, und/oder Aramidfasern, und/oder Naturfasern und/oder Keramikfasern), ein oder mehrere Duroplasten (z.B. Harze (z.B. Epoxidharz), Polyimide, etc.), ein oder mehrere Thermoplasten (z.B. Polymethylmethacrylat, Polypropylen, Polyetheretherketon, etc.) und/oder ein oder mehrere Elastomere (z.B. Silikon).
Beispiel 29 ist ein Verwenden eines Lasers zum Bilden von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen einer Werkstückbildungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 28 zum Herstellen von Faserverbundwerkstücken.
Beispiel 30 ist ein Verwenden eines Lasers zum Erzeugen von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen auf einer Innenfläche eines Werkzeugs zum Bilden von Faserverbundwerkstücken.
Beispiel 31 ist ein Verwenden eines Werkzeuges zum Herstellen eines Werkstücks, wobei das Werkzeug ein oder mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen aufweist, und wobei das hergestellte Werkzeug ein oder mehrere Oberflächenmerkmale aufweist, die zu den ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen des Werkzeugs korrespondieren.
Beispielsweise können die ein oder mehreren Oberflächenmerkmale des Werkstücks während der Herstellung des Werkstücks in dem oder auf dem (z.B. auf einer Oberfläche des) Werkzeug erzeugt (bzw. hergestellt) werden. Beispielsweise können die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen optional auf einer Innenwandung des Werkzeugs angeordnet sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Oberflächenmerkmale optional auf einer oder mehreren Außenflächen des Werkzeugs erzeugt werden.
Beispiel 32 ist ein Verwenden eines Werkzeuges zum Herstellen eines Werkstücks gemäß Beispiel 31, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmale jeweils eine Mikrostruktur aufweisen (z.B. sind).
Beispiel 33 ist ein Verwenden eines Werkzeuges zum Herstellen eines Werkstücks gemäß Beispiel 32, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmale zum Untersuchen von ein oder mehreren Werkstückeigenschaften geeignet ist.
Beispiel 34 ist ein Verwenden von Mikrostrukturen zum Untersuchen von ein oder mehreren Werkstückeigenschaften basierend auf ein oder mehreren Oberflächenmerkmalen, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmale jeweils eine reliefartige Mikrostruktur aufweisen, und wobei das Werkzeug zumindest einen Oberflächenabschnitt aufweist der die ein oder mehreren Oberflächenmerkmale enthält. Es versteht sich, dass die ein oder mehreren Oberflächenmerkmale Teil des zumindest einen Oberflächenabschnitts sind und kein separates Bauelement sind, das z.B. auf den Oberflächenabschnitt aufgeklebt wurde.
Die ein oder mehreren Werkstückeigenschaften aus Beispiel 33 und 34 können ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen (z.B. sein): ein oder mehrere tribologische Eigenschaften, ein oder mehrere adhäsive Eigenschaften, ein oder mehrere optische Eigenschaften und/oder ein oder mehrere strukturelle Eigenschaften (z.B. eine geometrische Ausdehnung des Werkstücks und/oder eine mechanische Spannung des Werkstücks). Beispielsweise kann die Untersuchung der Werkstückeigenschaften vor, nach, und/oder während einer Verwendung des zu untersuchenden Werkzeugs durchgeführt werden.
Beispiel 35 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstücken, das Verfahren kann aufweisen: Bereitstellen von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen; Füllen des Werkzeugs mit einem Faserverbundwerkstoff; und Bilden eines Faserverbundwerkstücks aus dem Faserverbundwerkstoff. Beispielsweise kann am Ende des Verfahrens das Faserverbundwerkstücks aus dem Werkzeug entfernt werden.
Beispiel 36 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 35, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen auf einer Innenfläche eines Werkzeugs bereitgestellt werden können.
Beispiel 37 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 35, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen auf ein oder mehreren Einsätzen bereitgestellt werden können.
Beispiel 38 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 36, wobei die ein oder mehreren Einsätze innerhalb eines Werkzeugs positioniert sein/werden können.
Beispiel 39 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 35 bis 38, wobei das Verfahren ferner aufweisen kann: Erzeugen der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen. Beispielsweise können die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen mittels ein oder mehrerer Laser erzeugt werden. Beispielsweise können die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen mittels eines DLIP Verfahrens erzeugt worden sein.
Beispiel 40 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 35 bis 39, wobei das Bilden des Faserverbundwerkstücks ein Anlegen eines Drucks zum Pressen des Faserverbundwerkstoffs zu dem Faserverbundwerkstück aufweisen kann.
Beispiel 41 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 35 bis 40, wobei das Bilden des Faserverbundwerkstücks ein Erhitzen des Faserverbundwerkstoffs aufweisen kann.
