DE4237588A1 - - Google Patents

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DE4237588A1
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Vance E Smith
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines spritzgegossenen Applikationsprodukts des Typs, der aus Kunstharzen mit Druckwerk auf einer Ober­ fläche besteht und der durch ein Spritzgußverfahren herge­ stellt wird. Produkte dieser Art werden zum Beispiel zum Herstellen von Fahrzeuginstrumententafeln verwendet.
Produkte der angesprochenen Art werden seit vielen Jah­ ren nach einem in der Technik als In-der-Form-Dekorations­ verfahren bekannten Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren, das zumindest seit 1972 in Gebrauch ist, wurde verwendet, um bedruckte Teile aus Polystyren- und Polypropylenschichten herzustellen, die nach dem Bedrucken geschnitten und zum Spritzgießen geschickt wurden, um in ein fertiges Produkt geformt zu werden. Zum Beispiel waren einige dieser Produkte Essensbehälter aus Plastik, Krüge und Kanister. Bei diesem Verfahren wurden die Schablonen oder Gußformdekorationen durch Offsetdruck und/oder Siebdruck erzeugt, und die Teile waren flach und wurden in der Spritzgußform mit einer stati­ schen Ladung gehalten. Da die Schablonen oder Gußformdekora­ tionen nicht eine vollständige (100 Prozent) Tintenbedeckung enthielten, war es möglich, auf die Rückseite dieser Teile zu drucken und immer noch das geschmolzene Plastikmaterial auf der Rückseite des Platiksubstrats geklebt zu haben, wo­ durch eine Schicht aus Plastikfilm auf der Außenseite zum Schutz der Graphik verblieb. Bei diesem Verfahren mußte die Eingußanbringung der Schmelze so sein, daß das Einführen des Plastiks stattfand, wenn keine Tinte da war, da in diesem Bereich vorhandene Tinte zu Bewegungen und Verzerrungen nei­ gen würde. Die Verbindung würde in diesem Fall nur zwischen der durchsichtigen Plastikfläche der Schablone und der Schmelzverbindung selbst stattfinden.
Ein im wesentlichen mit dem oben beschriebenen Gußform­ dekorationsverfahren identischer Prozeß ist in dem US-Patent Nr. 49 17 927 offengelegt. Dieses Patent beansprucht einen neuartigen Druckverfahrensschritt, bei dem wenigstens auf eine Innenseite einer Kunstharzschicht ein Tintenfilm aufge­ bracht wird, wobei der Tintenfilm eine oder mehrere Schich­ ten umfaßt, wovon jede eine bestimmte minimale Dicke auf­ weist. Das Patent stellt fest, daß es durch dieses Einfär­ bungsverfahren möglich ist, ein Hintergrund-beleuchtetes Produkt herzustellen. Hintergrund-beleuchtete Produkte sind in der Technik wohlbekannt und sind in der Lage ein darauf gedrucktes Bild darzustellen, wenn sie von vorne betrachtet werden und Licht von hinten auf das Produkt gestrahlt wird. Produkte dieser Art werden zum Herstellen von Fahrzeugin­ strumententafeln verwendet. Das Patent legt das Drucken auf eine flache Kunstharzschicht offen, die in eine Form ge­ bracht wird, in die entsprechend der oben diskutierten Guß­ formtechnik ein geschmolzenes Kunstharz eingeführt wird.
Die bekannte Technik war nicht geeignet zum Herstellen einer dreidimensionalen Applikation des in Fig. 3 gezeigten Typs. In der Tat glaubten die Fachleute, daß es nicht mög­ lich sein würde, die Form und Anordnung dieser Art in Ver­ bindung mit einer akzeptablen dekorativen Darstellung zu er­ halten. Man glaubte, daß das Produkt während des bekannten Gußformprozesses verformt würde und dadurch die dekorative Darstellung beschädigt würde.
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein Verfahren zum Herstellen von Applikationsprodukten der Art, die aus Kunstharzen bestehen und ein Druckwerk dar­ auf besitzen, durch ein Druckgußverfahren bereitzustellen, um ein dreidimensionales Produkt zu erzeugen, das eine Form einschließlich vorstehender Bereiche, konkaver Bereiche und dergleichen besitzt.
Diese und weitere Aufgaben werden durch das in den bei­ gefügten Patentansprüchen definierte Verfahren gelöst.
