EP2554708A1 - Method for producing a metallic workpiece with at least one cavity - Google Patents

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EP2554708A1
EP2554708A1 EP12178398A EP12178398A EP2554708A1 EP 2554708 A1 EP2554708 A1 EP 2554708A1 EP 12178398 A EP12178398 A EP 12178398A EP 12178398 A EP12178398 A EP 12178398A EP 2554708 A1 EP2554708 A1 EP 2554708A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer
profile
cavity
polymer profile
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12178398A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Vasily Ploshikin
Andrey Prihodovsky
Helmut Bleier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Neue Materialien Bayreuth GmbH
Universitaet Bremen
Original Assignee
Neue Materialien Bayreuth GmbH
Universitaet Bremen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Neue Materialien Bayreuth GmbH, Universitaet Bremen filed Critical Neue Materialien Bayreuth GmbH
Priority to EP12178398A priority Critical patent/EP2554708A1/en
Publication of EP2554708A1 publication Critical patent/EP2554708A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment
    • C23C4/185Separation of the coating from the substrate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metallic workpiece with at least one cavity.
  • a cavity here means both cavities within a metallic workpiece and depressions or contours on the workpiece surface. If the cavity is formed as a hollow space within the metallic workpiece, this does not mean a cavity which is closed on all sides, but a cavity which is in contact with the environment of the metallic workpiece at least at one point (eg by means of a bore which connects the cavity to the outer cavity) Surface of the metallic workpiece connects).
  • An example of a cavity in the sense of the invention is about a cooling or heating channel in a metallic mold.
  • Such metallic molds with integrated heating or cooling channels are used for example in the plastics processing industry for the molding of plastic components.
  • an improvement of the component properties (eg surface quality) on the other hand a reduction of the process times can be achieved.
  • the production is characterized by the increasing complexity of the manufactured Components, the resulting complexity of the required heating / cooling channels and the requirement to integrate the heating / cooling channels as close to the surface as possible in the tool as difficult.
  • the object of the invention is to provide a method which enables a simple and at the same time exact generation of at least one cavity in a metallic workpiece.
  • the method according to the invention for producing a metallic workpiece having at least one cavity has the following method steps: a) positioning at least one polymer profile on a substrate; b) at least partially overmolding the at least one polymer profile with metal particles by a thermal spraying method; and c) at least partially triggering the at least one polymer profile after encapsulation.
  • the at least one polymer profile has at least one cavity.
  • a polymer profile is understood to mean a semifinished product made of a polymeric material.
  • the polymer profile is profile-shaped, ie with a substantially uniform cross-section and a length which is significantly greater than its width and thickness, formed.
  • the polymer profile consists of a polymeric material which has an elasticity / deformability which allows a manual deformation of the polymer profile. As a result, the position and dimension of the cavity to be generated can be easily adapted.
  • thermal spraying Under a method for thermal spraying - hereinafter also called thermal spraying or thermal spraying - are understood processes in which the spray material is completely or partially melted and spun in a gas stream in the form of spray particles accelerated onto the surface of the component to be coated, where the particles cool and solidify.
  • thermal spraying summarizes various processes which differ in each case by the type of energy carrier used for melting the spray material, by the achievable particle velocity and by the shape of the spray material.
  • the method described for producing a metallic workpiece having at least one cavity can in principle be implemented using all customary injection methods (flame spraying, high-speed flame spraying, plasma spraying, laser spraying, cold gas spraying, detonation spraying, arc spraying).
  • arc spraying an arc is ignited between two wires of the desired metallic material, in which the wires are melted.
  • the resulting liquid metal droplets are accelerated by an air flow in the direction of the substrate, where they solidify and thus form a layer of the metallic material.
  • At least a partial encapsulation of the polymer profile with metal particles by a method for thermal spraying and then at least partial release of the polymer profile.
  • a cavity in the workpiece or a depression on the workpiece surface remains.
  • This cavity or depression corresponds to the cavity produced.
  • the position and the dimensions of this cavity can be determined by a corresponding positioning or by appropriate spatial Dimensions of the polymer profile can be adjusted.
  • a triggering medium e.g., chemical release solvent or heated thermal trigger fluid
  • This triggering medium contacts the polymer profile and thus provides triggering.
  • the release medium can penetrate faster and further into the polymer profile. There is therefore a more intensive contact between the triggering medium and the polymer profile to be triggered. The time required for triggering is thereby reduced. Also, the volume of material to be triggered is reduced, allowing efficient triggering.
  • a cavity is understood as meaning regions of the polymer profile which are not filled with the polymeric material constituting the polymer profile but which contain a gaseous component (e.g., air, propellant gas).
  • a gaseous component e.g., air, propellant gas
  • Examples of such a cavity would be: an internal cavity of a polymer profile designed as a hollow profile, in the case of polymer profiles with a U- or semicircularly curved cross-section of the internal space located within the surrounding material regions or, in the case of foamed polymer profiles, the interior of the foam pores filled with air or propellant gas.
  • the cavity of the polymer profile is designed such that lie in each cross-section of the polymer profile perpendicular to the longitudinal direction of the polymer profile areas of the cavity and area, which are filled with the polymeric material of the polymer profile. To this Ensures uniform release along the entire polymer profile.
  • the polymer profile has a void fraction of at least 10% by volume to at most 90% by volume. Such an area for the void fraction has been found to be advantageous for the triggering. Most preferably, the void fraction is at least 50% by volume. For foamed polymer profiles, the void fraction is preferably at least 50% by volume and at most 99.5% by volume.
  • Triggering is generally understood as a process step which leads to triggering or detachment of the material of the polymer profile from the cavity.
  • a chemical decomposition of the polymeric material or heating to a decomposition, a melting and / or softening temperature is possible.
  • the triggering on the one hand can lead to the collapse of the foam and / or to a decomposition of the foam.
  • a collapse of the foam takes place during triggering. After the collapse of the foam, a large cavity forms in the cavity. This may then be used to introduce a triggering medium (e.g., chemical release medium or thermal release medium, e.g., heated fluid) such that subsequent chemical decomposition and / or efflux of the collapsed foam residue occurs.
  • a triggering medium e.g., chemical release medium or thermal release medium, e.g., heated fluid
  • the triggering can take place both immediately after the cavity has been overmolded and in a subsequent process step, which is separated in time from the encapsulation. Immediately after the cavity has been overmoulded, this means that thermal spraying does not yet have to be completed per se. It just has to be a first layer on that Polymer profile have been applied. After applying this layer, the triggering can usually begin immediately. If the triggering is carried out immediately after the cavity has been encapsulated, the heat produced during the thermal spraying can be used to thermally trigger the polymer profile. If the polymer profile is designed as a foamed profile, then this heat produced during thermal spraying can be used to collapse the foam in a particularly advantageous manner.
  • a further polymer profile is positioned on the metal particles after process step b) or after process step c), and then process step b) is carried out again so that a workpiece is produced with cavities arranged in layers.
  • process step b) is carried out again so that a workpiece is produced with cavities arranged in layers.
  • the polymer profile may consist of prefabricated profiles. These can then be positioned in a structurally simple manner on the substrate and then encapsulated.
  • the step of positioning the at least one polymer profile includes adhering the polymer profile to the substrate. This results in a simple and reliable fixation of the polymer profile on the substrate. An unwanted relative movement between the polymer profile and the substrate can be effectively prevented in this way.
  • the polymer profiles can also be produced directly on the substrate. This can by a generation process for directly generating the polymer profile on the substrate. This is advantageously an extrusion process for extruding the polymer composition on the substrate. If the polymer profile is to be made of a foamed polymer profile, it is preferable to carry out a foam extrusion process which produces the foamed polymer profile directly on the substrate.
  • the polymer profile is formed as a foamed polymer profile.
  • the foam pores thus form the cavity of the polymer profile.
  • the configuration as a foamed polymer profile a relatively uniform distribution of the void content and the polymer material portion along the longitudinal direction of the polymer profile and along a cross section perpendicular to the longitudinal direction can be achieved. This results in a uniform triggering result over the entire polymer profile. In addition, it comes at the triggering process initially to a collapse of the foam, which can further accelerate the triggering.
  • the polymer material composing the polymer profiles can be metallized in advance (for example by electroplating). In the simplest case, this metallization can be implemented by wrapping the polymer profiles with a thin metal foil or a thin metal mesh.
  • the at least one polymer profile is formed as a hollow profile, in particular as a tubular profile.
  • the outer contour of the polymer profile can define the dimensions of the cavity.
  • the cavity within the polymer profile contributes to material savings and to improve the triggering.
  • the outer dimensions of the at least one polymer profile correspond to the dimensions of the cavity to be produced. In this way, the spatial dimensions of the cavity can be defined very precisely.
  • the at least one polymer profile consists of a chemically soluble polymer material and the triggering takes place with a solvent adapted to the polymer material.
  • a solvent adapted to the polymer material is understood as meaning a solvent in which the polymer material of the polymer profile dissolves. Since the cavity to be formed communicates with the environment of the metallic workpiece, the solvent can be brought into contact with the polymer profile, whereupon the polymer profile dissolves. The formed cavity remains behind. In a particularly advantageous manner, the solvent is introduced into the cavity of the at least one polymer profile. In this way, a particularly efficient triggering is possible.
  • the triggering takes place by raising the temperature of the at least one polymer profile to a temperature above a melting range of the polymer material and a subsequent outflow of the molten polymer material. Due to the increase in temperature, the polymer profile melts. The molten polymer can then flow out of the workpiece. The formed cavity remains behind.
