DE102010031814A1

DE102010031814A1 - Formwerkzeug, Verfahren zu dessen Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines Formteils

Info

Publication number: DE102010031814A1
Application number: DE201010031814
Authority: DE
Inventors: Occa Dipl.-Des. Büchner; Adriana Balko; Holger Dipl.-Ing. Steeb
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2011-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs (1) zum Ausformen von Formteilen (2).
Erfindungsgemäß wird eine Formwerkzeuginnenfläche (5) zumindest bereichsweise thermisch, chemisch und/oder mechanisch bearbeitet, um auf der Formwerkzeuginnenfläche (5) eine Negativstruktur (6) zu erzeugen, mittels welcher auf einer Formteiloberfläche (3) des mit dem Formwerkzeug (1) ausformbaren Formteils (2) eine korrespondierende Positivstruktur 4 erzeugbar ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Formwerkzeug (1) und ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Formwerkzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3 und ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 4.
Aus dem Stand der Technik sind Kunststoffteile beispielsweise aus dem Möbelbereich oder dem Elektronikgerätebereich bekannt, welche eine flächendeckend matte oder glänzende Oberfläche aufweisen. Des Weiteren ist ein so genannter Klavierlackeffekt bekannt, welcher durch ein Ausformen der Kunststoffteile in zwei aufeinander folgenden Spritzgussprozessen mit zwei verschiedenen Werkstoffkomponenten erzeugt wird. Weiterhin sind Bauteile bekannt, welche eine dreidimensional wirkende Oberfläche aufweisen. Diese dreidimensional wirkende Oberfläche wird durch ein Hinterspritzen von relativ dicken Folien erzeugt.
Zum Ausformen von Kunststoffteilen mittels Spritzgießen ist das Gasaußendruckverfahren bekannt. Dabei wird zwischen einer Werkzeugwand des Formwerkzeugs und einer Formteilaußenhaut des aus Kunststoff herzustellenden Formteils durch Einbringen eines Gases ein Gaspolster erzeugt, um dadurch Einfallstellen auf einer gegenüberliegenden Sichtseite des Formteils zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Formwerkzeug, ein verbessertes Verfahren zu dessen Herstellung und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Formteils anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Formwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 3 und ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs zum Ausformen von Formteilen wird erfindungsgemäß eine Formwerkzeuginnenfläche zumindest bereichsweise thermisch, chemisch und/oder mechanisch bearbeitet, um auf der Formwerkzeuginnenfläche eine Negativstruktur zu erzeugen, mittels welcher auf einer Formteiloberfläche des mit dem Formwerkzeug ausformbaren Formteils eine korrespondierende Positivstruktur erzeugbar ist.
Mit dem auf diese Weise hergestellten Formwerkzeug können beispielsweise durch Spritzgießen oder Spritzprägen auf einfache und kostengünstige Weise aus Kunststoff Formteile mit einer ansprechenden hochwertigen Optik, beispielsweise mit einem Matt- und/oder Glanzeffekt und/oder mit dreidimensionalen Strukturen auf der Formteiloberfläche hergestellt werden, zum Beispiel Zier- und Verblendungsteile im Automobilbereich, in der Möbelindustrie oder im Konsumgüterbereich.
Die Formwerkzeuginnenfläche kann beispielsweise durch Laserstrahlung, Ätzen, Fräsen und/oder durch Elektroerosion bearbeitet werden. Die durch diese Form der Bearbeitung ermöglichten hohen Freiheitsgrade ermöglichen das Erzeugen beliebiger Negativstrukturen auf der Formwerkzeuginnenfläche und dadurch das Erzeugen entsprechender korrespondierender Positivstrukturen auf mittels des Formwerkzeugs erzeugten Formteilen, zum Beispiel regelmäßige oder unregelmäßige Strukturen, welche einem Konturverlauf des Formteils folgen können oder von diesem abweichen können, als dreidimensionale Elemente oder mit geringster Tiefe.
Es können alle hinterschnittfreien Muster, Bilder oder Entwürfe einen Bruchteil eines Millimeters oder bis zu mehreren Millimetern tief in die Formwerkzeuginnenfläche als Negativstruktur eingebracht werden, um mittels des Formwerkzeugs ein Formteil mit einer entsprechenden Positivstruktur zu erzeugen. Um die auf diese Weise ausgebildete Formteiloberfläche zu schützen, kann in einem nachfolgenden Beschichtungsvorgang eine Deckschicht beispielsweise aus Kunststoff oder Lack aufgebracht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs in Draufsicht,
2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Formteils, und
3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Formteils mit einer Deckschicht.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs 1 in Draufsicht. Mittels eines derartigen Formwerkzeugs 1 können beispielsweise in einem Standard-Spritzgussverfahren oder in einem aufwändigeren so genannten Gasaußendruckverfahren oder EGM-Verfahren oder des Weiteren auch in einem Spritzprägeverfahren auf einfache und kostengünstige Weise aus Kunststoff Formteile 2 mit einer ansprechenden hochwertigen Optik, beispielsweise mit einem Matt- und/oder Glanzeffekt und/oder mit dreidimensionalen Strukturen auf einer Formteiloberfläche 3 hergestellt werden, zum Beispiel Zier- und Verblendungsteile im Automobilbereich, beispielsweise für Instrumententafeln, Türverkleidungen und Säulenverkleidungen, in der Möbelindustrie oder im Konsumgüterbereich. Insbesondere mittels der aufwändigeren Spritzgussverfahren kann eine Abformgenauigkeit der Formteile 2 verbessert werden und es können beispielsweise auch Leichtbauzierteile hergestellt werden.
Ein Beispiel eines derartigen Formteils 2 ist in 2 dargestellt. Das Formteil 2 weist auf der Formteiloberfläche 3 eine mittels des Formwerkzeugs 1 erzeugte Positivstruktur 4 auf. Um ein derartiges Formteil 2 erzeugen zu können, wird in einem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs 1 eine Formwerkzeuginnenfläche 5 zumindest bereichsweise thermisch, chemisch und/oder mechanisch bearbeitet, um auf der Formwerkzeuginnenfläche 5 eine Negativstruktur 6 zu erzeugen, mittels welcher auf der Formteiloberfläche 3 des mit dem Formwerkzeug 1 auszuformenden Formteils 2 die korrespondierende Positivstruktur 4 erzeugt werden kann.