Insbesondere wird die allgemeine Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:
  • 1) Erzeugen eines flachen Substrats mit einer minimalen Dicke von 0,020 Zoll, das aus einem durchsichtigen Polykar­ bonat besteht;
  • 2) Bedrucken der Vorderseite des Substrats unter Ver­ wendung einer formbaren Tinte;
  • 3) Vorschneiden des bedruckten Substrats zum Erzeugen von Justierlöchern für ein Formwerkzeug, wobei dieser Schneideschritt zum Beispiel durch Preßschneiden mit einem Stahlschneider durchgeführt wird;
  • 4) Formen des bedruckten Substrats in eine dreidimen­ sionale Form, vorzugsweise durch einen kalten Formprozeß, um dadurch die innere Spannung von der inneren Form zu reduzie­ ren;
  • 5) Erzeugen einer Gußform mit einer ersten Oberfläche derselben Konfiguration wie das geformte Substrat;
  • 6) Preßschneiden des geformten Substrats, so daß es mit minimaler Abweichung auf die Gußform paßt, so daß das Teil aufgrund seiner Konfiguration in der Prägeform angeordnet werden kann; und
  • 7) Anordnen des geformten Substrats in der Gußform ge­ gen die erste Gußoberfläche und Einführen eines durchsichti­ gen Polykarbonatharzes in den Gußformhohlraum, der sich hin­ ter dem geformten Substrat befindet, wobei der Gießform­ schritt durch Einführen eines geschmolzenen Polykarbonats direkt hinter das geformte Substrat durch eine Mehrzahl von Eingußkanälen durchgeführt wird, wobei diese Eingußkanäle so angeordnet sind, daß jeder Eingußkanal geschmolzenen Harz einer Fläche zuführt, die nicht größer ist als zwei Quadrat­ zoll.
Das obige Verfahren stellt ein Applikationsprodukt her, das aus einem Stück besteht, permanent verbunden ist und die dreidimensional geformte Konfiguration des geformten Sub­ strats besitzt.
Bei dem obigen beschriebenen Verfahren gibt es einige wichtige Parameter. So muß die Dicke des Substratmaterials mindestens 0,020 Zoll betragen. Außerdem ist die in dem Ver­ fahren verwendete Tinte eine formbare Hochtemperaturtinte, die sowohl die Spannungen der Form als auch die Wärme beim Einführen des geschmolzenen Harzes während des Gußformpro­ zesses aushalten kann. Außerdem sollte die Oberfläche des Formwerkzeugs (die Fläche, auf der die Vorderseite der Ap­ plikation ruht) auf einer Temperatur von 70-110°F gehalten werden. Außerdem sollte das Harz selbst 700°F nicht über­ schreiten.
Ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß das Polykarbonatharz durch Eingußkanäle direkt auf und senk­ recht zu den Oberflächen der Applikation eingespritzt wird. Weiterhin führt jeder einzelne Eingußkanal geschmolzenes Po­ lykarbonatharz einer Fläche in der Gußform zu, die nicht größer als zwei Quadratzoll ist.
Es ist ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, daß es in der Lage ist, ein dreidimensional geform­ tes Produkt herzustellen, was daher noch nicht gemacht wurde. Außerdem machen es die Verwendung von Kaltformung und dem nachfolgenden Spritzgußverfahren möglich, ein Produkt mit einem verringertem Betrag innerer Spannung herzustellen. Die Verfahren nach dem Stand der Technik können dieses Er­ gebnis nicht erzielen. Außerdem wurde es in der bekannten Technik, wie etwa dem US-Patent Nr. 49 17 927 als unmöglich erachtet, direkt auf das bedruckte Applikationssubstrat zu spritzen wegen der Befürchtung, daß das geschmolzene Harz mit seinen hohen Temperaturen und seiner Wärme die Applika­ tion zerstören würde. Jedoch ist es mit dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren, bei dem die Eingußkanäle eine Fläche versor­ gen, die zwei Quadratzoll nicht übersteigt, möglich, die Prozeßwärme und -drücke zu reduzieren und immer noch direkt auf die Applikation einzuspritzen. Der Vorteil des direkten Einspritzens besteht darin, daß es möglich ist, den Fluß des geschmolzenen Harzes zu schützen, und daß man ihn nicht durch Druckerhöhung auf die Flächen zwingen muß. Die neuar­ tige Eingußkanalanordnung macht es möglich, die Gußform leichter zu entwerfen, da es nicht die Einschränkung gibt, daß die Eingußkanäle so eingeordnet sind, daß verhindert wird, daß Material derart auf die Applikationsoberfläche auftrifft, daß die Applikation zerrissen würde. Außerdem be­ steht durch Vorformen des bedruckten Applikationssubstrats und durch Bereitstellen eines Gußwerkzeugs, wie oben be­ schrieben, keine Notwendigkeit, Schmelzdrücke zu verwenden, um ein Produkt mit einer dreidimensionalen Konfiguration herzustellen.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines spritzgegossenen Ap­ plikationsprodukts, das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurde.
Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1.
Fig. 2a ist eine vergrößerte Detailansicht des einge­ kreisten Bereichs der Fig. 2.
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf ein bedrucktes Substrat entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geformten Substrats.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, das den Spritz­ gußschritt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt.
Fig. 6 ist eine diagrammatische Ansicht des in Fig. 5 gezeigten Spritzgußschrittes.
Als ein Anfangsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein flaches Substrat mit einer minimalen Dicke von 0,020 Zoll bereitgestellt, das aus einem durchsichtigen Po­ lykarbonat, wie etwa aus "Mylar" besteht. Das Substrat ist zum Beispiel in Fig. 3 allgemein durch 10 gekennzeichnet.
Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, das ge­ wünschte Design auf die vordere Oberfläche 12 des Substrats 10 unter Verwendung einer formbaren Tinte zu drucken. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist ein Druckdesign, allgemein bei 14, in einer rechtwinkligen Konfiguration angeordnet. Der Druck­ schritt wird durch Durchführen einer Mehrzahl von Druck­ durchläufen, bei denen eine einzige Farbe während des Durch­ laufs aufgebracht wird, durchgeführt. Die verschiedenen Far­ ben werden auch in den in Fig. 3 gezeigten, über dem Druck­ design 14 angeordneten, kreisförmigen Flächen 16, die nicht Bestandteil des fertigen Produkts sind, wie hiernach be­ schrieben wird, angebracht. Außerdem ist eine Mehrzahl von Markierungen 18 für Justierlöcher an Stellen um das Druckde­ sign 14 angeordnet, wie in Fig. 3 deutlich wird.
Der nächste Schritt ist der Schneideschritt, bei dem das bedruckte Substrat 10 in Rechtecke vorgeschnitten wird und bei dem eine Mehrzahl von Justierlöchern (an den Markierun­ gen 18) eingestanzt werden. Dieser Schritt erzeugt ein be­ drucktes Teil, das zur Verwendung in einem Formwerkzeug vor­ bereitet ist, wobei es so geformt ist, daß es in das Werk­ zeug paßt und mit den Justierstiften des Werkzeugs ausge­ richtet werden kann. Dieser Schritt wird vorzugsweise durch Prägeschneiden mit einem Stahlprägeinstrument durchgeführt.
Der nächste Schritt ist der Formschritt, bei dem das be­ druckte, vorgeschnittene Substrat in eine dreidimensionale Form geformt wird, wie das geformte Substrat 20, das in Fig. 4 gezeigt ist. Der Formschritt wird vorzugsweise durch einen kalten Formprozeß durchgeführt, um die inneren Spannungen der inneren Form zu reduzieren. Bei diesem Schritt wird die flache Schicht in eine Formpresse angeordnet, die ihren Formzyklus durchläuft, um die Schicht in die gewünschte dreidimensionale Form zu formen, wobei diese Form, wie in Fig. 4 gezeigt, eine gebogene Konfiguration einschließlich vorstehender und konkaver Bereich besitzen kann.
Der nächste Schritt besteht darin, das geformte Substrat 20 in eine derartige Konfiguration zu schneiden, daß es in die in dem anschließend durchführenden Spritzgußschritt ver­ wendete Prägeform derart paßt, daß die Konfiguration des ge­ formten Substrats 20 dazu dient, sie festzuhalten. Also muß das geformte Substrat 20 so geschnitten werden, daß es mit einer minimalen Toleranz in das Spritzgußwerkzeug paßt.
In Fig. 5 ist ein Spritzgußwerkzeug 30 zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt. Das Spritzgußwerk­ zeug 30 stellt einen Hohlraum 32 zur Verfügung, der eine er­ ste Oberfläche 34 aufweist, die dieselbe Konfiguration wie die des geformten Substrats 20 besitzt. Das Spritzgußwerk­ zeug 30 besteht aus einer Vorderhälfte 36 und einer hinteren Hälfte 38, die miteinander verbunden sind, um dazwischen den Gußhohlraum 32 zu bilden. Die hintere Gußformhälfte 38 ist mit drei Eingußkanälen 41, 42 und 43 versehen, durch die das geschmolzene Material in den unteren Bereich des Hohlraums 32 eingeführt wird. Die drei Eingußkanäle 41, 42 und 43 er­ strecken sich in eine Richtung senkrecht zu dem Gußhohlraum 32. Darüber ist das Gußwerkzeug 30 so konstruiert und ange­ ordnet, daß, wie am besten in Fig. 6 gezeigt, jeder Einguß­ kanal geschmolzenes Harz auf eine Fläche des Gußhohlraums 32 bringt, die nicht größer als zwei Quadratzoll ist.
