Darstellung
der Erfindung
Entsprechend
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die wiederholte
Herstellung von Formen hoher Oberflächenqualität von einem Urmodell zu ermöglichen.
Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird gelöst durch
das in Patentanspruch 1 definierte Set und durch ein Verfahren zur
Behandlung von Formen mit den in Patentanspruch 12 genannten Verfahrensschritten.
Das Verfahren ist besonders zweckdienlich für das Behandeln von Urmodellen,
lässt sich
aber auch vorteilhaft für
beliebige Modelle einsetzen. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sets
sind in den abhängigen
Patentansprüchen 2
bis 11, und bevorzugte Verfahren in den abhängigen Patentansprüchen 13
bis 16 angegeben.
Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von
Formen unter Verwendung der entsprechend behandelten Modelle bzw. Urmodelle.
Dieses Verfahren ist in Ansprüchen
17 und 18 beschrieben.
Schließlich bezieht
sich die vorliegende Erfindung auch auf die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
behandelten Modelle bzw. Urmodelle und die unter Verwendung dieser
Modelle bzw. Urmodelle hergestellten Formen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
I. Bestandteile des erfindungsgemäßen Formenbau-Sets
Polyesterharz
Als
Polyesterharz der Komponente A kann jedes aushärtbare ungesättigte Polyesterharz
eingesetzt werden. Derartige Harze sind typischerweise Polykondensate
aus Dicarbonsäuren
mit zweiwertigen Alkoholen, wobei ein Teil der Dicarbonsäuren und/oder
der Diolkomponente ungesättigt
ist. Die Verwendung eines gewissen Anteils an mehrwertigen Komponenten
ist ebenfalls möglich.
Als
geeignete Diolkomponenten können
aliphatische oder aromatische Verbindungen mit 2 bis 20 (bevorzugt
2 bis 8) Kohlenstoffatomen und zwei Hydroxidgruppen, wie z.B. Ethylenglykol,
Diethylenglykol, Neopentylglykol, 1,3-Propandiol und 1,6-Hexandiol, genannt
werden.
Geeignete
mehrwertige Alkohole sind beispielsweise aliphatische oder aromatische
Verbindungen mit 3 bis 20 (bevorzugt 3 bis 10) Kohlenstoffatomen
und drei oder mehr Hydroxidgruppen, wie etwa Glycerin und Trimethylolpropan.
Geeignete
Dicarbonsäuren
sind beispielsweise aliphatische oder aromatische Verbindungen mit
2 bis 20 (bevorzugt 2 bis 8) Kohlenstoffatomen und zwei carbonsäuregruppen,
wie beispielsweise o-Phthalsäure,
Terephthalsäure,
Adipinsäure
und Sebacinsäure.
Ungesättigte
Dicarbonsäuren
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise
Fumarsäure
oder Maleinsäure.
Weiterhin können
auch Anhydride von Dicarbonsäuren,
wie beispielsweise Phthalsäureanhydrid
oder Maleinsäureanhydrid
verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Polyester sind jedoch nicht
auf die vorstehend genannten Bausteine beschränkt.
Das
Polyesterharz kann in gelöster
Form vorliegen. Insbesondere sind styrolhaltige Harze für die Verwendung
in der vorliegenden Erfindung geeignet, da das Styrol als Comonomer
bei der Aushärtung
des Harzes fungieren kann. Kommerziell erhältliche Harze können ebenfalls
eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung
des Harzes Tint Base Hi-Gloss von Hawkeye Industries erwiesen, das über Hawk
International Distributors, Marietta Georgia 3068, 3050 Brookview
Dr. bezogen werden kann.
Das
Polyesterharz kann vorteilhafterweise einen Beschleuniger enthalten.
Beschleuniger katalysieren den Zerfall peroxidischer Härter und
beschleunigen somit die Aushärtung
des Harzes. Geeignet sind beispielsweise Beschleuniger auf Amin- oder
Urethan-Basis, bevorzugt sind jedoch insbesondere auch Kobaltbeschleuniger
wie etwa Kobaltoctoat. Der Beschleuniger kann dem Polyesterharz
jedoch auch separat zugegeben werden.
