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Die
Erfindung betrifft ein schnelles Verfahren zur Herstellung von Oberflächenfotokopien
mit besonderem Bezug auf die Serienfertigung von Kopien einer strukturierten
Oberfläche.
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Viele
gegossene Gegenstände
sind mit einer strukturierten Endoberfläche versehen. Zu den Beispielen
gehören
Innenraumbesatzteile von Autos, Knöpfe und Handgriffe für Kochutensilien,
Gartenmöbel,
Gehäuse
für Radio-
und Videoausstattungen, Computer, Rechner usw. Viele dieser Teile
sind aus großen,
teuren Formen hergestellt. Diese Formen werden zunächst mit
einem glatten Formhohlraum versehen, der danach zur Herstellung
der Textur geätzt
werden muß.
Das Ätzen
geschieht durch Aufbringung einer Schutzmasse und Eintauchung der
Form in ein saures Ätzmittel.
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Wenn
die Oberflächenstruktur
einmal geätzt ist,
ist es gewöhnlich
unmöglich
oder bestenfalls im höchsten
Maße unpraktikabel,
diese Oberflächenstruktur
auszulöschen
und eine andere Struktur anzubringen. Es ist daher für einen
Designer von großer Bedeutung,
sich vorzustellen, wie das strukturierte Produkt aussehen wird.
Zu diesem Zweck werden Computersimulationen vorgeschlagen, bei denen
der Gegenstand auf einem Bildschirm abgebildet werden kann, und
zwar unter Verwendung der CAD-Techniken und einer darüber liegenden
Struktur. Keine Frage, daß diese
Art der Simulation zu ausgezeichneten Ergebnissen führt, wobei
jedoch der Designer immer noch keine strukturierte, genaue dreidimensionale Komponente
erhält,
die er in eine Prototypanordnung, beispielsweise eines Automobils,
einbauen kann.
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Darüber hinaus
wird verlangt, daß eine
Anzahl Kopien eines Prototyps hergestellt werden kann, und zwar
unter Verwendung des schnellen Original-Prototyps als formatives
Modell. Dazu kommt, daß dann,
wenn ein Prototyp einmal hergestellt worden ist, der eine Oberflächenstruktur
aufweist, verlangt wird, daß die
Serienkopien für
Produktionszwecke erzeugt werden.
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Verschiedenartige
Verfahren sind bekannt, mit denen rasch Prototypen hergestellt werden
können,
und zwar unter Benutzung von computerunterstützter Designsoftware (CAD),
um dreidimensionale (3D) Prototypendesigns zu erzeugen. In der Stereolithographie
wird ein Behälter
mit einem harzhaltigen, UV-empfindlichen Polymer selektiv durch
UV-Strahlung, die beispielsweise von einem Laser kommt, ausgehärtet. Der
Laser folgt dem CAD-Datenprofil, um das Harz selektiv auszuhärten und
Schichten aus festem Substrat aufzubauen. Dieses Verfahren wird von
einem "Querschnittsschneiden" der 3D-CAD-Daten
zur Herstellung von Laminat von beispielsweise 0,1 mm Dicke begleitet.
Der das Harz enthaltende Behälter
hat einen Tisch, der unter der Oberfläche des Harzes in einem Abstand
anordbar ist, der gleich der Dicke des Laminats ist. Der Laserstrahl
läuft quer über die
Harzschicht, um eine dünne
Schicht aus gehärtetem
Harz zu erzeugen, die dem Querschnitts-CAD-Laminat äquivalent
ist. Der Tisch wird dann mit einer Menge bedeckt, die gleich der
Dicke des Laminats ist, und die sich ergebende Harzschicht wird
wieder durch den Laserstrahl ausgehärtet, so daß das körperliche Äquivalent des nächsten Laminats
in der CAD-Datei entsteht. Das Verfahren wird so lange wiederholt,
bis das gewünschte
feste Objekt entstanden ist. Stützstrukturen
können über die
Software zugefügt
werden: Diese Strukturen sind ein Teil der zusammengesetzten Datendatei
und sind mit dem verlangten Modell "gewachsen". Nach der Fertigstellung wird das Modell
weiterbehandelt, wobei jedwede Stützstrukturen entfernt werden,
und der Gegenstand wird dann von Hand durch Glätten seiner Oberfläche fertiggestellt.
Es ist besonders vorteilhaft, daß der Gegenstand direkt von
einem CAD-Design in wenigen Tagen hergestellt werden kann.
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Andere
Verfahren zur schnellen Prototypherstellung sind die Laminierte
Gegenstandsherstellung (LOM) und die Selektive Lasersinterung (SLS).
Zu der LOM gehört
computerbetriebenes Schneiden und Laminieren von dünnen Papierbögen, die
zu Schichten zusammengesetzt werden, um ein 3D-Modell zu erstellen.
