CN1764523A - 通过粉末烧结和相应的烧结工具生产塑料外壳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过喷雾生产塑料外壳的方法，由此将粉末置于成型工具上并通过烧结形成塑料；利用优选具有充气密封边缘的掩模，使所述成型工具的部分区域，至少在第一喷雾步骤期间，不可进入粉末，成型工具沿其上在第一喷雾步骤期间使用密封边缘固定有掩模的部分区域的一个边缘处提供分离网。本发明还涉及相应的烧结工具和包括塑料外壳的塑料部件，所述塑料外壳根据所述生产方法产生在所述塑料部件的一个表面上。本发明方法使得可以生产双色塑料外壳，通常用作表面装饰，同时有效避免废料产生。

Description

通过粉末烧结和相应的烧结工具生产塑料外壳的方法

本发明涉及根据主要权利要求前序部分的通过粉末烧结生产塑料外壳的方法，并涉及根据权利要求8前序部分的相应的烧结工具，还涉及在一个表面上具有使用该生产方法生产的塑料外壳的塑料部件。

这类生产方法一般用来生产柔软塑料外壳，其可用作模制塑料部件例如机动车辆内部装饰、尤其是仪表面板的表面装饰。为了形成该模制塑料部件，该塑料外壳可以是背面喷雾(back-sprayed)或背面发泡(back-foamed)成型的，并且可在该过程中连接于作为额外部件的支撑体。在传统的粉末烧结方法中，通过加热到高于所用塑料材料熔点的温度，将具有对应于塑料外壳或相应模制塑料部件的所需形状的成型工具置于包含粉末形式的塑料材料的粉末盒上。然后，可以旋转粉末盒和成型工具，使得粉末落入成型工具中，在此处，可在所述步骤重复多次之后，通过烧结形成塑料外壳。在每种情况下，未熔融的粉末残余物可以在粉末盒和成型工具的再一次旋转之后落回到粉末盒中。

在塑料外壳作为表面装饰的最新应用中，需要在不同区域具有不同的表面性质，尤其是通过不同的颜色界定部分区域。为了使用所述粉末烧结法达到该目的，已经可以使得成型工具的一部分区域在第一喷雾步骤期间对于粉末来说不可进入，从而制得留出该部分区域的第一塑料材料层，然后使用不同的塑料材料进行第二喷雾步骤，其中所述部分区域也进行喷雾，并制得具有不同于第一塑料材料层表面性质的所需表面性质的第二塑料材料层。在根据现有技术的相应生产方法中完成在第一喷雾步骤期间留出部分层，其在于可沿界定部分区域的分离线将充气密封条压制在成型工具或沿成型工具上的分离线排列的分离网上。为此，这些密封条排列在粉末盒额外壁的边缘上，由此，接收所产生的塑料外壳的成型工具表面被细分成不同的区域。对于第一喷雾步骤来说，则至少一个区域保持没有粉末；对于第二喷雾步骤来说，通常使用不需要任何这种密封的不同粉末盒。

所述生产方法具有多种缺点。它需要以极其昂贵的方式设计的粉末盒，并具有至少一个额外壁和置于其上的必须观察到非常窄的几何公差的密封条，以实现有效覆盖所述成型工具的所述部分区域。即使在高精度工具中，实际上也不能排除密封缺陷，例如这是因为成型工具没有十分精确地放置在粉末盒上，导致第一喷雾步骤中粉末的移位。即使使用简单几何形状的分离线，实际上废料的产生也不可避免。一旦具有不同性质的表面区域之间的分离线要符合三维轮廓线时，根据现有技术的生产方法就变得难以解决。即使是可存在于例如仪表面板凹进部分的微小曲率，也会导致约20％的废料产生。

因此，本发明的目的是开发这类生产方法和相应的烧结工具，从而可避免所提到的缺点。具体地，成型工具部分区域以尽可能简单的方式可靠分离，防止粉末移位，对于第一喷雾步骤来说应该是可以的，即使在成型工具具有更加复杂的表面几何形状和所述部分区域的边缘为三维曲线的情况下也是如此。