  • the increase in the temperature of the at least one polymer profile can also be up to a dissolution or decomposition temperature (temperature at which a decomposition of the polymer material of the polymer profile occurs), a melting temperature (temperature at which it melts the polymer material comes) and / or a collapse temperature (temperature at which collapse of foam bubbles occurs) take place.
  • a dissolution or decomposition temperature temperature at which a decomposition of the polymer material of the polymer profile occurs
  • a melting temperature temperature at which it melts the polymer material comes
  • / or a collapse temperature temperature at which collapse of foam bubbles occurs
  • the triggering can take place until complete removal of the polymer material of the polymer profile.
  • the triggering takes place only to a degree that a coating of the polymer material of the polymer profile remains on the metal particles of the cavity.
  • a coating of polymer material forms on the surface of the cavity produced. This coating in turn can serve, for example, as a wear or corrosion protection layer.
  • the substrate may consist of a metallic material, in particular of a metallic material in the form of a thermally sprayed layer, a thin sheet or a galvanically deposited layer.
  • a non-metallic material e.g. Ceramic or a temperature-resistant plastic, are used.
  • a release agent for preventing the cohesive connection of the metal particles are applied to the substrate with the substrate.
  • the substrate has a shape that corresponds to the negative shape of a surface of the workpiece to be produced.
  • the at least one cavity can be produced particularly close to the surface in the metallic workpiece and any further processing steps that may otherwise be necessary (for example, milling) can be dispensed with.
  • the substrate may additionally be provided with a support structure.
  • the metal workpiece can be given the necessary stability.
  • the thermal expansion coefficient of the material of the support structure should be in a similar range as that of the material of the thermally sprayed layer and / or the substrate.
  • the metallic workpiece is designed as a tool mold, the cavity as a heating or cooling channel and the method for thermal spraying as arc spraying.
  • the molds produced in this way can be used, for example, as molds in the production of, in particular large-volume, components made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a method for thermal spraying a first layer on a master mold 1.
  • the original form 1 is in the in Fig. 1 illustrated embodiment designed as a solid component.
  • Upwardly facing surface of the original form 1 has a shape corresponding to the negative shape of a surface of the metallic workpiece to be produced.
  • the prototype 1 can thus be regarded as the negative counterpart to the metallic workpiece to be produced.
  • metal particles 3 are deposited by means of an arc spray gun. In this way, a method for thermal spraying is carried out, which leads to the production of a first thermally sprayed layer 4.
  • the first thermally sprayed layer 4 is used in the in the FIGS. 1 to 7 illustrated embodiment as a substrate and may for example have a thickness of about 1 mm.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the positioning of polymer profiles 5 on the first thermally sprayed layer 4. This positioning of the polymer profiles 5 is preferably carried out after the first thermally sprayed layer 4 is cooled.
  • the polymer profiles 5 have a semi-annular cross-section and are distributed substantially equidistantly over the first thermally sprayed layer 4.
  • Fig. 3 shows the polymer profiles 5 in a plan view. The attachment of the polymer profiles 5 on the first thermally sprayed layer 4 is carried out by adhering the polymer profiles 5 on the first thermally sprayed layer 4.
  • the polymer profiles 5 are made of a relatively soft, moldable and soluble polymer material. Due to the malleability of the material, the polymer profiles can be easily adapted to the contour of the original form 1.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a method for overmoulding the in Fig. 2 and Fig. 3 shown polymer profiles 5 with metal particles 3.
  • the polymer profiles 5 are thus overmolded with metal particles 3 and a second thermally sprayed layer 6 is formed.
  • the final thickness of the metallic workpiece achieved in this way can be, for example, 10 to 20 mm and produced by repeatedly traversing the workpiece with the arc spray gun 2.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the positioning of other polymer profiles 5 on the thermal sprayed layer Fig. 4 .
  • polymer profiles 5 By reapplying polymer profiles 5, it is possible to construct a multi-layered workpiece, whereby complex geometrical dimensions of the cavities can be realized.
  • the workpiece thus produced can be cooled and then separated from the master mold 1. Maybe it is it is it is necessary to apply a suitable release agent to the master model 1 before spraying the first thermally sprayed layer 4.
  • Fig. 6 the step of detaching the polymer profiles 5 from the workpiece is shown.
  • the polymer profiles 5 previously overmolded with the metal particles 3 are dissolved with a suitable solvent.
  • the appropriate solvent can be passed through the cavity of the polymer profiles 5 and thus a rapid dissolution of the polymer material of the polymer profiles 5 can be realized.
  • This process step can also be carried out by using the meltable polymer materials for the polymer profiles 5 by heating the workpiece to a temperature above the melting point of the selected polymer material and thus by melting.
  • channel-like cavities 7 are produced in the workpiece. These cavities are close to the surface and are only separated from the surface of the workpiece by the first thermally sprayed layer 4. Due to the channel-like cross-section of the cavities produced, these can be used, for example, as heating or cooling channels and thus serve for example for temperature control of the workpiece.
  • the polymer profiles 5 are not completely released from the cavities 7 and thus an inner coating of the channel-like cavities is formed. This is advantageous if, for example, aggressive fluids are to be passed through these channel-like cavities 7.
  • the workpiece - as in Fig. 7 shown - are provided with a support structure 8.
  • Fig. 8 shows another metal workpiece with layered arranged polymer profiles 5 unlike in the FIGS. 2 to 6 shown polymer profiles 5 are the polymer profiles 5 in the FIG. 8 not formed semi-annular, but have a square outer cross-section and a square inner cavity, ie the polymer profiles 5 in Fig. 8 are square hollow profiles.
  • the upper part of Fig. 8 shows the prototype 1 with layer-like arranged polymer profiles 5.
  • a first layer of the polymer profiles 5 is partially surrounded by metal particles 3 of the first thermally sprayed layer 4.
  • the second layer of the polymer profiles 5 is partially surrounded by metal particles 3 of the second thermally sprayed layer 6.
  • the polymer profiles 5 of the first layer are glued directly to the surface of the original form 1 here.
  • the original form 1 thus represents the substrate and the cavities produced are recesses on the surface of the metallic workpiece to be produced.
  • the contour of the surface of the metallic workpiece can be determined by the shape of the polymer profiles 5 used and their arrangement.
  • the lower part of Fig. 8 shows the metallic workpiece after the release of the polymer profiles 5, wherein the representation of the metallic workpiece compared to the upper part of the image Fig. 8 rotated 180 °. After the release of the polymer profiles 5 of the first layer, a contour is formed on the surface of the metallic workpiece which corresponds to that of the polymer profiles 5 used. After the release of the polymer profiles 5 of the second layer, channel-like cavities 7 are formed inside the metallic workpiece.
  • FIGS. 9 and 10 each show alternative arrangements of polymer profiles 5 on the first thermally sprayed layer 4. Similarly to Fig. 3 FIG. 2 shows a plan view of the first thermally sprayed layer 4 with polymer profiles 5 positioned thereon. The FIGS. 9 and 10 are intended to illustrate that the moldability of the polymer profiles 5 and complex courses of the later cavities 7 can be realized.
  • Another possibility is to apply the polymer profiles 5 in the form of a curable, pasty or foamed mass to the first thermally sprayed layer 4 and to carry out the curing process before the further process steps.
  • the polymer material of the polymer profiles 5 can be chosen such that it can be dissolved or decomposed with a suitable solvent.
  • a suitable solvent such as water, alcohol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol glycol glycol glycol glycol glycol glycol glycol glycol glycol glycol, glycol glycol glycol glycol glycol, glycol glycol glycol, glycol glycol, glycol glycol, glycol glycol, glycol glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol, glycol,
  • the selected polymer material for the polymer profiles 5 above its melting point should have the lowest possible viscosity.
  • polypropylene (PP) is listed here.
  • the original form 1 is formed as a solid component.
  • an adapted in the form of thin sheet represents the original form 1.
  • the separation of Substrate and produced workpiece would be omitted in this case, since the substrate itself is part of the workpiece produced.
  • 11a to 11f show different polymer profiles 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, each with at least one cavity 9, which are each positioned on the first thermally sprayed layer 4, ie on a substrate.
  • the Figures 11a-11e each show a cross section along the longitudinal direction of the respective polymer profile 5a-5f.
  • the polymer profile 5a in Fig. 11a is a foamed polymer profile.
  • the individual foam pores are filled with air or propellant gas and each form a cavity 9.
  • the void fraction thus results from the total volume of the foam pores.
  • the polymer profile 5b in Fig. 11b is a U-shaped polymer profile.
  • the cavity 9 is located within the surrounding material areas. More specifically, the outer material regions of the polymer profile 5b and the upper surface of the first thermally sprayed layer 4 define the cavity 9.
  • the polymer profile 5c in Fig. 11c is designed as a hollow profile with a rectangular outer cross section and inner cavity 9.
  • the polymer profile 5d in Fig. 11d is a semi-circular curved polymer profile.
  • the cavity 9 is located within the surrounding material areas. Similar to Fig. 11b Here too, the outer material regions of the polymer profile 5d and the upper side of the first thermally sprayed layer 4 define the cavity 9.
  • the polymer profile 5e in Fig. 11e is formed as a hollow profile with a round outer cross section and inner cavity 9. It is thus a polymer profile with a tubular cross-section.
  • the polymer profile 5f in Fig. 11f is formed as a hollow profile with a rectangular outer cross-section and a plurality of internal cavities 9.
  • FIGS. 12a to 12c show process steps of an embodiment in which a polymer profile 5 designed as a foamed polymer profile 5 collapses (collapses) during thermal spraying.
  • the figures are designed as sectional drawings, wherein the selected sectional plane is selected perpendicular to the longitudinal direction of the polymer profile 5a.
  • Fig. 12a shows the foamed polymer profile 5a positioned on the first thermally sprayed layer 4.
  • the individual foam pores are filled with air or propellant gas and each form a cavity 9.
  • the foamed polymer profile 5a can either be a prefoamed profile which is already positioned in the foamed state on the first thermally sprayed layer 4 and optionally fixed thereon with an adhesive.
  • the foamed polymer profile 5a can also be produced only directly on the first thermally sprayed layer 4 by a foam extrusion process.
  • the foamed polymer profile 5a is overmolded by the application of the second thermally sprayed layer 6.
  • a further thermally sprayed layer 10 is applied to the second thermally sprayed layer 6.
  • the heat introduced here causes the foamed polymer profile 5a to collapse.
  • the foam residues 11 initially remain in the cavity 7 formed and can subsequently in particular be removed by introducing a thermal or chemical release medium in the resulting cavity 7.
  • the collapse of the foam takes place during the thermal spraying and is triggered by the heat generated by the thermal spraying.