Die SLS beinhaltet das direkte Sintern von Polymerteilchen oder
einer Metallverbindung in geschichteter Weise, um 3D-Gegenstände herzustellen.
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Prototypen
können
auch durch direktes Gießen
von Glasfasermodellen (GRP) gebaut werden. Diese Modelle werden
von einer Giesform eines Originaltonprototyps, die von einem Designer/Stylist
gebaut wird, selbst gegossen. Die GRP-Gußteile
oder andere harzhaltigen Gußteile
können
sowohl von derartigen (nicht texturierten) Produktionsgießwerken
sowie direkt von Harzblöcken
maschinell hergestellt werden. Im letzteren Fall lassen sich die CAD-Daten
zum Antrieb einer computergesteuerten (CNC) Fräsmaschine benutzen, die automatisch
den Umrissen des CAD-Modells folgt und Silikon oder hartes Epoxydharz
wegschneidet. Die Gießwerkzeuge
lassen sich dann zur Herstellung von Mehrfachkopien der (nicht strukturierten)
Spindel verwenden.
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Keines
dieser Verfahren ist jedoch in der Lage, ein richtiges strukturiertes
Oberflächenfinish
auf dem Prototyp oder auf einem Musterformwerkzeug, einer Schablone
oder einer anderen "Urform" zu bilden.
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Die
EP-A-0 400 672 beschreibt ein Verfahren zum Gießen von Gegenständen, bei
dem ein Hologramm oder eine andere Mikrostruktur in die Gießform eingesetzt
wird. Dieser Einbau eines Hologramms oder anderen Mikrostruktur
läßt sich
dadurch bewerkstelligen, daß ein
Modell des Gegenstandes mit dem Hologramm oder der anderen Mikrostruktur
versehen wird und rund um das Modell eine Form ausgebildet wird.
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Die
FR-A-2 631 861 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Gießform, bei
der einem Modell eine Struktur gegeben wird und eine Form des strukturierten
Modells mit Hilfe eines mehrstufigen Gießprozesses hergestellt wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das schnelle Fotokopieren von mit
einer Oberflächenstruktur versehenen
Gegenständen,
einschließlich
nicht gegossenen Gegenständen,
wobei sowohl für
das Erscheinungsbild als auch das Gefühl eine authentische Voreinschätzung gegeben
wird.
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Darüber hinaus
bietet die vorliegende Erfindung Verfahren, durch die Kopien von
derartigen oberflächenstrukturierten
schnellen Prototypen hergestellt werden können.
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von Kopien eines
oberflächenstrukturierten Prototyps
mit den folgenden Schritten:
Aufbringen einer Hautschicht auf
einen Prototyp zur Herstellung eines mit strukturierter Oberfläche versehenen
Prototyps;
Herstellung einer Gießform des mit strukturierter Oberfläche versehenen
Prototyps; und
Verwendung der Gießform zur Herstellung diesbezüglicher
Kopien,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hautschicht einen lösbaren Rücken mit
einem Reliefmaterial aufweist, das an dem Rücken als Struktur angebracht
ist, und daß der
lösbare
Rücken
von dem Prototyp so abgezogen wird, daß das Reliefmaterial an dem
Prototyp hängenbleibt,
um dadurch einen Prototyp mit strukturierter Oberfläche zu erzeugen.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
viele Kopien eines mit einer strukturierten Oberfläche versehenen Gegenstandes
sehr schnell und mit niedrigen Kosten herzustellen. Die Qualität der strukturierten
Endoberfläche
ist sehr gut, und selbst kurze Herstellungsläufe für einen Gegenstand können in
wirtschaftlicher Hinsicht akzeptabel sein. Darüber hinaus läßt sich
die Zeit, die von der Konzeption einer Idee bis zur tatsächlichen
Einführung
in den Markt vergeht, sehr stark verkürzen.
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Ein
Vorteil dieses Vorschlags besteht darin, daß das einzige Material, das
an dem Prototyp haften bleibt, das Reliefmaterial ist, und daß dadurch
die Abmessungen des zugrundegelegten, nicht mit der strukturierten
Oberfläche
versehenen Prototyps nicht geändert
werden. Das Reliefmaterial kann vorzugsweise an dem Prototyp haften,
so daß es
bei der Ofenfreigabe abgeschält
werden kann.
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Die
Hautschicht kann jedoch lösbar
sein und, nachdem das freigegebene Material an dem Prototyp haftet,
gelöst
werden. Die Hautschicht kann in einer Farbe lösbar sein, die nach der Aufbringung
auf den Prototyp aufgebracht wird, wobei dann die Hautschicht von
der Farbschicht absorbiert wird.
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Die
Haut läßt sich
auf den Prototyp aufbrennen. Dies kann vor und/oder nach der Entfernung
der Hautschicht erfolgen, wobei im Falle, wenn dies davor geschieht,
das Verbrennen den Zweck der Verbesserung der Haftung des Prototyps
hat sowie der Unterstützung
der Ausglättung
jeglicher Fehler bei der Anwendung. Das Brennen kann mit Hilfe einer mit
dichten Borsten versehenen Bürste
erfolgen, obgleich auch andere Brennwerkzeuge für spezielle Muster Anwendung
finden können.
