DE102022207855A1

DE102022207855A1 - Molded natural fiber support

Info

Publication number: DE102022207855A1
Application number: DE102022207855.1A
Authority: DE
Inventors: Hannes René Böhm
Original assignee: Eissmann Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Eissmann Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen geformten Naturfaserträger, umfassend eine Matte aus Naturfasern, die mit einer Matrixkomponente versehen ist, wobei die Matte mit diskreten Verstärkungselementen versehen ist, die mittels 3D-Druck auf die Matte aufgebracht sind.The invention relates to a shaped natural fiber support comprising a mat made of natural fibers which is provided with a matrix component, the mat being provided with discrete reinforcing elements which are applied to the mat by means of 3D printing.

Description

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen geformten, wie bspw. formgepressten, Naturfaserträger und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägers. Ein solcher geformter Naturfaserträger ist insbesondere als strukturelles Innenraumbauteil für ein Fahrzeug, wie z.B. eine Türverkleidung oder ein Instrumententräger, geeignet.The present invention relates to a shaped, such as compression molded, natural fiber support and a method for producing such a support. Such a shaped natural fiber support is particularly suitable as a structural interior component for a vehicle, such as a door panel or an instrument panel.

2. Technischer Hintergrund2. Technical background

Bauteile aus geformten Naturfasern sind in der Industrie bekannt und werden z.B. im Automobilbereich als Innenraumkomponenten für Fahrzeuge eingesetzt. In vielen Anwendungen werden die Naturfasern in Form eines Verbundwerkstoffs zusammen mit künstlichen Materialien, wie z.B. Polymeren, eingesetzt. Die Naturfasern ersetzen zumindest einen Teil der künstlichen Materialien, so dass das Gesamtprodukt umweltfreundlicher ist. Typischerweise werden die Naturfasern, vielleicht zusammen mit zusätzlichen künstlichen Materialien, zu einer flachen, mattenähnlichen Struktur geformt und mit einem Klebstoff, wie z. B. einem Harz, imprägniert. Die imprägnierte Matte wird dann in eine Form gelegt, und unter Anwendung von Wärme und Druck wird der Klebstoff ausgehärtet. Das so entstandene Bauteil ist relativ steif und kann je nach Formgebung eine beliebige dreidimensionale Gestalt annehmen. Dieses 3D-Bauteil kann dann zum Beispiel als Türverkleidung oder als Instrumententräger in einem Fahrzeug verwendet werden.Components made from molded natural fibers are known in industry and are used, for example, in the automotive sector as interior components for vehicles. In many applications, the natural fibers are used in the form of a composite material together with artificial materials such as polymers. The natural fibers replace at least some of the artificial materials, making the overall product more environmentally friendly. Typically, the natural fibers, perhaps along with additional man-made materials, are formed into a flat, mat-like structure and secured with an adhesive such as: B. a resin, impregnated. The impregnated mat is then placed in a mold and using heat and pressure the adhesive is cured. The resulting component is relatively stiff and, depending on the shape, can take on any three-dimensional shape. This 3D component can then be used, for example, as a door panel or as an instrument panel in a vehicle.

Ein Nachteil solcher geformten Naturfaserträger ist, dass der Träger oft zusätzliche Verstärkungsstrukturen und/oder Befestigungspunkte benötigt, die die Befestigung des Trägers an einer anderen Struktur, wie z.B. der Karosserie des Fahrzeugs, ermöglichen. In der Vergangenheit wurden zusätzliche Verstärkungselemente, wie z.B. Verstärkungsstrukturen und/oder Befestigungspunkte oder ähnliches, typischerweise auf das 3D-Bauteil aufgeklebt. Das Verfahren funktioniert typischerweise wie folgt. Verstärkungselemente, wie z.B. Verstärkungsstrukturen oder Befestigungselemente, werden durch einen Spritzgussprozess hergestellt. Die Elemente werden dann auf den geformten Naturfaserträger geklebt oder geschweißt. Bei der Verklebung der Elemente mit dem Träger sorgt der Klebstoff nicht nur für eine Fixierung zwischen den Materialien, sondern kann auch Fertigungstoleranzen zwischen den beiden aneinander grenzenden Partnern, also dem Träger und dem Verstärkungselement, ausgleichen.A disadvantage of such molded natural fiber beams is that the beam often requires additional reinforcing structures and/or attachment points that allow the beam to be attached to another structure, such as the body of the vehicle. In the past, additional reinforcing elements, such as reinforcing structures and/or attachment points or similar, were typically glued onto the 3D component. The procedure typically works as follows. Reinforcing elements, such as reinforcing structures or fasteners, are manufactured through an injection molding process. The elements are then glued or welded to the formed natural fiber support. When gluing the elements to the carrier, the adhesive not only ensures fixation between the materials, but can also compensate for manufacturing tolerances between the two adjacent partners, i.e. the carrier and the reinforcing element.