根据本发明，该目的通过根据结合权利要求1或8特征部分的特征和权利要求1或8前序部分的特征的生产方法和烧结工具实现。本发明的有利实施方案作为从属权利要求的特征出现。

由于分离网沿所述部分区域的通常封闭的边缘延伸，因此对于第一喷雾步骤来说可以使用单独固定于成型工具上的掩模覆盖所述部分区域。不需要精确符合成型工具的每一表面轮廓的所述掩模，由此借助其密封边缘夹持于成型工具上，所述密封边缘优选为充气凸缘，与边界网相对邻接，从而使得所述掩模由分离网支撑。因此，利用非常简单的烧结工具实现了部分区域的极其有效的密封。具体地，可以使用没有额外特征的简易粉末盒。与现有技术相比，不需要大的支出，并且公差相关的偏差效应大大降低，这是因为即使所述部分区域的边缘为三维轮廓时，第一喷雾步骤期间也可靠避免了有效密封粉末向所述部分区域的移位。如果在第一喷雾步骤之后移除掩模后，进行使用例如在颜色或机械性能方面不同的不同塑料材料的另一喷雾步骤，则可以有效避免废料产生而生产在部分区域具有相应的不同性质的塑料外壳，并且与现有技术比较，具有不同颜色或任何其它性质的区域之间的分离线可以是更一般的曲线。此处，描述为喷雾步骤的单一生产步骤可以包括将粉末涂覆到加热的成型工具上、在其上熔融并移除多余粉末，而且可以为多重次序，例如通过反复旋转粉末盒和成型工具。

与双色塑料部件或具有在其它表面性质方面不同的区域并由多个部件装配在一起形成的那些部件的生产相比，使用所述生产方法生产并在至少一部分区域具有不同表面性质的塑料外壳的应用具有如下优点：可以采用单部件(one-part)实施方案，从而消除所不希望的卡嗒卡嗒声和咯吱咯吱声的起因。与例如通过部分漆涂表面或通过焊接两个单色塑料外壳部件生产具有双色柔软表面的塑料部件的其它可能方式相比，本发明的优点是费用显著降低。

除了生产双色塑料外壳或在特定区域具有不同其它性质的塑料外壳，所述方法还有利于生产具有凹穴的塑料外壳。与随后切除或冲压部分区域以使其凹进的方法相比，在这种情况下，利用此处所述生产方法可以节省相当数量的材料。

因此，提出了通过粉末烧结生产塑料外壳有利的方法，其中将粉末涂覆于成型工具中，在此处通过烧结形成塑料外壳，利用密封装置使成型工具的部分区域至少在第一喷雾步骤期间对于粉末来说不可进入，并且对第一喷雾步骤来说，利用优选的充气密封边缘紧靠在沿部分区域边缘延伸的分离网上，来放置具体表现为掩模的密封装置，因此在本发明的典型实施方案中所述掩模单独固定于成型工具上。粉末向成型工具的涂覆可以利用重力和/或离心力旋转成型工具——通常与粉末盒一起——进行。

在所述生产方法中，如果使分离网下陷从而通过朝向所述部分区域的突出物(overhang)形成沿该方向开口的凹槽，则可以形成掩模与成型工具之间甚至更加牢固的连接。为了将掩模连接至成型工具，可以将密封边缘引入到该凹槽中，使其在该凹槽中与分离网邻接，并且通过这种配合安装(form-fit)的连接防止掩模滑出。

尤其适合作为掩模材料的是硅，其弹性有利于将掩模固定于成型工具上，并且使所述部分区域具有非常好的密封，尤其是在掩模具有充气密封边缘的情况下。为了使密封边缘膨胀，掩模可以具有优选可分离的用于压缩空气等的补给管线。