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Was
die Muster anbelangt, so kann die Oberflächenstruktur ein willkürliches
Muster haben, wie es beispielsweise die gewöhnlichen Leder- und Holzmaserungserscheinungen
bilden. Eine strukturierte Haut, die für derartig äußerliche Ausführungen
geeignet ist, bildet das im Handel erhältliche Glaseingravierungsdeckmittel,
bei dem auf einem losen Bogen zur Anwendung auf einer Glasoberfläche, die
da nach sandgestrahlt wird, ein Schutzschichtmuster aufgebracht wird.
Die Glasoberfläche
wird mit Ausnahme der Teile unter der Schutzschicht abgetragen und
die Schutzschicht daraufhin entfernt. Bei der vorliegenden Anwendung
bildet das Schutzschichtmaterial einen Teil der strukturierten Oberfläche des
vorstrukturierten Prototyps.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist jedoch besonders mit geometrischen Mustern, die als strukturierte
Oberfläche
Verwendung finden, vorteilhaft. Derartige Muster lassen sich leicht
durch eine Kant-Anordnung erzeugen, die eine Schneidanordnung steuern
kann, um das Muster in das Bogenmaterial einzuschneiden, also in
den Vinylkunststoffbogen. Ein derartiger Beschichtungsbogen kann
(in unterschiedlichen Dicken) auf einem Freigabebogen vorgesehen
werden, von dem der geschnittene Bogen getrennt werden kann, und
zwar mit Hilfe verschiedener Bindemittel auf einem separaten Freigabebogen,
wobei dann eine "positive" und eine "negative" Version des Modell
entsteht. Jeder Freigabebogen bildet dann die Hautschicht der oberflächenstrukturierten
Haut.
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Die
strukturierte Haut läßt sich
alternativ durch andere Verfahren herstellen. Zu den Beispielen
gehören
das selektive Aushärten
von Photopolymeren, der Siebdruck auf einem Substrat, thermopolymere
Druckverfahren und SLS- und LOM-Techniken.
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Obgleich
die Gesamtwirkung von zufälligen Leder-
und Holzmaserungsmustern von erfahrenen Designern erkannt werden
kann, läßt sich
die Art und Weise eines regelmäßigen geometrischen
Strukturmusters auf einer gekrümmten
Oberfläche
weniger leicht feststellen. Tatsächlich
haben sich beim Eingravieren von moderat komplizierten Formen mit
geometrischen Musterstrukturen Schwierigkeiten ergeben, da eine
eine Deckschicht tragende Stützschicht gewöhnlich gefaltet
werden muß,
damit sie in die Form paßt.
Oftmals kann eine regelmäßige geometrische
Struktur wegen der Schwierigkeiten der Eingravierung der Form nicht
einfach angewendet werden, weshalb dies ein Übergewicht an willkürlichen Strukturen,
vor allem Leder, erklärt.
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Jedoch
kann für
die hier beschriebenen Prototypzwecke die Haut so angeordnet werden,
daß sie dehnbar
ist, um, ohne zu reißen,
auf den Prototyp zu passen, und die Oberflächenstruktur wird der Haut (wie
bei einer CAD-Anordnung) in ungeglät teter Form aufgegeben, so
daß die
Hautstreckung zur Anpassung an den Prototyp kompensiert wird.
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Ein
CAD oder ähnliches
System läßt sich
zur Herstellung einer Schablone benutzen, von der die oberflächenstrukturierte
Haut gebildet wird. Die strukturierte Haut läßt sich durch ein Verfahren
herstellen, bei dem ein Design, das der Oberflächenstruktur der strukturierten
Haut entspricht, auf einem CAD- oder ähnlichem System erzeugt wird,
und das Design wird unter Computersteuerung aus einem Materialbogen
ausgeschnitten.
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Die
Verwendung von CAD ermöglicht,
daß strukturierte
Oberfläche
sehr bequem und direkt in sehr kurzer Zeit hergestellt werden können. Darüber hinaus
existieren für
das Design der strukturierten Oberflächen unbegrenzte Möglichkeiten,
und Korrekturen an einem Design lassen sich leicht ausführen, d.
h. Iteration ist möglich.
Daher läßt sich
das "Schneidern" eines Designs sehr
schnell ausführen. Darüber hinaus
können
selbst kurze Produktionsgänge
eines besonderen "Ein-Aus"-Designs wirtschaftlich bewerkstelligt
werden.