Der nächste Verfahrensschritt ist der Einsatz-Spritzguß­ schritt, bei dem das geformte Substrat 20 in dem Hohlraum 32 des Gußwerkzeugs 30 gegen die vordere Spritzgußoberfläche 34 in einer in Fig. 5 gezeigten Position angeordnet wird. Da­ nach wird ein durchsichtiges, geschmolzenes Polykarbonatharz in den Gußhohlraum hinter dem geformten Substrat einge­ spritzt. Dieser Schritt wird durch Einführen des geschmolze­ nen Karbonats in den unteren Bereich des Hohlraums 32 direkt hinter dem geformten Substrat durch die drei Eingußkanäle 41, 42 und 43 durchgeführt, die in der oben beschriebenen Art konstruiert und angeordnet sind, so daß jeder der Ein­ gußkanäle 41, 42 und 43 geschmolzenes Harz auf eine Fläche des Hohlraums 32 bringt, die nicht größer ist als zwei Qua­ dratzoll.
Das oben beschriebene Verfahren erzeugt ein Applikati­ onsprodukt aus einem Stück, das permanent verbunden ist und die dreidimensionale Konfiguration des geformten Substrats 20 besitzt, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, die das spritzgegossene Applikationsprodukt 50 zeigen. Also umfaßt das Produkt 50 eine Vorderfläche mit dem geformten Substrat 20, das eine Mehrzahl von bedruckten Schichten umfaßt, die auf der Vorderfläche 12 des Substrats aufgebracht sind, und eine Rückfläche mit dem durchsichtigen Polykarbonatharzsub­ strat 54.
Beispiel
Die Teile wurden siebenfach auf eine 22 Zoll mal 31 Zoll große, 0,020 Zoll dicke Polykarbonatschicht gedruckt, wobei jeder Druckschritt ein Vorgang auf der vorderen Oberfläche ist. Hiernach folgt eine Liste der Durchläufe und der Spezi­ fikationen für die Durchführung dieser Durchläufe:
Nach dem Drucken wurden die Teile zur Verwendung in ei­ nem Formwerkzeug mit einem Hohlraum in Rechtecke geschnit­ ten. Justierlöcher wurden zu diesem Zeitpunkt ebenfalls in die Teile gestanzt, wodurch die Teile für die Formpresse fertiggestellt waren.
Der Formschritt wurde in einem Werkzeug mit einem Hohl­ raum durchgeführt. Jedes Teil wurde auf den Justierstiften des Werkzeugs durch Einsetzen der Stifte in die zuvor einge­ stanzten Justierlöcher angeordnet, und das Teil wurde dann geformt. Der Formvorgang umfaßte die folgenden Schritte:
  • 1. Das Werkzeug wurde auf dem beweglichen Tisch angeord­ net, der in die Presse geht.
  • 2. Eine "langsame Verschluß"-Technik wurde verwendet, um die Maschine auf die Konfiguration des Werkzeugs einzu­ stellen.
  • 3. Der Druck wurde auf 4000 Pfund eingestellt.
  • 4. Die Teile wurden dann unter Verwendung der Justier­ stifte auf dem Werkzeug angeordnet.
  • 5. Die Teile durchliefen dann zweimal den Formzyklus und wurden dann entfernt.
Beim nächsten Schritt, also beim Schneideschritt, wurden die Teile mittels Laser auf die gewünschte Größe geschnit­ ten, damit sie in das Gußwerkzeug passen.
Nach dem Schneiden wurden die Teile von Hand in das Guß­ werkzeug gebracht, wobei die Konfiguration der Form dazu dient, die Teile auf der Stelle zu halten. Es wurde aufge­ paßt, daß das Teil fluchtend in der Form sitzt. Der Kopf des Werkzeugs, wo die Applikation sitzt, wurde unter Verwendung von Kühlleitungen auf 70°F gekühlt, und geschmolzenes Poly­ karbonat wurde bei einer Temperatur von 700°F unter einen Druck von 500 Pfund pro Quadratzoll gesetzt. Das Polykarbo­ nat wurde dann in den Gußhohlraum hinter das bedruckte Teil eingespritzt. Während des Vorgangs wurden die Drücke und Temperaturen in dem Spritzgußprozeß so niedrig wie möglich gehalten, um die Möglichkeiten eines Verlaufens der Tinte zu reduzieren.