Abstract

The method involves positioning a polymer profile (5) on a substrate (1). The polymer profile is encapsulated with metallic particles (3) by thermal spraying process. The polymer profile is released partially and the cavity is left in the workpiece after triggering polymer profile.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Werkstückes mit mindestens einer Kavität.The invention relates to a method for producing a metallic workpiece with at least one cavity.

Unter einer Kavität werden hierbei sowohl Hohlräume innerhalb eines metallischen Werkstücks als auch Vertiefungen bzw. Konturen auf der Werkstückoberfläche verstanden. Ist die Kavität als Hohlraum innerhalb des metallischen Werkstücks ausgebildet, so wird darunter kein allseitig abgeschlossener Hohlraum verstanden, sondern ein Hohlraum, der zumindest an einer Stelle mit der Umgebung des metallischen Werkstücks in Verbindung steht (z.B. mittels einer Bohrung, die den Hohlraum mit der äußeren Oberfläche des metallischen Werkstücks verbindet).A cavity here means both cavities within a metallic workpiece and depressions or contours on the workpiece surface. If the cavity is formed as a hollow space within the metallic workpiece, this does not mean a cavity which is closed on all sides, but a cavity which is in contact with the environment of the metallic workpiece at least at one point (eg by means of a bore which connects the cavity to the outer cavity) Surface of the metallic workpiece connects).

Ein Beispiel für eine Kavität im Sinn der Erfindung stellt etwa ein Kühl- oder Heizkanal in einem metallischen Formwerkzeug dar. Derartige metallische Formwerkzeuge mit integrierten Heiz- bzw. Kühlkanälen werden beispielsweise in der kunststoffverarbeitenden Industrie zur Formgebung von Bauteilen aus Kunststoff eingesetzt. Durch den Einsatz solcher temperierten Werkzeuge kann zum einen eine Verbesserung der Bauteileigenschaften (z.B. Oberflächenqualität) zum anderen eine Senkung der Prozesszeiten erreicht werden. Hierbei ist es wichtig, dass die zur Temperierung in das Formwerkzeug integrierten Heiz- bzw. Kühlkanäle mit möglichst geringem Abstand zur Arbeitsoberfläche des Formwerkzeugs realisiert werden, um somit unnötige Energieverluste und damit eine Verlängerung der Taktzeiten zu vermeiden. Vor allem bei großvolumigen Formwerkzeugen gestaltet sich die Herstellung durch die zunehmende Komplexität der herzustellenden Bauteile, die daraus resultierende Komplexität der erforderlichen Heiz-/Kühlkanäle und die Anforderung, die Heiz-/Kühlkanäle möglichst oberflächennah im Werkzeug zu integrieren als schwierig.An example of a cavity in the sense of the invention is about a cooling or heating channel in a metallic mold. Such metallic molds with integrated heating or cooling channels are used for example in the plastics processing industry for the molding of plastic components. By using such tempered tools on the one hand, an improvement of the component properties (eg surface quality) on the other hand, a reduction of the process times can be achieved. In this case, it is important that the heating or cooling channels integrated into the mold for temperature control be realized with the smallest possible distance from the working surface of the mold so as to avoid unnecessary energy losses and thus an extension of the cycle times. Especially with large-volume molds, the production is characterized by the increasing complexity of the manufactured Components, the resulting complexity of the required heating / cooling channels and the requirement to integrate the heating / cooling channels as close to the surface as possible in the tool as difficult.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine einfache und zugleich exakte Erzeugung von mindestens einer Kavität in einem metallischen Werkstück ermöglicht.The object of the invention is to provide a method which enables a simple and at the same time exact generation of at least one cavity in a metallic workpiece.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 realisiert. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen realisiert.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments of the method are realized in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines metallischen Werkstückes mit mindestens einer Kavität weist folgende Verfahrensschritte auf: a) Positionieren mindestens eines Polymerprofils auf einem Substrat; b) Zumindest teilweises Umspritzen des mindestens einen Polymerprofils mit Metallpartikeln durch ein Verfahren zum thermischen Spritzen; und c) Zumindest teilweises Auslösen des mindestens einen Polymerprofils nach dem Umspritzen. Das mindestens eine Polymerprofil weist mindestens einen Hohlraum auf.The method according to the invention for producing a metallic workpiece having at least one cavity has the following method steps: a) positioning at least one polymer profile on a substrate; b) at least partially overmolding the at least one polymer profile with metal particles by a thermal spraying method; and c) at least partially triggering the at least one polymer profile after encapsulation. The at least one polymer profile has at least one cavity.

Unter einem Polymerprofil wird ein Halbzeug aus einem polymeren Werkstoff verstanden. Insbesondere ist das Polymerprofil profilförmig, d.h. mit einem im Wesentlichen gleichförmigen Querschnitt und einer Länge, die bedeutend größer ist als dessen Breite und Dicke, ausgebildet. In vorteilhafter Weise besteht das Polymerprofil aus einem polymeren Werkstoff, der eine Elastizität/Verformbarkeit aufweist, welche ein händisches Verformen des Polymerprofils erlaubt. Dadurch kann die Lage und Abmessung der zu erzeugenden Kavität auf einfache Weise angepasst werden.A polymer profile is understood to mean a semifinished product made of a polymeric material. In particular, the polymer profile is profile-shaped, ie with a substantially uniform cross-section and a length which is significantly greater than its width and thickness, formed. Advantageously, the polymer profile consists of a polymeric material which has an elasticity / deformability which allows a manual deformation of the polymer profile. As a result, the position and dimension of the cavity to be generated can be easily adapted.

Unter einem Verfahren zum thermischen Spritzen - im Folgenden auch thermisches Spritzverfahren oder thermisches Spritzen genannt - werden Verfahren verstanden, in denen der Spritzwerkstoff ganz oder teilweise aufgeschmolzen wird und in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils geschleudert wird, wo die Partikel erkalten und erstarrren. Unter dem Begriff thermisches Spritzen werden verschiedene Verfahren zusammengefasst, die sich jeweils durch die Art des zum Aufschmelzen des Spritzwerkstoffes verwendeten Energieträgers, durch die erreichbare Teilchengeschwindigkeit sowie die Form des Spritzwerkstoffes unterscheiden. Das beschriebene Verfahren zur Herstellung eines metallischen Werkstückes mit mindestens einer Kavität lässt sich grundsätzlich mit allen gängigen Spritzverfahren (Flammspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, Plasmaspritzen, Laserspritzen, Kaltgasspritzen, Detonationsspritzen, Lichtbogenspritzen) realisieren. In den folgenden Ausführungen wird beispielhaft das Verfahren des sog. Lichtbogenspritzens zugrunde gelegt. Bei diesem Verfahren wird zwischen zwei Drähten aus dem gewünschten, metallischen Werkstoff ein Lichtbogen gezündet, in welchem die Drähte aufgeschmolzen werden. Die dabei entstehenden flüssigen Metalltropfen werden durch einen Luftstrom in Richtung des Substrats beschleunigt, wo sie erstarren und somit eine Schicht aus dem metallischen Werkstoff bilden.Under a method for thermal spraying - hereinafter also called thermal spraying or thermal spraying - are understood processes in which the spray material is completely or partially melted and spun in a gas stream in the form of spray particles accelerated onto the surface of the component to be coated, where the particles cool and solidify. The term thermal spraying summarizes various processes which differ in each case by the type of energy carrier used for melting the spray material, by the achievable particle velocity and by the shape of the spray material. The method described for producing a metallic workpiece having at least one cavity can in principle be implemented using all customary injection methods (flame spraying, high-speed flame spraying, plasma spraying, laser spraying, cold gas spraying, detonation spraying, arc spraying). In the following explanations, the method of so-called arc spraying is used as an example. In this method, an arc is ignited between two wires of the desired metallic material, in which the wires are melted. The resulting liquid metal droplets are accelerated by an air flow in the direction of the substrate, where they solidify and thus form a layer of the metallic material.

Erfindungsgemäß erfolgt zumindest ein teilweises Umspritzen des Polymerprofils mit Metallpartikel durch ein Verfahren zum thermischen Spritzen und anschließend ein zumindest teilweises Auslösen des Polymerprofils. Nach dem Auslösen des Polymerprofils bleibt ein Hohlraum im Werkstück bzw. eine Vertiefung an der Werkstückoberfläche zurück. Dieser Hohlraum bzw. diese Vertiefung entsprechen der erzeugten Kavität. Die Lage und die Abmessungen dieser Kavität können durch eine entsprechende Positionierung bzw. durch entsprechende räumliche Abmessungen des Polymerprofils angepasst werden. So ist eine exakte und zugleich einfache Erzeugung der Kavität möglich.According to the invention, at least a partial encapsulation of the polymer profile with metal particles by a method for thermal spraying and then at least partial release of the polymer profile. After the release of the polymer profile, a cavity in the workpiece or a depression on the workpiece surface remains. This cavity or depression corresponds to the cavity produced. The position and the dimensions of this cavity can be determined by a corresponding positioning or by appropriate spatial Dimensions of the polymer profile can be adjusted. Thus, an exact and at the same time simple generation of the cavity is possible.

Durch das Vorhandensein des Hohlraums im Polymerprofil wird das Auslösen vereinfacht bzw. bei relativ langen, schmalen Kavitäten überhaupt erst ermöglicht. Zum Auslösen wird typsicherweise ein Auslösemedium (z.B. Lösungsmittel beim chemischen Auslösen oder ein erwärmtes Fluid beim thermischen Auslösen) eingesetzt. Dieses Auslösemedium kontaktiert das Polymerprofil und sorgt auf diese Weise für das Auslösen. Durch das Vorhandensein eines oder mehrere Hohlräume kann das Auslösemedium schneller und weiter in das Polymerprofil eindringen. Es kommt daher zu einem intensiveren Kontakt zwischen dem Auslösemedium und dem auszulösenden Polymerprofil. Die für das Auslösen benötigte Zeit wird dadurch verringert. Auch wird das auszulösende Materialvolumen verringert, was ein effizientes Auslösen ermöglicht.Due to the presence of the cavity in the polymer profile, the triggering is simplified or only made possible with relatively long, narrow cavities. Typically, a triggering medium (e.g., chemical release solvent or heated thermal trigger fluid) is used to initiate. This triggering medium contacts the polymer profile and thus provides triggering. Due to the presence of one or more cavities, the release medium can penetrate faster and further into the polymer profile. There is therefore a more intensive contact between the triggering medium and the polymer profile to be triggered. The time required for triggering is thereby reduced. Also, the volume of material to be triggered is reduced, allowing efficient triggering.

