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EINLEITUNG
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Oberflächen, wie z. B. metallische Oberflächen, werden im Automobildesign für verschiedene Fahrzeugbauteile verwendet, z. B. für Kühlergrills, Türgriffe, Innen- und Außenakzente, Innen- und Außenembleme und andere Innen- und Außenmerkmale. Physikalische Gasphasenabscheidung ist eine Technik zur Herstellung einer Oberfläche auf verschiedenen Substraten, einschließlich Polymersubstraten. Beim physikalischen Aufdampfen wird ein Ausgangsmaterial verdampft und auf den Substratoberflächen abgeschieden, um eine aufgedampfte Schicht zu bilden. Nach dem Aufdampfen kann eine Deckbeschichtung auf die aufgedampfte Beschichtung angewendet werden. Durch die Variation des Ausgangsmaterials kann die Farbe der aufgedampften Beschichtungen variiert werden, und mit getönten Deckbeschichtungen lassen sich weitere Farbveränderungen erzielen.
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Bei einigen Anwendungen werden die beschichteten Substrate hinterleuchtet. Um Licht durch das Substrat und die metallische Oberfläche hindurchzulassen, kann die aufgedampfte Beschichtung an ausgewählten Stellen geätzt werden. Die Pigmente in der Deckbeschichtung können jedoch die Lichtdurchlässigkeit der Deckbeschichtung beeinträchtigen und die Verwendung der beschichteten Substrate in hinterleuchteten Anwendungen behindern. Die Lichtdurchlässigkeit durch die getönte Deckbeschichtung kann mit zunehmender Dicke der getönten Deckbeschichtung zunehmen, insbesondere wenn die Deckbeschichtung die geätzten Bereiche der aufgedampften Beschichtung ausfüllt.
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Während die derzeitigen Oberflächen ihren Verwendungszweck erfüllen, besteht daher ein Bedarf an neuen und verbesserten Oberflächen und Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche auf einem Substrat.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß mehreren Aspekten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Automobilbauteil. Das Automobilbauteil umfasst ein Polymersubstrat, eine getönte Grundierung, die auf einer ersten Oberfläche des Polymersubstrats angeordnet ist, und eine halbtransparente metallische Beschichtung, die auf der getönten Grundierung angeordnet ist. Die halbtransparente metallische Beschichtung und die getönte Grundierung bilden wenigstens eine Diskontinuität. Das Automobilbauteil enthält außerdem eine Deckbeschichtung, die auf der halbtransparenten metallischen Beschichtung angeordnet ist und die Diskontinuität ausfüllt.
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In den oben genannten Aspekten weist die getönte Grundierung eine Dicke im Bereich von 1 Mikrometer bis 25 Mikrometer auf.
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In weiteren oben genannten Aspekten weist die halbtransparente metallische Beschichtung eine Dicke im Bereich von 100 Nanometern bis 200 Nanometern auf.
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In weiteren oben genannten Aspekten weist die Deckbeschichtung eine Dicke im Bereich von 20 Mikrometern bis 50 Mikrometern auf.
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In weiteren oben genannten Aspekten ist die Deckbeschichtung klar.
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In weiteren oben genannten Aspekten ist die Deckbeschichtung gefärbt.
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In noch weiteren oben genannten Aspekten weist die getönte Grundierung eine Dicke im Bereich von 1 Mikrometer bis 25 Mikrometern auf, die halbtransparente metallische Beschichtung weist eine Dicke im Bereich von 100 Nanometer bis 200 Nanometern auf und die Deckbeschichtung weist eine Dicke im Bereich von 20 Mikrometer bis 50 Mikrometern auf.
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In zusätzlichen oben genannten Aspekten ist das Substrat transparent.
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In zusätzlichen oben genannten Aspekten ist das Substrat ein Polycarbonat.
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In zusätzlichen oben genannten Aspekten ist die Deckbeschichtung klar.
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In zusätzlichen oben genannten Aspekten ist die Deckbeschichtung gefärbt.
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Gemäß mehreren Aspekten betrifft die vorliegende Offenbarung ein hinterleuchtetes Automobilbauteil. Das hinterleuchtete Automobilbauteil umfasst ein Polymersubstrat, eine getönte Grundierung, die über einer ersten Oberfläche des Polymersubstrats angeordnet ist, eine halbtransparente metallische Beschichtung, die über der getönten Grundierung angeordnet ist. Die halbtransparente metallische Beschichtung und die getönte Grundierung bilden wenigstens eine Diskontinuität. Das hinterleuchtete Automobilbauteil umfasst auch eine Deckbeschichtung, die über der halbtransparenten metallischen Beschichtung angeordnet ist und die Diskontinuität ausfüllt. Das hinterleuchtete Automobilbauteil umfasst auch eine Lichtquelle, die optisch an eine zweite Oberfläche des Polymersubstrats angeschlossen ist.