由于接收所生产塑料外壳的表面的相应三维轮廓线，导致成型工具可以生产具有如下特点的塑料外壳：适当预成型，以便后期用作模制件表面装饰层，可具有取决于分离网的选定曲线的分离线，其还符合不同性质的表面区域之间三维轮廓，可具有用于接收所生产塑料外壳的壳，该壳预先确定轮廓并且具有2mm-6mm的壁厚。所述壳的壁厚为2mm-4mm时，在足够高的稳定性和同时不太高的热容量之间实现特别好的折衷，由此可以以低花费进行喷雾时的加热和冷却、烧结与随后的固化。

在前面段落中描述的成型工具或壳可以由镍制得，镍是特别适用于该目的的材料，因为它使得成品塑料外壳容易从成型工具中分离而避免损坏。除了镍的良好导热性之外，另外的优点是可以特别简易地制得合适的成型工具。这种镍壳例如可以通过电沉积或通过镍气相沉积在沉积模具上制得。成型工具上的分离网也可以例如通过将成品镍网型面引入到沉积模具中使所沉积的镍在网型面上生长而非常简易地实现，所述网型面形成成品烧结工具的分离网。另一可能是将镍分离网焊接到已被磨平的网座上。具有相似性质的其它金属，例如铜，也可以考虑用于成型工具，在其它生产方法中也可以作为合金用于成型工具。

所述烧结工具的其它有利方案是为成型工具提供双重壁，即例如具有两个相似形状的相互间隔小间距的壳。因此两个壳之间所产生的空腔可用来导引加热介质，由此为烧结所必需的对成型工具的加热可以非常实用地实现，否则为此会需要其它昂贵的方法步骤，例如将成型工具引入到炉中。例如油适合作为加热介质。为了在喷雾之后冷却成型工具以固化塑料外壳，冷油或其它优选流体和防腐物质可以以同样的方式用作冷却剂。

成型工具有利地与粉末盒组合，成型工具可以尽可能紧固地置于粉末盒上。为了简化所述生产方法，例如可以通过将成型工具置于旋转框架中来安装烧结工具，使其绕水平轴旋转。

如果在生产时接收塑料外壳的成型工具表面在所述部分区域内外设计有不同的纹理，则利用所述生产方法，可以制得具有下列特征的塑料外壳：清晰限定区域，不但其颜色或其它材料性质如触觉特征不同，而且在这些区域具有不同的表面纹理。因此可以进一步强化将塑料部件表面划分成不同区域的效果。当然，成型工具仅在所述部分区域的内部或仅在外部进行纹理化也是可以的，于是得到在某些区域有纹理而其它区域平滑的塑料外壳。

为了保证掩模的固定连接以及在第一喷雾步骤中所述部分区域的良好覆盖，分离网优选设计为2mm-7mm的高度。分离网应避免太高，以便不会在成品塑料外壳的分离线处产生过多的材料剩余。使用3mm-5mm的分离网高度得到特别好的结果。由下陷的分离网形成的凹槽深度可为0.2mm-2mm，优选为0.3mm-1mm，以将掩模紧紧夹住，因此在没有掩模的其它喷雾步骤中，为了得到无间隙的塑料外壳，凹槽也由粉末填充。为使所生产塑料外壳的不同区域之间的分离线尽可能地清晰，分离网不应太宽。仍足够稳定的分离网宽度可为1mm-6mm，优选为2mm-4mm。

有利的是掩模的密封边缘具有对应于分离网的尺寸。在充气状态下，例如密封边缘的直径可为5mm-20mm，优选为10mm-15mm。另一方面，在其它区域，掩模还可以具有较小的厚度，然而需要注意确保落在掩模上的粉末不会在那儿熔融，这可以反过来通过不是太薄的掩模来防止。为了避免落在掩模上的粉末烧结，也可以在掩模上放置一个隔热罩；这样，掩模厚度至多20mm是有利的。