Beispiel 42 ist ein Werkzeug, das zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks innerhalb eines Aufnahmebereichs des Werkzeugs eingerichtet sein kann, wobei eine Innenwandung des Werkzeugs, die zum Aufnahmebereich hin frei liegt, ein oder mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen aufweist, die dazu eingerichtet sind, ein oder mehrere Oberflächenmerkmale auf ein in dem Aufnahmebereich des Werkzeug gebildetes Faserverbundwerkstück zu übertragen, während das Faserverbundwerkstück in dem Aufnahmebereich des Werkzeugs gebildet wird.
Die Merkmale, die in den Beispielen 7 bis 30 in Bezug auf eine jeweilige Werkstückbildungsvorrichtung beschrieben wurden, können analog auf das Werkzeug aus dem Beispiel 42 übertragen werden, bzw. kann das Werkzeug aus dem Beispiel 42 in analogerweise gemäß den Werkstückbildungsvorrichtungen aus Beispielen 7 bis 30 ausgestaltet sein.

Claims

Werkstückbildungsvorrichtung (100) zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks (220), die Werkstückbildungsvorrichtung (100) aufweisend: ein Werkzeug (120) eingerichtet zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks (220) innerhalb eines Aufnahmebereichs (122) des Werkzeugs (120), wobei eine Innenwandung (121) des Werkzeugs (120), die zum Aufnahmebereich (122) hin frei liegt, ein oder mehrere Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) aufweist, die dazu eingerichtet sind, ein oder mehrere Oberflächenmerkmale (230) auf ein in dem Aufnahmebereich (122) des Werkzeug (120) gebildetes Faserverbundwerkstück (220) zu übertragen, während das Faserverbundwerkstück (220) in dem Aufnahmebereich (122) des Werkzeugs (120) gebildet wird.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks (220), die Werkstückbildungsvorrichtung (100) aufweisend: ein Werkzeug (120) eingerichtet zum Bilden eines Faserverbundwerkstücks (220) innerhalb eines Aufnahmebereichs (122) des Werkzeugs (120); ein oder mehrere Einsätze (130), die jeweils eine von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) aufweisen, und die ein oder mehreren Einsätze (130) jeweils dazu eingerichtet sind, auf einer Innenwandung (121) des Werkzeugs (120), die zum Aufnahmebereich (122) hin frei liegt, befestigt zu werden, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) dazu eingerichtet sind, ein oder mehrere Oberflächenmerkmale (230) auf ein in dem Aufnahmebereich (122) des Werkzeug (120) gebildetes Faserverbundwerkstück (220) zu übertragen, während das Faserverbundwerkstück (220) in dem Aufnahmebereich (122) des Werkzeugs (120) gebildet wird.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Innenwandung (121) des Werkzeugs (120), die zum Aufnahmebereich (122) hin frei liegt, ein oder mehrere Aussparungen (125) aufweist, zum Aufnehmen der ein oder mehreren Einsätze (130), und wobei vorzugsweise zumindest eine der ein oder mehreren Aussparungen (125) ein Loch ist, das sich von der Innenwandung (121) des Werkzeugs (120) bis zu einer Außenwandung (127) des Werkzeugs (120) hin erstreckt.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Form des Aufnahmebereichs (122) zumindest teilweise eine Form des Faserverbundwerkstücks (220) definiert.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest eine der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) eine Vorlage für ein Beugungsgitter zum Beugen von elektromagnetischer Strahlung sein kann.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalstrukturen (110) eine jeweilige dreidimensionale Oberflächenstruktur aufweist.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, wobei die dreidimensionale Oberflächenstruktur der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) mittels eines oder mehrere Laser hergestellt wurde.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die dreidimensionale Oberflächenstruktur der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) jeweils mehrere Erhöhungen (111) und/oder mehrere Vertiefungen (112) aufweisen kann.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, wobei jede Vertiefung (112) der mehreren Vertiefungen (112) jeweils eine Tiefe (112h) von 5 mm oder weniger als 5 mm hat.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) jeweils ein periodisches Muster aufweisen können, und wobei vorzugsweise eine Periodenlänge des periodischen Musters von zumindest einer der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) 5 mm oder weniger als 5 mm beträgt.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei jede Erhöhung (111) der mehreren Erhöhungen (111) jeweils eine Höhe (111h) von 5 mm oder weniger als 5 mm hat.
Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die mehreren Erhebungen und/oder die mehreren Vertiefungen ein periodisches Muster bilden.
Verwenden eines Lasers zum Bilden von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (110) einer Werkstückbildungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Herstellen von Faserverbundwerkstücken.
Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstücken, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen von ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen (801); Füllen des Werkzeugs mit einem Faserverbundwerkstoff (802); und Bilden eines Faserverbundwerkstücks aus dem Faserverbundwerkstoff (803).
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren ferner aufweist: Erzeugen der ein oder mehreren Oberflächenmerkmalsvorlagen in dem Werkzeug und/oder auf Einlagen, die im Anschluss daran in das Werkzeug eingesetzt werden.