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In den oben genannten Aspekten weist die getönte Grundierung eine Dicke im Bereich von 1 Mikrometer bis 25 Mikrometern auf, die halbtransparente metallische Beschichtung weist eine Dicke im Bereich von 100 Nanometer bis 200 Nanometern auf und die Deckbeschichtung weist eine Dicke im Bereich von 20 Mikrometer bis 50 Mikrometern auf.
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In weiteren oben genannten Aspekten ist das Substrat Polycarbonat.
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In noch weiteren oben genannten Aspekten definiert das Polymersubstrat eine oder mehrere der folgenden Bauteile: einen Knopf, einen Schalter und einen Knauf.
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In noch weiteren oben genannten Aspekten definiert das Polymersubstrat eines oder mehrere der folgenden: ein Armaturenbrett, eine Anzeigefläche, eine Türschwelle und eine Blende.
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In noch weiteren oben genannten Aspekten definiert das Polymersubstrat eines oder mehrere der folgenden Außenbauteile: einen Kühlergrill, ein Emblem, einen Türkantenschutz und eine Auspuffspitze.
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Gemäß mehreren Aspekten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Endbearbeitung eines Automobilbauteils. Das Verfahren umfasst das Aufbringen einer getönten Grundierung auf ein transparentes Polymersubstrat, das Abscheiden einer halbtransparenten metallischen Beschichtung auf der getönten Grundierung durch physikalische Gasphasenabscheidung, das Ätzen wenigstens einer Diskontinuität in der halbtransparenten metallischen Beschichtung und der getönten Grundierung und das Aufbringen einer Deckbeschichtung auf der halbtransparenten metallischen Beschichtung und der getönten Grundierung.
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In weiteren Aspekten umfasst das Aufbringen der getönten Grundierung das Aufsprühen der getönten Grundierung auf das Polymersubstrat.
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In weiteren Aspekten umfasst das Aufbringen der Deckbeschichtung das Aufsprühen der Deckbeschichtung auf die metallische Beschichtung.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
- 1 ist ein Querschnitt eines Automobilbauteils mit hinterleuchteten Anzeigen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2A ist ein Querschnitt eines Automobilbauteils mit einer halbtransparenten metallischen Beschichtung einer ersten Farbe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2B ist ein Querschnitt eines Automobilbauteils mit einer halbtransparenten metallischen Beschichtung einer zweiten Farbe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2C ist ein Querschnitt eines Automobilbauteils mit einer halbtransparenten metallischen Beschichtung einer zweiten Farbe und einer getönten Deckbeschichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist ein Querschnitt eines Automobilbauteils mit hinterleuchteten Anzeigen;
- 4 ist ein Querschnitt eines Automobilbauteils mit hinterleuchteten Anzeigen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
- 5 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Endbearbeitung eines Automobilbauteils mit hinterleuchteten Anzeigen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Physikalische Gasphasenabscheidung - Schichtkombination für die Farbentwicklung, die Laserätzung ohne Diskontinuität der Hintergrundbeleuchtung ermöglicht. Verschiedene Automobilbauteile, wie Schaltflächen, Schalter, Knöpfe, Armaturenbretter und andere Innen- und Außenverkleidungen, sind hinterleuchtet, sodass Licht durch Abschnitte der Bauteile dringt, um verschiedene Anzeigen und andere visuelle Effekte zu erzeugen. Um einen Hinterleuchtungseffekt zu erzielen, wird die auf dem Substrat befindliche Beschichtung geätzt und anschließend eine Deckbeschichtung angewendet, um die geätzte Beschichtung zu schützen. Durch Tönen der Deckbeschichtung oder durch Veränderung des Ausgangsmaterials für die metallische Beschichtung kann die Farbe des Bauteils verändert werden. Einige Farbstoffe, die zum Tönen der Deckbeschichtung verwendet werden, verdecken oder negieren jedoch den Hinterleuchtungseffekt, insbesondere in den geätzten hinterleuchteten Bereichen, wo die Deckbeschichtung die geätzten Bereiche ausfüllt und relativ dick ist. Die vorliegende Offenbarung verändert die Farbe des Automobilbauteils, indem sie die Grundierungsschicht tönt und in einigen Aspekten auch die metallische Beschichtung anpasst.