Unter einem Hohlraum werden Bereiche des Polymerprofils verstanden, die nicht mit dem polymeren Werkstoff, aus dem das Polymerprofil besteht, ausgefüllt sind, sondern eine gasförmige Komponente (z.B. Luft, Treibgas) enthalten. Bespiele für einen derartigen Hohlraum wären: ein innenliegender Hohlraum eines als Hohlprofil ausgebildeten Polymerprofils, bei Polymerprofilen mit U- oder halbkreisförmig gebogenen Querschnitt der innerhalb der umgebenden Materialbereiche gelegene Innenraum oder bei geschäumten Polymerprofilen der mit Luft oder Treibgas gefüllte Innenraum der Schaumporen.A cavity is understood as meaning regions of the polymer profile which are not filled with the polymeric material constituting the polymer profile but which contain a gaseous component (e.g., air, propellant gas). Examples of such a cavity would be: an internal cavity of a polymer profile designed as a hollow profile, in the case of polymer profiles with a U- or semicircularly curved cross-section of the internal space located within the surrounding material regions or, in the case of foamed polymer profiles, the interior of the foam pores filled with air or propellant gas.

In bevorzugter Weise ist der Hohlraum des Polymerprofils derart gestaltet, dass in jedem Querschnitt des Polymerprofils senkrecht zur Längsrichtung des Polymerprofils Bereiche des Hohlraums und Bereich, die mit dem polymeren Werkstoff des Polymerprofils ausgefüllt sind, liegen. Auf diese Weise ein gleichmäßiges Auslösen entlang des gesamten Polymerprofils gewährleistet.Preferably, the cavity of the polymer profile is designed such that lie in each cross-section of the polymer profile perpendicular to the longitudinal direction of the polymer profile areas of the cavity and area, which are filled with the polymeric material of the polymer profile. To this Ensures uniform release along the entire polymer profile.

In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt das Polymerprofil einen Hohlraumanteil von mindestens 10 Vol% bis maximal 90 Vol%. Ein derartiger Bereich für den Hohlraumanteil hat sich als vorteilhaft für das Auslösen herausgestellt. In besonders bevorzugter Weise beträgt der Hohlraumanteil mindestens 50 Vol%. Bei geschäumten Polymerprofilen liegt der Hohlraumanteil bevorzugter Weise bei mindestens 50 Vol% und maximal 99,5 Vol%.In an advantageous embodiment, the polymer profile has a void fraction of at least 10% by volume to at most 90% by volume. Such an area for the void fraction has been found to be advantageous for the triggering. Most preferably, the void fraction is at least 50% by volume. For foamed polymer profiles, the void fraction is preferably at least 50% by volume and at most 99.5% by volume.

Unter dem Auslösen wird allgemein ein Verfahrensschritt verstanden, der zu einem Auslösen bzw. Herauslösen des Werkstoffes des Polymerprofils aus der Kavität führt. So ist beispielsweise ein chemisches Zersetzen des polymeren Werkstoffes oder das Erhitzen auf ein Zersetzungs-, ein Schmelz- und/oder Erweichungstemperatur möglich. Ist das Polymerprofil ein geschäumtes Polymerprofil so kann das Auslösen zum einen zum Kollabieren des Schaumes und/oder zu einer Zersetzung des Schaumes führen. In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt während des Auslösens zunächst ein Kollabieren des Schaumes. Nach dem Kollabieren des Schaumes bildet sich in der Kavität ein großer Hohlraum. Dieser kann dann zum Einleiten eines Auslösemediums (z.B. chemisches Auslösemedium oder thermisches Auslösemedium, z.B. erwärmtes Fluid) genutzt werden, sodass anschließend ein chemisches Zersetzen und/oder ein Ausfließen der kollabierten Schaumreste erfolgt.Triggering is generally understood as a process step which leads to triggering or detachment of the material of the polymer profile from the cavity. Thus, for example, a chemical decomposition of the polymeric material or heating to a decomposition, a melting and / or softening temperature is possible. If the polymer profile is a foamed polymer profile, the triggering on the one hand can lead to the collapse of the foam and / or to a decomposition of the foam. In an advantageous embodiment, a collapse of the foam takes place during triggering. After the collapse of the foam, a large cavity forms in the cavity. This may then be used to introduce a triggering medium (e.g., chemical release medium or thermal release medium, e.g., heated fluid) such that subsequent chemical decomposition and / or efflux of the collapsed foam residue occurs.

Das Auslösen kann hierbei sowohl unmittelbar nachdem die Kavität umspritzt worden ist erfolgen als auch in einem nachfolgenden, zeitlich vom Umspritzen getrennten Verfahrensschritt erfolgen. Unmittelbar nachdem die Kavität umspritzt worden ist bedeutet hierbei, dass das thermische Spritzen an sich noch nicht beendet sein muss. Es muss nur ein erste Schicht auf das Polymerprofil aufgetragen worden sein. Nach dem Auftragen dieser Schicht kann das Auslösen im Regelfall unmittelbar beginnen. Wird das Auslösen unmittelbar nachdem die Kavität umspritzt worden ist ausgeführt, so kann die beim thermischen Spritzen entstehende Wärme zum thermischen Auslösen des Polymerprofils eingesetzt werden. Ist das Polymerprofil als geschäumtes Profil ausgeführt, so kann diese beim thermischen Spritzen entstandene Wärme in besonders vorteilhafter Weise zum Kollabieren des Schaumes eingesetzt werden.In this case, the triggering can take place both immediately after the cavity has been overmolded and in a subsequent process step, which is separated in time from the encapsulation. Immediately after the cavity has been overmoulded, this means that thermal spraying does not yet have to be completed per se. It just has to be a first layer on that Polymer profile have been applied. After applying this layer, the triggering can usually begin immediately. If the triggering is carried out immediately after the cavity has been encapsulated, the heat produced during the thermal spraying can be used to thermally trigger the polymer profile. If the polymer profile is designed as a foamed profile, then this heat produced during thermal spraying can be used to collapse the foam in a particularly advantageous manner.

In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt nach dem Verfahrensschritt b) oder nach dem Verfahrensschritt c) ein Positionieren eines weiteren Polymerprofils auf den Metallpartikeln und anschließend wird der Verfahrensschritt b) erneut ausgeführt, sodass ein Werkstück mit schichtweise angeordneten Kavitäten entsteht. Auf diese Weise ist eine Herstellung von schichtartig aufgebauten metallischen Werkstücken möglich. Damit dient diese Ausführungsform als ein generatives Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit schichtartig angeordneten Kavitäten.In an advantageous embodiment, a further polymer profile is positioned on the metal particles after process step b) or after process step c), and then process step b) is carried out again so that a workpiece is produced with cavities arranged in layers. In this way, a production of layered metallic workpieces is possible. Thus, this embodiment serves as a generative process for the production of workpieces with cavities arranged in layers.

Das Polymerprofil kann aus vorgefertigten Profilen bestehen. Diese können dann auf konstruktiv einfache Weise auf dem Substrat positioniert und anschließend umspritzt werden.The polymer profile may consist of prefabricated profiles. These can then be positioned in a structurally simple manner on the substrate and then encapsulated.

In vorteilhafter Weise beinhaltet das der Verfahrensschritt des Positionierens des mindestens einen Polymerprofils ein Verkleben des Polymerprofils mit dem Substrat. Dadurch erfolgt eine einfache und zugleich zuverlässige Fixierung des Polymerprofils auf dem Substrat. Eine ungewollte Relativbewegung zwischen Polymerprofil und Substrat kann auf diese Weise wirkungsvoll verhindert werden.Advantageously, the step of positioning the at least one polymer profile includes adhering the polymer profile to the substrate. This results in a simple and reliable fixation of the polymer profile on the substrate. An unwanted relative movement between the polymer profile and the substrate can be effectively prevented in this way.

Neben der Verwendung von vorgefertigten Profilen können die Polymerprofile auch erst direkt auf dem Substrat erzeugt werden. Dies kann durch einen Generierungsprozess zum unmittelbaren Erzeugen des Polymerprofils auf dem Substrat erfolgen. In vorteilhafter Weise handelt es sich hierbei um einen Extrusionsprozess zum Extrudieren der Polymermasse auf dem Substrat. Soll das Polymerprofil aus geschäumtes Polymerprofil ausgestaltet sein, so wird bevorzugter Weise ein Schaumextrusionsprozess durchgeführt, der das geschäumte Polymerprofil unmittelbar auf dem Substrat erzeugt.In addition to the use of prefabricated profiles, the polymer profiles can also be produced directly on the substrate. This can by a generation process for directly generating the polymer profile on the substrate. This is advantageously an extrusion process for extruding the polymer composition on the substrate. If the polymer profile is to be made of a foamed polymer profile, it is preferable to carry out a foam extrusion process which produces the foamed polymer profile directly on the substrate.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Polymerprofil als geschäumtes Polymerprofil ausgebildet. In dieser Ausführungsform bilden somit die Schaumporen den Hohlraum des Polymerprofils. Durch die Ausgestaltung als geschäumtes Polymerprofil kann eine relativ gleichmäßige Verteilung des Hohlraumanteils und des Polymerwerkstoffanteils entlang der Längsrichtung des Polymerprofils und entlang eines Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung erreicht werden. Es stellt sich somit ein gleichmäßiges Auslöseergebnis über das gesamte Polymerprofil hinweg ein. Außerdem kommt es beim Auslöseprozess zunächst zu einem Zusammenfallen des Schaums, was das Auslösen weiter beschleunigen kann.In an advantageous embodiment, the polymer profile is formed as a foamed polymer profile. In this embodiment, the foam pores thus form the cavity of the polymer profile. The configuration as a foamed polymer profile, a relatively uniform distribution of the void content and the polymer material portion along the longitudinal direction of the polymer profile and along a cross section perpendicular to the longitudinal direction can be achieved. This results in a uniform triggering result over the entire polymer profile. In addition, it comes at the triggering process initially to a collapse of the foam, which can further accelerate the triggering.