Härter
Der
Härter
hat die Aufgabe eine Vernetzung und somit eine Aushärtung des
Polesterharzes herbeizuführen.
Er sollte daher auf das eingesetzte Polyesterharz abgestimmt sein.
Typischerweise werden Härter
eingesetzt, die z.B. bei Erwärmung
Radikale bilden. Geeignet sind beispielsweise tert-Butylperoxybenzoat,
Acetylacetonperoxid und der bekannte MEKP-Härter,
der 2-Butanonperoxid enthält.
Es können
jedoch auch beliebige alternative Härter verwendet werden, so lange
sie geeignet sind, ein Vernetzen und damit ein Aushärten des
Polesterharzes zu verursachen. Weiterhin ist auch die Verwendung
von Mischungen verschiedener Härter
denkbar.
Der
Härter
kann gelöst
in einem Lösungsmittel
wie Acetylaceton eingesetzt werden.
Die
Menge des einzusetzenden Härters
wird bestimmt durch die Struktur der Komponenten A und B, sowie
durch die Verarbeitungstemperatur und die gewünschte Topfzeit. Grundsätzlich verkürzt eine
Erhöhung
der Menge an Härter
die Topfzeit. Als Faustregel gilt weiterhin dass bei höheren Temperaturen geringere
Mengen an Härter
für eine
gewünschte Topfzeit
erforderlich sind.
Lösungsmittel
Für Auftragen
der Mischung aus Komponenten A und B ist es von Vorteil, deren Viskosität zu verringern.
Dies erleichtert die Handhabung und ermöglicht ein Benetzen der gesamten
Oberfläche
auch bei komplexen Oberflächenstrukturen.
Ein geeignetes Einstellen der Viskosität mittels Zugabe eines Lösungsmittels
hat sich insbesondere im Falle des Auftragens durch Aufsprühen als
vorteilhaft erwiesen.
Das
eingesetzte Lösungsmittel
sollte mit beiden Komponenten mischbar sein, also eine mittlere Polarität aufweisen.
Weiterhin sollte der Siedepunkt des Lösungsmittels nicht zu hoch
liegen, so dass nach dem Auftragen der Mischung das Lösungsmittel leicht
abdampfen kann. Als Lösungsmittel
können Ether
mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Diethylether oder
Tetrahydrofuran, Ester mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise
Essigsäureethylester,
Ketone mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise Aceton oder
Methylethylketon (MEK) oder Alkohole mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen
wie beispielsweise Ethanol oder Propanol eingesetzt werden. Bevorzugt
ist die Verwendung von Ketonen und MEK ist ein besonders bevorzugtes
Lösungsmittel.
Auch die Verwendung von Mischungen zweier oder mehrerer geeigneter
Lösungsmittel
ist möglich.
Die
Menge des einzusetzenden Lösungsmittels
ist abhängig
von der Natur des Lösungsmittels, der
Komponenten A und B, sowie von der gewünschten Viskosität. Für das Aufsprühen der
Mischung aus Komponenten A und B hat sich ein Lösungsmittelgehalt von 5 bis
15 Gew% (bezogen auf die Gesamtmenge an Komponente A und Lösungsmittel,
aber ohne Komponente B), bevorzugt 8 bis 12 Gew.%, als vorteilhaft
erwiesen. Diese Angaben gelten insbesondere bei der Verwendung von
MEK als Lösungsmittel.
Der
genaue Zeitpunkt der Zugabe des Lösungsmittels ist nicht näher festgelegt,
kann also vor, während
oder nach der Zugabe der Komponente B (Härter) zur Komponente A (Polyesterharz)
erfolgen. Eine Zugabe des Lösungsmittels
vor der Mischung der Komponenten A und B ist jedoch von Vorteil,
da die geringere Viskosität
die Mischung der Komponenten A und B erleichtert. Das Lösungsmittel
kann in dem erfindungsgemäßen Set
bereits in Form einer Mischung mit dem Polyesterharz der Komponente
A vorliegen.