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1 zeigt ein Automobilbauteil 100 mit einem Substrat 110 und einer metallischen Oberfläche 112. Die metallische Oberfläche 112 umfasst eine Grundierung 114, eine halbtransparente metallische Beschichtung 116 und eine Deckbeschichtung 118. Unter halbtransparent wird hier verstanden, dass ein Teil, und in manchen Aspekten nur ein Teil, des auf die Beschichtung einfallenden Lichts durchgelassen wird, mit oder ohne Streuung des Lichts im Inneren oder an den Oberflächen der Beschichtung. Die halbtransparente metallische Beschichtung 116 und die Grundierung 114 werden geätzt, wodurch eine erste Oberfläche 120 des Polymersubstrats 110 freigelegt wird und eine Diskontinuität 130 in der Grundierung 114 und der halbtransparenten metallischen Beschichtung 116 definiert wird, die durch die Deckbeschichtung 118 gefüllt wird. Das von einer Lichtquelle 132 ausgestrahlte Licht 134 beleuchtet eine zweite, nicht sichtbare Oberfläche 122 des Polymersubstrats 110, wie z. B. die Rückseite 124 oder die Seite 126 des Polymersubstrats 110, und ist durch die Diskontinuität 130 und die erste Oberfläche 120 sichtbar, um ein hinterleuchtetes Merkmal bereitzustellen. Die Dicke der Pfeile in 1, sowie in den 3 und 4 zeigt die relative Lichtintensität beim Durchgang des Lichts 134 durch das Automobilbauteil 100 mit der metallischen Oberfläche 112. Das Polymersubstrat 110 fungiert als Lichtleiter oder enthält einen solchen und ist optisch an eine Lichtquelle 132, z. B. einer Leuchtdiode, einem Halogenlicht, einer Glühbirne oder einem Fluoreszenzlicht, gekoppelt. Die optische Kopplung erfolgt durch die Beleuchtung der zweiten Oberfläche 122 des Polymersubstrats 110 durch die Lichtquelle 132, die in einigen Aspekten durch einen Wellenleiter, wie z. B. eine optische Faser oder einen hohlen Lichtleiter, unterstützt werden kann.
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Um die Farbe der metallischen Oberfläche 112 zu ändern, kann das Ausgangsmaterial für die halbtransparente metallische Beschichtung 116, wie in den 2A und 2B dargestellt, geändert werden. Die Farbvariationen, die durch die Veränderung der Ausgangsmaterialien erzielt werden, sind auf die Ausgangsmaterialien beschränkt, die durch physikalische Aufdampfung verdampft werden können. Weitere Farbveränderungen wurden durch Tönen der Deckbeschichtung 118, wie in 3 dargestellt, vorgenommen. Wie jedoch oben erwähnt, reduziert eine mit lichtabsorbierenden oder lichtreflektierenden Pigmenten, einschließlich schwarzem Kohlenstoff oder Titandioxid, getönte Deckbeschichtung 118 die Lichtmenge 134, die durch die Deckbeschichtung 118 hindurchdringen kann, insbesondere in dem dickeren Abschnitt 140 der Deckbeschichtung 118, der die Diskontinuität 130 füllt, wodurch der Hinterleuchtungseffekt aufgehoben wird. Durch das Tönen der Grundierung 114, die geätzt wird, und das Bereitstellen einer halbtransparenten metallischen Beschichtung 116, wie in 1 dargestellt, wird die Farbe der metallischen Oberfläche 112 verändert, ohne dass das Licht 134, das durch die Diskontinuität 130, die das hinterleuchtete Merkmal bildet, fällt, negativ beeinflusst wird. Wenn eine weitere Veränderung der Farbe gewünscht wird, kann die Deckbeschichtung 118 mit einem Pigment oder Farbstoff getönt werden, der so ausgewählt wird, dass der Durchgang des Lichts 134, selbst bei den Dicken der Deckbeschichtung 118, die sich in der Diskontinuität 130 befinden, wie in 2C und 4 dargestellt, nur geringfügig unterbrochen wird.
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In jedem der oben genannten Aspekte wird das Polymersubstrat 110 aus einem Polymermaterial, wie z. B. Polycarbonat, gebildet. Zu den alternativen Polymermaterialien gehören beispielsweise Polyethylenterephthalat, Polymethylmethacrylat, Polyethylen, lonomerharz, Styrolmethylmethacrylat usw. In weiteren Aspekten umfasst das Polymersubstrat 110 Polymere, wie z. B. Polyester, Epoxid, Polymethylmethacrylat oder Mischungen aus Polyphenylenoxid oder Polyphenylenether, die mit Polystyrol gemischt sind. Das Polymersubstrat 110 weist eine beliebige geeignete Dicke auf, um die strukturelle Integrität des Automobilbauteils 100 bereitzustellen. Das Polymersubstrat 110 ist auch transparent, sodass Licht oder wenigstens ein Teil davon, das auf das Polymersubstrat 110 fällt, das Polymersubstrat 110 mit oder ohne Streuung des Lichts im Inneren oder an den Oberflächen des Polymersubstrats 110 durchdringen kann.