Um eine gute Anbindung der thermisch gespritzten Metallpartikel an die Polymerprofile zu gewährleisten, kann der Polymerwerkstoff, aus dem die Polymerprofile bestehen, im Vorfeld metallisiert werden (z.B. durch Galvanotechnik). Im einfachsten Fall kann diese Metallisierung durch das Umwickeln der Polymerprofile mit einer dünnen Metallfolie bzw. einem dünnen Metallnetz umgesetzt werden.In order to ensure a good bonding of the thermally sprayed metal particles to the polymer profiles, the polymer material composing the polymer profiles can be metallized in advance (for example by electroplating). In the simplest case, this metallization can be implemented by wrapping the polymer profiles with a thin metal foil or a thin metal mesh.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Polymerprofil als Hohlprofil, insbesondere als röhrenförmiges Profil, ausgebildet. Auf diese Weise kann die Außenkontur des Polymerprofils die Abmessungen der Kavität definieren. Der Hohlraum innerhalb des Polymerprofils hingegen trägt zur Materialersparnis und zur Verbesserung der Auslösung bei.In a preferred embodiment, the at least one polymer profile is formed as a hollow profile, in particular as a tubular profile. In this way, the outer contour of the polymer profile can define the dimensions of the cavity. The cavity within the polymer profile, however, contributes to material savings and to improve the triggering.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform entsprechen die äußeren Abmessungen des mindestens einen Polymerprofils den Abmessungen der zu erzeugenden Kavität. Auf diese Weise können die räumlichen Abmessungen der Kavität besonders präzise definiert werden.In a further advantageous embodiment, the outer dimensions of the at least one polymer profile correspond to the dimensions of the cavity to be produced. In this way, the spatial dimensions of the cavity can be defined very precisely.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht das mindestens eine Polymerprofil aus einem chemisch löslichen Polymerwerkstoff und das Auslösen erfolgt mit einem an den Polymerwerkstoff angepassten Lösungsmittel. Unter einem an den Polymerwerkstoff angepassten Lösungsmittel wird hierbei ein Lösungsmittel verstanden, in welchem sich der Polymerwerkstoff des Polymerprofils löst. Da die zu bildende Kavität mit der Umgebung des metallischen Werkstücks in Verbindung steht, kann das Lösungsmittel mit dem Polymerprofil in Kontakt gebracht werden, worauf sich das Polymerprofil auflöst. Zurück bleibt die gebildete Kavität. In besonders vorteilhafter Weise wird das Lösungsmittel in den Hohlraum des mindestens einen Polymerprofils eingeleitet. Auf diese Weise ist ein besonders effizientes Auslösen möglich.In a further advantageous embodiment, the at least one polymer profile consists of a chemically soluble polymer material and the triggering takes place with a solvent adapted to the polymer material. In this case, a solvent adapted to the polymer material is understood as meaning a solvent in which the polymer material of the polymer profile dissolves. Since the cavity to be formed communicates with the environment of the metallic workpiece, the solvent can be brought into contact with the polymer profile, whereupon the polymer profile dissolves. The formed cavity remains behind. In a particularly advantageous manner, the solvent is introduced into the cavity of the at least one polymer profile. In this way, a particularly efficient triggering is possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Auslösen durch Erhöhen der Temperatur des mindestens einen Polymerprofils auf eine Temperatur oberhalb eines Schmelzbereichs des Polymerwerkstoffs und einem anschließenden Ausfließen des geschmolzenen Polymerwerkstoffes. Durch die Temperaturerhöhung erfolgt ein Aufschmelzen des Polymerprofils. Das geschmolzene Polymer kann anschließend aus dem Werkstück ausfließen. Zurück bleibt die gebildete Kavität.In a further advantageous embodiment, the triggering takes place by raising the temperature of the at least one polymer profile to a temperature above a melting range of the polymer material and a subsequent outflow of the molten polymer material. Due to the increase in temperature, the polymer profile melts. The molten polymer can then flow out of the workpiece. The formed cavity remains behind.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann die Erhöhung der Temperatur des mindestens einen Polymerprofils auch bis zu einer Auflöse- bzw. Zersetzungstemperatur (Temperatur, bei der ein Zersetzung des Polymerwerkstoffes des Polymerprofils eintritt), einer Aufschmelztemperatur (Temperatur, bei der es zu einem Aufschmelzen des Polymerwerkstoffes kommt) und/oder einer Kollabiertemperatur (Temperatur, bei der es zu einem Zusammenfallen von Schaumblasen kommt) erfolgen. Nach Erreichen der oben genannten Temperaturen kann das Polymerprofil dann anschließend entweder selbständig aus der Kavität ausfließen oder durch das Einleiten eines chemischen und/oder thermischen Auslösemediums aus der Kavität entfernt werden.In further advantageous embodiments, the increase in the temperature of the at least one polymer profile can also be up to a dissolution or decomposition temperature (temperature at which a decomposition of the polymer material of the polymer profile occurs), a melting temperature (temperature at which it melts the polymer material comes) and / or a collapse temperature (temperature at which collapse of foam bubbles occurs) take place. After reaching the abovementioned temperatures, the polymer profile can then either flow out of the cavity autonomously or be removed from the cavity by introducing a chemical and / or thermal triggering medium.

Im Allgemeinen kann das Auslösen bis zur vollständigen Entfernung des Polymerwerkstoffs des Polymerprofils erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass das Auslösen nur bis zu einem Grad erfolgt, dass an den Metallpartikeln der Kavität ein Überzug aus dem Polymerwerkstoff des Polymerprofils verbleibt. Auf diese Weise bildet sich ein Überzug aus Polymerwerkstoff auf der Oberfläche der erzeugten Kavität. Dieser Überzug wiederum kann beispielsweise als Verschleiß- oder Korrosionsschutzschicht dienen.In general, the triggering can take place until complete removal of the polymer material of the polymer profile. However, it is also possible that the triggering takes place only to a degree that a coating of the polymer material of the polymer profile remains on the metal particles of the cavity. In this way, a coating of polymer material forms on the surface of the cavity produced. This coating in turn can serve, for example, as a wear or corrosion protection layer.

Das Substrat kann aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff in Form einer thermisch gespritzten Schicht, eines Dünnblechs oder einer galvanisch abgeschiedenen Schicht besteht. Durch die Verwendung eines metallischen Substrates kann eine zuverlässige stoffschlüssige Verbindung zwischen den thermisch aufgespritzten Metallpartikeln und dem Substrat erreicht. Die Verbindungsfestigkeit des gesamten Bauteils wird auf diese Weise erhöht.The substrate may consist of a metallic material, in particular of a metallic material in the form of a thermally sprayed layer, a thin sheet or a galvanically deposited layer. By using a metallic substrate, a reliable cohesive connection between the thermally sprayed metal particles and the substrate can be achieved. The connection strength of the entire component is increased in this way.

Ist jedoch kein stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Substrat und den thermisch aufgespritzten Partikeln gewünscht, so kann als Substrat auch ein nichtmetallischer Werkstoff, z.B. Keramik oder ein temperaturbeständiger Kunststoff, eingesetzt werden.However, if no cohesive connection between the substrate and the thermally sprayed particles is desired, a non-metallic material, e.g. Ceramic or a temperature-resistant plastic, are used.

Des Weiteren kann zur Verhinderung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Substrat und thermisch gespritzten Partikeln vor dem Verfahrensschritt b), insbesondere vor dem Verfahrensschritt a), auf das Substrat ein Trennmittel zur Verhinderung der stoffschlüssigen Verbindung der Metallpartikel mit dem Substrat aufgetragen werden. Dadurch wird ein einfaches Trennen von Substrat und erzeugtem metallischen Werkstück möglich.Furthermore, to prevent a cohesive connection between the substrate and thermally sprayed particles before the Process step b), in particular before the process step a), a release agent for preventing the cohesive connection of the metal particles are applied to the substrate with the substrate. As a result, a simple separation of the substrate and the generated metallic workpiece is possible.

In vorteilhafter Weise weist das Substrat eine Form auf, die der negativen Form einer Fläche des herzustellenden Werkstückes entspricht. Dadurch kann die mindestens eine Kavität besonders oberflächennah im metallischen Werkstück erzeugt werden und weitere ansonsten eventuell nötige Nachbearbeitungsschritte (z.B. Fräsen) können entfallen.Advantageously, the substrate has a shape that corresponds to the negative shape of a surface of the workpiece to be produced. As a result, the at least one cavity can be produced particularly close to the surface in the metallic workpiece and any further processing steps that may otherwise be necessary (for example, milling) can be dispensed with.