Versiegler
Der
Versiegler hat die Aufgabe, die Poren der mit dem Polyesterharz
bedeckten Oberfläche
zu verschließen,
und die Haftung zwischen dem Trennmittel und der mit dem Polyesterharz
bedeckten Oberfläche
des Modells zu gewährleisten.
Geeignete
Versiegler können
Epoxidharze in einer Mischung aus aliphatischen und aromatischen Naphtas
(Kohlenwasserstoffen) als Lösungsmittel umfassen.
Als besonders geeignet hat sich das Produkt TR 910 erwiesen, welches
kommerziell durch die Firma Pultex GmbH, Hans-Böckler-Str. 20, 47877 Willich,
vertrieben wird.
Der
Versiegler sollte möglichst
dünnflüssig sein,
so dass er mit einem Lappen aufgetragen werden kann und so eine
dünne Schicht
im ⎕m-Bereich zu bilden vermag.
Trennmittel
Das
Trennmittel wird aufgetragen, um die Wechselwirkung zwischen Modell
und Form zu verringern, und so ein leichtes Ablösen des Modells aus der gebildeten
Form ohne dessen Beschädigung
zu ermöglichen.
Als
Trennmittel werden üblicherweise
semipermanente Trennmittel auf Basis von Epoxidharzen verwendet.
Bevorzugt ist der Einsatz des Trennmittels TR 920, welches durch
die Firma Pultex GmbH, Hans-Böckler-Str.
20, 47877 Willich, erhältlich
ist.
II. Verfahren zur Behandlung
des Urmodells und zur Herstellung von Formen
Mischen der
Komponenten A und B
Das
Mischen der Komponenten A und B kann mittels beliebiger Techniken
und Rührvorrichtungen
erfolgen. Zu beachten ist hierbei lediglich, dass eine möglichst
homogene Mischung erhalten wird. Weiterhin sollte der Mischungsvorgang
möglichst
schnell erfolgen, damit ausreichend Zeit verbleibt, die Mischung
auf das Urmodell aufzutragen, bevor das Harz zu sehr ausgehärtet ist.
Auftragen
der Mischung aus Komponenten A und B
Die
Oberfläche
des Urmodells sollte trocken, sauber und staubfrei sein. Die Mischung
aus Komponenten A und B wird so auf das Urmodell aufgetragen, dass
die Oberfläche
des Urmodells zumindest bereichsweise mit einer gleichförmigen Schicht
des Harzes bedeckt ist. Als besonders geeignet hat sich hierbei
ein Auftragen des Harzes mittels Besprühen der Oberfläche des
Urmodells erwiesen. Insbesondere bei Urmodellen mit einfacher Oberflächenstruktur
sind jedoch auch alternativ übliche
Verfahren zum Auftragen von Lacken geeignet.
Die
Dicke der Harzschicht sollte etwa 200 bis 500 um betragen. Bevorzugt
sind 300 μm.
Wartezeit(en)
Die
Mischung der Komponenten A und B wird üblicherweise in mehreren dünnen Schichten naß in naß aufgetragen,
wobei eine Ablüftzeit
von ca. 10 Minuten zwischen den einzelnen Arbeitsgängen eingehalten
wird.
Der
darauffolgende Arbeitsgang wird günstigerweise erst dann durchgeführt, wenn
das Polyesterharz vollständig
ausgehärtet
ist. Bei einer Topfzeit von 20 bis 40 Minuten ist eine Wartezeit
von 12 Stunden bei einer Temperatur von 20°C oder 4 Stunden bei einer Temperatur
von 60°C
(Tempern) ausreichend.
Auch
zwischen den darauffolgenden Arbeitsschritten ist das Einhalten
von Wartezeiten von 10 bis 60 Minuten sinnvoll. Beispielsweise sollten
zwischen dem Auftragen des Versieglers und dem Auftragen des Trennmittels
etwa 20 bis 60 Minuten, bevorzugt 40 Minuten liegen. Die selbe Wartezeit
sollte auch nach dem Auftragen des Trennmittels eingehalten werden.
Wartezeiten von etwa 10 bis 30 Minuten, bevorzugt 20 Minuten, haben
sich zwischen identischen Arbeitsgängen bei mehrfachem Auftragen
der selben Komponente als vorteilhaft erwiesen.