Das Teil wurde dann aus der Form entfernt und auf seiner Rückseite an allen Stellen aus den Graphikflächen maskiert. Dies reduziert die Möglichkeit von Stiftlöchern.
Nach dem Maskieren der Teile wurden sie sprühbeschich­ tet, um eine kratzfeste und Lösungsmittel-resistente Be­ schichtung darauf zu erzeugen. Das Teil wurde dann auf seine Eignung zum Versand überprüft.

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen von Applikationsprodukten der Art, die aus Kunstharzen bestehen und ein Druckwerk darauf besitzen, durch ein Druckgußverfahren, um ein dreidimensio­ nales Produkt zu erzeugen, das eine Form einschließlich vor­ stehender Bereiche, konkaver Bereiche und dergleichen be­ sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrens­ schritte umfaßt:
  • 1) Erzeugen eines flachen Substrats (10) mit einer mi­ nimalen Dicke von 0,020 Zoll, das aus einem Kunstharz be­ steht;
  • 2) Bedrucken der Vorderseite (12) des Substrats unter Verwendung einer formbaren Tinte;
  • 3) Vorbereiten des bedruckten Substrats zum Formen;
  • 4) Formen des bedruckten Substrats in eine dreidimen­ sionale Form;
  • 5) Bereitstellen einer Gußform (30) mit einer ersten Oberfläche (34) derselben Konfiguration wie das geformte Substrat;
  • 6) Vorbereiten des geformten Substrats, so daß es mit minimaler Abweichung in die Gußform paßt; und
  • 7) Anordnen des geformten Substrats in der Gußform ge­ gen die erste Gußoberfläche und Einführen eines durchsichti­ gen Polykarbonatharzes in den Gußformhohlraum (32), der sich hinter dem geformten Substrat befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (3) zum Vorbereiten des Substrats zum Formen durchgeführt wird durch Vorschneiden des bedruckten Sub­ strats, um Justierlöcher (18) für die Formvorrichtungen mit­ tels eines Schneideschritts zu erzeugen, der durch Präge­ schneiden mit einem Stahlprägeschneider durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (4) durch einen Kaltformprozeß durchgeführt wird, um dadurch die innere Spannung des geformten Produkts zu verringern.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (6) zum Vorbereiten des geformten Substrats durch Prägeschneiden des geformten Substrats in einer Weise, daß das Teil mit einer minimalen Abweichung in der Gußform angeordnet werden kann, durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (7) ausgeführt wird, indem ein geschmolzenes Polykarbonat direkt hinter das geformte Substrat durch eine Mehrzahl von Eingußkanälen (41, 42, 43) eingeführt wird, wo­ bei diese Eingußkanäle so angeordnet sind, daß jeder Einguß­ kanal geschmolzenes Harz einer Fläche zuführt, die nicht größer ist als zwei Quadratzoll.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Substrat des Schrittes (1) aus einem durch­ sichtigen Polykarbonat besteht und daß das geschmolzene Harz des Schrittes (7) aus einem durchsichtigen, geschmolzenen Polykarbonat besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die formbare Tinte eine Hochtemperaturtinte ist, die die Spannungen des Formschrittes ebenso wie die Wärme des Ein­ spritzens des geschmolzenen Harzes aushalten kann.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gußformoberfläche (34) auf einer Temperatur von 70-110°F gehalten wird und die Temperatur des geschmol­ zenen Harzes 700°F nicht übersteigt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Harz durch Eingußkanäle direkt auf und senkrecht zu der Oberfläche des in der Gußform angeordneten, geformten Substrats eingespritzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (7) ausgeführt wird, indem ein geschmolzenes Polykarbonat direkt hinter das geformte Substrat durch eine Mehrzahl von Eingußkanälen (41, 42, 43) eingeführt wird, wo­ bei diese Eingußkanäle so angeordnet sind, daß jeder Einguß­ kanal geschmolzenes Harz einer Fläche zuführt, die nicht größer ist als zwei Quadratzoll.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die formbare Tinte eine Hochtemperaturtinte ist, die die Spannungen des Formschrittes ebenso wie die Wärme des Ein­ spritzens des geschmolzenen Harzes aushalten kann.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gußformoberfläche (34) auf einer Temperatur von 70-110°F gehalten wird und die Temperatur des geschmol­ zenen Harzes 700°F nicht übersteigt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Harz durch Eingußkanäle direkt auf und senkrecht zu der Oberfläche des in der Gußform angeordneten, geformten Substrats eingespritzt wird.
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