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Die Grundierung 114 wird auf dem Polymersubstrat 110 angeordnet. In einigen Aspekten wird die Grundierung 114 direkt auf das Polymersubstrat 110 per Sprühbeschichtung beschichtet. Als Alternative zur Sprühbeschichtung können auch andere Beschichtungsverfahren, wie die Schleuderbeschichtung oder die Tauchbeschichtung, verwendet werden. Die Grundierung 114 weist eine Dicke im Bereich von 1 Mikrometer bis 25 Mikrometern auf, einschließlich aller Werte und Bereiche darin, wie z. B. 10 Mikrometer bis 15 Mikrometer. Die Grundierung 114 ist eine Einkomponentengrundierung oder alternativ eine Zweikomponentengrundierung. In einigen Aspekten umfasst die Grundierung 114 beispielsweise Polyurethan, Melamin, Epoxidharze oder Polyester. Um die Farbe zu variieren, wird die Grundierung 114 mit Pigmenten oder Farbstoffen getönt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, schwarzen Kohlenstoff, Titandioxid usw. Die Grundierung 114 kann auch ein oder mehrere Lösungsmittel und andere Zusatzstoffe enthalten. Die Grundierung 114 lässt wenigstens einen Teil des auf die Grundierung 114 einfallenden Lichts durch die Grundierung 114 in den angewendeten Dicken hindurch.
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Die halbtransparente metallische Beschichtung 116 ist auf der Grundierung 114 angeordnet. In einigen Aspekten wird die halbtransparente metallische Beschichtung 116 direkt auf die Grundierung 114 durch ein Aufdampfverfahren aufgetragen, wie z. B. ein physikalisches Aufdampfverfahren, einschließlich Magnetronsputtern, Elektronenstrahl-, Aufdampfabscheidung oder Sputterabscheidung. Das Ausgangsmaterial für die Beschichtung wird aus einem oder mehreren ausgewählt: Aluminium, Chrom, Gold, Titan, Zirkonium, Kupfer, Nickel, Titannitrid, Aluminiumtitannitrid, Titancarbonitrid, Chromnitrid, Zirkoniumnitrid und Aluminiumtitanchromnitrid.
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Die halbtransparente metallische Beschichtung 116 lässt einen Teil des einfallenden Lichts an der angewendeten Dicke durch. Die Transparenz der Beschichtung ermöglicht es, dass die Farbe der Grundierung die Folie durchdringt. In einigen Aspekten weist die halbtransparente metallische Beschichtung 116 einschließlich aller darin enthaltenen Werte und Bereiche eine Dicke im Bereich von 100 Nanometern bis 200 Nanometern auf.
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Die Deckbeschichtung 118 wird über der halbtransparenten metallischen Beschichtung 116 und der Grundierung 114 angeordnet. In einigen Aspekten wird die Deckbeschichtung 118 per Sprühbeschichtung direkt auf die halbtransparente metallische Beschichtung 116 aufgebracht. Als Alternative zur Sprühbeschichtung können andere Beschichtungsverfahren, wie Rotationsbeschichtung oder Tauchbeschichtung, verwendet werden. Die Deckbeschichtung 118 weist einschließlich aller darin enthaltenen Werte und Bereiche, beispielsweise 25 Mikrometer bis 35 Mikrometer oder 30 Mikrometer eine Dicke im Bereich von 20 Mikrometern bis 50 Mikrometern auf. Die Deckbeschichtung 118 enthält zum Beispiel Acrylat. Alternativ kann die Deckbeschichtung 118 Polyester, Melamin oder Polyurethan enthalten.
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In bestimmten Aspekten ist die Deckbeschichtung 118 klar, d. h. sie ist transparent, sodass Licht oder wenigstens ein Teil davon, das auf die Deckbeschichtung fällt, durch die Deckbeschichtung 118, mit oder ohne Streuung des Lichts im Inneren oder an den Oberflächen der Beschichtung hindurchgelassen wird, und sie enthält keine Pigmente oder Tönungen. In alternativen Aspekten kann die Deckbeschichtung 118 mit Pigmenten oder Farbstoffen getönt werden, sodass wenigstens ein Teil des einfallenden Lichts in den aufgetragenen Dicken durchgelassen wird, um die Farbe der metallischen Oberfläche 112 zusätzlich zu variieren.