Das Substrat kann zusätzlich mit einer Stützstruktur versehen werden. Dadurch kann dem metallischen Werkstück die notwendige Stabilität verliehen werden. Um Verzüge des Werkstücks durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen zu vermeiden, sollte der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials der Stützstruktur in einem ähnlichen Bereich wie der des Materials der thermisch gespritzten Schicht und/oder des Substrates liegen.The substrate may additionally be provided with a support structure. As a result, the metal workpiece can be given the necessary stability. In order to avoid distortion of the workpiece by different thermal expansions, the thermal expansion coefficient of the material of the support structure should be in a similar range as that of the material of the thermally sprayed layer and / or the substrate.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das metallische Werkstück als Werkzeugform, die Kavität als Heiz- oder Kühlkanal und das Verfahren zum thermischen Spritzen als Lichtbogenspritzen ausgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, auf einfache und kostengünstige Weise einen oder mehrere Heiz- und/oder Kühlkanäle in eine Werkzeugform einzubringen. Die auf diese Weise erzeugten Werkzeugformen können beispielsweise als Formwerkzeuge bei der Herstellung von, insbesondere großvolumigen, Bauteilen aus kohlenfaserverstärkten Kunststoff (CFK) eingesetzt werden.In an advantageous embodiment, the metallic workpiece is designed as a tool mold, the cavity as a heating or cooling channel and the method for thermal spraying as arc spraying. In this way it is possible to introduce one or more heating and / or cooling channels in a tool mold in a simple and cost-effective manner. The molds produced in this way can be used, for example, as molds in the production of, in particular large-volume, components made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated Figures. It is understood that the features mentioned above and the features to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
eine schematische Schnittdarstellung eines Verfahrens zum thermischen Spritzen einer ersten Schicht auf ein Substrat;
Fig. 2
eine schematische Schnittdarstellung des Positionierens von Polymerprofilen auf der thermisch gespritzten Schicht aus Fig. 1;
Fig. 3
eine schematische Draufsicht auf die Polymerprofile aus Fig. 2;
Fig. 4
eine schematische Schnittdarstellung eines Verfahrens zum Umspritzen der in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Polymerprofile mit Metallpartikeln durch ein Verfahren zum thermischen Spritzen;
Fig. 5
eine schematische Schnittdarstellung des Positionierens von weiteren Polymerprofilen auf der thermischen gespritzten Schicht aus Fig. 4;
Fig. 6
eine schematische Schnittdarstellung eines Auslösens der in Fig. 4 dargestellten Polymerprofile;
Fig. 7
eine schematische Schnittdarstellung eines hergestellten metallischen Werkstücks mit einer Stützstruktur;
Fig. 8
eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren metallischen Werkstücks mit schichtartig angeordneten Kavitäten;
Fig. 9
eine schematische Darstellung einer weiteren Draufsicht auf Polymerprofile;
Fig. 10
eine weitere schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Polymerprofil;
Fig. 11a - Fig. 11f
Schnittdarstellungen verschiedener Ausführungsformen von Polymerprofilen mit jeweils mindestens einem Hohlraum; und
Fig. 12a - Fig. 12c
Schnittdarstellungen einer Ausführungsform, in der ein geschäumtes Polymerprofil zunächst umspritzt wird und es beim Auftrag einer weiteren thermisch gespritzten Schicht zu einem Kollabieren des Schaums kommt.
The invention is further explained by means of embodiments and drawings. Show it:
Fig. 1
a schematic sectional view of a method for thermal spraying a first layer on a substrate;
Fig. 2
a schematic sectional view of the positioning of polymer profiles on the thermally sprayed layer Fig. 1 ;
Fig. 3
a schematic plan view of the polymer profiles Fig. 2 ;
Fig. 4
a schematic sectional view of a method for molding the in Fig. 2 and Fig. 3 represented polymer profiles with metal particles by a method for thermal spraying;
Fig. 5
a schematic sectional view of the positioning of other polymer profiles on the thermal sprayed layer Fig. 4 ;
Fig. 6
a schematic sectional view of a trigger of in Fig. 4 represented polymer profiles;
Fig. 7
a schematic sectional view of a manufactured metallic workpiece with a support structure;
Fig. 8
a schematic sectional view of another metal workpiece with layered cavities arranged;
Fig. 9
a schematic representation of another plan view of polymer profiles;
Fig. 10
a further schematic representation of a plan view of a polymer profile;
Fig. 11a - Fig. 11f
Sectional views of various embodiments of polymer profiles, each with at least one cavity; and
Fig. 12a - Fig. 12c
Sectional views of an embodiment in which a foamed polymer profile is first encapsulated and it comes to the application of another thermally sprayed layer to collapse of the foam.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum thermischen Spritzen einer ersten Schicht auf eine Urform 1. Die Urform 1 ist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform als massives Bauteil ausgebildet. Die in Fig. 1 nach oben zeigende Oberfläche der Urform 1 besitzt eine Form, die der negativen Form einer Fläche des herzustellenden metallischen Werkstückes entspricht. Die Urform 1 kann somit als das negative Gegenstück zum herzustellenden metallischen Werkstück angesehen werden. Auf die in Fig. 1 nach oben zeigende Oberfläche der Urform 1 werden mit Hilfe einer Lichtbogenspritzpistole 2 Metallpartikel 3 abgeschieden. Auf diese Weise wird ein Verfahren zum thermischen Spritzen ausgeführt, welches zur Erzeugung einer ersten thermisch gespritzten Schicht 4 führt. Die ersten thermisch gespritzten Schicht 4 dient in dem in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel als Substrat und kann beispielsweise ein Dicke von ca. 1 mm besitzen. Fig. 1 shows a schematic representation of a method for thermal spraying a first layer on a master mold 1. The original form 1 is in the in Fig. 1 illustrated embodiment designed as a solid component. In the Fig. 1 Upwardly facing surface of the original form 1 has a shape corresponding to the negative shape of a surface of the metallic workpiece to be produced. The prototype 1 can thus be regarded as the negative counterpart to the metallic workpiece to be produced. On the in Fig. 1 upwardly facing surface of the original form 1 2 metal particles 3 are deposited by means of an arc spray gun. In this way, a method for thermal spraying is carried out, which leads to the production of a first thermally sprayed layer 4. The first thermally sprayed layer 4 is used in the in the FIGS. 1 to 7 illustrated embodiment as a substrate and may for example have a thickness of about 1 mm.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Positionierens von Polymerprofilen 5 auf der ersten thermisch gespritzten Schicht 4. Dieses Positionieren der Polymerprofile 5 erfolgt bevorzugt nachdem die erste thermisch gespritzte Schicht 4 erkaltet ist. Die Polymerprofile 5 besitzen dabei einen halbringförmigen Querschnitt und sind im Wesentlichen äquidistant über die erste thermisch gespritzte Schicht 4 verteilt. Fig. 3 zeigt die Polymerprofile 5 in einer Draufsicht. Die Befestigung der Polymerprofile 5 auf der ersten thermisch gespritzten Schicht 4 erfolgt durch ein Verkleben der Polymerprofile 5 auf der ersten thermisch gespritzten Schicht 4. Die Polymerprofile 5 bestehen aus einem relativ weichen, formbaren und löslichen Polymerwerkstoff. Durch die Formbarkeit des Materials lassen sich die Polymerprofile leicht an die Kontur der Urform 1 anpassen. Fig. 2 shows a schematic representation of the positioning of polymer profiles 5 on the first thermally sprayed layer 4. This positioning of the polymer profiles 5 is preferably carried out after the first thermally sprayed layer 4 is cooled. The polymer profiles 5 have a semi-annular cross-section and are distributed substantially equidistantly over the first thermally sprayed layer 4. Fig. 3 shows the polymer profiles 5 in a plan view. The attachment of the polymer profiles 5 on the first thermally sprayed layer 4 is carried out by adhering the polymer profiles 5 on the first thermally sprayed layer 4. The polymer profiles 5 are made of a relatively soft, moldable and soluble polymer material. Due to the malleability of the material, the polymer profiles can be easily adapted to the contour of the original form 1.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Umspritzen der in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Polymerprofile 5 mit Metallpartikeln 3. Auf diese Weise wird das metallische Werkstück weiter aufgebaut. Die Polymerprofile 5 werden also mit Metallpartikeln 3 umspritzt und es entsteht eine zweite thermisch gespritzte Schicht 6. Die auf diese Weise erzielte Enddicke des metallischen Werkstücks kann beispielsweise bei 10 - 20 mm liegen und durch mehrmaliges Überfahren des Werkstücks mit der Lichtbogenspritzpistole 2 erzeugt werden. Fig. 4 shows a schematic representation of a method for overmoulding the in Fig. 2 and Fig. 3 shown polymer profiles 5 with metal particles 3. In this way, the metallic workpiece is further built. The polymer profiles 5 are thus overmolded with metal particles 3 and a second thermally sprayed layer 6 is formed. The final thickness of the metallic workpiece achieved in this way can be, for example, 10 to 20 mm and produced by repeatedly traversing the workpiece with the arc spray gun 2.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Positionierens von weiteren Polymerprofilen 5 auf der thermischen gespritzten Schicht aus Fig. 4. Durch das erneute Aufbringen von Polymerprofilen 5 ist es möglich, ein mehrschichtiges Werkstück aufzubauen, wodurch komplexe geometrische Abmessungen der Kavitäten realisiert werden können. Fig. 5 shows a schematic representation of the positioning of other polymer profiles 5 on the thermal sprayed layer Fig. 4 , By reapplying polymer profiles 5, it is possible to construct a multi-layered workpiece, whereby complex geometrical dimensions of the cavities can be realized.

Nach dem Umspritzen der Polymerprofile 5 kann das so erzeugte Werkstück abgekühlt und anschließend von der Urform 1 getrennt werden. Eventuell ist es hierfür notwendig, vor dem Spritzen der ersten thermisch gespritzten Schicht 4 ein geeignetes Trennmittel auf das Urmodell 1 aufzubringen.After encapsulation of the polymer profiles 5, the workpiece thus produced can be cooled and then separated from the master mold 1. Maybe it is it is necessary to apply a suitable release agent to the master model 1 before spraying the first thermally sprayed layer 4.

In Fig. 6 ist der Schritt des Herauslösens der Polymerprofile 5 aus dem Werkstück dargestellt. Hierbei werden die zuvor mit den Metallpartikeln 3 umspritzten Polymerprofile 5 mit einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst. Sind die eingesetzten Profile in ihrem Querschnitt rohrförmig - oder wie in den Figuren 2 bis 7 dargestellt halbringförmig -, so kann das geeignete Lösungsmittel durch den Hohlraum der Polymerprofile 5 hindurchgeleitet und somit ein schnelles Herauslösen des Polymerwerkstoffs der Polymerprofile 5 realisiert werden. Dieser Verfahrensschritt kann bei Verwendung von schmelzbaren Polymerwerkstoffen für die Polymerprofile 5 auch durch ein Aufheizen des Werkstücks auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des ausgewählten Polymerwerkstoffs und somit durch Ausschmelzen erfolgen.In Fig. 6 the step of detaching the polymer profiles 5 from the workpiece is shown. In this case, the polymer profiles 5 previously overmolded with the metal particles 3 are dissolved with a suitable solvent. Are the profiles used in their cross section tubular - or as in the FIGS. 2 to 7 shown halbbringförmig -, the appropriate solvent can be passed through the cavity of the polymer profiles 5 and thus a rapid dissolution of the polymer material of the polymer profiles 5 can be realized. This process step can also be carried out by using the meltable polymer materials for the polymer profiles 5 by heating the workpiece to a temperature above the melting point of the selected polymer material and thus by melting.

Durch das Auslösen der Polymerprofile 5 aus dem metallischen Werkstück werden im Werkstück kanalartige Kavitäten 7 erzeugt. Diese Kavitäten liegen oberflächennah und sind nur von der ersten thermisch gespritzten Schicht 4 von der Oberfläche des Werkstücks getrennt. Aufgrund des kanalartigen Querschnitts der erzeugten Kavitäten können diese beispielsweise als Heiz- bzw. Kühlkanäle genutzt werden und somit etwa zur Temperierung des Werkstücks dienen.By triggering the polymer profiles 5 from the metallic workpiece, channel-like cavities 7 are produced in the workpiece. These cavities are close to the surface and are only separated from the surface of the workpiece by the first thermally sprayed layer 4. Due to the channel-like cross-section of the cavities produced, these can be used, for example, as heating or cooling channels and thus serve for example for temperature control of the workpiece.