为了形成具有使用所述生产方法生产的作为表面装饰的塑料外壳的塑料部件，例如机动车辆的仪表面板或其它内部装饰部件，塑料外壳可以是背面发泡(back-foamed)的。热塑性聚氨酯尤其适合用作背面发泡化合物。在背面发泡过程中，塑料外壳可以连接到支撑体，通常是塑料材料支撑体，在同一操作步骤中可以在所述支撑体周围或其上发泡，该支撑体使塑料部件的稳定性和承载能力得到提高。由此在塑料外壳背面制得的泡沫层优选具有3mm-10mm的厚度；由此可以制得不太重也不太敏感的塑料部件。

借助于图1和2所描述的实施方案说明本发明。其中：

图1以截面形式示出根据本发明的生产方法的两个连续方法步骤，烧结工具和所生产的塑料外壳，和

图2也以截面形式示出用于生产装饰仪表面板的塑料外壳的烧结工具。

在图1中，可以认出成型工具1，其具有下陷的分离网2，分离网2在成型工具1上形成部分区域的闭合边界。分离网2具有约4mm的高度3，约3mm的宽度4，并且通过朝向所述部分区域的突出物，形成深度6为约0.5mm的凹槽5。在图中仅能看到其局部的成型工具1本身由镍组成，其壁厚7为约3mm。成型工具1总体上形成表面轮廓壳状开放的形状，所述表面轮廓对应于所要生产的塑料外壳的所需轮廓。对此来说重要的通常是由将塑料外壳用作表面装饰的模制塑料部件预先确定的表面轮廓。在基本上垂直于附图平面的所述横截面中，分离网2也可以具有符合三维轮廓的曲线。

对图1的上图描述的方法步骤来说，具有充气密封边缘9的硅掩模8固定于成型工具1上，以使掩模8覆盖由分离网2包围的部分区域。此处掩模8单独固定于成型工具1上，并为此利用密封边缘9夹在凹槽5中。通过使密封边缘9膨胀，因而达到约10mm的直径，从而使掩模8与成型工具1形成牢固连接，并分别在密封边缘9和凹槽5或分离网2之间形成良好密封。除了较厚的密封边缘，具有对应于所述部分区域的形状的掩模8具有约3mm的厚度。

通过在图1中描述的两个步骤的生产方法，可以生产具有如下特点的塑料外壳：在部分区域内部具有不同于该部分区域外部的颜色，或者在其它性质例如触觉特征方面不同。为此，掩模8固定于成型工具1上以进行第一喷雾步骤，如图1的上图所描述。例如通过输送约400℃的热空气将成型工具1加热到约250℃的温度之后，将成型工具1与掩模8一起放置在图中未示出的粉末盒上。粉末盒包含用于第一喷雾步骤的粉末形式的塑料材料，该塑料材料的熔点低于已加热的成型工具1的温度。通过围绕水平轴旋转其上置有成型工具1粉末盒约180°，为此在水平轴周围以可旋转方式安装有烧结工具，使粉末落到成型工具1上，在此处由于成型工具1的高温而通过烧结形成第一塑料材料层10。被掩模8覆盖的部分区域在该过程中保持没有塑料材料。再次旋转约180℃，过量粉末落回到粉末盒中。可以重复上述步骤一次或多次，使得第一塑料材料层10具有所需厚度。图1的上图所描述的方法步骤示出成型工具1、掩模8和经过目前为止所述步骤之后的第一塑料材料层10。