Eine weitere Möglichkeit ist der Hinterspritzguss, der j edoch vor allem bei großen Bauteilen relativ große und damit teure Spritzgussformen erfordert. Beide Methoden haben gewisse Nachteile, denn sie erfordern einen gewissen Druck, um die Verstärkungselemente mit dem Träger zu verbinden. Da das Trägermaterial relativ dünn ist, kann dies zu Beschädigungen oder Markierungen auf dem Träger führen.Another option is back-injection molding, which, however, requires relatively large and therefore expensive injection molds, especially for large components. Both methods have certain disadvantages because they require a certain amount of pressure to connect the reinforcing elements to the beam. Since the carrier material is relatively thin, this can lead to damage or marks on the carrier.

Die vorliegende Erfindung schlägt einen neuen Ansatz vor, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine kostengünstige Möglichkeit bietet, einen geformten Naturfaserträger mit Verstärkungselementen, wie Verstärkungsstrukturen oder Befestigungselementen, zu versehen.The present invention proposes a new approach that avoids the disadvantages of the prior art and offers a cost-effective way to provide a shaped natural fiber support with reinforcing elements, such as reinforcing structures or fasteners.

Diese und weitere Aufgaben, die sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergeben, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.These and other tasks that arise from the following description are solved by the subject matter of the independent claims.

3. Zusammenfassung der Erfindung3. Summary of the invention

Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen geformten Naturfaserträger, umfassend eine Matte aus Naturfasern, die mit einer Matrixkomponente versehen ist, wobei die Matte mit diskreten Verstärkungselementen versehen ist, die mittels 3D-Druck auf die Matte aufgebracht sind.One aspect of the invention relates to a shaped natural fiber support comprising a mat of natural fibers provided with a matrix component, the mat being provided with discrete reinforcing elements applied to the mat by 3D printing.

Der Ausdruck geformter Naturfaserträger, wie er hier verwendet wird, beschreibt das Produkt, bei dem sich die Matrixkomponente, wie z. B. ein Klebstoff oder ein Harz, in ihrem ausgehärteten Zustand befindet. Der Träger kann eine gewünschte 3D-Form haben, kann aber auch in Form einer im Wesentlichen flachen 2D-Form vorliegen, je nach Anwendungszweck. Der Träger kann neben Naturfasern auch künstliche Bestandteile umfassen, wie Polymere, insbesondere Polypropylen (PP).The term formed natural fiber support as used herein describes the product in which the matrix component, such as. B. an adhesive or a resin, is in its hardened state. The carrier may have a desired 3D shape, but may also be in the form of a substantially flat 2D shape, depending on the application. In addition to natural fibers, the carrier can also include artificial components, such as polymers, in particular polypropylene (PP).

Die Matte umfasst Naturfasern, die typischerweise in Form eines nicht gewebten Textils bereitgestellt werden, das mit einer (z. B. flüssigen) Matrixkomponente imprägniert ist. Diese imprägnierte Fasermatte wird dann in einer Form angeordnet, die eine dreidimensionale Gestalt haben kann, die der gewünschten Endform des Trägers entspricht. Nach dem Schließen der Form werden Wärme und Druck auf die imprägnierte Matte ausgeübt und die Matrixkomponente wird ausgehärtet, wodurch die Matte in der durch die Form definierten dreidimensionalen Form fixiert wird.The mat comprises natural fibers, typically provided in the form of a non-woven textile impregnated with a (e.g. liquid) matrix component. This impregnated fiber mat is then placed in a mold which may have a three-dimensional shape corresponding to the desired final shape of the support. After the mold is closed, heat and pressure are applied to the impregnated mat and the matrix component is cured, fixing the mat in the three-dimensional shape defined by the mold.

Der Ausdruck „diskrete“ Verstärkungselemente ist so zu verstehen, dass es sich um einzelne Elemente handelt, im Gegensatz zu einer vollflächigen Bedeckung der Oberfläche der Matte. Mit anderen Worten, die Verstärkungselemente sind nicht etwa eine Beschichtung. Als Verstärkungselemente werden alle Arten von Strukturelementen verstanden, die auf die Matte aufgebracht werden können, um deren Funktionalität zu erhöhen. Meist dienen die Elemente zur lokalen Versteifung der Fasermatte bzw. zur Erhöhung der Funktionalität durch spezielle Befestigungs- oder Montageelemente. Da solche Befestigungs- oder Montageelemente typischerweise robuster sind als das Mattenmaterial, können sie auch als Verstärkungselemente im weitesten Sinne des Begriffs verstanden werden.The term “discrete” reinforcement elements should be understood to mean that they are individual elements, as opposed to a full coverage of the surface of the mat. In other words, the reinforcing elements are not a coating. All types of structural elements are understood as reinforcing elements those that can be applied to the mat to increase its functionality. The elements usually serve to locally stiffen the fiber mat or to increase functionality through special fastening or assembly elements. Since such fastening or assembly elements are typically more robust than the mat material, they can also be understood as reinforcing elements in the broadest sense of the term.