Es ist auch denkbar, dass die Polymerprofile 5 nicht vollständig aus den Kavitäten 7 ausgelöst werden und somit eine innere Beschichtung der kanalartigen Kavitäten gebildet wird. Dies ist von Vorteil, wenn beispielsweise aggressive Fluide durch diese kanalartigen Kavitäten 7 geleitet werden sollen.It is also conceivable that the polymer profiles 5 are not completely released from the cavities 7 and thus an inner coating of the channel-like cavities is formed. This is advantageous if, for example, aggressive fluids are to be passed through these channel-like cavities 7.

Um die Stabilität des erzeugten metallischen Werkstücks zu erhöhen, kann das Werkstück - wie in Fig. 7 dargestellt - mit einer Stützstruktur 8 versehen werden.To increase the stability of the generated metallic workpiece, the workpiece - as in Fig. 7 shown - are provided with a support structure 8.

Fig. 8 zeigt ein weiteres metallisches Werkstück mit schichtartig angeordneten Polymerprofilen 5. Anders als die in den Figuren 2 bis 6 dargestellten Polymerprofile 5 sind die Polymerprofile 5 in der Figur 8 nicht halbringförmig ausgebildet, sondern besitzen einen quadratischen Außenquerschnitt und einen quadratischen Innenhohlraum, d.h. die Polymerprofile 5 in Fig. 8 sind quadratische Hohlprofile. Das obere Teilbild von Fig. 8 zeigt dabei die Urform 1 mit schichtartig angeordneten Polymerprofilen 5. Eine erste Schicht der Polymerprofile 5 ist teilweise von Metallpartikeln 3 der ersten thermisch gespritzten Schicht 4 umgeben. Die zweite Schicht der Polymerprofile 5 ist teilweise von Metallpartikeln 3 der zweiten thermisch gespritzten Schicht 6 umgeben. Die Polymerprofile 5 der ersten Schicht sind hierbei direkt auf die Oberfläche der Urform 1 geklebt. Für diese Polymerprofile 5 stellt somit die Urform 1 das Substrat dar und die erzeugten Kavitäten sind Vertiefungen auf der Oberfläche des herzustellenden metallischen Werkstücks. Auf diese Weise kann die Kontur der Oberfläche des metallischen Werkstücks durch die Form der eingesetzten Polymerprofile 5 und deren Anordnung bestimmt werden. Das untere Teilbild von Fig. 8 zeigt das metallische Werkstück nach dem Auslösen der Polymerprofile 5., wobei die Darstellung des metallischen Werkstücks im Vergleich zum oberen Teilbild der Fig. 8 um 180° gedreht wurde. Nach dem Auslösen der Polymerprofile 5 der ersten Schicht bildet sich auf der Oberfläche des metallischen Werkstücks eine Kontur, die der der eingesetzten Polymerprofile 5 entspricht. Nach dem Auslösen der Polymerprofile 5 der zweiten Schicht bilden sich im Inneren des metallischen Werkstücks kanalartige Kavitäten 7. Fig. 8 shows another metal workpiece with layered arranged polymer profiles 5 unlike in the FIGS. 2 to 6 shown polymer profiles 5 are the polymer profiles 5 in the FIG. 8 not formed semi-annular, but have a square outer cross-section and a square inner cavity, ie the polymer profiles 5 in Fig. 8 are square hollow profiles. The upper part of Fig. 8 shows the prototype 1 with layer-like arranged polymer profiles 5. A first layer of the polymer profiles 5 is partially surrounded by metal particles 3 of the first thermally sprayed layer 4. The second layer of the polymer profiles 5 is partially surrounded by metal particles 3 of the second thermally sprayed layer 6. The polymer profiles 5 of the first layer are glued directly to the surface of the original form 1 here. For these polymer profiles 5, the original form 1 thus represents the substrate and the cavities produced are recesses on the surface of the metallic workpiece to be produced. In this way, the contour of the surface of the metallic workpiece can be determined by the shape of the polymer profiles 5 used and their arrangement. The lower part of Fig. 8 shows the metallic workpiece after the release of the polymer profiles 5, wherein the representation of the metallic workpiece compared to the upper part of the image Fig. 8 rotated 180 °. After the release of the polymer profiles 5 of the first layer, a contour is formed on the surface of the metallic workpiece which corresponds to that of the polymer profiles 5 used. After the release of the polymer profiles 5 of the second layer, channel-like cavities 7 are formed inside the metallic workpiece.

Fig. 9 und Fig. 10 zeigen jeweils alternative Anordnungen von Polymerprofilen 5 auf der ersten thermisch gespritzten Schicht 4. Ähnlich zu Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die erste thermisch gespritzte Schicht 4 mit darauf positionierten Polymerprofilen 5 dargestellt. Die Figuren 9 und 10 sollen verdeutlichen, dass durch die Formbarkeit der Polymerprofile 5 auch komplexe Verläufe der späteren Kavitäten 7 realisierbar sind. FIGS. 9 and 10 each show alternative arrangements of polymer profiles 5 on the first thermally sprayed layer 4. Similarly to Fig. 3 FIG. 2 shows a plan view of the first thermally sprayed layer 4 with polymer profiles 5 positioned thereon. The FIGS. 9 and 10 are intended to illustrate that the moldability of the polymer profiles 5 and complex courses of the later cavities 7 can be realized.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Polymerprofile 5 in Form einer aushärtbaren, pastösen oder geschäumten Masse auf die erste thermisch gespritzte Schicht 4 aufzutragen und vor den weiteren Verfahrensschritten den Aushärtevorgang durchzuführen.Another possibility is to apply the polymer profiles 5 in the form of a curable, pasty or foamed mass to the first thermally sprayed layer 4 and to carry out the curing process before the further process steps.

Der Polymerwerkstoff der Polymerprofile 5 kann derart gewählt werden, dass dieser mit einem geeigneten Lösungsmittel gelöst bzw. zersetzt werden kann. Beispielhaft sind hier Materialien der Firma Belland Technologies GmbH genannt. Diese Materialien sind in Alkohol oder alkalisch-wässrigen Lösungen löslich.The polymer material of the polymer profiles 5 can be chosen such that it can be dissolved or decomposed with a suitable solvent. By way of example, materials from Belland Technologies GmbH are mentioned here. These materials are soluble in alcohol or alkaline aqueous solutions.

Wie bereits oben dargestellt, ist auch ein thermisches Auslösen (Ausschmelzen) der Polymerprofile 5 möglich. Hierbei sollte der ausgewählte Polymerwerkstoff für die Polymerprofile 5 oberhalb seines Schmelzpunktes eine möglichst niedrige Viskosität besitzen. Beispielhaft sei hier Polypropylen (PP) aufgeführt.As already shown above, a thermal triggering (melting out) of the polymer profiles 5 is possible. Here, the selected polymer material for the polymer profiles 5 above its melting point should have the lowest possible viscosity. By way of example, polypropylene (PP) is listed here.

in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Urform 1 als massives Bauteil ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass ein in der Form angepasstes Dünnblech die Urform 1 darstellt. In diesem Fall kann auf die erste thermisch gespritzte Schicht 4 verzichtet werden und anstatt dessen die Positionierung der Polymerprofile 5 direkt auf dem, später als Werkzeugoberfläche dienenden, Dünnblech erfolgen. Auch das Trennen von Substrat und erzeugtem Werkstück würde in diesem Fall wegfallen, da das Substrat selbst Teil des erzeugten Werkstück ist.in the in Fig. 1 illustrated embodiment, the original form 1 is formed as a solid component. However, it is also conceivable that an adapted in the form of thin sheet represents the original form 1. In this case, it is possible to dispense with the first thermally sprayed layer 4 and, instead, to position the polymer profiles 5 directly on the thin sheet, which later serves as the tool surface. Also the separation of Substrate and produced workpiece would be omitted in this case, since the substrate itself is part of the workpiece produced.

Fig. 11a bis Fig. 11f zeigen verschiedene Polymerprofile 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f mit jeweils mindestens einen Hohlraum 9, die jeweils auf der ersten thermisch gespritzten Schicht 4, d.h. auf einem Substrat, positioniert sind. Die Figuren 11a-11e zeigen jeweils einen Querschnitt entlang der Längsrichtung des jeweiligen Polymerprofils 5a-5f. 11a to 11f show different polymer profiles 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, each with at least one cavity 9, which are each positioned on the first thermally sprayed layer 4, ie on a substrate. The Figures 11a-11e each show a cross section along the longitudinal direction of the respective polymer profile 5a-5f.

Das Polymerprofil 5a in Fig. 11a ist ein geschäumtes Polymerprofil. Die einzelnen Schaumporen sind mit Luft oder Treibgas gefüllt und bilden jeweils einen Hohlraum 9. Der Hohlraumanteil ergibt sich damit aus dem Gesamtvolumen der Schaumporen.The polymer profile 5a in Fig. 11a is a foamed polymer profile. The individual foam pores are filled with air or propellant gas and each form a cavity 9. The void fraction thus results from the total volume of the foam pores.

Das Polymerprofil 5b in Fig. 11b ist ein U-förmig gebogenes Polymerprofil. Der Hohlraum 9 ist innerhalb der umgebenden Materialbereiche gelegen. Genauer gesagt definieren die außenliegenden Materialbereiche des Polymerprofils 5b und die Oberseite der ersten thermisch gespritzten Schicht 4 den Hohlraum 9.The polymer profile 5b in Fig. 11b is a U-shaped polymer profile. The cavity 9 is located within the surrounding material areas. More specifically, the outer material regions of the polymer profile 5b and the upper surface of the first thermally sprayed layer 4 define the cavity 9.

Das Polymerprofil 5c in Fig. 11c ist als Hohlprofil mit rechteckigem Außenquerschnitt und innenliegenden Hohlraum 9 ausgebildet.The polymer profile 5c in Fig. 11c is designed as a hollow profile with a rectangular outer cross section and inner cavity 9.

Das Polymerprofil 5d in Fig. 11d ist ein halbkreisförmig gebogenes Polymerprofil. Der Hohlraum 9 ist innerhalb der umgebenden Materialbereiche gelegen. Ähnlich zu Fig. 11b definieren auch hier die außenliegenden Materialbereiche des Polymerprofils 5d und die Oberseite der ersten thermisch gespritzten Schicht 4 den Hohlraum 9.The polymer profile 5d in Fig. 11d is a semi-circular curved polymer profile. The cavity 9 is located within the surrounding material areas. Similar to Fig. 11b Here too, the outer material regions of the polymer profile 5d and the upper side of the first thermally sprayed layer 4 define the cavity 9.