Auftragen
des Versieglers und des Trennmittels
Sowohl
der Versiegler als auch das Trennmittel können auf beliebige Art aufgetragen
werden, so lange jeweils eine gleichmäßige und dünne Schicht (mit einer Dicke
im μm-Bereich)
erhalten wird. In diesen Fällen
hat sich ein Lappenauftrag als besonders geeignet erwiesen. Es ist
zweckmäßig, die
gesamte Oberfläche
des Urmodells mit dem Versiegler und dem Trennmittel zu bedecken,
die ein späteres
Trennen des Urmodells von der Form behindern könnte. Dies ist nicht notwendigerweise
die gesamte Oberfläche
des Urmodells.
Es
hat sich als günstig
erwiesen, das Auftragen des Versieglers und des Trennmittels ein
bis fünf mal
zu wiederholen. Bevorzugt sind Verfahren, bei denen der Versiegler
in drei Arbeitsgängen,
und bei denen das Trennmittel in zwei Arbeitsgängen aufgetragen wird.
Herstellung
der Form
Die
Form kann mittels konventioneller Techniken um das gemäß den oben
beschriebenen Schritten behandelte Urmodell gefertigt werden. Die Form
kann nur diejenigen Flächen
des Urmodells umschließen,
die den Sichtflächen
des späteren
Erzeugnisses entsprechen (offene Formen), oder sie kann das Urmodell
vollständig
umschließen
(geschlossene Formen). Hierbei wird üblicherweise ein faserverstärktes Kunststofflaminat
als Form gefertigt.
Typischerweise
werden zur Herstellung dieses Kunststofflaminats aushärtbare Polyester-
oder Epoxidharze eingesetzt. Zur Zusammensetzung der geeigneten
Polyesterharze, und der Verwendung geeigneter Härter wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Das Harz wird mit Glasfasern verstärkt. Denkbar ist jedoch auch
der Einsatz von Aramidfasern oder Kohlefasern. Aus Kostengründen ist
die Verwendung von Polyesterharzen und Glasfasern jedoch bevorzugt.
Die Fasern werden in Form von Matten eingesetzt, die gewebt oder
auf andere Art (z.B. Nonwoven) in einen textilen Flächenverbund
gebracht wurden.
Bei
der Herstellung der Form für
Kleinserien wird die Oberfläche
des behandelten Urmodells üblicherweise
in mehreren Arbeitsgängen
mit Fasermatten bedeckt und anschließend mit dem bereits mit Härter vermischten
Kunststoffharz getränkt.
Bei jedem Arbeitsgang wird überschüssiges Harz
entfernt, um ein geeignetes Verhältnis
von Harz zu Fasern zu erhalten. Dies kann unter Verwendung von spachtelartigen
Werkzeugen mittels Streichbewegungen über die getränkte Oberfläche erfolgen.
Die Form wird mit den Trennebenen hergestellt, die erforderlich
sind, um später
das Erzeugnis ohne Beschädigung
von Form und/oder Erzeugnis aus der Form zu lösen. Die Trennebenen werden üblicherweise
durch angeformte Flansche vorgegeben.
Anschließend lässt man
das Urmodell mit der nur die Sichtfläche des Erzeugnisses oder das Erzeugnis
ganz umschließenden
Form aushärten.
Es
sind jedoch auch andere Verfahren zur Formenherstellung möglich.
In
dem darauffolgenden Arbeitsgang wird das Urmodell aus der Form herausgelöst. Bei
Verwendung des erfindungsgemäßen Formenbau-Sets sind
keine besonderen Werkzeuge notwendig. Das Urmodell löst sich
durch Schwerkraft von der Form. Bei offenen Formen wird empfohlen,
das Urmodell mechanisch zu unterstützen, um ein vorzeitiges Lösen des
Urmodells aus der offenen Form zu verhindern.
Schließlich kann
die Form noch durch manuelles Schleifen o.ä. mechanisch nachbearbeitet
werden, um etwaige Fehlerstellen auszugleichen.