Durch den Einsatz des 3D-Drucks zum Aufbringen der Verstärkungselemente ist es möglich, die Fasermatte bzw. den Träger lokal zu versteifen, ohne dass ein Spritzgießwerkzeug benötigt wird. Weiterhin ist es möglich, Verstärkungselemente ohne die Verwendung von Klebstoff aufzubringen. Dies macht es beispielsweise möglich, dass eine dünnere Naturfasermatte verwendet werden kann, die nur an den Stellen verstärkt wird, an denen Steifigkeit benötigt wird. Dadurch kann die Materialmenge reduziert werden, was Kosten spart und das Produkt umweltfreundlicher macht, während gleichzeitig Gewicht eingespart wird. Der 3D-Druck ermöglicht eine sehr flexible Anordnung der Verstärkungselemente, ohne die Einschränkungen eines Spritzgussverfahrens oder die Verwendung von Klebstoff und entsprechendem Druck zur Befestigung der Elemente auf der Matte bzw. dem Träger.By using 3D printing to apply the reinforcing elements, it is possible to locally stiffen the fiber mat or carrier without the need for an injection molding tool. Furthermore, it is possible to apply reinforcing elements without using adhesive. This makes it possible, for example, to use a thinner natural fiber mat that is only reinforced where stiffness is needed. This allows the amount of material to be reduced, saving costs and making the product more environmentally friendly while saving weight. 3D printing allows for a very flexible arrangement of the reinforcing elements, without the limitations of an injection molding process or the use of adhesive and appropriate pressure to attach the elements to the mat or support.

In einem Beispiel ist der Faserträger ein Innenraumbauteil für ein Fahrzeug. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung kommen insbesondere im Zusammenhang mit Fahrzeugbauteilen zum Tragen. Im Innenraum moderner Fahrzeuge werden eine Reihe von Innenraumkomponenten, wie Türverkleidungen, Instrumententräger und dergleichen, als Trägerelemente für verschiedene technische Ausstattungen und/oder Dekorflächen benötigt. Die Türverkleidung beispielsweise deckt nicht nur den metallischen Innenraum des Türkörpers ab, sondern dient auch als Träger für HiFi-Lautsprecheranlagen, Türöffner, Fensterheber und diverse andere Geräte. Der Träger dient auch zur Befestigung der verschiedenen Innenflächen-, Polster- und Schalldämmmaterialien. Es ist daher für den Fachmann klar, dass solche Träger komplexe 3-dimensionale Formen haben können und eine Reihe von verschiedenen Befestigungs- oder Montageelementen sowie eine erhebliche strukturelle Festigkeit in bestimmten Bereichen davon benötigen. Durch die Verwendung eines 3D-Druckverfahrens ist die Anbringung solcher Elemente sehr flexibel, ohne dass in große Maschinen investiert werden muss.In one example, the fiber carrier is an interior component for a vehicle. The advantages of the present invention come into play particularly in connection with vehicle components. In the interior of modern vehicles, a number of interior components, such as door panels, instrument panels and the like, are required as support elements for various technical equipment and/or decorative surfaces. The door panel, for example, not only covers the metallic interior of the door body, but also serves as a support for hi-fi speaker systems, door openers, window regulators and various other devices. The carrier is also used to attach the various interior surface, cushioning and soundproofing materials. It will therefore be clear to those skilled in the art that such beams may have complex 3-dimensional shapes and require a number of different fastening or mounting elements as well as significant structural strength in certain areas thereof. By using a 3D printing process, the attachment of such elements is very flexible without having to invest in large machines.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Naturfasern aus Hanf, Holz, Kenaf, Leinen oder Mischungen davon ausgewählt. Diese Materialien sind weithin verfügbar und umweltfreundlich, da es sich um erneuerbare Stoffe handelt. Darüber hinaus ermöglichen sie die Herstellung sehr starker Fasermatten und verbinden sich sehr gut mit der Matrixkomponente, d. h. dem Klebstoff oder Harz, das die strukturelle Integrität des Produkts gewährleistet.In a preferred embodiment, the natural fibers are selected from hemp, wood, kenaf, linen or mixtures thereof. These materials are widely available and environmentally friendly as they are renewable materials. In addition, they enable the production of very strong fiber mats and bond very well with the matrix component, i.e. H. the adhesive or resin that ensures the structural integrity of the product.