然后，移除掩模8，该步骤结束时密封边缘9可被清空。随后进行类似于刚刚描述的第一喷雾步骤的第二喷雾步骤，但是其中使用在例如颜色方面不同于第一喷雾步骤中所用的其它塑料材料。由于现在没有掩模8，因此粉末也可以到达成型工具1上最初被覆盖的部分区域。对第二喷雾步骤来说，可以有利地使用与第一步骤所用的粉末盒相似的但包含不同塑料材料粉末的不同粉末盒。在第二喷雾步骤期间，制得第二塑料材料层11，其在所述部分区域以外与第一塑料材料层10相连，而在所述部分区域以内形成单一层。图1的下图所示的方法步骤示出成型工具1、第一塑料材料层10和此时形成的第二塑料材料层11。第一塑料材料层10和第二塑料材料层11一起形成塑料外壳，其优选在成型工具1冷却之后从成型工具1上移除。由于第一喷雾步骤中覆盖了部分区域，因此成品塑料外壳具有双色表面结构或在至少一个部分区域中具有不同的其它性质的表面。如果成型工具1在所述部分区域内部或外部具有不同的纹理表面，那么可以通过不同的纹理化方法实现塑料外壳上不同区域之间的其它对比。

如果省略第二喷雾步骤，就得到与借助图1所描述的生产方法相关的方法。于是得到在部分区域具有相应的凹陷部分的塑料外壳。可以将相应的塑料外壳用作例如意图留出部分面积空白的内部装饰部件的装饰层。通过利用此处所描述的生产方法，随后的切除或冲压凹陷部分在这种情况下变得多余，并且以这种方式，可以避免不必要材料损失，至少大大减少以其它方式所不可避免的大量冲压废料。

为了生产以所述方法生产的作为表面装饰的具有塑料外壳的模制塑料部件，塑料外壳可以是例如使用聚氨酯背面发泡的，有利的是，同时围绕塑料材料支撑体发泡。根据所述生产方法，成品模制塑料部件可具有例如双色表面，其中不同颜色的区域之间具有分离线，如果需要，也可以毫无问题地具有复杂的几何形状，尤其是符合三维轮廓的几何形状。

在图2中，以截面形式示出了完整的成型工具1，其上放置有用于第一喷雾步骤的掩模2。成型工具1和掩模2是用于生产塑料外壳的烧结工具的组成部件，所述塑料外壳意图用作装饰仪表面板的表面装饰。塑料外壳通过上述方法在被掩模覆盖的区域获得不同于该区域以外的颜色。在该图中还可看到如前述情况下所述由硅制得的掩模2的充气密封边缘9。如图所示，当将掩模固定于成型工具1上时，掩模没有必要必须符合成型工具1的每处轮廓。通过夹入凹槽5中而将掩模2再次固定于成型工具1上，此处凹槽5是看不见的，其通过此处也看不见的下陷分离网2而形成。成型工具1，即利用电铸方法在电镀壳(galvanic shell)中制得并且壁厚为约3mm的镍模，其形状大致对应于仪表面板的成品装饰。所描述的截面将在成品机动车辆中对应处于图中左侧凹进部分区域的与行进方向垂直的平面，并用于覆盖仪表。

Claims (24)

1.通过粉末烧结生产塑料外壳的方法，其中将粉末涂覆于成型工具上，在此处粉末通过烧结形成塑料外壳，至少在第一喷雾步骤中利用密封装置使成型工具的部分区域对于粉末来说不可进入，其特征在于成型工具具有沿所述部分区域边缘的分离网，还在于具有优选充气密封边缘的掩模用作密封装置，所述掩模在第一喷雾步骤期间与密封边缘邻接，紧靠在分离网上，并单独固定在成型工具上。

2.根据权利要求1的生产方法，其特征在于第一喷雾步骤之后跟随至少一个另外的喷雾步骤，优选用于生成与第一喷雾步骤中所产生的第一塑料材料层具有不同颜色的塑料材料层，为了进行所述另外的喷雾步骤而移除掩模。