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Das
der Oberflächenstruktur
der strukturierten Haut entsprechende Design kann aus dem Bogenmaterial
geschnitten werden, und das ausgeschnittene Design läßt sich
von einem losen Träger des
Bogenmaterials auf die Hautschicht übertragen. Es besteht die Möglichkeit,
CAD-Techniken bei der Herstellung von strukturierten Häuten in
Verbindung mit anderen Strukturproduktionsschritten einzusetzen.
So ist es beispielsweise möglich,
ein CAD-System zur Erzeugung einer Matrize oder Schablone zu verwenden,
die zur selektiven Aushärtung
eines Photopolymers benutzt wird. In diesem Fall kann der Designausschnitt
aus dem Bogenmaterial ein "Negativ" der tatsächlichen
Oberflächenstruktur
der strukturierten Haut sein.
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Der
Prototyp selbst kann gegossen oder nicht gegossen werden. Ein nicht
gegossener Prototyp läßt sich
durch Stereolithographie, Schichtobjektherstellung oder Selektivlasersinterung
erzeugen. Auch ist es möglich,
eine strukturierte Haut auf einen nicht gegossenen Prototyp aufzutragen,
und zwar nur um das Erscheinungsbild einer Struktur auf dem Prototyp
zu simulieren und nicht Gießkopien
des strukturierten Prototyps zu schaffen. Die Herstellung derartiger
Kopien kann unerwünscht
sein, weil das Aussehen des strukturierten Prototyps möglicherweise
nicht akzeptabel ist. Der Zweck eines solchen Schrittes besteht
darin, das Erscheinungsbild einer gegebenen Struktur auf einem Prototyp
sichtbar zu machen, und es besteht die Möglichkeit, viele strukturierte
Oberflächen
auf vielen Prototypen zu verwenden, wenn dies gewünscht wird.
Ein ähnliches Ziel
zur Unterstützung
der Sichtbarmachung von strukturierten, gegossenen Gegenständen ist
in der früheren
internationalen Veröffentlichung
WO 99/28 113 des vorliegenden Anmelders beschrieben, auf deren Inhalt
hier Bezug genommen wird.
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Die
Gießform
kann auf zahlreiche Weisen hergestellt werden, so beispielsweise
durch Gießen, Spritzgießen, Elektroformen.
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Der
Schritt der Herstellung einer Gießform für den strukturierten Prototyp
kann das Gießen
des strukturierten Prototyps in einem Formgebungsmaterial umfassen,
das Silikonkautschuk sein kann.
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Der
Schritt der Herstellung einer Gießform des strukturierten Prototyps
kann ein Schmier-Spritzgießverfahren
beinhalten, bei dem eine Metallbeschichtung elektrisch auf die strukturierte
Oberfläche des
Prototyps oder einer Nachbildung von ihm aufgebracht wird. Das Metall
kann Nickel sein, auch ist es möglich,
RIM-Gießen (Epoxydharzwerkzeuge)
zu verwenden, wobei ein Harzguß auf
ein strukturiertes Basismodell stattfindet.
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Der
Schritt der Herstellung einer Gießform für den strukturierten Prototyp
kann einen Gießprozeß beinhalten,
bei dem Metall auf den strukturierten Prototyp oder eine Nachbildung
dieses Prototyps gesprüht
wird, um eine Metallhülle
zu bilden.
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Verfahren
zur Simulierung von Strukturen gemäß der Erfindung werden im folgenden
unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beispielshalber beschrieben. In der Zeichnung sind:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht einer Gießform;
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2 eine
Ansicht eines Prototyps, der mit der Gießform von 1 hergestellt
ist;
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3 eine
Draufsicht einer strukturierten Hautschicht, die auf dem Prototyp
von 2 angebracht werden soll;
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4 eine
Querschnittsansicht der strukturierten aufgetragenen Hautschicht
von 3, stark vergrößert;
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5 einen
Querschnitt durch einen Teil der Oberfläche des Prototyps von 2,
wobei die Haut von den 3 und 4 an Ort
und Stelle liegt und das Bürsten
gezeigt wird;
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6 eine
Querschnittsansicht ähnlich
der von 5, die das Abschälen einer
Hautschicht zeigt;
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7 einen
Querschnitt ähnlich
demjenigen von 5, der das Übermalen einer lösbaren Hautschicht
zeigt;
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8 eine
Draufsicht einer eine strukturierte Haut auftragenden Schicht eines
geometrischen strukturierten Musters;
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9 einen
strukturierten Prototyp;
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10 ein
schematisches Diagramm der Schritte bei der Herstellung von Kopien
eines strukturierten Prototyps; und
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11 ein
schematisches Diagramm, das zeigt: a) die Anbringung einer strukturierten
Haut auf einen Prototyp, b) die Entfernung eines lösbaren Trägers, c)
Reliefmaterial und Sommerfädenfilm
auf dem Prototyp, d) Sandstrahlen des Sommerfädenfilms, e) Reliefmaterial
auf dem Prototyp, f) Bemalen des Reliefmaterials, und g) der bemalte
strukturierte Prototyp.