In einer anderen bevorzugten Variante ist die Matte eine Verbundmatte, die auch nicht natürliche Fasern, wie z. B. Polypropylenfasern, umfasst. Wie bereits erwähnt, schließt der Begriff Naturfaserträger das Vorhandensein anderer, nicht natürlicher Materialien nicht aus. Die Zugabe geeigneter Polymere erhöht dagegen die Festigkeit des Endprodukts und erleichtert die Umwandlung der flachen, bahnförmigen Matte in ein dreidimensionales Produkt durch den Formgebungsprozess. Daher kann der geformte Naturfaserträger der vorliegenden Erfindung auch als naturfaserverstärkter Kunststoff bezeichnet werden.In another preferred variant, the mat is a composite mat, which also contains non-natural fibers, such as. B. polypropylene fibers. As already mentioned, the term natural fiber carrier does not exclude the presence of other, non-natural materials. The addition of suitable polymers, on the other hand, increases the strength of the end product and facilitates the conversion of the flat, sheet-shaped mat into a three-dimensional product through the molding process. Therefore, the molded natural fiber support of the present invention can also be referred to as a natural fiber reinforced plastic.

Vorzugsweise basiert die Matrixkomponente auf thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoffen. Diese Werkstoffe haben den Vorteil, dass sie typischerweise gut für thermoplastische Pressverfahren geeignet sind, wie sie für die vorliegende Erfindung benötigt werden. Besonders geeignete thermoplastische Werkstoffe sind Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polystyrol (PS).The matrix component is preferably based on thermoplastic or thermoset materials. These materials have the advantage that they are typically well suited to thermoplastic molding processes such as those required for the present invention. Particularly suitable thermoplastic materials are polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC) or polystyrene (PS).

In einem weiteren Aspekt werden die Verstärkungselemente direkt auf die Matte gedruckt, vorzugsweise mittels Fused Deposition Molding (FDM). Direkt gedruckt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwischen den gedruckten Materialien und der Oberfläche des Trägers keine zusätzliche Oberflächenbeschichtung oder Klebstoff vorhanden ist. Besonders vorteilhaft ist das Fused Deposition Molding, bei dem die Schichten des 3D-Drucks mit einer Düse oder einem Extruder gedruckt werden. Der Druckkopf bewegt sich entlang einer vorgegebenen Bahn relativ zum Bauteil, in diesem Fall dem Träger, und trägt so Schicht für Schicht Material auf. Natürlich ist es auch möglich, den Träger zu bewegen, während der Druckkopf stationär bleibt, allerdings ist dies bei größeren Trägern weniger vorteilhaft. Bei modernen Druckmaschinen kann der Druckkopf sehr flexibel bewegt werden, so dass es möglich ist, Verstärkungselemente auf praktisch jede Position des Trägers zu drucken.In a further aspect, the reinforcing elements are printed directly onto the mat, preferably using Fused Deposition Molding (FDM). Directly printed in this context means that there is no additional surface coating or adhesive between the printed materials and the surface of the carrier. Fused deposition molding is particularly advantageous, in which the layers of 3D printing are printed using a nozzle or an extruder. The print head moves along a predetermined path relative to the component, in this case the carrier, applying material layer by layer. Of course, it is also possible to move the carrier while the print head remains stationary, although this is less advantageous with larger carriers. In modern printing machines, the print head can be moved very flexibly, so that it is possible to print reinforcing elements on practically any position on the carrier.

Generell kann der Einsatz eines erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahrens auch zum Ausgleich von Toleranzen genutzt werden, die im Formträger auftreten. Zu diesem Zweck wird der Formträger gescannt und seine Ist-Form mit der Soll-Form verglichen. Ergibt das Scannen, dass der Formträger beispielsweise um wenige Millimeter von den Designvorgaben abweicht, ist es möglich, den 3D-Druckprozess automatisch anzupassen und das Verstärkungselement entsprechend aufzubringen. So ist es beispielsweise möglich, beim 3D-Druck einige Schichten hinzuzufügen, wenn das Scannen ergibt, dass der geformte Träger an einer bestimmten Stelle unterhalb der Designvorgaben liegt, oder weniger Schichten zu verwenden, wenn das Scannen ergibt, dass der Träger an einer bestimmten Stelle oberhalb der Designvorgaben liegt. Insbesondere bei der letztgenannten Option muss natürlich die Funktion des jeweiligen Verstärkungselements an der gegebenen Stelle berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die fehlenden Schichten das Element nicht übermäßig schwächen.In general, the use of a 3D printing process according to the invention can also be used to compensate for tolerances that occur in the mold carrier. For this purpose, the mold carrier is scanned and its actual shape is compared with the target shape. If the scanning shows that the mold carrier deviates from the design specifications by a few millimeters, for example, it is possible to automatically adjust the 3D printing process and apply the reinforcing element accordingly. So is For example, it is possible to add a few layers in 3D printing if scanning shows that the formed support is at a certain location below the design specifications, or to use fewer layers if scanning shows that the support is at a certain location above the design specifications design specifications. Of course, particularly with the latter option, the function of the respective reinforcing element at the given location must be taken into account to ensure that the missing layers do not weaken the element excessively.