Die Formwerkzeuginnenfläche 5 kann spanend und/oder spanlos bearbeitet werden, beispielsweise durch Laserstrahlung, Ätzen, Fräsen und/oder durch Elektroerosion. Die durch diese Form der Bearbeitung ermöglichten hohen Freiheitsgrade ermöglichen das Erzeugen beliebiger Negativstrukturen 6 auf der Formwerkzeuginnenfläche 5 und dadurch das Erzeugen entsprechender korrespondierender Positivstrukturen 4 auf mittels des Formwerkzeugs 1 erzeugten Formteilen 2, zum Beispiel regelmäßige oder unregelmäßige Strukturen, welche einem Konturverlauf des Formteils 2 folgen können oder von diesem abweichen können, als dreidimensionale Elemente oder mit geringster Tiefe.
Es können alle hinterschnittfreien Muster, Bilder oder Entwürfe einen Bruchteil eines Millimeters, beispielsweise lediglich 0,01 Millimeter tief oder bis zu mehreren Millimetern tief in die Formwerkzeuginnenfläche 5 als Negativstruktur 6 eingebracht werden, um mittels des Formwerkzeugs 1 ein Formteil 2 mit einer entsprechenden korrespondierenden Positivstruktur 4 zu erzeugen.
Dabei wird die Negativstruktur 6 beispielsweise direkt mittels Laserstrahlung, mittels Fräsen und/oder mittels Elektroerosion in die Formwerkzeuginnenfläche 5 eingebracht oder es wird beispielsweise eine so genannte Layertechnik angewandt. Dabei wird die Formwerkzeuginnenfläche 5 mit einer säurebeständigen Schicht beschichtet, mittels Laserstrahlung diese Schicht an vorgegebenen Stellen abgetragen und die Formwerkzeuginnenfläche 5 geätzt. Dadurch wird nur an den Stellen Material von der Formwerkzeuginnenfläche 5 weggeätzt, von welchen die schützende Schicht durch die Laserstrahlung abgetragen wurde. Dieser Vorgang des Beschichtens mit der säurebeständigen Schicht, deren Abtragen mittels Laserstrahlung an den vorgegebenen Stellen und das anschließende Ätzen kann so oft wiederholt werden, bis die Negativstruktur 6 in die Formwerkzeuginnenfläche 5 bis in die gewünschte Tiefe eingeätzt wurde.
Mittels dieses Formwerkzeugs 1 wird das beispielsweise in 2 dargestellte Formteil 2 aus Kunststoff im Spritzgussprozess oder Spritzprägeprozess ausgeformt. Dabei kann ein Einkomponenten- oder Zweikomponentenspritzgussverfahren oder -spritzprägeverfahren verwendet werden.
Als Kunststoffe können beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonate (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), beispielsweise PA6, glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFxx) und Kombinationen davon verwendet werden, insbesondere Kombinationen aus Polycarbonaten (PC) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder aus Polyamiden (PA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS).
Das in 2 dargestellte Formteil 2 ist beispielsweise transparent, rauchig, milchig oder undurchsichtig, aus einem gefüllten oder ungefüllten Kunststoff. Die Positivstruktur 4 ist beispielsweise eine Matt- und/oder Glanzstruktur im Formteil 2, die über die Abformung im Formwerkzeug 1 eingebracht wird, beispielsweise mit einer geringen Tiefe von weniger als einem Millimeter. Die Positivstruktur 4 kann aber auch eine dreidimensionale Struktur sein, welche an verschiedenen Stellen unterschiedliche Tiefen aufweist.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Formteils 2 dargestellt, welches als ein Träger mit der Positivstruktur 4 auf der Formteiloberfläche 3 ausgebildet ist. Auch hier kann das Formteil 2 transparent, rauchig, milchig oder undurchsichtig, aus einem gefüllten oder ungefüllten Kunststoff ausgebildet sein, wobei als Kunststoff die bereits erwähnten Kunststoffe und Kunststoffkombinationen verwendbar sind. Die Positivstruktur 4 auf der Formteiloberfläche 3 ist eine dreidimensionale Struktur, welche an verschiedenen Stellen unterschiedliche Tiefen aufweist, ausgeformt über die Formwerkzeuginnenfläche 5 des Formwerkzeugs 1.
Um die Positivstruktur 4 zu schützen, damit sie beispielsweise nicht durch häufige Berührungen beschädigt wird, d. h. um eine so genannte Schreibempfindlichkeit zu verbessern, ist auf die Formteiloberfläche 3 eine schützende Deckschicht 7 aufgebracht, beispielsweise aus Lack oder aus Kunststoff im Zweikomponentenspritzguss- oder -spritzprägeverfahren. Der Kunststoff für die Deckschicht 7 ist beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) oder ein anderer technischer Kunststoff und ist zum Beispiel transparent, milchig oder rauchig ausgebildet.
Die Beschichtung mit der Deckschicht 7 kann in einem separaten Vorgang und in einer separaten Vorrichtung erfolgen oder in einer Ausformvorrichtung, welche das Formwerkzeug 1 verwendet, unmittelbar nach dem Ausformen des Formteils 2. Dabei wird das Formteil 2 beispielsweise in einer ersten Kavität des Formwerkzeugs 1 mittels einer ersten Komponente, d. h. mittels eines ersten Kunststoffs, ausgeformt, mittels eines Drehtellers anders positioniert und in einer zweiten hier nicht dargestellten Kavität des Formwerkzeugs 1 oder eines weiteren Formwerkzeugs der Ausformvorrichtung mittels einer zweiten Komponente, d. h. mittels eines zweiten Kunststoffs, gegebenenfalls in Kombination mit der ersten Komponente die Deckschicht 7 auf dem Formteil 2 ausgeformt.
Alternativ kann die Positivstruktur 4 auch in die Deckschicht 7 aus Kunststoff eingebracht werden, d. h. die Deckschicht 7 ist in diesem Fall das mit der Positivstruktur 4 im Formwerkzeug 1 auszuformende Formteil 2. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger auf die Formteiloberfläche 3 mit der Positivstruktur 4 auf die zur Aufbringung der Deckschicht 7 beschriebene Weise aufgebracht.
Bezugszeichenliste