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Die 1 bis 9 zeigen
Verfahren zur Herstellung von Kopien eines strukturierten Prototyps 90 mit
den folgenden Schritten:
Auftragen einer strukturierten Haut 11 auf
einen Prototyp 12 zur Herstellung eines strukturierten
Prototyps 90;
Herstellung einer Gießform für den strukturierten Prototyp;
und
Benutzung einer Gießform
zur Herstellung von Kopien.
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Der
Prototyp 12 läßt sich
unter Verwendung einer Gießform 13,
wie in 1 gezeigt, gießen. Die Gießform 13 weist
einen Formhohlraum 13a und einen mit diesem zusammenwirkenden
Former 13b auf. Beim ersten Mal ist der Formhohlraum glatt
gewandet. Aus ästhetischen
Gründen
sowie zur Verbergung von Oberflächenfehlern
oder zur Schaffung eines Griffs (beispielsweise Riffelung auf Knöpfen, Rippen
auf Behälterkappen
und dergleichen) wird gewöhnlich
verlangt, daß die
sichtbare Oberfläche
(im fertigen oder zusammengebauten Produkt, von dem die Gießform eine
Komponente ist) mit einer Struktur versehen wird, die eine willkürliche Struktur,
so beispielsweise diejenige von Leder oder Holzmaserung, oder eine
regelmäßige geometrische
Struktur, beispielsweise erhabene oder vertiefte zylindrische Formen,
quadratische, diamantförmige
oder andere geformte Flächen
sein kann, die in einem Muster angeordnet sind. Ein Beispiel für einen
spritzgegossenen Prototyp ist eine Glasfaserform, die von Prototypmodellen
genommen wird, welche entweder in der Firma selbst oder durch einen
Modelle herstellenden Service gebaut wurden oder aus Spindeln. Kopien
strukturierter Prototypen lassen sich durch direktes Gießen einer
strukturierten Spindel in einem passenden Material herstellen, so
beispielsweise Silikonkautschuk oder Epoxydharz, um dadurch "texturierte" Gießwerkzeuge
zu schaffen, von denen Vielfachkopien des strukturierten Prototyps
angefertigt werden können.
Die Gießwerkzeuge
können
hart oder weich sein, und zwar in Abhängigkeit von dem gewählten Material.
Alternativ dazu können
die Gießwerkzeuge durch
Gießen
eines nicht strukturierten, originalen "Urform"-Modells erzeugt werden. Diese Gießformwerkzeuge
dienen zur Herstellung von gegossenen Prototypen, die dann strukturiert
werden, und Kopien dieser strukturierten Prototypen werden für die oben beschriebenen
Verfahren benutzt. Auf diese Weise lassen sich identische, geformte
Prototypen mit verschiedenen Strukturen herstellen, um die Wirkung unterschiedlicher
Texturen auf einen Prototypformling festzustellen.
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Alternativ
dazu ist es möglich,
den Prototyp nicht zu gießen.
Techniken wie die Stereolithographie, LOM und SLS können zur
Herstellung des Prototyps Verwendung finden.
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Die
Struktur wird auf die Formoberfläche durch
Säureätzen unter
Verwendung einer Deckschicht übertragen.
Dies ist ein Verfahren, das gewöhnlich
keine Fehlerbeseitigung zuläßt, so daß auch seitens
der Designer der starke Wunsch besteht, das Fertigprodukt betrachten
zu können,
bevor der abschließende
Schritt, der zur Erzeugung des Produkts erforderlich ist, letztlich
und unwiderruflich ausgeführt
wird, nämlich
die Anbringung eines strukturierten Finishs auf der Formwandung.
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Zu
diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine bevorzugte
Struktur oder eine Auswahl bevorzugter Strukturen aus einer Bücherei getroffen
und von einem Riß unter
beispielsweise Verwendung eines CAD-Systems ausgebildet. Eine Gießform 12 wird
aus der vorstrukturierten Form 13 gebaut oder so viele
Gießformen
wie Strukturen verlangt werden.
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Die 3 und 4 zeigen
ein im Handel erhältliches
Produkt, das zur Benutzung für
das Verfahren geeignet ist. Dieses Produkt ist ein bekanntes Glasgravurdeckmaterial,
das beim Eingravieren von Glas durch Sandstrahlen benutzt wird.
Es weist einen schützenden
Träger 31 auf,
der ein Muster 32 auf einem Film 33 abdeckt. Das
Muster 32 hängt
lösbar
an dem Träger 31.
Die normale Benutzung der Schutzschicht (beim Glasgravieren) wird
nunmehr beschrieben. Wenn der Träger 31 abgestreift
wird, wird das Muster 32 auf eine Glasoberfläche aufgebracht,
und zwar bei regulärer
Verwendung, wobei es zunächst mit
einem Klebstoff besprüht
wird, falls erforderlich, um auf dem Glas hängen zu bleiben, während der Film 33 abgezogen
wird. Das Mustermaterial 32 schützt das darunter liegende Glas
gegen Erosion durch die Sandteilchen und wird später abgewaschen. Das Mustermaterial 32 ist
gewöhnlich
ein ausgehärtetes
Photopolymer.