Vorzugsweise sind zumindest einige der Verstärkungselemente mit Befestigungsstrukturen versehen, um den Faserträger an einem anderen Bauteil, wie z.B. der Struktur eines Fahrzeugs, zu befestigen oder um andere Strukturen an dem Träger zu befestigen. Der Begriff Verstärkungselemente umfasst alle Arten von Strukturelementen, die zur Versteifung des Trägers beitragen oder ihn mit Funktionskomponenten versehen, die eine gewisse Robustheit erfordern. Insbesondere bei der Verwendung in Verbindung mit Automobilanwendungen, wie z.B. bei Innenraumkomponenten, ist es notwendig, den geformten Träger mit Befestigungsstrukturen zu versehen, die eine Befestigung oder Montage zwischen dem Träger und anderen Strukturen ermöglichen. Die Befestigungsstrukturen können beispielsweise in Form von Haltern vorliegen, die eine Clipverbindung ermöglichen oder die mit einem Innengewinde versehen sind, um eine Schraubverbindung mit einem anderen Bauteil zu ermöglichen.Preferably, at least some of the reinforcing elements are provided with fastening structures to fasten the fiber support to another component, such as the structure of a vehicle, or to fasten other structures to the support. The term reinforcing elements includes all types of structural elements that contribute to stiffening the beam or provide it with functional components that require a certain level of robustness. Particularly when used in conjunction with automotive applications, such as interior components, it is necessary to provide the molded carrier with attachment structures that allow attachment or assembly between the carrier and other structures. The fastening structures can, for example, be in the form of holders that enable a clip connection or that are provided with an internal thread to enable a screw connection with another component.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zumindest einige der Verstärkungselemente Verstärkungsrippen. Durch das Aufdrucken von Verstärkungsrippen nur an den Stellen, die eine lokale Verstärkung erfordern, können Kosten und Gewicht eingespart werden. Es hat sich gezeigt, dass das Aufbringen von nur wenigen, relativ dünnen Verstärkungsrippen zu einer wesentlichen Erhöhung der Steifigkeit des Trägers in den Bereichen führen kann, die dies erfordern. Dies können z.B. Bereiche sein, in denen technische Geräte am Träger montiert sind, während Bereiche des Trägers, an denen keine technischen Geräte montiert sind, im Wesentlichen ohne solche Verstärkungselemente auskommen.In a further preferred embodiment, at least some of the reinforcing elements are reinforcing ribs. Cost and weight can be saved by printing reinforcing ribs only in the areas that require local reinforcement. It has been shown that the application of just a few, relatively thin reinforcing ribs can lead to a significant increase in the stiffness of the beam in the areas that require it. These can be, for example, areas in which technical devices are mounted on the carrier, while areas of the carrier on which no technical devices are mounted essentially do without such reinforcing elements.

In einem Aspekt ist kein Klebstoff zwischen der Oberfläche der Matte und dem Verstärkungselement vorhanden. Durch die Verwendung eines 3D-Druckverfahrens ist es möglich, direkt auf die Oberfläche des geformten Trägers zu drucken. So ist es nicht notwendig, die Oberfläche des Trägers zu beschichten oder zusätzliche Kleber auf der Oberfläche anzubringen. In one aspect, no adhesive is present between the surface of the mat and the reinforcing member. By using a 3D printing process, it is possible to print directly onto the surface of the shaped support. This means it is not necessary to coat the surface of the carrier or apply additional adhesives to the surface.

Dies spart Kosten und erleichtert die Wiederverwertbarkeit des verstärkten Trägers.This saves costs and makes the reinforced beam easier to recycle.

In bevorzugten Ausführungsformen hat die Matte eine Dicke von 2 bis 15 mm, vorzugsweise 3 bis 10 mm und besonders bevorzugt 3 bis 8 mm. Eine solche Dicke ist für viele Anwendungen, insbesondere in der Automobilindustrie, gut geeignet. Die Dicke bietet eine ausreichende strukturelle Integrität und Steifigkeit, während gleichzeitig das Gewicht des Trägers vorteilhaft gering ist.In preferred embodiments, the mat has a thickness of 2 to 15 mm, preferably 3 to 10 mm and particularly preferably 3 to 8 mm. Such a thickness is well suited for many applications, particularly in the automotive industry. The thickness provides sufficient structural integrity and rigidity while at the same time advantageously keeping the weight of the beam low.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Naturfaserträgers, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Matte aus Naturfasern, Versehen der Matte mit einer Matrixkomponente, und nach dem Versehen mit der Matrixkomponente: Verpressen der Matte zu einem Strukturelement, wie einem Innenraumbauteil für ein Fahrzeug. In einem weiteren Schritt werden mittels eines 3D-Druckverfahrens diskrete Verstärkungselemente auf die Oberfläche der Matte bzw. des Trägers gedruckt.The present invention also relates to a method for producing a shaped natural fiber support, comprising the steps of: providing a mat made of natural fibers, providing the mat with a matrix component, and after providing the matrix component: pressing the mat into a structural element, such as an interior component for a Vehicle. In a further step, discrete reinforcing elements are printed onto the surface of the mat or carrier using a 3D printing process.