1: Formwerkzeug
2: Formteil
3: Formteiloberfläche
4: Positivstruktur
5: Formwerkzeuginnenfläche
6: Negativstruktur
7: Deckschicht

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs (1) zum Ausformen von Formteilen (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine Formwerkzeuginnenfläche (5) zumindest bereichsweise thermisch, chemisch und/oder mechanisch bearbeitet wird, um auf der Formwerkzeuginnenfläche (5) eine Negativstruktur (6) zu erzeugen, mittels welcher auf einer Formteiloberfläche (3) des mit dem Formwerkzeug (1) ausformbaren Formteils (2) eine korrespondierende Positivstruktur (4) erzeugbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuginnenfläche (5) durch Laserstrahlung, Ätzen, Fräsen und/oder durch Elektroerosion bearbeitet wird.
Formwerkzeug (1) zum Ausformen von Formteilen (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine Formwerkzeuginnenfläche (5) zumindest bereichsweise eine durch thermisches, chemisches und/oder mechanisches Bearbeiten ausgeformte Negativstruktur (6) aufweist, mittels welcher auf einer Formteiloberfläche (3) eines mit dem Formwerkzeug (1) ausformbaren Formteils (2) eine korrespondierende Positivstruktur (4) erzeugbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines Formteils (2) unter Verwendung des Formwerkzeugs (1) nach Anspruch 3, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Formteil (2) durch Spritzgießen oder Spritzprägen aus Kunststoff ausgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Formteiloberfläche (3), welche eine durch das Formwerkzeug (1) erzeugte Positivstruktur (4) aufweist, eine Deckschicht (7) aufgebracht wird.