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Wird
dieses Produkt bei der Erfindung benutzt, wird der Träger 31 entfernt,
und das Mustermaterial 32 (das an dem Film 33 angebracht
ist), wird auf die Oberfläche
des Prototyps 12 aufgetragen, wenn das Besprühen des
Prototyps 12 oder des Mustermaterials mit einem geeigneten
Klebstoff erforderlich ist. Der Film 33 und das Mustermaterial
werden nunmehr fest auf den Prototyp 12 gepreßt, beispielsweise durch
Bürsten,
wobei eine Bürste 51 mit
dicht gepackten Borsten ein wirksames Bürstwerkzeug bildet.
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Danach
wird nun der Film 33 (der einen lösbaren Träger der Haut bildet), wie aus 6 ersichtlich,
abgezogen, wobei er weniger gut an dem Mustermaterial 32 als
letzteres an dem Prototyp 12 hängen muß oder, wenn das Material des
Films in einer geeigneten Farbe lösbar ist, muß eine derartige
Farbe jetzt auf den Film 33 (7) gesprüht werden,
die den Film löst,
so daß die
Umrisse des Mustermaterials 32, die mit einer gleichmäßigen Farbschicht
bedeckt sind wie eine anscheinend integrale Struktur an dem Prototyp 12,
freigelegt werden.
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In
jedem Fall wird verlangt, die jetzt strukturierte Oberfläche zu bemalen,
selbst wenn der Film 33 entfernt wird, der eine Struktur
bildet, die nachgeahmt werden soll, und eine gleichmäßig gefärbte Oberfläche gewünscht wird.
Es besteht die Möglichkeit,
Abdeckungen aus anderen Materialien zu benutzen.
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Die
Glaseingravierungsabdeckung ist ein handelsübliches Erzeugnis für einen
ganz anderen Zweck. Es kann nicht erwartet werden, daß ein großer Bereich
von Strukturen, die für
völlig
andere Umstände
gedacht sind, zur Verfügung
steht, noch daß ein
derartiges Produkt in den besprochenen Designs erhältlich ist,
und zwar insbesondere in Anbetracht der Tatsache, daß es bei
Verwendung in dem hier beschriebenen Verfahren kein Verbrauchsgegenstand, sondern
nur ein Beiwerk für
das Design bildet. Jedoch können
unter Verwendung eines CAD-Systems insbesondere für geometrische
Strukturmuster eine breite und tatsächlich praktisch unbegrenzte
Vielfalt von Designs schnell hergestellt werden. Grundsätzlich wird
ein durch CAD hergestelltes Design dazu verwendet, ein Design aus
einem Bogenmaterial zu schneiden, beispielsweise einem Vinylkunststoffbogen,
der in verschiedenen Dicken in Rollenform angeliefert wird, wobei
eine Dicke gemäß der Tiefe
des in der fertigen strukturierten Oberfläche verlangten Reliefs ausgewählt wird.
Das Vinyl wird zu dem verlangten Muster geschnitten, während es
sich auf einem lösbaren
Träger
befindet, und läßt sich
durch Aufbringung eines anderen Freigabemittels oder durch einfaches
Abschälen
von dem Träger
einer Matrix, aus der "Inseln" ausgeschnitten worden
sind, die die "positiven" und "negativen" Muster zurücklassen,
trennen. Diese Technik ist zur Herstellung von Logos sehr gebräuchlich.
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Ein
Problem mit geometrischer Musterung besteht darin, daß in einer
Form mit einer Krümmung in
zwei Richtungen es unmöglich
ist, ein Muster ohne Einschneiden von Pfeilen in die gewünschte Schutzschicht
herzustellen, und dies gilt auch für die erfindungsgemäße Simulation.
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Unter
Verwendung der CAD-Techniken wird es jedoch möglich, ein zerknittertes Muster,
wie es beispielsweise in 8 zu sehen ist, herzustellen, und
zwar auf der Grundlage eines biaxial ausrichtbaren Films, und richtig
so zu strecken, daß es
zu der Spritzgußform
paßt (beim
Simulieren) oder zu der Form (wenn die Form geätzt wird), um dadurch die Krümmungen
zu kompensieren und ein regelmäßiges, gut
ausgerichtetes Strukturmuster zu erreichen.