Das 3D-Druckverfahren basiert vorzugsweise auf dem Fused Deposition Molding (FDM), bei dem die 3D-Druckschichten durch eine Düse oder einen Extruder aufgebracht werden. Vorzugsweise ist die Düse oder der Extruder beweglich angeordnet und wird über die Oberfläche des Trägers bewegt, wobei Schicht für Schicht diskrete Verstärkungselemente auf bestimmte Positionen des Trägers aufgebracht werden.The 3D printing process is preferably based on Fused Deposition Molding (FDM), in which the 3D printing layers are applied through a nozzle or an extruder. Preferably, the nozzle or extruder is arranged to be movable and is moved over the surface of the carrier, with discrete reinforcing elements being applied layer by layer to specific positions of the carrier.

Generell können als 3D-Druckmaterial sowohl Thermoplaste als auch reaktive Duroplaste verwendet werden. Es ist aber auch möglich, den 3D-Druck mit biobasierten oder mit Naturfasern verstärkten Materialien durchzuführen.In general, both thermoplastics and reactive thermosets can be used as 3D printing materials. However, it is also possible to carry out 3D printing with bio-based materials or materials reinforced with natural fibers.

Ein besonderer Vorteil des 3D-Druckverfahrens ist, dass es dazu genutzt werden kann, Toleranzen aktiv auszugleichen, wenn z.B. die tatsächlichen Abmessungen des Trägers nicht perfekt mit den Designvorgaben übereinstimmen. Dazu wird die Oberfläche des Trägers auf Abweichungen von den Designtoleranzen gescannt und das 3D-gedruckte Verstärkungselement durch Auftragen von mehr oder weniger Schichten automatisch angepasst, soweit dies ohne Beeinträchtigung der Funktion des Verstärkungselements möglich ist. Die Abtastung bzw. Vermessung des Trägers kann entweder ganzflächig, abschnittsweise oder nur an bestimmten Stellen vor oder während des Drucks erfolgen. Die Einstellung des Druckprozesses erfolgt dann über einen Computer. Eine aktive Steuerung kann auch beim Druck der ersten Schichten erfolgen. Ein Sensor regelt aktiv den Abstand zwischen Druckkopf und Bedruckstoff.A particular advantage of the 3D printing process is that it can be used to actively compensate for tolerances if, for example, the actual dimensions of the carrier do not perfectly match the design specifications. To do this, the surface of the carrier is scanned for deviations from the design tolerances and the 3D printed reinforcing element is automatically adjusted by applying more or fewer layers, as far as this is possible without affecting the function of the reinforcing element. The carrier can be scanned or measured either over the entire surface, in sections or only at certain points before or during printing. The printing process is then set via a computer. Active control can also take place when printing the first layers. A sensor actively regulates the distance between the print head and the printing material.

Beim Druckvorgang ist es auch möglich, einen festen Druckkopf zu verwenden, während der Träger bewegt wird. Diese Alternative ist jedoch nur bei relativ kleinen Trägern praktikabel, während bei größeren Trägern, wie z. B. bei einem Instrumententräger eines Fahrzeugs, der Träger fest und der Druckkopf beweglich angeordnet sein sollte.During printing, it is also possible to use a fixed print head while moving the carrier. However, this alternative is only practical for relatively small carriers, while for larger carriers, such as. B. in an instrument panel of a vehicle, the carrier should be fixed and the print head should be movable.

Wie bereits erwähnt, ist das Fused Deposition Molding ein besonders vorteilhaftes 3D-Druckverfahren.As already mentioned, fused deposition molding is a particularly advantageous 3D printing process.