Das Polymerprofil 5e in Fig. 11e ist als Hohlprofil mit rundem Außenquerschnitt und innenliegenden Hohlraum 9 ausgebildet. Es handelt sich somit um ein Polymerprofil mit röhrenförmigen Querschnitt.The polymer profile 5e in Fig. 11e is formed as a hollow profile with a round outer cross section and inner cavity 9. It is thus a polymer profile with a tubular cross-section.

Das Polymerprofil 5f in Fig. 11f ist als Hohlprofil mit rechteckigem Außenquerschnitt und mehreren innenliegenden Hohlräumen 9 ausgebildet.The polymer profile 5f in Fig. 11f is formed as a hollow profile with a rectangular outer cross-section and a plurality of internal cavities 9.

Fig. 12a bis Fig. 12c zeigen Verfahrensschritte einer Ausführungsform, in der ein als geschäumtes Polymerprofil 5a ausgebildetes Polymerprofil 5 während des thermischen Spritzens kollabiert (zusammenfällt). Die Figuren sind dabei als Schnittzeichnungen ausgeführt, wobei die gewählte Schnittebene senkrecht zur Längsrichtung des Polymerprofils 5a gewählt ist. FIGS. 12a to 12c show process steps of an embodiment in which a polymer profile 5 designed as a foamed polymer profile 5 collapses (collapses) during thermal spraying. The figures are designed as sectional drawings, wherein the selected sectional plane is selected perpendicular to the longitudinal direction of the polymer profile 5a.

Fig. 12a zeigt das auf der ersten thermisch gespritzten Schicht 4 positionierte geschäumte Polymerprofil 5a. Die einzelnen Schaumporen sind mit Luft oder Treibgas gefüllt und bilden jeweils einen Hohlraum 9. Das geschäumte Polymerprofil 5a kann entweder ein vorgeschäumtes Profil sein, das bereits im geschäumten Zustand auf die erste thermisch gespritzte Schicht 4 positioniert und ggf. mit einem Klebstoff darauf fixiert wird. Das geschäumte Polymerprofil 5a kann jedoch auch erst unmittelbar auf der ersten thermisch gespritzten Schicht 4 durch einen Schaumextrusionsprozess erzeugt werden. Fig. 12a shows the foamed polymer profile 5a positioned on the first thermally sprayed layer 4. The individual foam pores are filled with air or propellant gas and each form a cavity 9. The foamed polymer profile 5a can either be a prefoamed profile which is already positioned in the foamed state on the first thermally sprayed layer 4 and optionally fixed thereon with an adhesive. However, the foamed polymer profile 5a can also be produced only directly on the first thermally sprayed layer 4 by a foam extrusion process.

In einem nächsten Verfahrensschritt (Fig. 12b) wird das geschäumte Polymerprofil 5a durch das Auftragen der zweiten thermisch gespritzten Schicht 6 umspritzt.In a next process step ( Fig. 12b ), the foamed polymer profile 5a is overmolded by the application of the second thermally sprayed layer 6.

In einem weiteren Verfahrensschritt (Fig. 12c) wird auf die zweite thermisch gespritzte Schicht 6 eine weitere thermisch gespritzte Schicht 10 aufgetragen. Durch die hierbei eingebrachte Wärme erfolgt ein Kollabieren des geschäumten Polymerprofils 5a. Die Schaumreste 11 verbleiben zunächst in der sich gebildeten Kavität 7 und können anschließend insbesondere durch Einleiten eines thermischen oder chemischen Auslösemediums in die entstandene Kavität 7 entfernt werden. Das Kollabieren des Schaumes erfolgt damit während des thermischen Spritzens und wird durch die durch das thermische Spritzen erzeugte Wärme ausgelöst.In a further process step ( Fig. 12c ), a further thermally sprayed layer 10 is applied to the second thermally sprayed layer 6. The heat introduced here causes the foamed polymer profile 5a to collapse. The foam residues 11 initially remain in the cavity 7 formed and can subsequently in particular be removed by introducing a thermal or chemical release medium in the resulting cavity 7. The collapse of the foam takes place during the thermal spraying and is triggered by the heat generated by the thermal spraying.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Urformprototype
22
LichtbogenspritzpistoleArc spray gun
33
Metallpartikelmetal particles
44
erste thermisch gespritzte Schichtfirst thermally sprayed layer
5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f
Polymerprofilpolymer profile
66
zweite thermisch gespritzte Schichtsecond thermally sprayed layer
77
Kavitätcavity
88th
Stützstruktursupport structure
99
Hohlraumcavity
1010
weitere thermisch gespritzte Schichtanother thermally sprayed layer
1111
kollabierter Schaumcollapsed foam

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Werkstückes mit mindestens einer Kavität (7), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Positionieren mindestens eines Polymerprofils (5) auf einem Substrat (1, 4); b) Zumindest teilweises Umspritzen des mindestens einen Polymerprofils (5) mit Metallpartikeln (3) durch ein Verfahren zum thermischen Spritzen; c) Zumindest teilweises Auslösen des mindestens einen Polymerprofils (5) nach dem Umspritzen; wobei das mindestens eine Polymerprofil (5) einen Hohlraum (9) aufweist.Method for producing a metallic workpiece having at least one cavity (7), the method comprising the following method steps: a) positioning at least one polymer profile (5) on a substrate (1, 4); b) at least partially overmolding the at least one polymer profile (5) with metal particles (3) by a thermal spraying process; c) at least partially triggering the at least one polymer profile (5) after encapsulation; wherein the at least one polymer profile (5) has a cavity (9). Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Verfahrensschritt b) oder c) ein Positionieren eines weiteren Polymerprofils (5) auf den Metallpartikeln (3) erfolgt und anschließend der Verfahrensschritt b) erneut ausgeführt wird, sodass ein Werkstück mit schichtweise angeordneten Kavitäten (7) entsteht.The method of claim 1, wherein after the method step b) or c) positioning of a further polymer profile (5) on the metal particles (3) and then the process step b) is carried out again, so that a workpiece with layers arranged cavities (7) is formed , Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Positionieren des mindestens einen Polymerprofils (5) ein Verkleben des Polymerprofils (5) mit dem Substrat (1, 4) beinhaltet.Method according to one of the preceding claims, wherein the positioning of the at least one polymer profile (5) comprises a bonding of the polymer profile (5) to the substrate (1, 4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Positionieren des mindestens einen Polymerprofils (5) ein Generierungsprozess zum unmittelbaren Erzeugen des Polymerprofils (5) auf dem Substrat (1, 4) beinhaltet.Method according to one of the preceding claims, wherein the positioning of the at least one polymer profile (5) includes a generation process for directly generating the polymer profile (5) on the substrate (1, 4). Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Generierungsprozess ein Extrudieren einer Polymermasse auf dem Substrat (1, 4) beinhaltet.The method of claim 4, wherein the generating process includes extruding a polymer mass on the substrate (1, 4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymerprofil (5) als geschäumtes Polymerprofil (5a) ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the polymer profile (5) is formed as a foamed polymer profile (5a). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das mindestens eine Polymerprofil (5) als Hohlprofil (5b, 5c, 5e, 5f), insbesondere als röhrenförmiges Profil, ausgebildet ist.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the at least one polymer profile (5) as a hollow profile (5b, 5c, 5e, 5f), in particular as a tubular profile, is formed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die äußeren Abmessungen des mindestens einen Polymerprofils (5) den Abmessungen der zu erzeugenden Kavität (7) entsprechen.Method according to one of the preceding claims, wherein the outer dimensions of the at least one polymer profile (5) correspond to the dimensions of the cavity (7) to be produced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Polymerprofil (5) aus einem chemisch löslichen Polymerwerkstoff besteht und das Auslösen mit einem an den Polymerwerkstoff angepassten Lösungsmittel erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one polymer profile (5) consists of a chemically soluble polymer material and the triggering takes place with a solvent adapted to the polymer material. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Lösungsmittel in den Hohlraum (9) des mindestens einen Polymerprofils (5) eingeleitet wird.A method according to claim 9, wherein the solvent is introduced into the cavity (9) of the at least one polymer profile (5). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Auslösen durch Erhöhen der Temperatur des mindestens einen Polymerprofils (5) auf eine vorgegebene Temperatur, insbesondere oberhalb einer Auflösetemperatur, einer Aufschmelztemperatur, einer Zersetzungstemperatur und/oder einer Kollabiertemperatur des Polymerwerkstoffs des Polymerprofils und anschließendes Ausfließen des Polymerwerkstoffes erfolgt.
Method according to one of the preceding claims,
wherein the triggering is carried out by raising the temperature of the at least one polymer profile (5) to a predetermined temperature, in particular above a dissolution temperature, a melting temperature, a decomposition temperature and / or a collapse temperature of the polymer material of the polymer profile and subsequent outflow of the polymer material.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auslösen bis zu einem Grad erfolgt, dass an den Metallpartikeln (3) der Kavität (7) ein Überzug aus dem Polymerwerkstoff des Polymerprofils (5) verbleibt.Method according to one of the preceding claims, wherein the triggering takes place to a degree that a coating of the polymer material of the polymer profile (5) remains on the metal particles (3) of the cavity (7). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (1, 4) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere in Form einer thermisch gespritzten Schicht (4), eines Dünnblechs oder einer galvanisch abgeschiedenen Schicht besteht.Method according to one of the preceding claims, wherein the substrate (1, 4) consists of a metallic material, in particular in the form of a thermally sprayed layer (4), a thin sheet or an electrodeposited layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Verfahrensschritt b), insbesondere vor dem Verfahrensschritt a), auf das Substrat (1, 4) ein Trennmittel zur Verhinderung der stoffschlüssigen Verbindung der Metallpartikel mit dem Substrat (1, 4) aufgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein before the process step b), in particular before the process step a), a release agent for preventing the cohesive connection of the metal particles with the substrate (1, 4) is applied to the substrate (1, 4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das metallische Werkstück als Werkzeugform, die Kavität (7) als Heiz- oder Kühlkanal und das Verfahren zum thermischen Spritzen als Lichtbogenspritzen ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the metallic workpiece is designed as a tool mold, the cavity (7) as a heating or cooling channel and the method for thermal spraying as arc spraying.
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