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Die verschiedenen Schichten des Polymersubstrats 110 und die metallische Oberfläche 112 stellen eine ausreichende Transparenz bereit, sodass wenigstens ein Teil des auf die zweite Oberfläche 122 des Substrats 110 einfallenden Lichts auf der ersten Oberfläche 120 des Substrats durch die geätzten Stellen, d. h. die Diskontinuitäten des Automobilbauteils 100, sichtbar ist und in einigen Aspekten auch durch die metallische Oberfläche 112 teilweise sichtbar ist.
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5 veranschaulicht ein Verfahren 200 zum Aufbau der metallischen Oberfläche 112 auf dem Polymersubstrat 110, um ein Automobilbauteil 100 mit hinterleuchteten Merkmalen bereitzustellen. In Block 202 wird die Grundierung 114 auf das Polymersubstrat 110 unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren angewendet. In Block 204 wird dann die halbtransparente metallische Beschichtung 116 auf die Grundierung 114 angewendet. In Block 206 werden die Grundierung 114 und die halbtransparente metallische Beschichtung 116 geätzt, um Öffnungen oder Diskontinuitäten 130 in der Grundierung 114 und der halbtransparenten metallischen Beschichtung 116 zu definieren und das Polymersubstrat 110 freizulegen. Das Ätzen erfolgt durch Laserätzung oder kann aber alternativ durch chemisches Ätzen erfolgen. Die geätzten Bereiche werden verwendet, um Kennzeichnungen, Zeichen, Muster oder andere Kunstwerke auf den freigelegten ersten Oberflächen 120 zu definieren. Sobald die Grundierung 114 und die halbtransparente metallische Beschichtung 116 geätzt sind, wird in Block 208 die Deckbeschichtung 118 auf das Polymersubstrat 110, die Grundierung 114 und die halbtransparente metallische Beschichtung 116 angewendet. Die Deckbeschichtung 118 füllt die Diskontinuitäten 130 aus. In Block 210 wird das Automobilbauteil 100 mit einer Lichtquelle 132 montiert.
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Das Automobilbauteil 100, einschließlich des Hintergrundbeleuchtungsmerkmals, kann in einer Reihe von Fahrzeuganwendungen sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden. Bei der Verwendung im Innenbereich definiert das Polymersubstrat 110 beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Bauteile: eine Schaltfläche, einen Schalter und einen Knauf. Bei anderen Anwendungen im Innenraum definiert das Polymersubstrat 110 eines oder mehrere der folgenden: ein Armaturenbrett, eine Anzeigefläche, eine Türschwelle und eine Blende. Bei der Verwendung im Außenbereich definiert das Polymersubstrat 110 eines oder mehrere der folgenden Außenbauteile: einen Kühlergrill, ein Emblem, einen Türkantenschutz und eine Auspuffspitze. Das Polymersubstrat 110 kann durch ein geeignetes Polymerverarbeitungsverfahren wie Spritzgießen, Extrusion, Formpressen usw. zu dem gewünschten Bauteil geformt werden.
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In den Ansprüchen und der Beschreibung werden bestimmte Elemente als „erste“, „zweite“ usw. bezeichnet. Dabei handelt es sich um willkürliche Bezeichnungen, die nur in dem Abschnitt übereinstimmen sollen, in dem sie erscheinen, d. h. in der Beschreibung oder den Ansprüchen oder der Zusammenfassung, und die nicht unbedingt zwischen der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zusammenfassung übereinstimmen. In diesem Sinne sind sie nicht dazu bestimmt, die Elemente in irgendeiner Weise einzuschränken, und ein „zweites“ Element, das im Anspruch als solches bezeichnet ist, kann sich auf ein „zweites“ Element beziehen, das in der Beschreibung als solches bezeichnet ist, oder auch nicht. Stattdessen sind die Elemente durch ihre Anordnung, Beschreibung, Verbindungen und Funktion unterscheidbar.
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Die Automobilbauteile der vorliegenden Offenbarung und das Verfahren zur Herstellung dieser Bauteile bieten mehrere Vorteile. Zu diesen Vorteilen gehört beispielsweise die Möglichkeit, ein hintergrundbeleuchtetes Automobilbauteil einzufärben, ohne dass der Hintergrundbeleuchtungseffekt beeinträchtigt oder aufgehoben wird. Zu diesen Vorteilen gehört auch eine größere Vielseitigkeit bei der Verwendung und Anwendung der physikalischen Aufdampfung von metallischen Beschichtungen in der Automobilindustrie.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhaft, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Abweichungen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.