Wie oben im Zusammenhang mit dem Träger selbst beschrieben wurde, sind vorteilhafterweise zumindest einige der Verstärkungselemente mit Befestigungsstrukturen versehen oder sind Befestigungsstrukturen. Solche Befestigungsstrukturen ermöglichen die Fixierung oder Montage des Trägers an einer anderen Struktur oder umgekehrt, wie zum Beispiel der Karosserie oder Karosserieteilen eines Fahrzeugs. Solche Befestigungsstrukturen können beispielsweise Halterungen sein, die mit einem Innen- oder Außengewinde für eine schraubenartige Befestigung versehen sind.As described above in connection with the carrier itself, at least some of the reinforcing elements are advantageously provided with fastening structures or are fastening structures. Such fastening structures enable the carrier to be fixed or mounted to another structure or vice versa, such as the body or body parts of a vehicle. Such fastening structures can be, for example, brackets that are provided with an internal or external thread for screw-like fastening.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das einen erfindungsgemäßen Naturfaserträger, wie er hierin offenbart ist, als Innenbauteil umfasst. Ein solches Innenraumbauteil kann beispielsweise eine Türverkleidung, ein Instrumententräger, die Verkleidung einer A-, B- oder C-Säule eines Fahrzeugs sein.The invention also relates to a vehicle which comprises a natural fiber carrier according to the invention, as disclosed herein, as an interior component. Such an interior component can be, for example, a door panel, an instrument panel, or the paneling of an A, B or C pillar of a vehicle.

4. Kurzbeschreibung der Figuren4. Brief description of the characters

Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Träger, der an einem Innenteil einer Tür eines Personenkraftwagens montiert ist;
2 zeigt ein Detail eines Verstärkungselements der Ausführungsform der 1;
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Trägers mit Verstärkungsrippen; und
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Trägers mit Verstärkungsrippen.

Example embodiments of the invention are described below with reference to the figures.

1 shows a carrier according to the invention mounted on an interior part of a door of a passenger car;
2 shows a detail of a reinforcing element of the embodiment of 1 ;
3 shows another embodiment of a carrier with reinforcing ribs; and
4 shows another embodiment of a carrier with reinforcing ribs.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen geformten Naturfaserträgers 10, der an der Innenstruktur 11 einer Tür eines Personenkraftwagens befestigt ist. Der Träger 10 umfasst weitere Unterträger 10' und 10", die ebenfalls aus geformten Naturfasern bestehen und am Träger 10 befestigt sind. An der Unterkante sind mehrere Verstärkungselemente 14 auf die Oberfläche des Trägers 10 aufgedruckt. 1 shows a schematic view of a shaped natural fiber support 10 according to the invention, which is attached to the interior structure 11 of a door of a passenger car. The carrier 10 includes further sub-carriers 10' and 10", which also consist of shaped natural fibers and are attached to the carrier 10. At the lower edge, several reinforcing elements 14 are printed onto the surface of the carrier 10.

Der Träger 10 und auch die Unterträger sind mit Durchgangslöchern 16 versehen, die zur Aufnahme von Befestigungsclips geeignet sind, die an der Innenstruktur 11 vorgesehen sind. Dadurch kann der Träger 10 durch Aufklipsen der Löcher 16 auf die Befestigungsclips an der Innenstruktur 11 befestigt werden. Bei dieser Verbindung ist es zum Beispiel vorteilhaft, den Rand der Löcher 16 umlaufend mit aufgedruckten Verstärkungsringen (nicht dargestellt) zu versehen.The carrier 10 and also the sub-carriers are provided with through holes 16 which are suitable for receiving fastening clips which are provided on the internal structure 11. This allows the carrier 10 to be attached to the internal structure 11 by clipping the holes 16 onto the fastening clips. With this connection, it is, for example, advantageous to provide the edge of the holes 16 with printed reinforcing rings (not shown).

Auf der rechten unteren Seite des Trägers 10 ist eine Abdeckung 16 eines HiFi-Lautsprechers angeordnet. Auch eine solche Abdeckung 16 kann mittels 3D-Druck auf den Träger gedruckt werden. Alternativ kann es sich bei der Abdeckung 16 um ein Spritzgussteil handeln, das auf reguläre Weise am Träger 10 befestigt wird. Um eine sichere Fixierung der Abdeckung 16 zu gewährleisten, ist es in dieser Variante vorteilhaft, eine entsprechende Verstärkungsstruktur im Bereich der Montage der Abdeckung 16 auf den Träger 10 zu drucken.A cover 16 of a hi-fi speaker is arranged on the lower right side of the carrier 10. Such a cover 16 can also be printed onto the carrier using 3D printing. Alternatively, the cover 16 may be an injection molded part that is attached to the carrier 10 in a regular manner. In order to ensure a secure fixation of the cover 16, it is advantageous in this variant to print a corresponding reinforcing structure on the carrier 10 in the area where the cover 16 is mounted.