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12 zeigt eine weitere Abwandlung, bei der
das Reliefmaterial 110 über
einen dünnen "Sommerfäden"-Film 114 an
einem lösbaren
Träger 112 angebracht
ist. Das Reliefmaterial 110 wird auf einen Prototyp 116 (11a) aufgetragen, und der lösbare Träger 112 wird
abgezogen (11b), so daß das Reliefmaterial 110 auf
dem Prototyp 116 mit dem Sommerfädenfilm 114 an Ort
und Stelle bleibt (11c). Danach wird
der Sommerfädenfilm 114 durch
Abschleifen, Erodieren oder Ätztechnik,
beispielsweise Sandstrahlen (11d)
entfernt, um einen Prototyp 116 zu erzeugen, auf dem sich
nur Reliefmaterial 110 befindet (11e).
Das Sandstrahlen hat auch die Wirkung, daß es das Reliefmaterial 110 auf
dem Prototyp 116 fest verankert. Schließlich wird der Prototyp 116 bzw.
das Reliefmaterial 110 bemalt (11f),
um einen strukturierten Prototyp 118 mit einer Farbschicht 120 herzustellen,
bei dem die Struktur eine weiche, für das Auge ästhetische anmutende äußere Erscheinung
bildet (11g). Aus dem obigen ergibt
sich, daß das
Reliefmaterial im Sinne der Erfindung als an dem lösbaren Träger angebracht
betrachtet werden kann, und zwar auch dann, wenn die Anbringung über beispielsweise
den Sommerfilm indirekt ist.
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Es
gibt auch andere Wege, um die strukturierte Haut, insbesondere das
Reliefmaterial, herzustellen. So ist es möglich, ein Photopolymer auszuhärten (gewöhnlich durch
UV-Strahlen), und zwar auf mancherlei Weise. So kann beispielsweise
eine Urformschablonenmaske verwendet werden oder eine Lichtquelle,
beispielsweise ein Laser, der in Bezug auf das Photopolymer so bewegt
wird, daß eine räumlich selektive
Aushärtung
erreicht wird. Ein solches Verfahren wird unter Computersteuerung
betrieben. Es ist möglich,
Stereolithographie zum Aushärten
von Photopolymerblättern
zu benutzen oder Systeme wie SLS zu verwenden und Modellbildung durch
Schmelzflußablagerung
(FDM). Eine weitere Möglichkeit
ist die selektive Ablagerung, beispielsweise eines Metalls, auf
einem Trägermaterial.
Noch eine andere Möglichkeit
besteht darin, auf einem Trägerfilm über einen
thermopolymeren Druckprozeß eine
Struktur zu erzeugen.
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Noch
eine andere Möglichkeit
besteht darin, einen selektiv eingravierten Bogen oder Schablone mit
einem verhältnismäßig plastischen
Material, beispielsweise Harz oder Wachs, zu füllen und das Material auf einen
Trägerfilm
zu überfragen.
Der selektiv eingravierte Bogen entspricht einem "Negativ" der gewünschten
Struktur und somit entspricht das Material zum Füllen des Bogens einem "Positiv" der gewünschten
Struktur. Andere Alternativen sind der Siebdruck eines struktu rierten
Reliefs auf ein Substrat und die Benutzung von Schneidtechniken,
wodurch ein Material geschnitten und auf einen Träger gebracht
wird. LOM kann in diesem Zusammenhang Anwendung finden. Die CAD-Schneidtechniken
können,
wie oben beschrieben, ebenfalls zur Herstellung von Filmurformen
für die
Herstellung von strukturierten Reliefs bei einer Anzahl der oben
beschriebenen Verfahren Verwendung finden.
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Das
Ergebnis der obigen Ausführungen
ist ein strukturierter Prototyp 90. Eine Form des strukturierten
Prototyps 90 wird dann beispielsweise durch Gießen des
strukturierten Prototyps 90 in ein geeignetes Formbildungsmaterial
hergestellt, beispielsweise Silikonkautschuk, Epoxydharz, Sprühmetall, Zink,
P20 Investment Gußwerkzeugstahl,
Keramikmaterialien und Mörtel.
Andere schnelle Bearbeitungsverfahren, die Metallpulver verwenden,
das mit einem Polymer zur Herstellung eines Metalllegierungs-Formwerkzeugs
gemischt werden, können eingesetzt
werden. Auf diese Weise lassen sich Kopien des strukturierten Prototyps
herstellen. Ein bevorzugtes Material für diese Kopien ist Polyurethan, obgleich
die Erfindung diesbezüglich
nicht beschränkt
ist.