3.根据权利要求1或2中一项的生产方法，其特征在于分离网是下陷的，并因此形成朝向所述部分区域开口的凹槽，并且在第一喷雾步骤期间所述密封边缘到达其中。

4.根据权利要求1-3中一项的生产方法，其特征在于成型工具至少在接收所生产塑料外壳的表面处由镍组成。

5.根据权利要求1-4中一项的生产方法，其特征在于掩模的密封边缘由硅或硬塑料弹性体组成。

6.根据权利要求1-5中一项的生产方法，其特征在于塑料外壳提供有在所述部分区域内外具有不同纹理的区域，这是由于接收所生产塑料外壳的表面的不同纹理化所致。

7.根据权利要求1-6中一项的生产方法，其特征在于由于粉末烧结过程中接收塑料外壳的成型工具表面的三维轮廓，导致所述塑料外壳获得相应的三维轮廓，并且可以由于分离网的三维曲线，导致在塑料外壳上的不同颜色和/或纹理的表面区域之间形成具有相应的三维曲线的分离线。

8.通过粉末烧结生产塑料外壳的烧结工具，其具有成型工具和密封装置，所述成型工具具有接收所生产塑料外壳的表面，所述密封装置用于分离所述表面的部分区域，其特征在于成型工具在沿所述部分区域边缘的表面上具有分离网，还在于密封装置设计为具有优选的充气密封边缘的掩模，其应以使得所述部分区域被掩模覆盖和密封边缘与分离网紧邻的方式固定于表面上。

9.根据权利要求8的烧结工具，其特征在于，当将掩模固定于表面上时，掩模单独固定于成型工具上。

10.根据权利要求8或9中一项的烧结工具，其特征在于使分离网下陷并形成朝向所述部分区域开口的凹槽，其中掩模在固定时紧靠在分离网上与密封边缘邻接。

11.根据权利要求8-10中一项的烧结工具，其特征在于成型工具具有壁厚为2mm-6mm、优选为2mm-4mm的壳，用于接收所生产的塑料外壳。

12.根据权利要求8-11中一项的烧结工具，其特征在于成型工具为双重壁，用于在两壁之间的空腔中导引优选为液体的加热介质和/或冷却剂。

13.根据权利要求8-12中一项的烧结工具，其特征在于其具有至少一个在其上可安置成型工具的粉末盒，所述烧结工具优选以围绕水平轴可旋转的方式安装。

14.根据权利要求8-13中一项的烧结工具，其特征在于成型工具至少在所述表面由镍组成。

15.根据权利要求8-14中一项的烧结工具，其特征在于掩模的密封边缘由硅或硬塑料弹性体组成。

16.根据权利要求8-15中一项的烧结工具，其特征在于掩模厚度为1mm-6mm，优选为2mm-4mm，和/或密封边缘在膨胀时的厚度为5mm-20mm，优选为10mm-15mm。

17.根据权利要求8-16中一项的烧结工具，其特征在于分离网高度为2mm-7mm，优选为3mm-5mm，和/或宽度为1mm-6mm，优选为2mm-4mm。

18.根据权利要求10-17中一项的烧结工具，其特征在于凹槽深度为0.2mm-2mm，优选为0.3mm-1mm。

19.根据权利要求8-18中一项的烧结工具，其特征在于所述表面在所述部分区域内部和外部具有不同的纹理。

20.根据权利要求8-19中一项的烧结工具，其特征在于所述表面具有三维轮廓。

21.根据权利要求8-20中一项的烧结工具，其特征在于分离网具有三维曲线。

22.塑料部件，其在一个表面上具有利用根据权利要求1-7中一项的生产方法生产的塑料外壳，该塑料外壳优选具有在至少一个区域内部为不同颜色和/或不同纹理的表面，并且至少一层塑料材料层不及于该区域外部。

23.根据权利要求22的塑料部件，其特征在于塑料外壳是背面发泡的，优选使用聚氨酯，同时塑料部件以特别优选的方式具有支撑体，其中围绕支撑体或在支撑体上发泡。

24.根据权利要求22的塑料部件，其特征在于塑料外壳是背面喷雾的，优选使用包含聚丙烯的背面喷雾化合物。

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