2 zeigt ein Detail eines Verstärkungselements 14 aus 1. Das Verstärkungselement 14 wird mittels eines 3D-Druckverfahrens auf die Oberfläche des Trägers 10 gedruckt. Es umfasst ein Innengewinde 15 für eine Verbindung mittels einer Schraube. 2 shows a detail of a reinforcing element 14 1 . The reinforcing element 14 is printed onto the surface of the carrier 10 using a 3D printing process. It includes an internal thread 15 for connection by means of a screw.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines geformten Naturfaserträgers 30. Der Träger 30 ist mit einer Mehrzahl von Verstärkungselementen 34 versehen, die in der gezeigten Ausführungsform in Form von Verstärkungsrippen ausgebildet sind. Wie man der Figur entnehmen kann, sind diese Rippen nur in den Bereichen auf den Träger 30 aufgedruckt, in denen eine besondere Verstärkung erforderlich ist. Darüber hinaus sind auf dem Träger eine Reihe von Verstärkungselementen in Form von Befestigungsstrukturen 34' aufgedruckt. Der Träger 30 wird ebenfalls an der Innenstruktur 31 einer Tür eines Personenkraftwagens befestigt. 3 shows a further embodiment of a shaped natural fiber support 30. The support 30 is provided with a plurality of reinforcing elements 34, which in the embodiment shown are designed in the form of reinforcing ribs. As can be seen from the figure, these ribs are only printed on the carrier 30 in those areas where special reinforcement is required. In addition, a number of reinforcing elements in the form of fastening structures 34' are printed on the carrier. The carrier 30 is also attached to the interior structure 31 of a door of a passenger car.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines geformten Naturfaserträgers 40. In 4 ist eine Anzahl von Verstärkungsrippen 44 zu sehen, die als Verstärkungselemente auf die Innenfläche des Trägers 40 aufgedruckt sind. Darüber hinaus ist eine Befestigungsstruktur 44' ebenfalls auf den Rand des Trägers 40 aufgedruckt. Die Befestigungsstruktur 44' ist als Bajonettverschluss ausgebildet und dient der Befestigung von weiteren Strukturen oder Bauteilen am Träger 40. 4 shows another embodiment of a shaped natural fiber support 40. In 4 a number of reinforcing ribs 44 can be seen, which are printed as reinforcing elements on the inner surface of the carrier 40. In addition, a fastening structure 44' is also printed on the edge of the carrier 40. The fastening structure 44 'is designed as a bayonet lock and is used to fasten further structures or components to the carrier 40.

Claims

A shaped natural fiber support (10; 30; 40) comprising a mat of natural fibers provided with a matrix component; characterized in that the mat is provided with discrete reinforcing elements (14; 34; 44) which are applied to the mat using 3D printing.

Shaped natural fiber support (10; 30; 40). Claim 1 , where the fiber carrier is an interior component for a vehicle.

Shaped natural fiber support (10; 30; 40). Claim 1 or 2 , whereby the natural fibers are selected from hemp, wood, kenaf, linen or mixtures thereof.

Shaped natural fiber support (10; 30; 40). Claim 3 , wherein the mat is a composite mat further comprising non-natural fibers such as polypropylene fibers.

Shaped natural fiber support (10; 30; 40) according to one of the preceding claims, wherein the matrix component is based on thermoplastic or thermoset materials.

Molded natural fiber support (10; 30; 40) according to one of the preceding claims, wherein the reinforcing elements (14; 34; 44) are printed directly onto the mat, preferably by means of fused deposition molding (FDM).

Molded natural fiber support (10; 30; 40) according to any one of the preceding claims, wherein at least some of the reinforcing elements (14; 34; 44) are provided with fastening structures (34'; 44') to secure the fiber support to another component, such as structure of a vehicle.

A shaped natural fiber beam (10; 30; 40) according to any preceding claim, wherein at least some of the reinforcing elements (14; 34; 44) are reinforcing ribs.

A molded natural fiber support (10; 30; 40) according to any preceding claim, wherein no adhesive is present between the surface of the mat and the reinforcing elements (14; 34; 44).

Molded natural fiber support (10; 30; 40) according to any one of the preceding claims, wherein the mat has a thickness of 2 to 15 mm, preferably 3 to 10 mm and most preferably 3 to 8 mm.

Method for producing a shaped natural fiber support (10; 30; 40), comprising the following steps: a) providing a mat made of natural fibers, b) Providing the mat with a matrix component, and c) after step b): pressing the mat into a structural element, such as an interior component for a vehicle, d) after step c): using a 3D printing process to print discrete reinforcing elements (14; 34; 44) onto the surface of the mat.

Procedure according to Claim 11 , using fused deposition molding as the 3D printing process.

Procedure according to Claim 11 or 12 , where the surface of the mat is scanned before printing and the printing process is adjusted to compensate for manufacturing tolerances.

Method according to one of the preceding method claims, wherein at least some of the reinforcing elements (14; 34; 44) are provided with fastening structures (34'; 44').

Vehicle comprising a molded natural fiber support according to any one of the preceding claims as an interior component.