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10 zeigt
in schematischer Weise Verfahrensschritte einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein Prototyp läßt sich unter Verwendung der
Stereolithographiestufe 100 herstellen. Danach wird ein
strukturierter Prototyp in einer Strukturierungsstufe 102,
wie sie beispielsweise hier beschrieben ist, erzeugt. Der strukturierte
Prototyp wird dann einem Kopierschritt 104 unterworfen,
bei dem der strukturierte Prototyp in ein Gießformmaterial gegossen wird,
beispielsweise Kautschukgummi, und der Guß dann zur Erzeugung eines
Formgebers dient, wobei ein geeignetes Formgebermaterial, beispielsweise
Polyurethan Verwendung findet. Der Formgeber ist eine Nachbildung
des strukturierten Prototyps. Als nächstes wird eine Schmierspritzgießverfahrensstufe 106 zur
Erzeugung eines Formwerkzeugs angewendet. Beim Schmierspritzgießen wird eine
Metallschale auf einem Formgeber elektrisch geformt, die in diesem
Fall der Polyurethanformgeber ist, aber noch vorteilhafter ein Epoxydharz
ist (das mit einem leitenden Zusatz, beispielsweise Kunststoff, zur
Erzeugung der Leitfähigkeit,
versehen sein kann). Der Elektroformgebungsprozeß führt zu einer dünnen Schicht
aus Nickel auf dem Formgeber, und somit enthält diese dünne Nickelschicht die Details der
Struktur des ursprünglichen
strukturierten Prototyps, jedoch umgekehrt. Ein Formwerkzeug, das
für die
Spritzgußformung
geeignet ist, wird durch Zusatz von Polstermaterialien zur Rückseite
der Nickelschale hergestellt. Ein derartiges Formwerkzeug läßt sich für einen
Formschritt 108 zur Erzeugung von Weichfühlformen
verwenden.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung vielfach geformter Komponenten
beinhaltet die Erzeugung eines Formgebers in der mit Bezug auf 10 beschriebenen
Weise und dann die Herstellung harter oder weicher Formwerkzeuge
aus dem Formgeber durch Sprühmetall,
Keramik, Mörtel,
Keramikschlammgießformtechniken
(zur Erzeugung von gegossenen Aluminiumwerkzeugen). Das Sprühmetallverfahren
beinhaltet das Versprühen
eines Metallplasmas auf die Oberfläche des Formgebers. Das Metall
verfestigt sich bei Berührung
mit der Oberfläche
und wird in Schichten abgelagert, um ein sehr stabiles Substrat
zu bilden, das die Details der Struktur beinhaltet. Die gesprühte Metallschale
wird dann mit Harz verstärkt,
um einen Formwerkzeughohlraum herzustellen. Die Kernseite des Werkzeugs
wird durch weitere Behandlung der Form geschaffen, so daß sich ein
Metallwerkzeug ergibt, das schnell und preiswert durch Spritzgießen hergestellt
werden kann. Geeignete beispielhafte Metalle, die jedoch keinen
begrenzenden Charakter haben sollen, sind Nickel, Kupfer und Aluminium.
Auch ist es möglich, die
oben beschriebenen Herstellungsverfahren für das Formwerkzeug auf den
strukturierten Prototyp selbst anzuwenden und nicht nur auf einen
Formgeber, der aus dem strukturierten Prototyp erzeugt wird.
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Eine
wichtige Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in der Automobilindustrie
gegeben. Die Struktur ist ein wichtiges Kriterium für zahlreiche Komponenten
des Automobils, so beispielsweise für die Innenraumausstattungsteile
und Lenkräder.
Oftmals ist es aus ästhetischen
Gründen
wichtig, daß die
Struktur benachbarter Gegenstände
perfekt zusammenpaßt.
Die Herstellung von schnellen Prototypen und die Möglichkeit
der Erzeugung akkurater Kopien dieser Prototypen ist somit ebenfalls
von großer Wichtigkeit.
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Ein
weiteres Anwendungsgebiet großer
Bedeutung ist der schnelle Werkzeugbau, und zwar insbesondere der
Werkzeugbau und Guß geringen
Umfangs. Die vorliegende Erfindung bietet einen flexiblen, kosteneffektiven
und bequemen Weg, auf dem ein Konzeptdesign rasch umgesetzt werden
kann, um verschiedenartig strukturierte Werkzeuge herzustellen.
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Weitere
Gebiete für
die Anwendung und geeignete Formungstechniken werden unten beschrieben.
Die Erfindung läßt sich
bei dem Hersteller verschiedenartiger Vinylprodukte und Gummimatten einsetzen.
Verschiedenartige Polyurethankomponenten lassen sich durch Softbearbeitung
bequem herstellen. Spritzgießen
läßt sich
durchführen,
beispielsweise ist Spritzgießen
mittleren Volumens von stereolithographischen Prototypen möglich. Rotationsgießen ist
möglich,
beispielsweise unter Verwendung von Aluminiumsystemen. "Epoxidwerkzeugbearbeitung" ist möglich, wobei
Gießharzpolymerformen
für die
Serienproduktion, beispielsweise in einer "Rimtool"-Technik verwendet werden. Es ist möglich, in
Vinyl zu gießen
(TPO-Beilagen). Direkte Chromplattierung auf dem strukturierten
Prototyp ist ebenfalls möglich
sowie auch die Benutzung von Sprühmetallwerkzeugtechniken.
Darüber
hinaus besteht die Möglichkeit,
keramische Mörtelmulden durch
Gießen
um den strukturierten Prototyp herum herzustellen.